第六讲 无线通信电路设计基础.ppt

主要内容 一 无线通信中的无源器件 二 通信系统中的调制 三 高频放大器 四 高频振荡器 五 锁相环路 一 无线通信中的无源器件 1高频无源器件的实际特性 与低频明显不同，不是“纯”电阻、电感、电容 2高频段无源器件的使用 为降低引线电感，元件引线尽量短 表面贴装(SMD)元件引脚短具有较理想的特性 电路板上无源器件连线，用传输线或微带线(50Ω) 无线电路中，工作频率越高，器件的物理结构要尽可能小 电容和电感的Q值与频率的关系 电阻的阻抗随频率的变化关系 电容的使用注意事项 电容的额定值通常在1MHz给出，频率升高导致电容与引线电感谐振，电抗接近0，耦合和去耦电路 电路设计时，工作频率不能高于SRF(串联谐振频率，与PCB布局密切相关)，电容呈感性。 实际选取电容时，SRF要比计算值高，耦合与去耦SRF要高10%，阻抗匹配SRF要高至少50% 电感器 注意高频效应，自谐振频率SRF时阻抗接近无限大 单层空心电感计算公式 二 通信系统中的调制 1 调制的分类 1）模拟调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM) AM、FM用在语音通信中，PM不用。 2）数字调制：ASK、FSK、PSK，电子设计中用的较多 2调幅通信系统框图 三高频放大器 1 基本类型及应用 共基极：很好的温度、线性、高频特性，但输入阻抗低输出阻抗高。 共发射极：有180o相移,电压电流和功率放大，应用广泛。最大缺点是正反馈效应，设计不合理会引发振荡。 共集电极：输入阻抗高输出阻抗低，应用于缓冲或阻抗匹配电路 2放大器的匹配 目标：负载可获得最大功率 内容：Rs与Ri匹配(Rs= Ri*)，Ro与RL匹配(Ro= RL*) 负载获得最大功率与效率：匹配时效率只有50% 阻抗匹配网络 四 高频振荡器 1基本原理 用一小部分来自有源器件的输出信号，发送正反馈信号到输入端。晶体管不断放大自己的正反馈信号，产生连续的振荡信号。 2设计思路 放大器相移加上移相网络的相移为360?时，为正反馈，同时环路增益大于1，可以起振。 3设计中要考虑的问题 单电源、静态工作点设置、防止器件的β值变化、有源器件在较宽的温度变化范围内保持稳定 Q值：越高振荡越稳定 晶体管的fT5fosc，确保高频时保持180?相移 去耦合问题：消除噪声和电源电压波动，避免自身振荡信号进入系统电源 技术指标：频率稳定度、振荡输出电压、相位噪声 4高频振荡器 5高频振荡器分类与仿真 常用电路：LC分电容和电感反馈式式、晶体分串联与并联式 电路及仿真：colpits振荡器(电容，1MHZ) 五锁相环路 六通信系统及传播特性 1通信系统构成 发射机、接收机、天线、空中接口等。设计难点是接收机。 1）接收机 镜像频率及抑制方法：2*IF+RF（高本振），2*IF-RF（低本振）前端滤波、提高中频、二次变频 噪声系数问题：接收机前端需采用低噪声(LNA)、高增益放大器。LNA后的任何一级仅增加接收机总的噪声系数，增加值为 接收机灵敏度(MDS：最小可识别信号)： MDS(dBm)=-174dBm+10lg(BW)+NF 其中，BW为接收机噪声带宽(Hz)；NF为接收机的噪声系数(dB)；实际计算时要考虑接收机输出SNR(最小18 dB) 2 射频传播 1）传播方式 3）射频链路简单计算 衰减裕量：确保可靠通信条件下接收机、发射机的增益和NF的安全容限。通常20～30dB SNR： SNR(dB)=10log(PS/PN) 室外链路预算： Lp=32.4+20log(f)+20log(d) Lp为路径损耗(dB)，f为频率(MHz)，d为距离(km). 关于衰减裕量：20km为10～20dB，频率较高，距离较长时30dB. 接收机天线输入端需要的信号强度： SdBm=-174+SNR+NF+[10lg(BWN)] BWN为中频段的6dB带宽(Hz). 实际达到接收机输入端的功率：Pr=Pt+Gt+Gr-PLdB Pr为接收机输入端的功率，Pt为发射机输出到天线的功率，Gt和Gr分别为发射机和接收机天线增益，PLdB为空间路径损耗。 接收机输出功率：Pout=Pt-Lp+Gt+Gr-Lt-Lr+RXdB Lt和Lr为发射和接受机同轴电缆损耗，RXdB为整个接收机的增益。 如果知道接收机天线的信号幅度，则接收机输出信号幅度为 Pout=PSIG+GdBi-Lr+RXdB PSIG为接收机接收到的功率，GdBi为接收机天线增益 接收机输出端的信噪比：SNR=Pout-(-174+10log(BWN)+NF+Lr+RXdB) 无线通信系统的链路预算分