试验三射频前端发射/接收机
1、试验设置意义
由电子元器件能够组成多种功效电路,由这些功效电路根据一定原理和要求又能够组成各类电子设备,各类电子设备根据入网要求和组成方案可组成网络或系统。元器件和电路、电路和设备和设备和系统之间关系是局部和整体关系。
射频通信系统通常由发送装置、接收装置和传输媒质组成。发送装置包含换能器、发送机和发送天线三部分。其中发送机将电信号变换为足够强度高频电振荡,发送天线则将高频电振荡变换为电磁波,向传输媒质辐射。本试验就是为了在压控振荡器试验和射频调制器试验基础上,从整体角度了解和掌握射频发送机原理和性能,巩固和加深对理论知识了解,培养系统试验和测试技能
2、试验目标
2.3、测量射频接收机前端灵敏度。
3、试验原理
3.1、射频发射机原理
射频通信设备通常包含收发信机、天线设备(含馈线)、输入输出设备(如话筒、耳机等)、供电设备(如直流稳压电源)等等。其中关键组成部分是收发信机,所以射频通信设备技术指标通常指就是射频收/发信机技术指标。
通常来说, 收信机和发信机在体制上是相同,如在频段划分、调制解调方法等要求对应一致,不然便不能达成通信目标。在一些情况下,也许可收发信机存在一些不相对应差
异, 如收信机频率范围能够宽于发信机等。
射频发送设备功效是将所要发送信息(又称基带信号)经调制,将频谱搬移到射频上,再经过高频放大到额定功率后,馈送到天线发送到空间去。
射频发送机模块由VCO和功率放大器组成,它模块方框图图3－1所表示。其功效是将所要发送信息（又称基带信号）经过调制后,将频谱搬移到射频上,再经过高频放大,达成额定功率以后,馈送到天线,发送到空间去。
压控振荡器 | PIN 调制器 | 定向耦合器 |
(VCO)
1KHz信号发生器
天线 | 放大器 | 带通滤波器 |
图3-1射频发射模块
发送机关键技术指标有工作种类、调制方法、频率范围、频率稳定度及正确度、
电报,模拟、数字等。调制方法关键分调幅、调频和脉冲（数字）调制等。发射机工
输出功率、效率、杂散辐射等。下面对相关技术指标给予介绍:发送机工作种类指电话、
界原因影响下发射机频率稳定程度。假如频率稳定度很高,建立通信后接收机不需要因频
率改变而进行微调,从而提升了通信可靠性。射频通信有效距离及通信可靠性均和发射天
线辐射功率有亲密关系。所以发射机必需确保输出足够大功率。发射机总效率是指发射
机传送到天线馈线上功率和整机输入功率比值。在大功率发射机中,提升效率能够减小电
源消耗,含有较大经济意义。发射机带外辐射统称为杂散辐射,假如发射机设计不妥或使
用不妥,会使杂散辐射电平过高,干扰其它通信链路。当发射机使用宽带天线且带宽覆盖
这些杂散频率时,干扰会更严重。为了尽可能避免发生这种干扰,相关规程和标准对发射
机杂散辐射全部给出了一定限制
3.2、射频接收机原理
射频接收机前端是射频接收机关键部分,这里对此进行简单介绍。
(a)、最简单射频前端结构
接收机前端电路有多个不一样结构。图3-2给出了一个最简单形式。这种结构无射频放大器,在带通滤波器以后,只有混频器和本机振荡器。带通滤波器输入来自天线,其输出经过混频器抵达中频放大器进行后续处理。
天线
带通滤波器 | 混频器 | 中频放大器 |
反向隔离性能。这么能够预防本振信号能量辐射到天线,进而避免天线辐射这些信号能量。
带通滤波器有三个关键任务:
限制输入信号带宽以使互调失真最小;
减弱乱真响应,关键是镜象频率和1/2-中频频率问题; 抑制本机振荡器辐射到天线能量。
(b) 有射频放大器前端结构
第二种前端结构图3-3所表示。这种结构使用了一个射频放大器。该射频放大器增益较低,通常低于20dB。高于20dB增益可能会使系统稳定性受到损害,而且不能达成互调截获点。
天线
射频放大器
带通滤波器 | 混频器 | 中频放大器 |
射频放大器目标是隔离混频器,同时在混频之前将信号放大。这种放大能够赔偿混频器和带通滤波器中损耗。射频放大器关键特点是改善了混频器/本机振荡器电路和天线电路之间隔离。
影响接收机射频前端性能原因:
（a）、混频器/本机振荡器性能
第一个混频器性能对于接收机性能至关关键。它是一个非线性设备,而且,还要使用
混频器和本机振荡器之间接口上还有第三个带通滤波器。这个本振滤波器用于减弱宽带噪
声和本振频率周围谐波,而这些谐波会降低混频器二阶互调截获点。在接收机内所使用混
频器电路类型全部需要仔细权衡。无源混频器比有源混频器有愈加好互调失真性能。然
而它们不能提供任何转换增益,实际上是有损耗设备。有源混频器对本振功率要求较低,
但其噪声性能不如无源混频器。在混频器中频输入和中频放大器之间通常放置一个双工器
网络。这个双工器网络会吸收部分频率,同时让其它频率经过。双工器网络必需是非反
射性,且为本振频率若干倍。不然,那些频率会被反射回混频器,造成性能降低。对于接
收机临近信道选择,本机振荡器噪声性能是很关键。宽带噪声常常影响接收灵巧敏度。
本振信号是混频器中开启变换大信号,能够产生本身谐波。所以,本振信号应该尽可能纯 净以预防接收机中乱真响应。本机振荡器必需能正常工作,而不受温度和电源电压改变影
响。假如接收机遭受机械震动或碰撞,其输出也应保持稳定。
(b)噪声性能
全部射频接收机全部必需确保对系统信噪比（SNR）,所以混频器、本机振荡器、带通滤波器和射频放大器产生噪声应该降至最小。
对于无源、有损耗器件,比如滤波器或一些混频器,噪声因数由下式给出:
其中,F是器件噪声因数,L是器件损耗（1/G）,T是器件绝对温度,单位是K。一些双均衡混频器能够有稍高一点噪声因数。
决定系统噪声因数Friis方程是:
其中, F 是等效噪声因数,F1、 F2、F3 是第1、2、 3 分级噪声因数,FN 是第n 分级
高放噪声。然而高放增益大,混频级电平也会高,由非线性引发干扰就严重。相反,高放
增益小,后级电平就低, 但干扰电平也对应降低,非线性失真减小。通常高放增益约10dB
左右。
灵敏度:指用标准测试音调制时,在接收机输出端得到要求信噪比(S+N+D)／N,且输出功率大于音频额定功率50％情况下,接收机输入端所需最小信号电平
4、试验设备
压控振荡器、功率分配器、 PIN调制器、定向耦合器、带通滤波器((2个)、射频放大器(2个)、天线((2块)、混频器、低通滤波器、检波器、示波器
5、试验内容
5.1、测量射频发送机载波频率、功率电平、发射功率、接收功率5.2、测量射频接收机前端灵敏度。
5.3、进行射频发送接收系统综合试验
5.4、测量天线增益、方向性
6、试验步骤
6.1、用频谱仪测量压控振荡器频率,功率,并统计。
6.2、将接收端天线接到频谱分析仪输入端,此时我们能够得出接收功率。
6.3、按图3-4连接,我们用示波器来监视信号波形。
6.4、我们将检波器和示波器去掉换接频谱仪,这时我们能够用频谱仪来监视发射频率、功率电平,统计测得数据。依据定向耦合器特征我们就能够得出发送机载波频率、功率电平。定向耦合在此时衰减为20dB,定向耦合器含有方向性(我们在试验四中已经有介绍),
示波器 检波器 终端
压控振荡器功率分配器 PIN调制器 定向耦合器 (VCO)
1KHz信号发生器
天线 | 天线 | 射频放大器 | 带通滤波器 |
带通滤波器 | 射频放大器 | 混频器 |
示波器 | 检波器 | 低通滤波器 |
图3-4 射频发射/接收模块 | | |
6.5、保持两三线距离不变,我们经过示波器能够看到还原调制信号。改变天线方向再观察示波器还原和调制信号。