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无线电收发信机基础.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.55M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    无线电发射机(Radio Transmitter)是实现信号在无线信道中有效传输的通信设备之一。它的作 用是将要传输的基带信号通过调制，放大、变频等一系列处理，最终使信号通过天线以高频 电磁波的形式进入到无线空间。 2.5.1 无线电发射机的基本组成 2.5.2 发射机的主要技术指标 1．输出功率 2．频率范围与频率间隔 3．频率准确度与频率稳定度 4．邻道功率 5．寄生辐射 6．调制特性 2.5.3 短波单边带发射机 2.5.4 调频发射机 2.5.1 无线电发射机的基本组成 无线电发射机的基本组成包括基带信号处理电路、载波发生器、调制器、高频功 率放大器和发射天线等五部分：如图 2-19。基带信号处理电路包括了对来自于话筒 (或各种音频设备)的音频信号的各种前端处理，如音频放大、音频滤波(将频率限制在 300~3400Hz)和可能需要的语音压缩(幅度限制，防止出现过大的调制度)和预加重 (用于 FM 发射机中)等；调制器用于将处理过的音频信号调制到高频载波上，不同的调 制方式采用不同的调制器，在直接调频中，调制器与载波发生器合二为一；高频功率 放大器将高频已调波进行功率放大，使发射机的输出功率满足要求。发射天线是一种 将高频电信号转换成电磁波的单元，对于发射机来说，它是一种负载。 图 2-19 只是一个无线电发射机的基本组成部分。实际的发射机根据具体的功能和 技术指标要求还必须增加一些电路，如各种滤波器、变频器以及一些控制电路等，其 放大器也往往是多级的。 2.5.2 无线电发射机的主要技术指标 1．输出功率 发射机的输出功率对于 AM 波和 FM 波来说是指发射机的载波输出功率，即无调制时
    发射机馈给测试负载的平均功率。对于载波被抑制的单边带发射机，其输出功率在无调制时 为零，因此用峰包功率来衡量。峰包功率是指在等幅双音调制时，在信号包络的最大值上高 频一周内的平均功率。发射机的输出功率是发射机的主要指标之一。根据输出功率的大小， 发射机可以分为大功率发射机、中功率发射机和小功率发射机。发射机的功率越大，信号传 播的距离就越远。但盲目地增加输出功率不仅会造成浪费，而且还会增加对其它通信系统或 通信设备的干扰，不利于频率的有效利用。 2．频率范围与频率间隔 频率范围是指发射机的工作频率范围。频率间隔是指相邻两工作频率点之间的频率差,通常 要求在频率范围内的任一工作频率点上发射机的其它各项电指标均能满足要求。 3．频率准确度与频率稳定度 设发射机的标称频率为 fo，实际工作频率为 fx，则频率准确度 Af 的定义为： 由于发射机内部高频振荡元件的标准性与老化等因素，不同时刻发射机的频率准确度也不 同，因而在说明频率准确度时必须说明测试时间。 频率稳定度反映发射机载波频率作随机变化的波动情况。根据发射机观察时间的长短，频率 稳定度可分为长期稳定度(在年、月范围内频率的变化)、短期稳定度(在日、小时内的频率变 化)和瞬时频率稳定度(秒或毫秒内的频率的随机变化)。 对频率稳定度测试数据的处理，一般用均方根值表示，即在指定的时间间隔内将测得的频率 准确度与其平均值的偏差取均方根值，如式(2-3)； 式中，n——测量次数； Af——n 个频率准确度测量值的平均值； S——频率稳定度，单位 Hz/s。 4．邻道功率 邻道功率是指发射机在规定的调制状态下工作时，其输出落入相邻信道内的功率，它 常用邻道功率和信号载波功率之比来表示。邻道功率的大小主要取决于已调波频带的扩展和 发射机的噪声。另外它还和载波的频谱纯度有关。 5．寄生辐射 发射机的寄生辐射是指有用频率以外的一切其它频率上的辐射，包括载波频率的各次 谐波。发射机可能在很宽的频率范围内干扰其它接收机的正常工作，在电台密集的地区，必 须严格限制各种发射机的寄生辐射。 6．调制特性 发射机的调制特性包括调制频率特性和调制线性。调制频率特性即发射机的音频响应， 它是指当调制信号的输入电平恒定时，已调波振幅(对于线性调制)、频偏(对于调频)或相位
    偏移(对于调相)与调制信号频率之间的关系。要求在 300～3400Hz 的频率范围内调制特性平 坦(无加重网络时)，而在 3400Hz 以上，要求调制频率特性曲线迅速下降，以便使话音中无 用的高音分量受到充分的抑制。调制线性是指在使用规定的调制频率(1000Hz)时，已调波的 振幅、或频率、或相移随调制信号电平变化的线性度。调制线性好，可以减少所传送信号的 非线性失真。线性程度常用调制非线性失真系数来表示。 2.5.3 短波单边带发射机 图 2-20 是一个 SSB 发射机的组成框图。信号在发射机中完成了两次频谱搬移过程。第 一次搬移由相乘器和边带滤波器完成，边带滤波输出中频频率为 500kHz 的 SSB 信号至两级 中放：第二次搬移在中放后的相乘器和调谐放大电路中进行，500kHz 的单边带信号与波道 晶振的输出在环形调制器中相混频，改变调谐放大器的中心频率可以选择其和频或差频。宽 带放大器的通带范围是发射机的整个工作频率范围，不需调谐。信号经高频功率放大后通过 天线调谐回路加到天线。必须强调，发射机中用以放大单边带信号的各级放大器都应工作在 线性状态。为了防止因信号幅度过大而出现非线性失真现象，发射机还附加有自动功率控制 (APC)电路。自动激励控制电路分别从第一、二宽放和功放电路中取出信号幅度信息，从而 控制第一中频放大器的输入信号幅度。自动激励控制的作用类似于接收机中的自动增益控 制(AGC)，当发射机的输出功率增大或减小时，通过控制中放电路的增益或衰减可以减小输 出功率的变化，这能使发射机输出功率稳定；同时也可保护功放管不因信号太强而被烧坏。 2.5.4 调频发射机
    调频发射机有多种组成方案，如放大倍频方案、混频方案等，一般说来，放大倍频方案 杂散辐射较少且简单经济，因而获得广泛的应用。 图 2-21 是一个放大倍频的方案。话音加工电路包括预加重、频偏控制、放大、滤波等 电路。话音信号经预加重和频偏控制电路后，送到调制去调制晶体振荡器的输出频率。由于 采用了晶体振荡器，其中心频率比较稳定，但频率较低，且频偏也小，因此调制之后用于三 级二倍频电路，将载波频率提高到射频频率，同时频偏也增大到原来的 8 倍。 晶体振荡器提供发送载波的基波振荡信号，其频率准确度及稳定度决定着发射机的频 率准确度和稳定度。瞬时频偏控制电路(IDC)限制输入音频调制信号的电平，以防止调制频 偏过大；调制器实现频率调制；倍频器的级数和倍频次数视设计要求的不同而不同，但每一 级的倍频数一般不超过三。有的发射机需要有自动功率控制(APC)功能，因此，在放大级与 功放级之间加有 APC 电路，它可依据预置的输出功率级别来控制功率放大器的输出功率。 图 2-22 是一种既有倍频又有混频的方案，混频与倍频由锁相环完成。已调频信号(载波 21．4MHz)经 1／384 分频后变成 55．73kHz，即鉴相器的比相工作频率，比相结果的误差 电压经过低通滤波器滤除干扰后，去控制压控振荡器(VCO)。VCO 输出的高频信号，—路 从反馈支路经缓冲放大后，与来自频率合成器的载频混频后降至 7.13MHz，再分频(1／128)， 送到鉴相器作比相信号；另一路送入激励级去推动功率放大级。 设压控振荡器的输出频率(也就是发射机的工作频率)为 fs，则有 fs=fL+7.13(MHz) 用锁相环取代倍频器的优点是可以大大降低发射机的各种杂波成份和噪声，从而改善发射机 的邻道干扰和寄生辐射。
    2.6 无线电接收机 无线电接收机(Receiver)是用于接收无线电信号的通信设备。由于来自于空间的 电磁波已经很微弱，且夹杂着大量的干扰与噪声，因此无线电接收机必须具有放大信 号、选择信号、排除干扰以及对信号进行解调的能力。无线电接收机的类型大致有三 种，分别是直放式、超外差式和超再生式，其中超外差式(Superhet)接收机的接收性 能最好，工作也最稳定，因而在通信、广播和电视接收机中被大量采用。 2.6.1 超外差接收技术 1．超外差接收机工作原理 2．超外差接收机的增益分配 3．超外差接收机的抗干扰 4．接收机的灵敏度 2.6.2 无线电接收机的组成方案 1．高频头 2．变频次数 3．自动增益控制(AGC) 2.6.3 短波单边带接收机 2.6.4 调频接收机 2.6.1 超外差接收技术
    1．直放式无线电接收机 早期的无线电接收机多采用如图 2-23 的方案，这种接收机称为直放式无线电接收机， 其特点是接收机解调器之前的各级电路都工作在信号的发射频率(射频)上，接收机的放大能 力和选择能力全部由射频放大器和射频选择回路提供。这种方案现在很少采用，其原因有三 点： ◆接收机的增益不能做得很高，因为晶体管的放大能力随工作频率的升高而降低，并且电路 的稳定性较差； ◆接收机的选择性能差，接收机对干扰的抑制能力主要是由接收机中的滤波器决定的，由于 滤波器的通频带与中心频率成正比，当回路中心频率(等于信号频率)太高时，由于回路通带 太宽，远大于信号频带宽度，对信号频率附近的干扰就无法滤除； ◆电路结构复杂，调整困难。因为当接收机改变工作频率时，各级电路都必须重新调谐。在 接收机工作频率高、接收信号微弱以及外界干扰众多的情况下，这些缺点显得更为突出。因 此现代的无线电接收机几乎都采用超外差接收方案。 2．超外差接收机的增益分配 接收机的增益主要指接收机解调器以前各部分总增益，这是因为解调器后的低频电路的 增益由负载的功率来决定，而且在技术上也较易实现，无须专门考虑。 接收机所需增益的大小由它所接收的信号强度以及解调器对输入信号电平的要求来决 定。例如，某一接收机所能正常接收的信号最低电平(灵敏度)为 1μV，而解调器要求输入电 平为 1V，则接收机总增益应为 AV=20log[1(V)/1μV]=120(dB) 不同的解调器对其输入电平的要求不同。如调幅波的解调大多采用大信号包络检波，要 求解调器的输入电平为 1V 左右：调频波解调时为了达到限幅门限，要求输入信号电平大于 3V；单边带信号的解调要求解调器的输入信号电平在 100mV 左右。在总增益确定的情况下, 接收机各部分的增益分配应从以下三个方面来考虑： ◆从接收机的稳定性考虑 接收机各部分电路的工作频率不相同，有的工作在信号频率 上，如高放、混频级电路；有的工作在较低的频率上，如各级中放。放大器的工作频率越高， 其稳定性越差，如果高频部分的增益过高，很容易引起自激。因此接收机内高频部分电路 的增益不宜过高； ◆从接收机抗干扰方面来考虑 进入接收机的干扰是通过预选器和各级滤波器逐步滤除 的，越靠近前端，干扰成分越多，幅度越强。因此希望前端电路尽可能工作在线性区，以避 免干扰在被滤除之前与信号混合，造成对有用信号的干扰。从这一点考虑，前端电路的增益 要适当小些，以保证后面各级电路工作在线性状态。 ◆从接收机的内部噪声的影响考虑 接收机中各级电路均会产生噪声，如果信号在经过 各级电路时的的幅度较小，则这些噪声会产生较大的影响。前端电路的增益高，后面各级电
    路的噪声影响就小，接收机的灵敏度就高，从这一点讲，提高接收机的前端增益有助于提 高接收机接收微弱信号的能力。 综上所述，接收机前端电路的增益的高低选择应根据具体情况而定。一般来说，如果接 收点的外界干扰大，其影响超过接收机内部的噪声，这时即使有很高的灵敏度，接收机也无 法收到小信号，相反过大的外界干扰会在接收机内部电路的非线性作用下与信号混合，使信 号无法被接收，因此前端增益宜小；而在外界干扰较小的场合，增加前端电路的增益，有 助于提高接收机的灵敏度。 3.超外差接收机的抗干扰 接收机天线上感应的电流，其频率成份很多，既有信号成份，又有其它频率成份。除了 所要接收的信号外，其它所有的分量均被看作是干扰。有的干扰与信号频率相同，接收机中 的各个滤波器无法将其滤除，就会直接干扰信号；有的虽然与信号频率相差较远，但如果能 够通过高频选择回路加到高放或变频器，在高放管和变频管的非线性作用下，干扰分量之间、 干扰与信号之间以及干扰与本振之间等相互组合而进入接收机的中频通道，也会对接收信号 形成干扰 i；接收机的主要功能之一就是消除或削弱这些干扰对接收信号的影响，改善接收 效果。接收机中可能出现的干扰现象有如下几种： ◆ 组合干扰 干扰电压与本机振荡电压同时作用于混频管上，通过混频管的非线性作用， 产生这两者的任意次谐波的组合频率。一旦组合频率落入中频通道，就会形成对接收机的干 扰，这种干扰称为组合干扰。下列关系式是形成组合干扰的条件： fI–B/2<׀±mf1±nfL׀5—的组合分量可以忽略不计。在各 种组合干扰中，对接收机影响较大的是中频(intermediate frequency)干扰和镜频（mirror frequency）干扰。中频干扰是指频率 fI= f1±B／2 的干扰，相当于式(2-4)中 m=1，n=0 的情 况。镜频干扰的频率为 fm，它比接收机的本振频率高一个中频，即 fm-fL=fI±B／2。由于接 收机接收的信号频率 fs 比本振频率低一个中频，fs 与 fm 对于本振来说互为镜象，故称 fm 为镜象频率。 由于存在组合干扰，所以当接收机调谐在某一信号频率点进行接收时，其它电台的信号 也可能与本机振荡相互作用而进人中频通道，好象接收机除了调谐好的信号通道外，还有若 干通道也能让电台干扰窜入，所以这种干扰也称为接收机寄生通道或寄生响应。 ◆互调干扰(简称互调) 互调干扰通常是指两个或多个电台干扰同时作用于接收机的输入 端，由于前端电路的非线性作用，产生这些频率间的组合频率。若其中某些组合频率等于或 接近于有用信号频率，就会对接收机形成干扰。这一类干扰称之为互调干扰。 例如有两个干扰，其频率分别为 f1 和 f2，即使这两个干扰远离接收机调谐的信号频率 fs，但只要高放级存在非线性，或因干扰幅度很大而进入高放管的非线性区，那么，在高放 级的输出电流中就会有这两个干扰频率的组合频率分量，即频率 w 为׀±mf1±nfL ׀的分量。 若这个分量的频率与信号频率相近，即׀±mf1±nfL ׀fs，那么这些组合频率分量将与信号一起 变成中频，通过接收机后面的中频通道形成干扰。
    ◆强信号(或干扰)阻塞 当一个功率较强的信号(或干扰)进入接收机前端电路时，由于信号 (或干扰)幅度超过了器件的动态范围，或者改变了器件的工作状态，使接收机对有用信号的 放大作用明显减小，接收机输出音频信号的幅度将随输人信号(或干扰)幅度的增大而减小。 这种现象称为强信号(或干扰)阻塞，也称为阻塞干扰。 ◆交叉调制干扰 交叉调制干扰是指受调制的强干扰与有用信号同时感应到接收机输入端 时，由于前端电路的非线性作用，干扰的调制边带转移到有用信号载波上的现象(图 2-25)。 ◆倒易混频 在以频率合成器为本振源的接收机中，当信号频率附近存在着强干扰时，由于 频率合成器输出频率的两个噪声边带和外来强干扰在器件的非线性作用下产生差频，落到中 放的通频带内，使输出噪声增强，信噪比下降。这种现象称为倒易混频。 如图 2-26 所示，图中 fL 为本振信号，fs 是有用信号，经混频后产生中频信号 fI。fn 是 离有用信号较近的强干扰信号，而 fL 两侧存在着边带噪声。当 fn 与边带噪声中的某一部分 分量混频后，正好落在中频通带内形成中频噪声，结果使输出信噪比下降。由此可见，干扰 本身不在中频通带内，但由于它们的存在产生了倒易混频现象，将本振源内的边带噪声搬到 了中频通带内。这种混频相当于以强干扰信号作为本振而将本振源的边带噪声当作输人信 号，正好与原来的混频相颠倒，所以称为倒易混频。 ◆邻近波道干扰 如果干扰频率和信号频率相距较近，接收机的高频滤波器和中频滤波器不 能将其滤除，就会加到检波器上而形成对信号的干扰(如图 2-27 所示)。这种干扰称为邻近波 道干扰。
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