第2章发射机和接收机.PDF

第2 章 发射机和接收机 本章讨论用于无线传输的发射机和接收机的设计。使用的术语将有如下界定的含义：从调 制器直至发射天线的各部件构成发射机，而从接收天线直至解调器的各部件则构成接收机。 对发射机和接收机的要求显然是不同的，这是因为发射机只须处理所要求的信号，而接收 机则须从天线接收的各种频率混合的信号中将所要求的信号提取出来。此外，发射机处理的信 号强度是恒定的，或者仅有很微小的变化，而接收机所应对的信号强度差异极大，其大小取决 于与发射机的远近程度。发射机主要欲达到的目标有：将有用信号转换为干扰尽可能小的高频 传输信号、以尽可能最高的效率放大信号、并使转换或放大所产生的不良干扰信号的传输降至 最低。接收机主要欲达到的目标有：在邻近频率范围接收到很强信号的同时，还要从强度很弱 的信号中将所要求的信号过滤出来，并产生一个清晰的、具有高信噪比和最低互调失真的信号。 因此，就发射机而言，主要难点在效率；而接收机所面临的是选择性、动态范围和噪声等问题。 2.1 发射机 我们首先考虑模拟方式调制的发射机结构，其后再讨论数字方式调制的发射机。其中，借 助一些简化的方框图来加以说明，这些方框图将只显示出基本的组成部分。 2.1.1 模拟方式调制的发射机 直接调制型发射机 当模拟调制器的载波频率f C 与发射频率f RF 相同时，就实现了最简单的发射机。在这种情 况下，只需将调制器的输出信号放大并馈送到天线。在实际应用中，发射放大器必须后接一个 输出滤波器，以使源于放大器的信号失真降低到可接受的水平。图2.1 （a ）所示为直接调制型 发射机结构，其信号频谱如图 2.2 所示。 单中频发射机 随着频率的增高和需求的增长，使得要实现所需精度的调制器越发困难。因此，要用较低 的中频f IF 作为载波频率f C f C f IF f RF 使用中频可以更容易地构建调制器。图 2.1 （b ）所示为单中频发射机的结构，它用混频器 M1 将中频f IF 转换为发射频率f RF ，由本机振荡器 （Local Oscillator ，LO ）向混频器提供频率 f LO f RF =−f IF 混频处理所产生的和频与差频为 f LO +f IF f RF ，f LO −f IF f RF =−2f IF 其中，发射频率部分用 RF 滤波器滤出，然后馈入发射机放大器。图 2.3 示出了信号频谱。 由于f RF=f LO +f IF ，所以在中频（IF ）信号和射频（RF ）信号当中，频率顺序是相同的，这 意味着 IF 中较高的频率将对应RF 中较高的频率，即所谓的正序模式。也可以选择f RF =f LO–f IF ， •71 • a （）采用直接调制 b （）采用中频 c （）采用双中频 图2.1 模拟方式调制的发射机 图2.2 直接调制的发射机中信号的频谱 滤出如图 2.3 中所示的低于本机振荡频率的那部分信号。于是，发射信号的频率顺序发生颠倒， 即所谓的反序模式。为了正确接收到预期信号，接收机也必须采取反转频率顺序工作。为此， 接收机要使用以反序模式工作的混频器。 混频器的输出信号含有本机振荡频率f LO 的信号成分（参见图 2.3 ）。因此，RF 滤波器的 过渡区（从通带到阻带）不得超出（f IF – B/2 ）的带宽宽度，以确保发射信号完全处于通带内 而本机振荡信号位于阻带。过渡区非常窄而群延迟时间恒定的声表面波滤波器特别适合于此， 但其缺点在于插入损耗较大（大于 20 dB ）。若在所期望的发射频率没有适用的声表面波滤波 器，则须采用 LC 滤波器或介质谐振器构成的滤波器。由于后两种滤波器在过渡区边缘存在有 害的群延