第4章 微波收发技术--噪声和接收机灵敏度(本)
《微波技术》课程教学大纲
《微波技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：08030010课程中文名称：微波技术课程英文名称：microwave technology课程性质：专业指定选修课考核方式：考查开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术开课学期：5总学时：40+16总学分：3.5二、课程目的和任务《微波技术》是研究微波信号的产生、放大、传输、发射、接收和测量的学科。
通过讲述传输线理论、理想导波系统理论、微波网络理论，使学生掌握传输线的工作状态和特性参量、波导的场结构和传输特性，了解常用微波元件的基本结构和工作原理，具有解决微波传输基本问题的能力。
三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1．掌握传输线的基本理论和工作状态，具有分析传输线特性参量的基本能力，掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成和应用，了解阻抗匹配的基本方法和原理。
2．掌握矩形波导的一般理论与传输特性，掌握矩形波导主模的场分布与相应参数，了解圆波导、同轴线、带状线和微带线等传输线的工作原理、结构特点、传输特性和分析方法。
3．掌握微波网络的基本理论，重点包括微波网络参量的基本定义、基本电路单元的参量矩阵、微波网络组合的网络参量、微波网络的工作特性参量，了解二端口微波网络参量的基本性质，具有分析二端口微波网络工作特性参量的基本能力。
4．掌握阻抗变换器、定向耦合器、微带功分器、波导匹配双T的结构特点、工作原理、分析方法及其主要用途，了解电抗元件、连接元件、衰减器和移相器、微波滤波器和微波谐振器等微波元件的结构特点和工作原理。
四、教学内容与学时分配第一章绪论（2学时）微波的概念及其特点，微波技术的发展和应用，微波技术的研究方法和基本内容。
第二章传输线理论（13学时）1．传输线方程及其求解2．传输线的特性参量3．均匀无耗传输线工作状态分析4．阻抗圆图及其应用5．传输线的阻抗匹配第三章微波传输线（9学时）1．理想导波系统的一般理论2．导波系统的传输特性3．矩形波导4．带状线5．微带线第四章微波网络（9学时）1．波导等效为平行双线2．微波元件等效为微波网络3．二端口微波网络4．基本电路单元的参量矩阵5．二端口微波网络的组合及参考面移动的影响6．二端口微波网络的工作特性参量7. 多端口微波网络第五章常用微波元件（7学时）1．阻抗变换器2．定向耦合器3．波导匹配双T4．微波滤波器第六章实验教学（16）五、教学方法及手段（含现代化教学手段）以课堂讲授为主，适当配合课堂讨论，充分使用多媒体教学；以学生自学为辅，学生可以通过网络课堂和微波网站在线学习。
第4章 无源微波器件 《微波技术与天线(第2版)》课件
c I1
——表示端口2开路时，端口2至端口1的转移导纳。
U 2 I20
d I1
——表示端口2短路时，端口2至端口1的
I2 U20
电流转移系数。
6
第4章 无源微波器件
4.1.2 二口网络的网络参量
例4-1-1：串联阻抗单元电
路如图所示，推导该单元电 路的A矩阵。
解：端口2开路时 U1 U2 I2 0
Z12
Z22
Y
Y11 Y21
Y12 Y22
11
第4章 无源微波器件
4.1.2 二口网络的网络参量
4. 网络参量之间的变换
（1）Z参量与A参量的关系
Z ZZ1211
a
Z12 Z22
1c
c
adbc
c d
c
（2）Y参量与A参量的关系
d adbc
Y YY1211 YY1222b1
b a
b
b
（3）S参量与归一化A参量的关系
（4）转移参量的传递性
U1
I1
A1
U2 I2
U2 I2
A2
U3 I3
I1 U1
I2 -I2
I3
A1
U2
A2
U3
U I11AUI33A1A2UI33
T1
T2
T3
图4-1-3 二口网络的级联
AA1A2
AA 1A 2 A n
8
第4章 无源微波器件
4.1.2 二口网络的网络参量
2. 散射参量（S参量）
0
Y 02 Y 01
0
1 n
Z 01 Z 02
Z02 cos Z01
j
Z01Z02 sin
微波接收机系统的主要性能指标分析
微波接收机系统的主要性能指标分析摘要：微波接收机性能的好坏对微波通信信号的接收和处理起到关键的作用。
文章在微波接收机系统结构的基础上，分析了噪声系数、灵敏度等接收机系统中常见的主要性能指标。
关键词：接收机；性能指标；微波中途分类号：TG113.26文献标识码：A文章编号：一、微波接收机为了在一条充满噪声的空中信道中有效地传输信息，发射机需要将载有信息的信号调制到射频载波上。
微波接收机的功能是解调经过调制的信号，同时，又要保证足够的信噪比。
由于无线传输环境的特殊性，例如多径效应、路径损耗、时变性等，导致噪声和干扰无处不在，微波接收机的性能就显得尤为重要。
信号带宽和频谱直接影响射频收发模块的结构和电路模块的设计，信号的损耗和衰落，使得信号幅度在大范围内起伏，从而要求发射机进行功率控制和接收机良好的线性度，由于接收信号非常微弱，还需要接收机有较高的灵敏度。
图1是一个常见的系统原理图二、接收机的主要性能指标分析2.1噪声特性噪声和干扰是任何电子系统的大敌。
接收机中的噪声会掩盖微弱信号，限制接收机对微弱信号的检测能力，即限制接收机的极限灵敏度。
接收机噪声来自两个方面：一是天线接收到的外部噪声；二是接收机自身产生的噪声。
天线接收到的噪声包括天空噪声、大气噪声、地球噪声、银河噪声和人工噪声等；接收机自身产生的噪声包括放大器、滤波器、混频器、检波器等各级产生的噪声。
接收机内部噪声限制了接收机检测的最小信号，信号必须大于噪声一定强度才能被检测到。
要衡量一个接收机对有用信号接收性能的好坏，往往要知道加到传输信号上噪声的数量，通常以信号功率与噪声功率之比，信噪比（Signal-to-noise ratio，SNR）来判定。
对二端口网络的研究中，确切地知道通过网络的信号上的噪声量是相当重要的，表征这种特性的重要参数便是噪声系数，噪声系数是定量描述一个元件或系统所产生噪声程度的指数，系统的噪声系数受许多因素影响，如电路损耗、偏压、放大倍数等。
接收机灵敏度计算公式
接收灵敏度的定义公式摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。
本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例,以便验证其数学定义。
在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No （每比特能量与噪声功率谱密度的比值）与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。
CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。
从噪声系数F推导Eb/No关系根据定义，F是设备（单级设备,多级设备，或者是整个接收机）输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。
因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。
图1。
下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们：Sin = 可获得的输入信号功率（W)Nin = 可获得的输入热噪声功率(W） = KTBRF其中：K = 波尔兹曼常数 = 1。
381 × 10—23 W/Hz/K,T = 290K，室温BRF = 射频载波带宽（Hz) = 扩频系统的码片速率Sout = 可获得的输出信号功率(W)Nout = 可获得的输出噪声功率（W)G = 设备增益（数值）F = 设备噪声系数(数值）的定义如下：F = （Sin / Nin） / （Sout / Nout） = (Sin / Nin）×（Nout / Sout）用输入噪声Nin表示Nout：Nout = （F × Nin × Sout） / Sin其中Sout = G × Sin得到：Nout = F × Nin × G调制信号的平均功率定义为S = Eb / T,其中Eb为比特持续时间内的能量,单位为W-s，T是以秒为单位的比特持续时间.调制信号平均功率与用户数据速率的关系按下面的式子计算：1 / T = 用户数据比特率，Rbit单位Hz，得出Sin = Eb × Rbit根据上述方程，以Eb/No表示的设备输出端信噪比为：Sout / Nout = （Sin × G) / （Nin × G × F） =Sin / (Nin × F) =(Eb × Rbit）/ (KTBRF × F） =(Eb/ KTF) ×（Rbit / BRF），其中KTF表示1比特持续时间内的噪声功率(No）.因此，Sout / Nout = Eb/No × Rbit / BRF在射频频带内，BRF等于扩频系统的码片速率W，处理增益（PG = W/Rbit)可以定义为：PG = BRF / Rbit所以， Rbit / BRF = 1/PG,由此得输出信噪比：Sout / Nout = Eb/No × 1 / PG。
微波技术与天线复习知识要点资料讲解
微波技术与天线复习知识要点资料讲解本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March《微波技术与天线》复习知识要点绪论微波的定义：微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短的波段。
微波的频率范围：300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~微波的特点（要结合实际应用）：似光性，频率高（频带宽），穿透性（卫星通信），量子特性（微波波谱的分析）第一章均匀传输线理论均匀无耗传输线的输入阻抗（2个特性）定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注：均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。
两个特性：1、λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Z in(z)= Z in(z+λ／2)2、λ／4变换性: Z in(z)- Z in(z+λ／4)=Z02证明题：(作业题)均匀无耗传输线的三种传输状态（要会判断）参数行波驻波行驻波|Γ|010＜|Γ|＜1ρ1∞1＜ρ＜∞Z1匹配短路、开路、纯电抗任意负载能量电磁能量全部被负载吸收电磁能量在原地震荡1.行波状态：无反射的传输状态匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相2.纯驻波状态：全反射状态负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态3.行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数传输线的三类匹配状态（知道概念）负载阻抗匹配：是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形，此时只有从信源到负载的入射波，而无反射波。
源阻抗匹配：电源的内阻等于传输线的特性阻抗时，电源和传输线是匹配的，这种电源称之为匹配电源。
此时，信号源端无反射。
共轭阻抗匹配：对于不匹配电源，当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时，即当Z in=Z g﹡时，负载能得到最大功率值。
接收灵敏度和噪声系数
GPS接受灵敏度的计算
GPS 信号是从距地面 20000km 的LEO （Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面 上来的，其L1 频段（fL1=1575.42MHz）自由 空间衰减为：
F = 20Log (λ/4πR) = 20Log (0.19/4π*2*107) = -182.4 dB
接收机解调门限的定义
在一定的误码率BER前提下，接收机接收到的信 号应不低于接收机解调门限，接收机才能正确解 调接收到的信号。接收机解调门限表示为Eb/Nt， 是指每比特能量与噪声功率谱密度之比。
.
S(dBm) = NT0(dBm) +10log(BW)+ NF(dB) + Eb/Nt_req
Eb/Nt_req是有用信号平均比特能量与噪声和干扰 功率谱密度的比值，又称为解调门限，是衡量数字 调制和编码方式品质因素的标准。 Eb/Nt_req的值 取决于该系统的调制方式和解调算法。
.
GPS接受灵敏度的公式
S(dBm) = KBT(dBm) + NF(dB) + Eb/Nt_req = -174dBm +10log(BW)+ NF(dB) + Eb/Nt_req
.
带宽
由前述灵敏度公式可知，其灵敏度与带宽有关，带宽越 宽，其灵敏度就越差。WCDMA 的带宽为5 MHz， GSM 的带宽为200 KHz，因此理论上，WCDMA的灵 敏度会较差，但实际上在量测时会发现，WCDMA 的 灵敏度普遍都比GSM 来得好，而对于WCDMA 灵敏度 的规范，也比GSM 的-102 dBm 来的严格。
.
按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射为 P=26.8dBw，大气层衰减为A=2.0dB,则GPS 系统L1 频 段C/A 码信号到达地面的强度为：
微波技术(第二版)
廖艳苹，女，1980年出生，工学博士，博士后，哈尔滨工程大学信息与通信工程学院教授。
崔颖，女，1979年出生，工学博士，哈尔滨工程大学信息与通信工程学院副教授，硕士生导师，通信学会会 员。从事遥感图像、医学图像、水下图像、语音、视频等信息的智能处理。研究领域包括人工智能、深度学习， 图像的分类及特征提取、图像增强与目标检测、络自组织。
谢谢观看
该书共8章，主要介绍了微波技术的基本理论、基本概念和基本分析方法。
成书过程
修订情况
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
出版工作
为了适应微波技术新理论和新技术的发展，满足现代教育教学的需求，作者在研究了中国国内外新的同类教 材基础上，结合第一版教材的使用情况，重新编写了该教材。
该书由哈尔滨工程大学赵春晖担任主编，第1~5章由赵春晖编写，第6章由崔颖编写，第7章由廖艳苹编写， 第8章由张朝柱编写。
教材目录
（注：目录排版顺序为从左列至右列）
教学资源
《微波技术（第二版）》有配套的慕课——“微波技术”。
获得荣誉
2021年9月26日，《微波技术（第二版）》被国家教材委员会授予首届全国教材建设奖全国优秀教材（高等 教育类）二等奖。
作者简介
赵春晖，男，1965年出生，工学博士，哈尔滨工程大学信息与通信工程学院教授，硕士生、博士生导师。黑 龙江省优秀中青年专家，全国优秀教师，国家级教学名师。
微波技术（第二版）
20xx年高等教育出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录 05 获得荣誉
目录
02 内容简介 04 教学资源 06 作者简介
《微波技术（第二版）》是由赵春晖、张朝柱、廖艳苹、崔颖编著，高等教育出版社于2020年6月11日出版 的“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、iCourse·教材。该书可作为高等学校电子信息类专业（包括 电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等专业）的教材或参考书，也可供从事微波工程、电磁测量、无线电 技术等领域工作的技术人员参考。
微波收发技术噪声和接收机灵敏度(本)
热噪声的分析
RN A
PN kTB
•噪声功率随带宽的减小而减小 •噪声功率随温度的降低而降低 •噪声功率公式仅适应于1000GHz以下的频率
噪声系数的定义1
Sin NF Nin
微波通信技术
第4章 微波通信中的收发技术
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
主要内容
• 引言 – 噪声的来源 – 噪声对微波通信系统的影响
• 噪声系数的定义 • 级联系统的噪声系数 • 混频器的噪声系数
Sout N out
Nout N in Ga
输入端信噪比 输出端信噪比
• 意义：
Nout k T0 BnGa
信号通过二端口网络(放大器)后，由于器件本 身产生噪声，使信噪比变坏，使信噪比下降的 倍数就是该器件的噪声系数。
噪声系数的定义2
• 输出端的噪声可分为两部分
– 由进入系统的外部噪声造成的 NinGa
计算收信门限电平的例题(2)
1）根据BER与Eb/N0的公式，当BER=2×10-5时 Eb/N0=17.4dB，则C/N=Eb/N0+10log(log264)= 17.4+7.8=25.2dB
2）等效噪声带宽 B=155×106/log264=25.83×106MHz
3）Prt=-114+2+10log(25.83)+25.2=72.6dBm 注意：如果不考虑余弦滚降系数，可以直接利用 Eb/N0、传输速率和噪声系数等参数计算收信门 限电平。
第4章发射机
第四章发射机T.A.Weil4.1 引言发射机是脉冲雷达系统的一个组成部分图4.1是典型的脉冲雷达系统框图。
在这些方块中，公共媒体一般只标注天线和显示器，其余部分则成为“幕后英雄”。
这些不被媒体看重的部分对雷达系统同等重要，而且从设计角度而言也同样有趣。
发射机在雷达系统的成本、体积、重量、设计投入等方面占有非常大的比重，也是对系统电源能量以及维护要求最多的部分。
它通常是竖在雷达设备间角落里的大机柜，嗡嗡叫着，身上挂着“高压危险”的牌子，所以人们都宁愿远离它。
其内部结构奇特，更像一个酿酒厂而不是电脑或电视。
本章试图解释雷达发射机为何如此，希望给读者展示一个不神秘的雷达发射系统。
为何如此大的功率？发射机体积大、重量重、成本高、消耗功率大，原因是它需产生大功率射频输出，而这种要求来自雷达系统设计的综合考虑。
搜索雷达作用距离的四次方与平均射频功率、天线孔径面积（确定天线增益）、扫过需要覆盖的立体角所需时间（限制了每个方向上收集信号及为提高信噪比而积累信号的时间长短）成正比，即：4(4.1)⨯∝R⨯PTA探测距离随功率的四次方根变化是因为输出的发射功率密度与返回的目标回波能量密度随其经过距离的平方而衰减。
用提高发射机功率的方法增大雷达作用距离需付出大的代价：功率需要提高16倍才能使探测距离增加一倍。
反之，降低距离要求可显著地减少系统成本。
功率孔径积是衡量雷达性能的基本参数。
这个参数如此重要，以至在第一阶段限制战略武器条约中被专门提到，并作为限制反弹道导弹（ABM ）雷达性能的基础。
接收机灵敏度未在方程（4.1）中出现，这是由于热噪声对接收机的灵敏度有明确的限制，在这个简单距离方程中默认接收机总是工作在最高的灵敏度状态。
平均发射功率仅仅是雷达距离方程中的一个因子而且成本又很高，为何还要求如此之高的功率？用减小功率但增加天线孔径或扫描时间的办法来补偿是否为较好的办法？回答是天线孔径增加使成本增加得更快。
这是因为天线的重量、结构的复杂程度、尺寸误差以及对底座的要求都随着天线孔径的增加而迅速增加。
微波技术课件第四章
S 21
b2 a1
a2 0
——表示端口2接匹配负载时，端口1至端口2的 电压传输系数 。
4.1.2 二口网络的网络参量
– 性质
若网络对称，有 S11S22 若网络互易，有 S12S21 若网络无耗，有 STS* I
S 11 2 S 21 2
S
11
S
* 12
S
21
S
* 22
S 12
S
* 11
S
22
Y22
4.1.2 二口网络的网络参量
4. 网络参量之间的变换
（1）Z参量与A参量的关系
Z ZZ1211
a
Z12 Z22
1c
c
adbc
c d
c
（2）Y参量与A参量的关系
d adbc
Y YY1211 YY1222b1
b a
b
b
（3）S参量与归一化A参量的关系
S 11 S 12 S 21 S 22
法处理，称之为微波网络方法 。
• 分类：
分类方法
类型
按端口数量分 一口网络、二口网络、多口网络
按几何对称性分
对称网络、非对称网络
按物理对称性分
互易网络、非互易网络
按功率损耗分 按变换类型分
无耗网络、有耗网络 线性网络、非线性网络
4.1.1 概述
2. 微波网络的特点
（1）必须针对确定的模式。
（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应 的网络参量才能确定。
T1
T2
图4-1-2 串联阻抗单元电路
a U1 1 U 2 I20
c I1
0
U 2 I2 0
端口2短路时 U1 ZI1 I1 I2
微波技术与天线——电磁波导行与辐射工程(第二版)[殷际杰][电子教案]第四章.ppt
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4－11
波导或同轴线其终端短截则呈全反射状态，由传输线理论可 知，其入端阻抗为纯电抗。若短截面位置可调（活塞），入端即 为可变电抗。
4－12
4-3 定向耦合器 定向耦合器又称方向耦合器，它的作用是通过小孔耦合、 分支耦合及平行线耦合等耦合方式，把主传输线中一部分信号取 出，用于微波系统的监测、信号功率的分配或合成等等。定向耦 合器在微波技术中有着广泛的应用。 定向耦合器的基本结构，就是由主传输线、副传输线及两 者之间的耦合环节所构成。图为典型的几种定向耦合器结构示意 图。 图中依序为波导窄壁孔耦合定向耦合器、正交波导宽壁十 字孔耦合定向耦合器、耦合带状线定向耦合器及微带线分支定向 耦合器。
移动到与辅助圆相交的b点。由b点沿等反射系数模圆顺时针转过
D不得小于此 Dmin 。
4－19
4-4 阻抗变换与调配器 在微波系统特别是传输系统中，消除或降低反射波的问题一 直是微波技术（当然也包括其他各频段的传输系统）中的重要 技术课题。 消除或减小反射波的基本思路，是在传输线的适当位置上加 入调配元件或网络，以它们产生的新的反射波去抵消传输线上原 有的反射波，从而实现匹配。其基本方法有两种：一是阻抗变换， 这种方法的实质是运用补偿原理，即造成一个或多个新的反射点， 使这些反射点产生的反射波与传输线上原有的反射波叠加相消。 另一种是阻抗调配，这种方法的原理就是在传输线上找到输入阻 抗电阻部分与传输线波阻抗相等的位置，接入可调电抗性元件以 抵消该点输入阻抗的电抗，从而达到匹配。这种方法利用阻抗圆 图（或导纳圆图）实现起来较为简便。
图分别为同轴线双分支调配器的结构示意图，及其接入系统的 等效电路图。
4－
4－24
以同轴线双分支调配器为例，借助导纳圆图来说明其调配原理及 调配过程。 如图所示，负载导纳YL与同轴传输线不匹配，即归一化负载
无线发射功率与收灵敏度
无线发射功率与收灵敏度发射功率与增益无线电发射机输出的射频信号，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
因此在无线网络的工程中，计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。
Tx是发射（ Transmits ）的简称。
无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量，通常有两种衡量或测量标准：功率（W ）－相对 1 瓦（Watts ）的线性水准。
例如，WiFi 无线网卡的发射功率通常为0.036W ，或者说36mW 。
增益（dBm ）－相对 1 毫瓦（milliwatt ）的比例水准。
例如WiFi 无线网卡的发射增益为15.56dBm 。
两种表达方式可以互相转换：dBm = 10 x log[ 功率mW]mW = 10 [ 增益dBm / 10 dBm]在无线系统中，天线被用来把电流波转换成电磁波，在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”，这种能量放大的度量成为“增益（Gain）”。
天线增益的度量单位为“ dBi ”。
由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生，因此度量发射能量最好同一度量－增益（dB ），例如，发射设备的功率为100mW ，或20dBm ；天线的增益为10dBi ，则：发射总能量＝发射功率（dBm ）＋天线增益（dBi ）＝20dBm ＋10dBi＝30dBm或者：＝1000mW＝1W在“小功率”系统中（例如无线局域网络设备）每个dB 都非常重要，特别要记住“ 3 dB 法则”。
每增加或降低3 dB ，意味着增加一倍或降低一半的功率：-3 dB = 1/2 功率-6 dB = 1/4 功率+3 dB = 2x 功率+6 dB = 4x 功率例如，100mW 的无线发射功率为20dBm ，而50mW 的无线发射功率为17dBm ，而200mW 的发射功率为23dBm 。
4无线信号接收电路超外差接收电路无线收发芯片和模块
1、直接放大式接收电路
（2）高放式接收电路-实例
电感L1为绕制在磁棒B上的线圈，C1为可变电容，型号CBM223P（使用其中的一联），RL为耳机，A1为收音机集成电路 MK484。
L1和C1组成频率可 调的谐振回路，频率
调节范围即为中波广
播范围。
接收到的高频已调
信号输入MK484，
经高频放大并检波，
由于二次变频和放大器顺序混合型接收电路一般都用于无线 接收芯片，在使用芯片时我们需要了解是芯片的外部功能，并 不在意其内部结构，因此将不详细接收这两类电路的具体结构 和原理。
4.2 超外差接收电路
4.2.1 超外差接收电路框图
1、超外差调幅接收电路框图
超外差调幅接收电路由天线、输入调谐电路、变频电路（由 混频和本振电路组成）、中频放大、检波、前置放大、功率放 大电路及自动增益控制电路等组成，其框图如图所示。
可见提高增益并不能提高灵敏度，为了提高灵敏度，需要 提高输出信号的信噪比。
4.1.2 无线信号接收电路的主要技术指标
（3）选择性
定性地说，选择性是接收电路选择有用信号，抑制其他信号 和干扰信号的能力。
选择性用分贝（dB）表示。以收音机为例，假如所接收电 台的频率为650kHz，其选择性用该收音机接收频率 650±10kHz的信号的抑制能力来表示。一般要求选择性最 低不能小于20dB，即比650kHz高或低10kHz的邻频信号 至少被抑制到原值的1/10以下，习惯上将选择性表示为 20dB/±10kHz。接收机选择性的分贝值越高，说明其选择 性越好。
电源电压 1.1～1.8V
频率范围
150 ～
3000kHz
输入电阻 4MΩ
功率增益 70dB
工作电流 0.3mA
wcdmabts接收机灵敏度和整机噪声系数的理论计算
wcdmabts接收机灵敏度和整机噪声系数的理论计算WCDMA BTS 接收机灵敏度和整机噪声系数的理论计算1 概述灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收小信号的能力，它和诸多因素有关。
例如，在不同的误码率、信纳比、信噪比等条件及不同的接收环境(静态、多径信道模型)情况下灵敏度概念和数值可能各不相同。
静态参考灵敏度是指接收机在静态理想传播环境(相当于有用信号直接输入接收机，没有任何外界干扰)下，错误比特率小于某一规定值时接收机可以接收最小有用信号的能力。
它是各种传播条件中最高的灵敏度，也就是说在任何情况下的接收机灵敏度数值都不可能超过静态参考灵敏度。
通常所讲的基站灵敏度一般是指它的静态参考灵敏度。
2 接收机灵敏度计算基站接收机系统可以分为射频滤波、LNA、混频、中频滤波、放大、A/D变换、DSP处理、解调等几部分组成，如图1所示。
f N b/Nt ELNA 混频 VGA 射频滤波器解码 A/D变换、DSP处理 Pnoise Pmin LO图1 接收机原理框图进入接收机输入端的信号有两种，有用信号Pmin 和热噪声信号Pnoise，由于接收机通道中电路本身也会产生噪声Nf，因而在解调处有用信号和噪声信号的比例为:Eb/Nt=Pmin-Pnoise-Nf (1)其中Eb/Nt 是有用信号平均比特能量与噪声和干扰功率谱密度的比值，又称为解调门限，相当于模拟FM调制的C/I(载干比)，是衡量数字调制和编码方式品质因素的标准。
Eb/Nt 的值取决于该系统的调制方式和解调算法。
Pnoise 为接收机输入口处的热噪声信号，又称本-23底噪声，其数值为Pnoise=10Log(KT?BW)，其中K是波尔兹曼常数，K=1.3810J/K;，0T为标准噪声温度，T=290K。
则: 00Pnoise=10Log(KT)+10Log(BW)=-174dBm+10Log(BW) (2) 0式中BW为系统信道带宽。
对于WCDMA系统而言，BW=3.84MHz，由式(1)、(2)可以推出WCDMA基站接收机理论上静态参考灵敏度Pmin为:Pmin=-174dBm+10Log(BW)+ Nf+ Eb/Nt=-108.15+ Nf+ Eb/Nt (3)静态参考灵敏度是在静态传播情况下测得的数值，是衡量接收机性能好坏的一个重要指标。
微波技术课件第四章
利用金属板传输。
3
阵列天线
由多个单元组成的天线，可实现波束 控制和相控阵技术，用于无线通信和 雷达系统。
微波通信系统
微波链路
用于通过大气传输微波信号进 行远距离通信，如电话和互联 网。
卫星通信
利用卫星传输微波信号实现全 球范围内的通信覆盖，如卫星 电视和导航系统。
微波器件和电路
二极管
常用于微波混频、调制和检测 等电路中，具有快速响应和低 损耗。
晶体管
广泛用于微波功率放大和开关 等关键应用，具有高增益和稳 定性。
滤波器
用于在特定频带内传递或屏蔽 微波信号，用于频率选择和干 扰消除。
微波天线
1
微带天线
基于印刷电路板技术，适用于小型和
反射式天线
2
轻量化的应用，如通信设备和航空航 天。
微波技术简介
微波技术是一种在高频段工作的电子技术，用于传输、处理和控制微波信号。 它在通信、遥感和加热烹饪等领域发挥着重要作用。
微波传输线
同轴电缆
一种常用的微波传输线， 具有较低的损耗和良好的 屏蔽性能。
微带线
一种基于印刷电路板的传 输线，适用于集成电路和 微波天线设计。
波导
一种用于高功率和高频率 应用的传输线，具有较低 的损耗和较高的带宽。
微波加热与烹饪技术
微波加热原理
通过微波的频率和振幅变 化，激发食物内部分子的 热运动，实现快速加热。
微波烹饪设备
如微波炉和微波蒸煮器， 能够快速、均匀地加热食 物，保留营养和口感。
微波烹饪技巧
调整功率和时间，使用适 当的容器和盖子，避免热 点和食物过熟。
5G网络
下一代移动通信技术，利用微 波频段实现更高速度和更低延 迟的数据传输。
第4章 微波收发技术--频率源的设计(本)
DDS(Direct Digital Synthesizer)频率源 频率源
DDS是近年来迅速发展起来的数字频率合成方法， 是频率 是近年来迅速发展起来的数字频率合成方法， 是近年来迅速发展起来的数字频率合成方法 合成域的一次革命 革命。 合成域的一次 革命。 它将先进的数字信号处理理论与方法 引入频率合成领域，从相位的概念出发， 引入频率合成领域， 从相位的概念出发，采用了数字采样 技术进行信号合成。 技术进行信号合成。 与传统的直接式和锁相式频率合成方 法相比， 在硬件上实现了数字化结构， 法相比 ， DDS在硬件上实现了数字化结构， 因而具备了诸 在硬件上实现了数字化结构 多传统频率合成方法所不可比拟的优越性能， 多传统频率合成方法所不可比拟的优越性能， 具有广阔的 应用前景。 应用前景。DDS很好的实现了合成信号的频率分辨率和频 很好的实现了合成信号的频率分辨率和频 率转换时间的统一， 率转换时间的统一，它具有精细的频率分辨率和纳秒级的 频率转换时间，可以为现代快速跳频通信系统、 频率转换时间 ，可以为现代快速跳频通信系统、频率捷变 频雷达及电子对抗等系统提供理想的频率源。 频雷达及电子对抗等系统提供理想的频率源。
PLL(Phase Locked Loop)的相位噪声模型 的相位噪声模型(2) 的相位噪声模型
Ns NF ( s ) NF ( s ) θo = θ nv ( s) + θi ( s) + θ n ( s) Ns Ns Ns + K v K d F ( s ) F ( s) + F ( s) + Kv Kd Kv Kd = H nv ( s )θ nv ( s ) + H i ( s )θ i ( s ) + H n ( s )θ n ( s )
电子战微波接收机灵敏度特性
１ 电子 战 微 波 接 收机 的特 性
现代 军用 电 磁 技 术 日新 月 异 ， 发展突 飞猛进 。 伴 随 着军 用雷 达 的 不 断发 展 ， 对 于 侦察 对抗 的 电子 战技 术也 迎来 了新 的挑 战 。同时 也对 电子 战接 收机 的前端 微 波接 收机 提 出 了越来 越 高 的要 求 。 电子 战 微 波 接收 机瞬 时 工作 带 宽 越 来 越 宽 ， 宽 带微 波 接 收
（ 船 舶 重 工 集 团公 司 ７ ２ ３ 所 ， 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ １ ）
摘要： 在 电子 战微波接收机 中， 灵敏度是个关键性 的指标 。而灵敏度 又与动态范 围， 瞬时 工作 带宽等几项 指标 相互
牵制 ， 经 常 顾 此 失 彼 。在 微 波 接 收机 电 路 设 计 中 ， 综 合考虑几项指标 ， 选择折 中方案 ， 保证灵敏度 ， 又 不失其他特性 ， 便 成 了 设 计 考 量 的关 键 。 就 微 波 接 收 机 中对 灵 敏 度 有 影 响 的 幅 频 特 性 、 噪 声 等 指 标 进 行 了分 析 ， 阐述 了 提 高 灵 敏 度
动态 范 围等技 术 指 标 是相 互 牵 制 、 互 相 影 响 的 。相 对说 来 ， 瞬 时工 作 频 率 带 宽 越 宽 ， 接 收 灵 敏度 就越 低； 而灵 敏度越 高 ， 虚 假 响 应 概率 越 高 ， 动 态 范 围则 会越 小 。理论 上讲 ， 灵 敏 度 受 制 于接 收 机 的射频 接
Ｙ Ｅ Ｂｏ — ｔ ａ ｏ。 ＬＵ Ｆａ ｎ
（ Ｔｈ ｅ ７ ２ ３ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ ＣＳ Ｉ Ｃ， Ｙａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２ ５ ０ ０ １， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
2第四章 微波收发技术(上下变频技术)
解决措施：镜像抑制混频器
RF1 3dB 功率 分配器 90° 3dB 电桥 RF2 IF上 LO 90° 3dB 电桥 IF下
Z0
下变频的原则
• 要使接收系统具有尽可能高的频率选择性 • 为保证接收系统的增益，一般采用多次下变频
作业：
工作频率： 接收 2.55～2.625GHz 发射 2.9～2.975GHz 信道间隔： 15MHz 信道数目： 预置5个频点 发射中频： 70MHz 接收中频： 70MHz 请给出一个上/下变频的大致实现框图。
类型 LC滤波器 介质滤波器 工作频率 2-3000Mhz 300-3900Mhz 3dB相对带宽 3~100% 1~7%
介质腔体滤波器
梳状腔体滤波器 同轴腔体滤波器
1500-14000Mhz
400-10000Mhz 400-6000Mhz
0.1~0.6%
1~30% 0.6~5%
交指结构腔体滤波器
矩形波导腔体滤波器 微带滤波器
600-16000Mhz
5000-18000MHz ~40GHz或更高
1~80%
0.3~4% 3%以上
多次变频的方案
宽带信号的产生（1）
宽带信号的产生（2）
上变频的原则
• 保证变频之后的高次频率组合分量落在BPF的带外 • 根据中频合理地选择一次或二次方案 • 根据实际滤波器的技术水平
上变频方案的比较
RF2
Q
中频信号的进一步上变频
• 问题
中频信号一般频率较低，如70MHz，如何将低频 率的中频信号经上变频得到一个更高频率的信号 呢？
假设中频为70Mhz，要求的射频工作频率为 28GHz，由70Mhz的中频信号与一个27.93GHz的 本振信号直接产生28GHz的信号可行吗？
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有耗二端口网络的噪声系数
• 我们将有耗二端口网络视为无源有耗器件，如衰减 器、有耗传输线等 • 用损耗因子L来表示，GA=1/L
T FL T0
• 室温下 F=L
级联系统中的噪声系数(1)
G1,F1,Bn G2,F2,Bn
• (F1，G1)为第一级放大器的噪声系数和增益 • (F2，G2)为第二级放大器的噪声系数和增益 • F0为级联后的系统噪声系数
3. 根据调制方式和传输速率确定等效噪声带宽
fb B fb (1 ) log 2 M
4. 根据灵敏度的计算公式即可确定在某噪声系数下 的收信门限电平
计算收信门限电平的例题(1)
• 某通信系统的调制方式为64QAM调制，经相 干解调，BER与归一化信噪比的关系为
BER64 QAM 1Eb 7 erfc 24 7 N0
F0 3.94dB(2.48)
F0 2.04dB(1.67)
• 应合理地分配各级电路的噪声系数和增益 • 在一定条件下,系统的噪声系数只取决于系 统的第1级电路的噪声系数
计算接收机的总噪声系数
IL=2dB
G=20dB NF=2dB
CL=7dB
G=30dB NF=6dB
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
• 意义： 信号通过二端口网络(放大器)后，由于器件本 身产生噪声，使信噪比变坏，使信噪比下降的 倍数就是该器件的噪声系数。
噪声系数的定义2
• 输出端的噪声可分为两部分 – 由进入系统的外部噪声造成的 NinGa – 系统的内部附加噪声 Na – Pn=Na+NinGa
N a N inGa NF N inGa N a kT0 BnGa kT0 BnGa
L M
BER16 QAM
2 Eb 3 erfc 8 5N0
BER64QAM
1Eb 7 erfc 24 7 N0
收信门限电平(2)
2. 根据调制方式确定系统的载噪比 C/N Es f s C Pr C Es / Ts N N F KT0 B N 0 B N 0 N F KT0
• F12=2+（2-1）/（1-10）=2.1 • F21=2+（2-1）/（1-100）=2.01
第1级NF对系统的影响
F1 2dB(1.58) G1 10dB(10) F1 2dB(1.58) G1 20dB(100) F2 10dB(10) G1 20dB(100) F2 10dB(10) G1 20dB(100)
级联系统中的噪声系数(2)
G1,F1,Bn G2,F2,Bn
Na 2 ( F2 1)kT0 BnG2
kT0Bn Na2 Na1 kT0Bn kT0BnG1 Na1G2 kT0BnG1G2 总附加功率 总噪声功率
Nout kT0 Bn FG1G2
Na1 ( F1 1)kT0 BnG1
Prt=-114+NF+10log(fb) (MHz)+Eb/N0
动态范围(1)
接收机（特别是移动接收机）所接收的信号强弱 是变化的，通信系统的有效性取决于它的动态范 围，即高性能地工作所能承受的信号变化范围。 动态范围的下限是灵敏度，它受到噪声基底的限 制。当输入信号太大时，由于系统的非线性而产 生了失真，输出信噪比反而下降，因此动态范围 的上限由最大可接受的信号失真决定。
热噪声的分析
RN A
PN kTB
•噪声功率随带宽的减小而减小
•噪声功率随温度的降低而降低 •噪声功率公式仅适应于1000GHz以下的频率
噪声系数的定义1
S in N in NF S out N out N out N inGa N out kT0 BnGa
输入端信噪比
输出端信噪比
收信门限电平(1)
• 根据调制方式、传输速率、BER门限可 确定通信系统的收信门限电平。 过程如下： 1. 首先根据调制方式和BER门限，求出对应的理论 归一化比特能量信噪比Eb/N0
MQAM相干解调的BER
BER4QAM Eb 1 erfc 2 N0
3 log2 L Eb L 1 BER erfc 2 L log L L 1 N0
动态范围的定义(2)
1) 对功率放大器常用线性动态范围的概念(Linear dynamic range)。 定义为：产生1dB压缩点的输入信号电平与灵敏 度或（或噪声基底之比） 2) 对LNA和混频器则常用无杂散动态范围的概念 (SFDR)(Spurious-free dynamic range)，即下限输 入信号为灵敏度（或下限为噪声基底），上限为 在输出端引起的三阶交调失真分量Po3等于最小可 检测电平，折合到到输入端，恰好等于输入信号 为灵敏度（或下限为噪声基底）， 即Pin,max=Ft/GP。
这里考虑的噪声是接收机输入端的总的白噪声，包括 接收机输入匹配噪声电阻供给的及接收机本身产生的热 噪声功率之和。 N0代表接收机输入端单边带噪声功率谱密度。 对理想信道，可取fs=B，对于基带具有余弦滚降特性 的频带传输系统，B=（1+α）.fs
收信门限电平(3)
• 当B=fs时，
C Es Eb log 2 M N N0 N0
主要内容
• 灵敏度
– 灵敏度的定义
– 灵敏度的定量表示 – 收信门限电平 • 动态范围 – 动态范围的定义
– 动态范围的定量表示
灵敏度的定义
• 在给定接收机解调器前所要求的输出信噪
比的条件下，接收机所能检测的最低输入
信号电平。 • 灵敏度与所要求的信号质量即输出信噪比 有关，还与接收机本身的噪声系数有关。
Na Noise (in) x Gain [N in G] Noise (in)
To= 290K
Na
Gain 20dB NF 10dB
Nin
Np = Na + Nin G
at 290K
Imperfect Amplifier Degrades Signal to Noise Ratio
噪声系数的定义3
• 利用等效噪声温度 将放大器自身产生的那部分噪声由其输入端的 等效噪声温度Te来表示 则Na=kTefG
同样Nin=kT0fG
kT0 fG kTe fG T0 Te NF kT0 fG T0
NF 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 2.0 3.0 4 NF(dB) 1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.23 1.259 1.413 1.585 1.995 2.512 Te(K) 6.82 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67.47 75.87 120.9 171.3 291.6 442.9
而
Po,min
No 此灵敏度为Pin,min=kB[Ta+(F-1) T0](SNR)o,min
SNRo,min是所要求的最低输出信噪比，因
灵敏度的定量表达式(3)
灵敏度用dB表示
Pin,min (dBm) 10logk Ta F 1T0 (dBm/ Hz) 10log(B) SNR
噪声对微波通信系统的影响(1)
噪声对微波通信系统的影响(2)
噪声的来源
• 热噪声 – 导体内部电子的热运动和电子器件中的载流子的 不规则运动所产生的噪声. • 各种干扰噪声 – 主要是由电波多径传播、阻抗失配、电源波动及 其它欣道的干扰所产生的噪声。 • 波形失真 – 传输设备的线性失真与非线性失真所产生的噪声 • 外部噪声 – 外部设备的电磁干扰、各种雷电和云层放电所辐 射的电磁干扰和宇宙间其它星系辐射的电磁干扰 所产生的噪声。
微波通信技术
第4章 微波通信中的收发技术
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
主要内容
• 引言
– 噪声的来源 – 噪声对微波通信系统的影响 • 噪声系数的定义 • 级联系统的噪声系数 • 混频器的噪声系数
级联系统中的噪声系数(3)
Nout kT0 Bn FG1G2 Nout Na 2 Na1G2 kT0 BnG1G2 Na 2 ( F2 1)kT0 BnG2 Na1 ( F1 1)kT0 BnG1
对N级级联系统
F2 1 F F1 G1
FN 1 F2 1 F3 1 F F1 ...... G1 G1G2 G1G2 ...GN 1
系统的基底噪声Ft
当Ta=T0=290K时，基底噪声为
基底噪声 (dBm ) 10 log kT0 (dBm / Hz) NF (dB) 10 log( B) 174(dBm / Hz) NF (dB) 10 log B( Hz) 114(dBm / MHz ) NF (dB) 10 log B( MHz )
例
一低噪声放大器的增益为20dB，噪声系 数为2dB，假设其工作带宽为100MHz， 问：该LNA的输出基底噪声是多少？
基底噪声 (dBm ) 114(dBm / MHz ) NF (dB ) 10 log B( MHz ) 114 2 10 log( 100) 114 2 20 82dBm
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