电子系统射频与天线 思考题参考解答1-8

（1）相位噪声 （2）频率的相对覆盖 （3）压控频率特性 曲线的非线性 （4）输出幅度的 平坦度
尽量提高谐振回路的有载品质 因素,减小支撑电路引入的损耗.
可变电抗元件的接入方式 电抗元件的变化指数 尽量减小输出负载对谐 振影响
（5）抑制寄生振荡
防止偏置电抗元件电抗 特性的变化
主要措施有： 频率在200MHz以下的VCO使用磁环绕线电感； 200MHz以上的VCO以基极上的走线等效电感，使用 改进的VCO控制电路；对宽覆盖的VCO,KAOR影响 大，用扼流圈取代之。 设计步骤： a.决定支持电路形式 b.决定振荡回路参数 c.决定扼流圈电抗值，并要求其自然谐振频率远高 于VCO最高工作频率 d.根据Kn要求选择Cj并确保其正常工作（反偏）
思考题四
有一种较新的收/发系统方案，以收信机为例，其方框图 如下图所示。它可以单本振完成二次变频，从而在兼具二 次变频系统优点的同时又降低了变频本振的实现难度。试 分析新方案中对本振、一中频滤波器要求的变化，以及N 的选取原则？
f RF B RF 2
RFP
B fIF 1 S ? 2
IFP1 ÷N 本振
不相关时，交叉项积分为零
R1 ( ) R2 ( )
S ( f ) S1 ( f ) S2 ( f )
总的相位噪声恶化(变差)3dB！
两路信号相参时原结论不正确！
混频时
1 (t )

(t ) 21(t )
S1 ( f )
1 (t )

S ( f ) S1 ( f ) 6dB
R1 Kf Ri
其中
1 c R1C1
环路等效模型
i ( p)
e ( p)
V ( p) K
Vc ( p)

a ( p)

KF(P)

KVCO p
o ( p)
÷N
开环传递函数 前向传递函数 误差传递函数
H o ( p)
K KVCO K F ( p) p
NK KVCO K F ( p) H 0 ( p) H ( p) 1 H 0 ( p) / N NP K KVCO K F ( p)
若相关，则结果比迭加性差。
思考题二
设一个信噪比为15dB，电平为100mV 的信号通过一个电路单元(不妨设为一个 放大器)后，信噪比恶化为10dB，即，该 电路的噪声系数为5dB。若该电路输入信 号的信噪比保持不变（还是15dB），但电 平变为５00mV，此时的输出信噪比是多 少？该电路的噪声系数又变为多少？ 本思考题说明了什么？
由于两次输入信噪比相等
Si 2 25Si1
由 NF1=10dB , 有：
Baidu Nhomakorabea
Ni 2 25Ni1
1 N F1 1 10 2 N 2.162GNi1 GNi1

SNRO2 29.24
SNRO2 (dB) 14.64dB NF2 0.36dB
结论：在电路系统的输入SNRi一定时，系统本地 噪声的影响还与信号（或其携带的噪声）大小有关！
思考题参考解答
思考题一
• 依据前面讨论的叠加性,两路频率和频谱 相同的信号进行加混频,则输出信号频率 增加一倍,相位噪声恶化(变差)3dB；再依 据比例性，由其中的任一路信号做二倍 频，则此时输出信号的频率同样是增加 一倍，但相位噪声却恶化了６dB。这中 间出了什么问题吗？为什么结果不一样？ 试分析之！
电磁兼容性解决措施：
有条件时：独立功能电路最好加以屏蔽，即放 止受其他部分的干扰，也防止干扰其它部分。 若没有条件独立屏蔽则电路设计应注意尽可能 采用低阻抗匹配连接。
思考题六
做VCO设计应主要考虑哪些因 素及措施？
参考解答： 作VCO设计应主要考虑以下因素： （1）相位噪声 （2）频率的相对覆盖 （3）压控频率特性曲线的非线性 （4）输出幅度的平坦度 （5）抑制寄生振荡
在有了上述基本选择之后，我们在做系统选 择（设计）时还应注意： （1）工作频率范围与变频方案
（2）电路（单元）的低噪声设计
（3）调制/解调与差错控制方式 （4）发送功率与天线选型 （5）成本、体积、功耗等

通信质量 与可通率
军用通信是一个较为特殊、也较为前沿的通 信领域。它首要考虑的是可靠性、保密性和抗 干扰性，而对其它，如通信质量、系统成本等， 则要求比民用为低！
试根据本节给出的传递函数，推导出不用电 流泵与Z网络，而采用理想积分（运放）滤波 器时的环路参数的计算公式。 参考解答： 取理想积分滤波器如 侧图所示
Ri a b
R1
C1
+ Vc(t)
Vc ( p) c K F ( p) K f (1 ) K f FL ( p) V ( p) p
2、锁相式频率合成技术（也叫间接频率合成， IFS） 锁相式频率合成是采用锁相环(PLL)进行频率 合成的一种频率合成技术。它是目前频率合成器 的主流，可分为整数频率合成器和分数频率合成 器。由于单环整数PLL频率合成器难于同时满足 合成器在频带宽度、频率分辨率和频率转换时间 等多方面的性能要求，因此，一般采用多环PLL 频率合成器或分数分频锁相环。
1、直接模拟式频率合成（DS） 它是由一个高稳定、高纯度的晶体参考 频率源，通过倍频器、分频器、混频器， 对频率进行加、减、乘、除运算，得到 各种所需频率。 特点： 近端相噪指标好，频率转换时间最短。但 远端相噪不好（杂散较多） ，频率步进不易 做小，且需大量的滤波器、切换开关等，电 路较复杂，体积较大，成本高。现在在细频 率步进要求下的场合一般很少应用。
K KVCOC1 NRi
有C2时，只要满足C2<<C1，则仍然可采 用课堂上讲过的方式处理
思考题八
试确定根据对频综的要求而选择 相应合成技术的基本原则。
参考解答： 频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确 度的标准频率经过一定变换，产生同样高稳定度 和精确度的大量离散频率的技术。目前频率合成 主要有4种技术：直接频率合成技术、间接（锁相） 频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合 式频率合成技术，它们各有特点。
系统的噪声系数为：
SNRi Si / N i Si / N i F GSi /(GNi N ) SNR0 S0 / N 0 Si (GNi N ) GSi N i N 1 GNi
对于确定的电路系统，其本地噪声N一定（不考 虑相关噪声）。于是，由上公式可知：该电路的实 际噪声系数不仅仅取决于本地噪声N的大小，还与 系统增益和输入信号携带的噪声有关！
S1 ( f )
1 R ( ) Lim T 2T

T
T
21 (t ) 21 (t )dt
4R1 ( ) S ( f ) S1 ( f ) 6dB
结
论
1、倍频或分频时，相噪的变化至少按比例性 2、混频时，则需要考虑参与混频信号之间的相 关性。 若不相关，则依从迭加性；
1 T Lim 1 (t ) 2 (t )1 (t ) 2 (t )dt T 2T T
1 Lim T 2T

T
T
[1 (t )1 (t ) 2 (t )2 (t )

2 (t )1 (t ) 1 (t )2 (t )]dt
特点： 近端相噪较难控制，频率转换时间长（最慢）；但 信号相位锁定，频率分辨率高于DS方式，电路相对 简单，成本低，较易实现。
3、直接数字频率合成技术 直接数字频率合成(DDS)技术是20世纪80年代末， 随着数字集成电路和微电子 技术的发展出现的一种 新的数字频率合成技术，它从相位量化的概念出发、 利用ROM+DAC转换器得到所需信号，进行频率合 成。 特点： 因为功能相当于分频器，故其输出频率低（范围 小），相位噪声低但频谱不纯（杂散较多），频率 转换时间短，频率间隔细（步进最小），易于调整 及控制灵活。 随着IC电路技术的进步现在DDS的输出频率愈 来愈高，应用前景看好。
因此，看一个电路噪声特性的好坏？不能仅看其噪 声系数的大小，还需注意该噪声系数对应的输入信号 大小！！
实际应用时还应注意： 1、工作环境温度的变化？ 2、信号与系统通带的关系？ 3、是否有相关噪声产生？
另外，考虑到实际模拟电路的每一级单元都有 NF>0；信号每通过一级电路，信噪比都会被恶化， 亦即呈现出噪声的“累积”效应。
fIF 2
BS 2
IFP2
去 解 调
单本振二次变频方案方框图
请参阅下参考文献: 陈兴华，蔡竟业，任威，杨远望. 单本振二次变 频方案浅析. 电讯技术, Vol. 47 No.1 Feb. 2007
思考题五
作信道机系统设计时，应主要针对 哪一类噪声，主要措施有哪些？
参考解答： 信道机系统的噪声分为两类： 1.内部噪声和外部噪声 2.相关噪声和非相关噪声。 对于外部噪声和非相关噪声的控制主要是根据外部 频率点和强弱来改变频道或增强功率。故作信道机系 统设计时，应主要针对相关噪声！ 相关噪声主要来源有：因电路非线性而产生的谐 波失真和互调失真，另一种是电磁兼容性设计不当 而导致的电磁干扰。
2n p n 2 N 2 p 2n p n 2
n
2
K KVCO K f c N
, 2n
K KVCO K f N
n
1 2

K KVCO K f c N K KVCO K f N c
K KVCO
2 NRin
,
C1
R1 2 /
f 0 B
小容量短距离（视距）以超短波通信为最佳； 有障碍物时，以中、短波（地波）通信为最 佳；水下以VLF为主。
小容量长距离以短波通信为最佳； 特殊情况以VLF频段（导航、定位）。 大容量短距离以微波中继通信为最佳； 大容量近距离以UWB为最佳。 大容量长距离以卫星中继（微波）通 信为最佳。
参考解答： 信号通过系统的过程如下图所示：
Si Ni
G,N (NF=5dB)
SO NO
图中， Si为输入信号功率，Ni为输入噪声功率， G为系统增益， NF为噪声系数，N为系统本地噪 声（折算到输出端），So为输出信号功率，No为输 出噪声功率。则有：
S0 GSi N0 GNi N
S0 GSi SNR0 N0 GNi N
两路信号不相参时原结论正确！
混频时
1 (t )

(t ) 1 (t ) 2 (t )
S1 ( f )
2 (t )

S ( f ) S1 ( f ) S2 ( f )
S 2( f )
1 R ( ) Lim T 2T

T
T
(t ) (t )dt
因此，在满足系统要求的前提下，尽量减少或简 化电路，是模拟电路的一个重要设计指导思想。
而在数字通信系统中，由于数字信号的“0”、 “1”判决门限相对较高，因此，每次判决（识别） 都相当于信号的“重生”，故没有噪声的累积效 应，这也是长距离（接力）通信愈来愈多采用数 字系统的一个重要原因。
思考题三
根据对无线通信的基本要求（信息容量、距离） 应如何选择通信方式与系统？ 参考解答： 无线通信首先要考虑的是建立通信迅速， 机动性好，设备尽可能简单。 其次，根据香农定理，信息容量决定了通 信信号的基本带宽要求；对无线通信而言，信 息容量事实上也在某种程度影响了通信的最低 频率要求，因为：
H e ( s ) 1 H ( p) N NP K KVCO K F ( p)
代入滤波器传递 函数有:
H ( p)
NK KVCO K f (1
c
p
) p )
NP K KVCO K f (1
c

NK KVCO K f p NK KVCO K f c NP2 K KVCO K f p K KVCO K f c
针对非线性相关噪声情况采取措施
1.对于系统内部噪声，根据级联噪声系数公式，应 注重前级的低噪声设计 2.被动情况：引入AGC电路以控制大动态范围输入 信号的幅度 3.主动情况：在非线性器件的前面或后面作滤波处 理 4.镜像干扰：阻止镜像干扰信号进入混/变频， 用RPF作滤波器 5.交调失真：采用二次变频或采用新的变频结 构,如宽带中频双正交变频结构
f 105 ~ 103 f low
采用VCXO
采用LC VCO
f 1% ~ 100% flow
改变变容管接入方式，可改变相对覆盖和非 线性系数。全接入相对覆盖最大，串联接入非 线性最好。 对于集成VCO，通常系统级集成芯片上的VCO 相位噪声很差，而专门的集成VCO略好些。
思考题七