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）
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
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
系统的噪声系数为：
SNRi Si / N i Si / N i/ 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！
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。
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！
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
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
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。
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！
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。
由于两次输入信噪比相等
Si 2 25Si1
由 NF1=10dB , 有：
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！
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？
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。
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
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
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
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：
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；
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？