05射频前端下变频器

实验五 微波下变频器的测试实验

一、实验目的

1．了解射频前端接收器的基本电路结构与主要设计参数的计算. 2．用实验模块的实际测量得以了解射频前端接收器的基本特性.

二、预习内容

1． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的理论知识。 2． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的设计的理

论知识。

三、实验设备

四、理论分析

如图6-1所示，射频前端接收器可分为天线(Antenna)、射频低噪声放大器(RF Low Noise

BPU

ANTENNA

图6-1单变频结构射频前端接收器基本电路结构

Amplifier , LNA)、下变频器(Down-Mixer , Down Converter)、中频滤波器(Intermidate Frequency Bandpass Filter , IF BPF)、本地振荡器 (Local Oscillator , LO)。其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后,经LNA 将功率放大，再送入下变频器与LO 混频后由中频滤波器输出到 基带处理单元(Baseband Processing Unit 、BPU)解调(Demodulation)出所需要的信号(Message Signals).

这类只经一个混频器上变频(或下变频)的电路构造称为单变频结构(Single Conversion configuration)。而在实际应用中也有双变频结构(Dual Conversion Configuration)，甚至多变频结构(Multi-conversion Configuration)，使用的场合视系统指标而定。因为BPU 的处理频率有所限制(一般在500MHz 以下)，所以需要利用变频器(Mixer)及频道振荡器(Channel Oscillator)将射频信号由射频前端接收器下变频为中频段(Intermidate Frequency Band 、IF)信号后再送入BPU ，或是将BPU 送出的IF 信号用射频前端发射器上变频至射频段(Radio Frequency Band 、RF)信号经放大后再发射。

射频前端接收器有如下设计参数. (一) 天线 (Antenna)

(二) 射频接收滤波器 (RF_ BPF1) (三) 射频低噪声放大器 (LNA) (四) 射频混频滤波器 (RF_BPF2) (五) 下变频器 (Down Mixer) (六) 带通滤波器 (Filter)

(七) 本地振荡嚣 (Local Oscillator) (八) 中频放大器 (IF Amplifier) 主要设计参数:

(一) 接收灵敏度(Receiver Sensitivity)

s

d w T Z SNR B T k F S ⋅⋅⋅⋅⋅=)( (式6-1)

其中 S —— 接收灵敏度

K —— 1.38*10-23(Joul/°K),波尔兹曼常数(B oltzmann’s Constant ) T —— 绝对温度(°K)= 273.15+T(°C) B W —— 系统的等效噪声频宽

SNR d —— 在检波器输入端,系统要求的信噪比 (Signal-to-noise Ratio) Zs —— 系统阻抗(System Impedance)

F T —— 总等效输入噪声因子(Noise Factor)

而上述中,总等效输入噪声因子(Noise Factor)则是由三大部分组成. (1) F in1,由接收器各单级的增益与噪声指数(Noise Figure)造成., (2) F in2,由镜频噪声(Image Noise)造成.

(3) F in3,由宽带的本地振荡调制噪声(Wideband LO AM Noise)造成. 其计算公式如(式6-2) (式6-3) (式6-4)及(式6-5)所列.

321in in in T F F F F ++= (式6-2)

()∑

∏=-=+-+-+

=-+=n

i i j j

i in G G F G F F

G

F F 1

2

131211

1 (1)

111 (式6-3) ()⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+=∑∏∏∏=-===N

i i j j i N

i j N

i j

in G F G G

F 110''11'211 (式6-4)

()∑∏==--+⋅⋅⋅=M sb N j j

o MNB L WN P in T

sb sb sb LO G T k F 1

1

10

3

100010

(式6-5)

上列公式中变量说明如下：

Fi —— 第i 单级的噪声因子(Noise Factor) Gj —— 第i 单级的增益(Gain)(G 0 = 1)

Fi' —— 在镜象频率下的单级噪声因子(对于因反射所造成的镜频衰减的单级，其 Fi' =1.)

Gj ' —— 在镜象下的单级增益，G0 ' = 1

N —— 在接收器中,从接收端计算至混频器前的总单级数 (即不包含混频器)

P LO —— 本地振荡器的输出功率(dBm) WNsb —— 带通频率上的相位噪声(dBc/Hz)

Lsb —— 带通滤波器在旁带频率上的衰减值(dB)

MHBsb —— 在旁带频率上的混频噪声均衡比( Mixer Noise Balance) T 0 —— 室温, 290O K

M —— 旁带频率的总个数

N T —— 包含混频器在内，从接收端计算至混频器的总单级数

五、设计实例