监测接收机及其基本知识
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原理: 电流越大，产生的噪声越大。
因此，接收机中要进行小电流设计，但这与线性度矛盾。
低噪声和高的线性度是矛盾的。
接收机参数 Noise
● 噪声被认为是接收机内部的噪声，它降低了输入信号的信噪
比。
● 因此，内部噪声成为衡量接收机灵敏度的尺度之一。内部噪
声是可靠检测小信号的的关键。
● 内部噪声可以以多种方式表示;
f1 + f2
例如: f1 = 200 MHz, f2 = 410 MHz, f2 - f1 = 210 MHz 流程: 接收机先调谐至 f1 然后到 f2 - f1, 确定取值.
IP2 = Pin + a
Pin 电平差 "a"
接收机参数 互调 IP2/IP3波器带宽
主要模块 预选器
功能:
通过电子切换开关,预选器将输入频带分为若干子频带，这些子 频带或者被子倍频带通滤波器限制(fupper < 2 x f ) lower 或直接被作为 跟踪滤波器使用（电切换）。
预选器另外还包括: 为提高灵敏度的放大器 为增大动态范围的衰减器 过压保护电路 针对内置测试设备测试信号的应用 自我监测的测试点 天线选择器 (如果有必要的话)
多重调谐器的概念 为不同的频带配置对应的调谐器
Pros: 低的中频使得第一中频的滤波器变窄成为可能
(对噪声系数、截断点、阻塞来说是理想的,) 低的本振频率 = 低的相位噪声
Cons: 为不同的频带配置对应的调谐器占用了大量的空间和 模块，换句话说：增加了成本。
例如: ESMC
接收机参数 频率范围
LO1
LO2
LO3
测量: 将信号发生器设置在一个中频频率，调高接收机接收电平直到接收机输入端达到一个 能够估计的电平为止。
然后，调谐测试信号发生器至不同的有用的频率，在接收机中产生相同的信号电平。 中频频率和有用的频率电平的差就是测得的中频抑制，用dB表示。
预选器的有益的效果 – 频谱仪!
接收机参数 镜频抑制
接收机参数 灵敏度
接收机的灵敏度是这样计算的
Pin, min (dBm) 174 dBm / Hz NF 10 lgBW
也就是说，它依赖于带宽设置
当 以及
dBm
P(mW ) 10 10 或
Vin, min P(W) 50
P(W ) P(mW ) 10 3
灵敏度 Vin, min 就确定了 (用 V表示)。 反之亦然， 当已知灵敏度是可以计算出噪声系数。
接收机参数 互调, IP2, IP3
当两个或更多的信号同时加载在有源器件输入端，有源器件 （放大器/混频器）由于其非线性，会在互调产物中产生无用信 号。
因此这些无用信号电平越低越好。有源器件的线性度随着电 流和功率的增长而增长。 也就是：为放大器级提供的电流越 大，或混频器的本振功率越大, 线性度就越高。
例如: ESMC: 第一 IF = 1121.4 MHz, 第一中频滤波器带宽 = 20 MHz typ.
EB200: 第一 = 3466.7 MHz,第一中频滤波器带宽 = 80 MHz typ.
接收机参数 互调 IP2/IP3
互调 = IM = 激励 + 控制 为什么?
对频率选择的控制 互调产物在频率范围内显著变化 (特别是当混频器匹配不理想 时) 互调产物依赖于温度。 两个互调产物通常有不同的值，可能会有几dB的不同;
fI2-fI1
fI1 fI2 2fI1-fI2 2fI2-fI1
2fI1 2fI2 fI1+ fI2
频谱
(谐波和互调产物)
3fI1
3fI2 f
2fI1+ fI2 2fI2+ fI1
接收机参数 互调 IP2/IP3
IP2
fin 第一中频滤波器带宽
预选滤波器
fLO
fIF
预选器带宽
f1
f2
f2 - f1
但是要记住: 这同噪声的要求相矛盾。 低功耗 = 有限的线性度
例如： EB200: 功耗 17 W typ., IP3 = 2 dBm typ. ESMB: 功耗 40 W typ., IP3 = 18 dBm typ.
接收机参数 互调, IP2, IP3
LO
绿色 = 二阶产物 红色 = 三阶产物
接入衰减器可以控制互调产物。 (=在高的噪声系数下的高的 IP)
IP3 和噪声系数应当在同等的操作模式下分析和比较。
接收机参数 振荡器再发射
频谱仪
接收机输入
LO1
LO2
LO3
因为滤波器和放大器在第二和第三中频中起作用，第一振荡器的辐射很重要。 测量：使用频谱仪或测试接收机测量接收机输入端不同接收频率的本振频率。 例如： 使用EB200，本振频率范围 = 3466.7 MHz – 6466.7 MHz
以EB200为例: 输入频率 10 kHz 到 3000 MHz
第一中频: 3466.7 MHz 第二中频: 394.7 MHz 第三中频: 10.7 MHz
主要模块
合成器 (第一本振, LO)
功能:
当混频器把输入信号变成一个固定的中频信号时，为混频器产 生不同的本振信号。 (第一中频).
例如 EB200: 输入信号频率范围 第一本振 第一中频
f IF
预选滤波器带宽
Pin 电平差 "a"
2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1
例如: f1 = 400 MHz, f2 = 410 MHz, 2f1 - f2 = 390 MHz, 2f2 - f1 = 420 MHz 流程: 顺序将接收机调谐至 f1, f2, 2 f1 - f2 和 2 f2 - f1 得到如下值.
主要模块 预选器
预选器需要被用来减少天线输入端信号负载 (信号总负载)
它改善了如下参数:
本振再辐射 二阶截断点 - IP2 镜频抑制 中频抑制 噪声系数 - NF
主要模块 前端 (信号部分)
功能:
在前端，输入的频率被转变为不同的中频（第一中频、第二中 频、第三中频），在每个变频器中间，得到的中频 被放大和滤 波。
EB200的频率概念
接收频率范围: 10 kHz 到3000 MHz
单调谐器的概念
Pros: 格低。
Cons:
整个频带仅有一个调谐器，只需较小的空间，价
高中频 = 宽的中频滤波器带宽 限制了带内的截断点 高频削弱了噪声 相位噪声和线性度 只能用于一个有限的范围 如： HF + VHF/UHF
例如: EB200, ESMB (VHF/UHF)
接收机参数 噪声
凡是有电流的地方都会产生噪声。 电子的不规则运动是产生这种现象的原因。
监测接收机最后一级中频的典型输出频率: 10.7 MHz, 21.4 MHz, 40 MHz, 70 MHz, 160 MHz 许多选件都调谐到此频率。
(通常与测试接收机和频谱仪中频不同)。
主要模块 中频部分
功能:
对从前端输入的信号进行预选和滤波。 转换到基带 (视频输出)。 通过带有不同加权过程的对数放大器获得输入信号的电平信 息。 调整中频部分产生的信号电平进入固定倍数放大器。 (对于调幅 信号) 为进一步处理解调信号。 音频信号处理。 提供额外的输出端。
噪声因子或噪声系数通常被认为是不依赖带宽的参数。
接收机参数 噪声因子 – 噪声系数
无量纲的噪声因子 F是二端口网络（接收机）输入端和输出端 信噪比之比
F S1/N1 S2/N2
其中 S1/N1 输入端信噪比 S2/N2 输出端信噪比
接收机参数 灵敏度
对于接收机的评估和比较来说，噪声系数是一个关键的标 准。 灵敏度对于接收机来说是同样重要，经常用来替代噪声系数 或同噪声系数并列。 如果数据表中的数据完整、准确，噪声系数和灵敏度之间可 以直接转换。 下面的幻灯说明了他们的关系.
接收机参数
振荡器 (合成器) 相位噪声 固有杂散响应 ** 寄生响应 自动增益控制 - AGC
(U - D)* (U - D) (U - D) (O - T)
l左: O = 操作参数
U = 不需要的参数 右: D = 设计参数
T = 测试评估
接收机参数 频率范围
有如下不同的概念:
监测接收机的特性
高可靠性, MTBF 使用复杂的自检理念达到短的 MTTR（平均修正时间） 易于集成到系统中 为可选设备提供通用接口 低功耗 改善的的温度范围 满足移动要求的高机械强度 满足严格的电磁兼容要求
不太重要的因素: 电平精度, 脉冲负载能力, 限制线, 特殊的滤 波器
接收机参数 最重要的—首要的因素
频率范围 噪声 – 噪声因子 – 噪声系数 - NF 灵敏度 二阶截断点 - ICP2 - IP2 - SOI 三阶截断点 - ICP3 - IP3 - TOI 振荡器再辐射 中频抑制 镜频抑制 选择性 – 形状因子
(O - D)* (U - T) (O - T) (U - T) (U - T) (U - T) (U - T) (U - T) (O - T)
10 kHz to 3000 MHz 3466.71 MHz to 6466.7 MHz 3466.7 MHz
主要模块 第二、第三本振
功能:
第二、第三本振通常是固定频率的振荡器。它们把第一和第二 中频 输出信号转变为中频信号，这些信号将被加载在中频部分 或其它模块上以便进行进一步处理, 如中频全景。这些未被控制 的宽带中频信号应该在后部也能得到。第一和第二中频信号经 常被成对输出满足带宽极宽的应用(>10 MHz)。
接收机基础
什么是接收机?
“从广义上讲，接收机是用来处理电讯号的有线或无线的设备”.
从这个广义的角度，我们将更近地观察那些使我们感兴趣的接 收机. 测试接收机 频谱仪 监测接收机
监测接收机的典型应用
快速探测未知信号 在频域内搜索活动信号 通信信号的解调 触发更多的功能 集成到民用和军用的特殊系统中去 频带的监测 单频点的监测 监测某一个频率表 传送解调信号便于进一步处理 存储某一活动信号
IP3 = Pin + a/2
接收机参数 互调 IP2/IP3
三阶互调 – 带内 – 带外
预选滤波器
第一中频带宽
2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1 2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1 2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1
带内
带外
带外
带外测量对于多调谐概念来说是可能的,因为可以根据低的第一中频使用窄的滤 波器。对于在宽频带使用单调谐器的概念来说, 第一中频很高，窄的滤波器也不 可能。
主要模块 中频部分
模拟或数字中频部分? 模拟解决方案通常用于消费产品（能力较低）和专业的宽带领 域(8 MHz to 10 MHz) 数字解决方案有如下决定性的优点: 较多的带宽选择, 容易调整 可实现针对不同的波形选用不同的滤波器 不用调整 – 高精确性 温度稳定性好 多种解调器 适应性好、容易控制 数字输出 (中频、音频)
监测接收机的典型应用
追踪目标 它们越来越多地应用在: 简单覆盖测量 符合ITU建议的测量
监测接收机的特性
集成了预选器 优化了时间常量的AGC 半导体开关切换 - 没有继电器 针对监测任务优化操作 实时处理理念 特殊的功能如： 静噪, COR 有如下功能： FSCAN, MSCAN 和全景显示(RF, IF) 内部受控序列 (扫描), 音频处理是核心 现代化的接口 (LAN) 交流电或电池供电
频谱仪中没有预选器–LO1 辐射相对较高。
接收机参数 中频抑制
中频是如何免除干扰的, 以 EB200/ESMB 为例
信号发生器
1st IF 3466.7 MHz
2nd IF 394.7 MHz
3rd IF 10.7 MHz
f1 = 3466.7 MHz f2 = 394.7 MHz f3 = 10.7 MHz
主要模块 处理器, 接口
功能:
通常内置控制器 控制所有的数据和处理。另外有额外的处理器 或微控制器和内存支持显示、接口等子功能。
重要的因素: 标准的操作系统 实时能力 标准化的接口
(在测量测试中使用 IEC/IEEE 总线, 实时能力 = ?)
接收机参数
最重要的 (首要的) 接收机参数
因此，接收机中要进行小电流设计，但这与线性度矛盾。
低噪声和高的线性度是矛盾的。
接收机参数 Noise
● 噪声被认为是接收机内部的噪声，它降低了输入信号的信噪
比。
● 因此，内部噪声成为衡量接收机灵敏度的尺度之一。内部噪
声是可靠检测小信号的的关键。
● 内部噪声可以以多种方式表示;
f1 + f2
例如: f1 = 200 MHz, f2 = 410 MHz, f2 - f1 = 210 MHz 流程: 接收机先调谐至 f1 然后到 f2 - f1, 确定取值.
IP2 = Pin + a
Pin 电平差 "a"
接收机参数 互调 IP2/IP3波器带宽
主要模块 预选器
功能:
通过电子切换开关,预选器将输入频带分为若干子频带，这些子 频带或者被子倍频带通滤波器限制(fupper < 2 x f ) lower 或直接被作为 跟踪滤波器使用（电切换）。
预选器另外还包括: 为提高灵敏度的放大器 为增大动态范围的衰减器 过压保护电路 针对内置测试设备测试信号的应用 自我监测的测试点 天线选择器 (如果有必要的话)
多重调谐器的概念 为不同的频带配置对应的调谐器
Pros: 低的中频使得第一中频的滤波器变窄成为可能
(对噪声系数、截断点、阻塞来说是理想的,) 低的本振频率 = 低的相位噪声
Cons: 为不同的频带配置对应的调谐器占用了大量的空间和 模块，换句话说：增加了成本。
例如: ESMC
接收机参数 频率范围
LO1
LO2
LO3
测量: 将信号发生器设置在一个中频频率，调高接收机接收电平直到接收机输入端达到一个 能够估计的电平为止。
然后，调谐测试信号发生器至不同的有用的频率，在接收机中产生相同的信号电平。 中频频率和有用的频率电平的差就是测得的中频抑制，用dB表示。
预选器的有益的效果 – 频谱仪!
接收机参数 镜频抑制
接收机参数 灵敏度
接收机的灵敏度是这样计算的
Pin, min (dBm) 174 dBm / Hz NF 10 lgBW
也就是说，它依赖于带宽设置
当 以及
dBm
P(mW ) 10 10 或
Vin, min P(W) 50
P(W ) P(mW ) 10 3
灵敏度 Vin, min 就确定了 (用 V表示)。 反之亦然， 当已知灵敏度是可以计算出噪声系数。
接收机参数 互调, IP2, IP3
当两个或更多的信号同时加载在有源器件输入端，有源器件 （放大器/混频器）由于其非线性，会在互调产物中产生无用信 号。
因此这些无用信号电平越低越好。有源器件的线性度随着电 流和功率的增长而增长。 也就是：为放大器级提供的电流越 大，或混频器的本振功率越大, 线性度就越高。
例如: ESMC: 第一 IF = 1121.4 MHz, 第一中频滤波器带宽 = 20 MHz typ.
EB200: 第一 = 3466.7 MHz,第一中频滤波器带宽 = 80 MHz typ.
接收机参数 互调 IP2/IP3
互调 = IM = 激励 + 控制 为什么?
对频率选择的控制 互调产物在频率范围内显著变化 (特别是当混频器匹配不理想 时) 互调产物依赖于温度。 两个互调产物通常有不同的值，可能会有几dB的不同;
fI2-fI1
fI1 fI2 2fI1-fI2 2fI2-fI1
2fI1 2fI2 fI1+ fI2
频谱
(谐波和互调产物)
3fI1
3fI2 f
2fI1+ fI2 2fI2+ fI1
接收机参数 互调 IP2/IP3
IP2
fin 第一中频滤波器带宽
预选滤波器
fLO
fIF
预选器带宽
f1
f2
f2 - f1
但是要记住: 这同噪声的要求相矛盾。 低功耗 = 有限的线性度
例如： EB200: 功耗 17 W typ., IP3 = 2 dBm typ. ESMB: 功耗 40 W typ., IP3 = 18 dBm typ.
接收机参数 互调, IP2, IP3
LO
绿色 = 二阶产物 红色 = 三阶产物
接入衰减器可以控制互调产物。 (=在高的噪声系数下的高的 IP)
IP3 和噪声系数应当在同等的操作模式下分析和比较。
接收机参数 振荡器再发射
频谱仪
接收机输入
LO1
LO2
LO3
因为滤波器和放大器在第二和第三中频中起作用，第一振荡器的辐射很重要。 测量：使用频谱仪或测试接收机测量接收机输入端不同接收频率的本振频率。 例如： 使用EB200，本振频率范围 = 3466.7 MHz – 6466.7 MHz
以EB200为例: 输入频率 10 kHz 到 3000 MHz
第一中频: 3466.7 MHz 第二中频: 394.7 MHz 第三中频: 10.7 MHz
主要模块
合成器 (第一本振, LO)
功能:
当混频器把输入信号变成一个固定的中频信号时，为混频器产 生不同的本振信号。 (第一中频).
例如 EB200: 输入信号频率范围 第一本振 第一中频
f IF
预选滤波器带宽
Pin 电平差 "a"
2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1
例如: f1 = 400 MHz, f2 = 410 MHz, 2f1 - f2 = 390 MHz, 2f2 - f1 = 420 MHz 流程: 顺序将接收机调谐至 f1, f2, 2 f1 - f2 和 2 f2 - f1 得到如下值.
主要模块 预选器
预选器需要被用来减少天线输入端信号负载 (信号总负载)
它改善了如下参数:
本振再辐射 二阶截断点 - IP2 镜频抑制 中频抑制 噪声系数 - NF
主要模块 前端 (信号部分)
功能:
在前端，输入的频率被转变为不同的中频（第一中频、第二中 频、第三中频），在每个变频器中间，得到的中频 被放大和滤 波。
EB200的频率概念
接收频率范围: 10 kHz 到3000 MHz
单调谐器的概念
Pros: 格低。
Cons:
整个频带仅有一个调谐器，只需较小的空间，价
高中频 = 宽的中频滤波器带宽 限制了带内的截断点 高频削弱了噪声 相位噪声和线性度 只能用于一个有限的范围 如： HF + VHF/UHF
例如: EB200, ESMB (VHF/UHF)
接收机参数 噪声
凡是有电流的地方都会产生噪声。 电子的不规则运动是产生这种现象的原因。
监测接收机最后一级中频的典型输出频率: 10.7 MHz, 21.4 MHz, 40 MHz, 70 MHz, 160 MHz 许多选件都调谐到此频率。
(通常与测试接收机和频谱仪中频不同)。
主要模块 中频部分
功能:
对从前端输入的信号进行预选和滤波。 转换到基带 (视频输出)。 通过带有不同加权过程的对数放大器获得输入信号的电平信 息。 调整中频部分产生的信号电平进入固定倍数放大器。 (对于调幅 信号) 为进一步处理解调信号。 音频信号处理。 提供额外的输出端。
噪声因子或噪声系数通常被认为是不依赖带宽的参数。
接收机参数 噪声因子 – 噪声系数
无量纲的噪声因子 F是二端口网络（接收机）输入端和输出端 信噪比之比
F S1/N1 S2/N2
其中 S1/N1 输入端信噪比 S2/N2 输出端信噪比
接收机参数 灵敏度
对于接收机的评估和比较来说，噪声系数是一个关键的标 准。 灵敏度对于接收机来说是同样重要，经常用来替代噪声系数 或同噪声系数并列。 如果数据表中的数据完整、准确，噪声系数和灵敏度之间可 以直接转换。 下面的幻灯说明了他们的关系.
接收机参数
振荡器 (合成器) 相位噪声 固有杂散响应 ** 寄生响应 自动增益控制 - AGC
(U - D)* (U - D) (U - D) (O - T)
l左: O = 操作参数
U = 不需要的参数 右: D = 设计参数
T = 测试评估
接收机参数 频率范围
有如下不同的概念:
监测接收机的特性
高可靠性, MTBF 使用复杂的自检理念达到短的 MTTR（平均修正时间） 易于集成到系统中 为可选设备提供通用接口 低功耗 改善的的温度范围 满足移动要求的高机械强度 满足严格的电磁兼容要求
不太重要的因素: 电平精度, 脉冲负载能力, 限制线, 特殊的滤 波器
接收机参数 最重要的—首要的因素
频率范围 噪声 – 噪声因子 – 噪声系数 - NF 灵敏度 二阶截断点 - ICP2 - IP2 - SOI 三阶截断点 - ICP3 - IP3 - TOI 振荡器再辐射 中频抑制 镜频抑制 选择性 – 形状因子
(O - D)* (U - T) (O - T) (U - T) (U - T) (U - T) (U - T) (U - T) (O - T)
10 kHz to 3000 MHz 3466.71 MHz to 6466.7 MHz 3466.7 MHz
主要模块 第二、第三本振
功能:
第二、第三本振通常是固定频率的振荡器。它们把第一和第二 中频 输出信号转变为中频信号，这些信号将被加载在中频部分 或其它模块上以便进行进一步处理, 如中频全景。这些未被控制 的宽带中频信号应该在后部也能得到。第一和第二中频信号经 常被成对输出满足带宽极宽的应用(>10 MHz)。
接收机基础
什么是接收机?
“从广义上讲，接收机是用来处理电讯号的有线或无线的设备”.
从这个广义的角度，我们将更近地观察那些使我们感兴趣的接 收机. 测试接收机 频谱仪 监测接收机
监测接收机的典型应用
快速探测未知信号 在频域内搜索活动信号 通信信号的解调 触发更多的功能 集成到民用和军用的特殊系统中去 频带的监测 单频点的监测 监测某一个频率表 传送解调信号便于进一步处理 存储某一活动信号
IP3 = Pin + a/2
接收机参数 互调 IP2/IP3
三阶互调 – 带内 – 带外
预选滤波器
第一中频带宽
2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1 2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1 2 x f1-f2 f1 f2 2 x f2-f1
带内
带外
带外
带外测量对于多调谐概念来说是可能的,因为可以根据低的第一中频使用窄的滤 波器。对于在宽频带使用单调谐器的概念来说, 第一中频很高，窄的滤波器也不 可能。
主要模块 中频部分
模拟或数字中频部分? 模拟解决方案通常用于消费产品（能力较低）和专业的宽带领 域(8 MHz to 10 MHz) 数字解决方案有如下决定性的优点: 较多的带宽选择, 容易调整 可实现针对不同的波形选用不同的滤波器 不用调整 – 高精确性 温度稳定性好 多种解调器 适应性好、容易控制 数字输出 (中频、音频)
监测接收机的典型应用
追踪目标 它们越来越多地应用在: 简单覆盖测量 符合ITU建议的测量
监测接收机的特性
集成了预选器 优化了时间常量的AGC 半导体开关切换 - 没有继电器 针对监测任务优化操作 实时处理理念 特殊的功能如： 静噪, COR 有如下功能： FSCAN, MSCAN 和全景显示(RF, IF) 内部受控序列 (扫描), 音频处理是核心 现代化的接口 (LAN) 交流电或电池供电
频谱仪中没有预选器–LO1 辐射相对较高。
接收机参数 中频抑制
中频是如何免除干扰的, 以 EB200/ESMB 为例
信号发生器
1st IF 3466.7 MHz
2nd IF 394.7 MHz
3rd IF 10.7 MHz
f1 = 3466.7 MHz f2 = 394.7 MHz f3 = 10.7 MHz
主要模块 处理器, 接口
功能:
通常内置控制器 控制所有的数据和处理。另外有额外的处理器 或微控制器和内存支持显示、接口等子功能。
重要的因素: 标准的操作系统 实时能力 标准化的接口
(在测量测试中使用 IEC/IEEE 总线, 实时能力 = ?)
接收机参数
最重要的 (首要的) 接收机参数