1、第六單元 接收機(jī)與發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu),應(yīng)知應(yīng)會(huì)要求： 1了解接收機(jī)、發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)。 2掌握接收機(jī)常用的電路結(jié)構(gòu)。 3掌握發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)。 4熟悉射頻功率放大器的特征，理解各種功放工作原理。 5了解發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。 6理解自動(dòng)增益控制與自動(dòng)頻率控制的基本原理和實(shí)際應(yīng)用。 7了解現(xiàn)代數(shù)字通信機(jī)的特點(diǎn)。 8掌握現(xiàn)代數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)。 9掌握現(xiàn)代數(shù)字發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。 10了解通信設(shè)備小型化的主要技術(shù)。,返回目錄頁(yè),目 錄,6.1 接收機(jī) 6.1.1 接收機(jī)電路結(jié)構(gòu) 6.1.2 超外差式接收機(jī)的實(shí)現(xiàn) 6.1.3 接收機(jī)實(shí)際電路分析 6.2 發(fā)射機(jī) 6.2.1 發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo) 6.2.2 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 6

2、.2.3 射頻功率放大器 6.2.4 發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 6.2.5 發(fā)射機(jī)實(shí)際電路分析 6.2.6 自動(dòng)增益控制與自動(dòng)頻率控制 6.3 現(xiàn)代數(shù)字通信機(jī) 6.3.1 數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu) 6.3.2 數(shù)字發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 6.3.3 典型通信機(jī)組成 6.3.4 通信設(shè)備的小型化和通信電路的大規(guī)模集成 6.4 實(shí)訓(xùn)觀察通信機(jī)結(jié)構(gòu) 6.5 單元測(cè)試,6.1 接收機(jī),接收無(wú)線電信號(hào)的設(shè)備叫做無(wú)線電接收機(jī)。 無(wú)線電接收機(jī)的任務(wù)就是從許多電臺(tái)信號(hào)與干擾信號(hào)中把需要的信號(hào)選出，進(jìn)行放大，解調(diào)變換成低頻信號(hào)（即原來(lái)的調(diào)制信號(hào)）以推動(dòng)揚(yáng)聲器或其它終端設(shè)備。 接收機(jī)電性能的質(zhì)量指標(biāo)： 1靈敏度 2選擇性 3失真度 4波段

3、覆蓋 5工作穩(wěn)定性,6.1.1 接收機(jī)電路結(jié)構(gòu),接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)常用的有直接解調(diào)式、單次超外差式、二次變頻超外差式三種。 1直接解調(diào)式接收機(jī) 直接解調(diào)式接收機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖如圖6-2如示。 2單次超外差式接收機(jī) 單次超外差式接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6-3所示。 3二次變頻超外差式接收機(jī) 經(jīng)過(guò)兩次變頻的超外差式接收機(jī)叫二次變頻超外差接收機(jī)，其方框圖如圖6-4所示。,6.1.2 超外差式接收機(jī)的實(shí)現(xiàn),1單次變頻超外差式接收機(jī)的實(shí)現(xiàn) 圖6-5為一實(shí)際的單次變頻超外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)。 不論如何去調(diào)諧接收機(jī)，中頻是永遠(yuǎn)不變的。 單次變頻超外差式接收機(jī)統(tǒng)調(diào)原理如圖6-6所示。 2. 二次變頻超外差式接收機(jī)的實(shí)現(xiàn) 這種

4、接收機(jī)實(shí)現(xiàn)兩次變換頻率，如圖6-7所示。 3.調(diào)頻接收機(jī) 接收調(diào)頻信號(hào)的接收機(jī)叫調(diào)頻接收機(jī)，這種接收機(jī)通常都采用雙超外差式電路，如圖6-8所示。,6.1.3 接收機(jī)實(shí)際電路分析,圖6-9所示為一實(shí)際的二次變頻超外差式接收機(jī)，其接收頻段范圍2MHz30MHz。該設(shè)備中，一中頻采用75MHz，第二中頻工作在9MHz。 在2MHz30MHz之間的任一射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)天線進(jìn)入第一混頻器，通過(guò)第一本振減去信號(hào)得到75MHz中頻。 為了使第二本振可以在第二中頻中進(jìn)行細(xì)調(diào)，第一中頻最小帶寬應(yīng)為10kHz，從74.995MHz75.005MHz。,在無(wú)線通信中，通信發(fā)射機(jī)的作用是產(chǎn)生一個(gè)功率足夠大的高頻振蕩送給

5、發(fā)射天線，通過(guò)天線轉(zhuǎn)換成空間電磁波傳送到接收端。 發(fā)射機(jī)基本模型如圖6-10所示。,6.2 發(fā)射機(jī),6.2.1 發(fā)射機(jī)主要技術(shù)指標(biāo),從發(fā)射機(jī)的用途出發(fā)，對(duì)發(fā)射機(jī)有如下技術(shù)要求： （1）頻率穩(wěn)定，振蕩電路不受環(huán)境溫度，濕度的影響。以提高接收效果，并避免產(chǎn)生對(duì)鄰近信道信號(hào)的干擾。 （2）輸出功率足夠，信號(hào)失真小。 （3）頻率占用寬度應(yīng)當(dāng)盡量狹窄，以提高頻帶的利用率。 （4）寄生輻射應(yīng)低，以減小干擾。 為衡量發(fā)射機(jī)的優(yōu)劣，對(duì)發(fā)射機(jī)質(zhì)量提出了如下技術(shù)指標(biāo)： 1.輸出功率 2頻率范圍與頻率間隔 3頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度 4鄰道功率 5寄生輻射 6調(diào)制特性,6.2.2 發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu),發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)包括基帶電

6、路（含信源）、調(diào)制電路、功放電路以及天線等部分。 1射頻直接調(diào)制發(fā)射機(jī) 圖6-11所示為射頻直接調(diào)制發(fā)射機(jī)框圖，這是個(gè)經(jīng)典的發(fā)射電路結(jié)構(gòu)，調(diào)制可以在功放管放大電路中實(shí)現(xiàn)。 2間接調(diào)制發(fā)射機(jī) 圖6-12所示為間接調(diào)制發(fā)射機(jī)框圖。 這種發(fā)射系統(tǒng)是隨集成IC技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，目前在中頻放大器IFA之前的所有功能塊已有ASIC產(chǎn)品；而RFLO和上變頻混頻電路也有ASlC產(chǎn)品。,6.2.3 射頻功率放大器,射頻功率放大器是發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件之一，也是發(fā)射機(jī)中的易損部件。 對(duì)功率晶體管的要求，主要是考慮擊穿電壓、最大集電極電流和最大管耗等參數(shù)。 目前手機(jī)及基站的發(fā)射功率一般在0.5W50W范圍。 為提高效

7、率，將放大器的工作狀態(tài)從A類(甲類)設(shè)計(jì)成B類(乙類)；又進(jìn)一步從B類設(shè)計(jì)為C類(丙類)、D類(丁類)、E類(戌類)。,1A類射頻功率放大器 A類功率放大器與低頻電路中的甲類功率放大器相似。 A類射頻功放由于工作頻率高，除對(duì)功率管有高頻指標(biāo)要求外，電路結(jié)構(gòu)與低頻的甲類功放也有所區(qū)別。 圖6-13為A類射頻功放的典型電路。 A類功放的效率不僅與輸入信號(hào)的幅度有關(guān)，而且還與輸入信號(hào)的波形有關(guān)。對(duì)于輸入信號(hào)為一個(gè)方波情況時(shí)，輸出集電極電流必然也是一個(gè)方波， 如圖6-14中所示。,2B類射頻功率放大器 A類功放主要缺點(diǎn)是當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，電源供給的全部功率都消耗在功率管上，即管耗達(dá)最大，這是人們所不希

8、望的。 實(shí)踐中要求在沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，功率管不消耗功率，于是就設(shè)計(jì)出了B類和C類功率放大器。 B類功率放大器工作點(diǎn)Q偏置在功率管導(dǎo)通范圍的邊緣。因而對(duì)正弦信號(hào)輸入時(shí)，功率管在輸入波形的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，而另半個(gè)周期則截止，如圖6-15所示。 隨著功率MOSFET技術(shù)和IC集成技術(shù)的發(fā)展，目前在射頻功率放大器集成電路中，已采用兩只互補(bǔ)功率MOSFET的B類推挽功率放大器。 圖6-16所示為集成功率放大器PA內(nèi)電路的輸出級(jí)。,3C類射頻功率放大器 （1）C類射頻功率放大器特征 C類射頻功率放大器的電流波形失如圖6-17所示。 C類功率放大器與 的函數(shù)關(guān)系曲線，如圖6-18所示。 由于C類功放效率高，因

9、此在大功率射頻功放電路中經(jīng)常采用它。 （2）C類射頻功率放大器的倍頻功能 由于C類功放的電流脈沖iC中含有很豐富的諧波分量，因此只要把負(fù)載并聯(lián)LC回路調(diào)諧在某次諧波上，C類功放就是倍頻電路。,4.D類射頻功率放大器 功率放大器的主要問(wèn)題是如何盡可能提高它的輸出功率和效率。 A、B、C類功放是通過(guò)不斷減小功率管的導(dǎo)通時(shí)間，即減小通角來(lái)提高效率的。但是，的減小是有限度的。 因?yàn)闇p小時(shí)，效率雖然提高了，但基波的振幅卻減小了，從而使輸出功率下降，二者相互制約。 截止時(shí)，流過(guò)功率管的電流為零，功率管不會(huì)消耗功率；如果功率管在導(dǎo)通時(shí)，進(jìn)入飽和管的壓降uCE為零，消耗功率為零，效率就可以達(dá)到100。這種工作

10、狀態(tài)就是D類射頻功率放大器的設(shè)計(jì)思想。 D類功放通常采用兩只功率管組成推挽工作結(jié)構(gòu)，如圖6-19中所示。,5E類 D類功放采用單電源雙管工作時(shí)，事實(shí)上工作狀態(tài)很難保持D類狀態(tài)。 為改善D類功放，又設(shè)計(jì)出了采用單管開(kāi)關(guān)工作的E類功率放大器，電路結(jié)構(gòu)如圖6-20所示。 E類射頻功率放大器和D類的區(qū)別除功率管只用一個(gè)以外，還在于輸出調(diào)諧回路的設(shè)計(jì)能獲得所選定的集電極電壓和電流波形特性。 這種特性的波形可以使功率管從導(dǎo)通到截止或截止到導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)期間，功率管的功耗最小。解決的辦法是： (1)功率管截止時(shí)，使集電極電壓uCE 的上升沿延遲到集電極電流 iC0以后才開(kāi)始； (2)功率管導(dǎo)通時(shí)，迫使 uCE0

11、 以后，才開(kāi)始出現(xiàn) iC脈沖。因此，在圖6-20中功率管集電極并聯(lián)一只電容Cl，由Cl來(lái)實(shí)現(xiàn)功率管的開(kāi)關(guān)要求。圖中L2、C2 為串聯(lián)諧振回路，Q值應(yīng)足夠高。集電極阻流電感 L1 選得足夠大，使流經(jīng)過(guò)它的電流 ICC 恒定。C。為功率管的輸出電容。,6.2.4 發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)直接影響發(fā)射機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，如果嚴(yán)重不匹配，還會(huì)增大電路損耗，燒壞高頻元件（如功放、濾波器等），導(dǎo)致手機(jī)等設(shè)備耗電快、發(fā)熱等故障。 阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)通常采用濾波器形式，除了阻抗匹配作用，也能起選頻作用。 匹配是為了實(shí)現(xiàn)級(jí)與級(jí)之間最有效的能量傳輸。 1射頻功率管的輸入、輸出阻抗 射頻功率管的輸入阻抗應(yīng)與振

12、蕩源或前級(jí)放大器的輸出阻抗匹配。 射頻功率管的負(fù)載RL可用如下關(guān)系式來(lái)近似估算：,2.阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 射頻功率放大器中，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)介于功率管和負(fù)載之間，如圖6-21所示。 實(shí)踐中對(duì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)提出如下三個(gè)主要要求： （1）實(shí)現(xiàn)將負(fù)載阻抗變換為功放管所要求的匹配負(fù)載阻抗，以保證射頻功放管能輸出所需的功率； （2）能濾除不需要的各次諧波分量，以保證負(fù)載上能獲得所需頻率的高頻功率； （3）匹配網(wǎng)絡(luò)本身的損耗要小，即網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸效率要盡可能高。 射頻功率放大器常用的匹配網(wǎng)絡(luò)有L型、型和T型，如圖6-22所示。 3天線 天線是通信設(shè)備中重要的部件，它直接影響到接收靈敏度和發(fā)射性能。 天線銹蝕、斷裂、接

13、觸不良都會(huì)引起靈敏度下降，發(fā)射功率減弱。,6.2.5 發(fā)射機(jī)實(shí)際電路分析,無(wú)繩電話機(jī)是有線電話網(wǎng)新穎的用戶終端，分成座機(jī)與手持機(jī)兩部分。 現(xiàn)在常見(jiàn)的家用模擬無(wú)繩電話機(jī)組成示意圖如圖6-23所示。 主機(jī)與手持機(jī)內(nèi)部均裝有發(fā)射電路與接收電路，占用一對(duì)頻率，形成雙向通路。 下面以HW682P/TS無(wú)繩電話機(jī)主機(jī)的發(fā)射電路為例，分析實(shí)際的發(fā)射電路。 主機(jī)無(wú)線發(fā)送的主要任務(wù)是將有線接收到的受話聲音信號(hào)、振鈴信號(hào)用無(wú)線方式轉(zhuǎn)發(fā)給副機(jī)。無(wú)線發(fā)送的組成框圖如圖6-24所示。,6.2.6 自動(dòng)增益控制與自動(dòng)頻率控制,1自動(dòng)增益控制電路 由于種種原因天線上感應(yīng)到的信號(hào)強(qiáng)度是有明顯的變化的。 為保證接收通道輸出信號(hào)

14、保持基本不變，在接收通道中必須附加自動(dòng)增益控制AGC電路。 實(shí)際中，發(fā)送端信息源（如聲音）的強(qiáng)度也是變化的，在發(fā)射機(jī)中同樣也需要AGC電路。 AGC電路控制原理框圖如圖6-25所示。 圖6-26所示為單次超外差式AM接收機(jī)帶有AGC控制電路的框圖。,2自動(dòng)頻率控制電路 自動(dòng)頻率控制電路AFC廣泛應(yīng)用在通信發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中作為自動(dòng)頻率微調(diào)電路，用來(lái)穩(wěn)定工作頻率，減小中放有效帶寬，提高通信機(jī)的靈敏度和選擇性。 圖6-27所示為帶有AFC電路的AM接收機(jī)組成框圖。 為保證工作頻率的穩(wěn)定，在現(xiàn)代通信機(jī)中都設(shè)置了AFC電路，基站、手機(jī)中有多組AFC電路。,6.3 現(xiàn)代數(shù)字通信機(jī),傳統(tǒng)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)都是超外

15、差式的，也就是將射頻已調(diào)信號(hào)通過(guò)變頻（一次變頻或二次變頻）變換成易于處理的中頻上。然后對(duì)這一中頻已調(diào)信號(hào)進(jìn)行放大濾波與解調(diào)等處理，解調(diào)出包含信息的基帶信號(hào)。 近年來(lái)，由于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)、多層貼片（MCM）技術(shù)和專用集成電路（ASIC）等技術(shù)的高速發(fā)展，使新一代接收機(jī)發(fā)展成數(shù)字中頻式接收機(jī)和直接數(shù)字變頻式接收機(jī)。 數(shù)字中頻接收機(jī)其結(jié)構(gòu)仍是超外差型，而僅僅是用模擬變頻方法把射頻已調(diào)信號(hào)變換到易于DSP的中頻。 直接數(shù)字變頻接收機(jī)已經(jīng)接近軟件無(wú)線電接收機(jī)了，如圖6-28中所示。 軟件無(wú)線電是指由軟件來(lái)確定和完成無(wú)線電通信機(jī)的功能，使得多頻段、多模式、多信道、多速率、多協(xié)議等的多功能通信成

16、為可能。 軟件無(wú)線電通信機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖6-29所示。,6.3.1 數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu),數(shù)字通信接收機(jī)在通道性能和結(jié)構(gòu)上必須適應(yīng)數(shù)字已調(diào)信號(hào)的傳輸和數(shù)字信號(hào)處理。 1. 單次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī) 現(xiàn)代無(wú)線通信機(jī)結(jié)構(gòu)還不可能完全脫離超外差式的方案，一般常見(jiàn)的是單次超外差式結(jié)構(gòu)，而且變頻采用下變頻方式，如圖6-30所示。 2二次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī) 二次變頻超外差式數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6-31所示。 3零中頻式數(shù)字接收機(jī) 零中頻接收機(jī)IC外接元件最少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整機(jī)體積也可做到最小，圖6-32為該接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。 4實(shí)際數(shù)字接收機(jī)舉例 以三星T108型手機(jī)為例，其電路原理如圖6-33所示。,6.3.2 數(shù)

17、字發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu),數(shù)字通信中的發(fā)射機(jī)，由于必須將數(shù)字基帶IQ信號(hào)，先通過(guò)調(diào)制合成模擬中頻已調(diào)信號(hào)。 1典型數(shù)字通信發(fā)射機(jī)框圖 圖6-34所示為目前典型的數(shù)字通信發(fā)射機(jī)框圖。 數(shù)字發(fā)射機(jī)除了IFA前部分框圖與模擬發(fā)射機(jī)不同以外，其余部分框圖兩者是相同的。 2三星T108型手機(jī)發(fā)射電路 三星T108手機(jī)的發(fā)射部分整個(gè)過(guò)程就是一個(gè)由音頻上變頻為射頻的過(guò)程。如圖6-35所示。,6.3.3 典型通信機(jī)組成,GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中手機(jī)（移動(dòng)臺(tái)）的一般組成結(jié)構(gòu)如圖6-36所示。 其中，RT方框?yàn)槭?發(fā)雙工器（天線開(kāi)關(guān)），完成接收與發(fā)射的隔離。LAN為前端低噪聲放大器， RFOSC是射頻振蕩器，通常為鎖相頻率合成器

18、，IFA為中頻放大器，PA是射頻功率放大器。終端可以是顯示屏、聽(tīng)筒、耳機(jī)等，信源主要是送話器（MIC）、鍵盤、攝像頭等。 可以看出，接收時(shí)采用了超外差下變頻方式，一中頻fIR=fR-fL，本振頻率fL比f(wàn)R低一個(gè)中頻fIR。 發(fā)射時(shí)，將信息調(diào)制在射頻振蕩器RFOSC產(chǎn)生的載波上，由PA實(shí)現(xiàn)射頻功率放大后，經(jīng)天線開(kāi)關(guān)、匹配濾波后，由天線發(fā)射出去。接收、發(fā)射共用同一天線。,6.3.4 通信設(shè)備的小型化和通信電路的大規(guī)模集成,通信技術(shù)發(fā)展到移動(dòng)通信和個(gè)人通信，就必然要求通信電臺(tái)和通信設(shè)備的小型化和輕便化，而這種小型化和輕便化是基于通信電路的大規(guī)模集成技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上的。 小型化的基本技術(shù)如表6-1所示。 各部份電路大規(guī)模集成化的情況表見(jiàn)6-2。,6.4 實(shí)訓(xùn)觀察通信機(jī)結(jié)構(gòu),1實(shí)訓(xùn)目的 進(jìn)一步理解接收機(jī)、發(fā)射機(jī)電路組成，了解通信整機(jī)結(jié)構(gòu)。 2實(shí)訓(xùn)器材 （1）手機(jī)或無(wú)繩電話一臺(tái)。 （2）萬(wàn)用表及拆卸工具。 （3）配備相應(yīng)通信機(jī)技術(shù)資料。 3實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 （1）正確拆卸手機(jī)或無(wú)繩電話。 （2）初次觀察通信機(jī)的接收電路結(jié)構(gòu)、發(fā)射電路結(jié)構(gòu)。 （3）對(duì)照技術(shù)資料，利用所學(xué)知識(shí)，再次觀察通信機(jī)的電路特點(diǎn)，并確認(rèn)通信機(jī)的接收電路結(jié)構(gòu)、發(fā)射電路結(jié)構(gòu)，分別畫出電路框圖。 （4）完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。 4注意事項(xiàng) （1）愛(ài)護(hù)儀器設(shè)備，養(yǎng)成良好的實(shí)訓(xùn)操作習(xí)慣，嚴(yán)格遵守實(shí)訓(xùn)章程。 （2）妥善保管技術(shù)資料和實(shí)訓(xùn)器材。 5實(shí)訓(xùn)報(bào)