電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用 課件 第2章 電子系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)

2.1電子系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2.2電子系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

2.3發(fā)射機(jī)組成與性能指標(biāo)

2.4接收機(jī)組成與性能指標(biāo)

2.5分貝及其應(yīng)用2.1電子系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2.1.1傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)于通信系統(tǒng)來說,按照傳遞信息的媒質(zhì)不同,可以分為有線通信系統(tǒng)與無(wú)線通信系統(tǒng);按照傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào),可以分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。由于數(shù)字通信體制具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸差錯(cuò)可以控制、易于加密且保密性強(qiáng)、便于采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理以及可以傳遞各種消息等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)有系統(tǒng)大多采用數(shù)字通信體制。模擬信號(hào)也通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào),采用數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸。另外,由于無(wú)線通信系統(tǒng)相對(duì)于有線通信系統(tǒng)具有受地理?xiàng)l件影響小、安裝架設(shè)方便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本低的優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代通信中大多采用無(wú)線數(shù)字通信體制,例如4G與5G移動(dòng)通信系統(tǒng)就是典型的例子。無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。信息源的作用是將待傳送的消息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),該電信號(hào)輸入到發(fā)射基帶信號(hào)處理單元,發(fā)射基帶信號(hào)處理單元對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在數(shù)字通信系統(tǒng)中,通常將調(diào)制前與解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。依據(jù)工作環(huán)境與實(shí)現(xiàn)功能的不同,不同系統(tǒng)的發(fā)射基帶信號(hào)處理單元的組成也不同。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)來說,該單元最基本的功能就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。該變換屬于信源編碼的范疇,也是信源編碼的任務(wù)之一。除此之外,信源編碼的主要任務(wù)還包括減少冗余信息,提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行??？蓪⒛?數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊看成是最簡(jiǎn)單的信源編碼裝置。為了滿足模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬電信號(hào)的幅度要求,通常會(huì)將信號(hào)調(diào)理模塊放在轉(zhuǎn)換器之前。需要說明的是,信源編碼要完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換與提高數(shù)字信號(hào)傳輸有效性兩大任務(wù),僅采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。目前主要采用信號(hào)波形與特征提取相結(jié)合的方式來表達(dá)模擬信號(hào)的有用信息,并完成信源編碼,以實(shí)現(xiàn)信源編碼的兩大任務(wù)。對(duì)于傳輸信道不穩(wěn)定的數(shù)字通信系統(tǒng)來說(如移動(dòng)通信系統(tǒng)),突發(fā)干擾會(huì)導(dǎo)致某一時(shí)間段傳輸誤碼率高的問題,為了減小這方面的影響,在發(fā)射基帶信號(hào)處理單元需要有塊交織單元。對(duì)于有保密要求的系統(tǒng)來說,需要有加密單元。為了減小信道干擾的影響,需要有信道編碼單元。通過以上簡(jiǎn)單分析可以看出,發(fā)射基帶信號(hào)處理單元根據(jù)具體系統(tǒng)的需要可由信號(hào)調(diào)理、信源編碼、塊交織、加密以及信道編碼中的一部分或幾部分組成。信號(hào)調(diào)理與模/數(shù)轉(zhuǎn)換為發(fā)射基帶信號(hào)處理單元最簡(jiǎn)單、最基本的組成部分。由發(fā)射基帶信號(hào)處理單元輸出的信號(hào)為幅值離散的電平序列,即數(shù)字信號(hào)。由于幅值離散的電平序列具有較低的頻譜分量,一般不能直接作為無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào),必須將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào),該功能由信號(hào)調(diào)制單元實(shí)現(xiàn)。信號(hào)調(diào)制單元將要傳輸?shù)男畔⒓耐性陬l率較高的電信號(hào)的某一參量上,這個(gè)攜帶有傳輸信息的信號(hào)稱為已調(diào)制信號(hào)。對(duì)于二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)來說,根據(jù)攜帶傳輸信息的電參量不同,已調(diào)制信號(hào)分為振幅鍵控(ASK)信號(hào)、頻移鍵控(FSK)信號(hào)以及相移鍵控(PSK)信號(hào),其傳輸信息分別包含在已調(diào)制信號(hào)的振幅、頻率以及相位之中。如果調(diào)制器直接將要傳輸?shù)男畔⒄{(diào)制到適合無(wú)線傳輸?shù)纳漕l載波的電參量上,則將調(diào)制器的輸出進(jìn)行射頻放大與功率放大后,由發(fā)射天線發(fā)射即可。對(duì)于上面的例子來說,當(dāng)接收端接收的是頻率為f1的信號(hào)時(shí),將得到數(shù)字信息“1”,而當(dāng)接收的是頻率為f2的信號(hào)時(shí),將得到數(shù)字信息“0”。在實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)中,幾乎不采用這種直接調(diào)制的方案,取而代之的是圖2.1所示的超外差結(jié)構(gòu),即采用多次混頻的方式,將輸入信號(hào)上變頻到射頻載波上。其主要原因是:一個(gè)通信系統(tǒng)通?？梢栽诙鄠€(gè)波道上工作,當(dāng)改變工作波道時(shí),采用直接調(diào)制的方案,信號(hào)調(diào)制器以及后續(xù)單元電路都需要改變,以適應(yīng)不同的工作頻率,這在工程上顯然是無(wú)法接受的。在同樣的情況下當(dāng)采用的是超外差結(jié)構(gòu)時(shí),通過改變第一本地振蕩器的頻率控制字即可實(shí)現(xiàn)波道的改變,硬件不需要作任何調(diào)整。也就是說,采用超外差結(jié)構(gòu)給工程實(shí)現(xiàn)提供了方便。采用多次混頻的另一原因是,采用多次帶通濾波濾除混頻后不需要的頻譜分量比采用一次帶通濾波在工程上更容易實(shí)現(xiàn)。信號(hào)調(diào)制器輸出的已調(diào)制信號(hào)與第二本地振蕩器輸出的頻率為fL2的本振信號(hào)進(jìn)行第一次上混頻,輸出頻率為fI的中頻調(diào)制信號(hào),已調(diào)制信號(hào)的頻譜被搬移到以fI為中心的頻帶上。由于混頻器輸出的中頻信號(hào)的中心頻率fI比輸入信號(hào)的中心頻率高,所以稱為上混頻。該中頻頻率與系統(tǒng)工作波道無(wú)關(guān)。也就是說,無(wú)論系統(tǒng)工作在哪一個(gè)波道,第一次上混頻后輸出的中頻頻率為常數(shù),以簡(jiǎn)化工程實(shí)現(xiàn)。在混頻器的輸出信號(hào)中,由于中心頻率分別為本振與輸入信號(hào)中心頻率之和與之差(簡(jiǎn)稱和頻與差頻),這兩個(gè)頻帶上均包含相同的有用信號(hào)頻譜,因此發(fā)射機(jī)在混頻后需要采用帶通濾波器濾除不需要的頻譜分量,以保留以和頻為中頻的已調(diào)制信號(hào)。經(jīng)濾波后的信號(hào)為了滿足第二次混頻對(duì)信號(hào)幅度的要求,需進(jìn)行放大處理。與第一次混頻的工作原理相同,放大后的中心頻率為fI的中頻調(diào)制信號(hào)與第一本地振蕩器輸出的頻率為fL1的本振信號(hào)進(jìn)行第二次上混頻,并通過帶通濾波與放大處理,輸出中心頻率為和頻fC的已調(diào)制射頻信號(hào)。這樣,經(jīng)過兩次混頻,信號(hào)頻譜就從不適合無(wú)線傳輸?shù)牡皖l頻段搬移到適合無(wú)線傳輸?shù)纳漕l頻段上。需要說明的是,當(dāng)系統(tǒng)工作波道不同時(shí),輸出射頻信號(hào)的中心頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。為了滿足系統(tǒng)所有工作波道的要求,第二次混頻后的帶通濾波器的帶寬需覆蓋系統(tǒng)所有射頻范圍。要保證系統(tǒng)在整個(gè)工作區(qū)域內(nèi)正常工作,僅僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度放大是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。經(jīng)功率放大器進(jìn)行功率放大后達(dá)到設(shè)計(jì)功率要求的射頻信號(hào)再經(jīng)雙工器以及射頻電纜或波導(dǎo)饋送到發(fā)射天線,最后由全向天線或方向天線以電磁波的形式向空中輻射。到此為止,就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的發(fā)射與傳輸。電磁波在空間的傳播隨著距離的增加會(huì)逐漸衰減,這樣接收機(jī)的接收天線感應(yīng)的信號(hào)功率會(huì)隨著發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的距離不同而發(fā)生變化。當(dāng)兩者的距離較近時(shí),接收信號(hào)的功率就大,反之就小。在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí),必須保證接收的信號(hào)功率在某一范圍內(nèi)變化時(shí)接收機(jī)都能正常接收信號(hào)。衡量該特性的指標(biāo)為系統(tǒng)工作的動(dòng)態(tài)范圍、接收機(jī)靈敏度等參數(shù)。接收天線感應(yīng)的信號(hào)經(jīng)射頻電纜或波導(dǎo)、雙工器后,送到帶通濾波器,濾除帶外加性噪聲,以提高信噪比。由于接收信號(hào)很弱,要求射頻電纜或波導(dǎo)、雙工器以及帶通濾波器的損耗要盡量小,因此在某些場(chǎng)合會(huì)將包括前置放大器以及主放大器在內(nèi)的部件都安裝在靠近天線的位置,以減小射頻電纜或波導(dǎo)對(duì)天線感應(yīng)信號(hào)的衰減。帶通濾波器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器與主放大器放大后送到第一混頻器,進(jìn)行第一次下混頻,然后輸出中頻調(diào)制信號(hào)。前置放大器要求為低噪聲放大器(LNA),這是由于放大器在放大微弱信號(hào)時(shí),自身的噪聲對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生較大干擾,為減小自身噪聲對(duì)放大器輸出信噪比的不利影響,要求放大器產(chǎn)生的噪聲應(yīng)盡量低。如果前置放大器不是低噪聲放大器的話,可能會(huì)出現(xiàn)自身產(chǎn)生噪聲的幅度大于經(jīng)放大后的信號(hào)幅度的情況,導(dǎo)致有用信號(hào)被完全淹沒在噪聲之中,無(wú)法獲取有用信號(hào)。在設(shè)計(jì)低噪聲放大器時(shí)要特別兼顧增益與噪聲系數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo),低噪聲放大器的放大倍數(shù)一般在10~20倍左右。主放大器對(duì)信號(hào)起主要放大作用,與前置放大器相比,主放大器對(duì)噪聲系數(shù)的要求要寬松得多,而對(duì)增益往往要求比較大。在接收機(jī)端,為了保證第一混頻器輸出的中頻頻率不隨工作波道發(fā)生變化,以達(dá)到后續(xù)單元電路通用性的目的,要求第一本地振蕩器頻率應(yīng)隨著選擇的波道發(fā)生變化。該要求可根據(jù)工作波道而設(shè)置相應(yīng)的頻率控制字來實(shí)現(xiàn)。另外,第一混頻器輸出的中頻頻率需要精心設(shè)計(jì),一方面用于減小干擾哨聲的影響,另一方面用于減小后面帶通濾波器的工程實(shí)現(xiàn)難度,通常相對(duì)帶寬太寬或太窄的帶通濾波器在工程上都比較難實(shí)現(xiàn)。由于在接收機(jī)中混頻器輸出信號(hào)頻率比輸入信號(hào)頻率低,所以,接收機(jī)中的混頻器也稱為下混頻器。與發(fā)射機(jī)中的混頻器一樣,混頻輸出的和頻與差頻兩個(gè)中心頻率附近均包含相同的有用信號(hào)頻譜,接收機(jī)為了得到第一中頻為差頻的有用信號(hào),同樣需要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行帶通濾波與放大處理。為了滿足系統(tǒng)大動(dòng)態(tài)范圍的要求,該放大器通常為對(duì)數(shù)放大器。經(jīng)帶通濾波與放大后輸出的第一中頻已調(diào)制信號(hào)被送到第二混頻器,完成二次混頻,進(jìn)一步降低中頻頻率,并再次經(jīng)帶通濾波與放大后,輸出第二中頻已調(diào)制信號(hào)。該信號(hào)在解調(diào)器單元完成對(duì)信號(hào)的解調(diào),解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)低通濾波輸出基帶信號(hào)。到此為止,有用信號(hào)的頻譜就搬移到了低頻上。接收基帶信號(hào)處理單元的組成與發(fā)射基帶信號(hào)處理單元的組成相對(duì)應(yīng),比如發(fā)射基帶信號(hào)處理單元由加密與信道編碼模塊組成,則接收基帶信號(hào)處理單元一定包含信道譯碼與解密模塊,且組成順序相反。另外,在復(fù)雜電磁環(huán)境下接收的信號(hào)中會(huì)存在干擾,為了有效抑制干擾的影響,在接收基帶信號(hào)處理單元通常還會(huì)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理。接收基帶信號(hào)處理單元的輸出經(jīng)換能裝置后供受信者接收,以獲取發(fā)送者的信息。揚(yáng)聲器就是一種最常見的將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波的換能裝置。2.1.2基于軟件無(wú)線電的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自1992年由MILTRE公司的JeoMitola提出軟件無(wú)線電(SoftwareRadio)或稱為軟件可定義的無(wú)線電以來,軟件無(wú)線電就一直引起人們的廣泛關(guān)注,經(jīng)過多年研究已取得了引人注目的進(jìn)展。特別是相應(yīng)套片的研制使得軟件無(wú)線電在軍事通信、個(gè)人通信、雷達(dá)等諸多領(lǐng)域已進(jìn)入實(shí)用階段。軟件無(wú)線電是無(wú)線通信領(lǐng)域的一種新的通信體系結(jié)構(gòu),它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ),以數(shù)字信號(hào)處理為核心,以微電子技術(shù)為支撐,其基本思想是以開放性、可擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)的硬件為通用平臺(tái),把盡可能多的硬件功能模塊用可升級(jí)、可替換的軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件無(wú)線電所具有的極強(qiáng)的靈活性和開放性等特點(diǎn)使得它成為電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。軟件無(wú)線電的發(fā)展目標(biāo)之一就是使A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換盡量靠近天線,減少模擬信號(hào)處理環(huán)節(jié),提高通道的公用性。但考慮到實(shí)際電子系統(tǒng)的復(fù)雜性、成本以及器件水平(帶寬、速度等)等因素,目前A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換基本上均在二次中頻上實(shí)現(xiàn),即采用一種超外差式的軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu),其組成框圖如圖2.2所示。隨著DSP處理速度的提高,圖中數(shù)字下變頻(DDC)單元和數(shù)字上變頻(DUC)單元將由DSP處理機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖2.2與圖2.1相比,其差別主要體現(xiàn)在對(duì)頻率低于二中頻信號(hào)(包括基帶信號(hào))的處理上:第一,傳統(tǒng)電子系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換是針對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行的,而軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)是直接對(duì)中頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換;第二,對(duì)于不同調(diào)制方式信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào),傳統(tǒng)電子系統(tǒng)由不同硬件電路實(shí)現(xiàn),而軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)由DDC、DUC、DSP處理機(jī)統(tǒng)一完成,也就是說,基于軟件無(wú)線電的結(jié)構(gòu)通用性更強(qiáng),不同的調(diào)制方式通過調(diào)用不同的軟件模塊即可實(shí)現(xiàn)。2.2電子系統(tǒng)主要性能指標(biāo)電子系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)也稱為電子系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo),它們是從整個(gè)電子系統(tǒng)上綜合提出或規(guī)定的,主要性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在評(píng)述一個(gè)電子系統(tǒng)或者項(xiàng)目外協(xié)時(shí),均與電子系統(tǒng)的主要指標(biāo)密切相關(guān),否則就無(wú)法衡量電子系統(tǒng)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。一般來說,電子系統(tǒng)功能與工作環(huán)境不同,其要求的性能指標(biāo)的種類與具體指標(biāo)會(huì)存在很大差別。顯然,在主要技術(shù)指標(biāo)中,前者不包括誤碼率,后者不包括測(cè)量精度?？紤]到性能指標(biāo)是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容,同時(shí)不同電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)又存在很大差異,這里僅介紹電子系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)以及個(gè)別經(jīng)常用到的指標(biāo),各個(gè)組成模塊或組成單元的技術(shù)指標(biāo)將在相應(yīng)章節(jié)進(jìn)行介紹。在設(shè)計(jì)某一具體電子系統(tǒng)的整體技術(shù)指標(biāo)時(shí),可以在本節(jié)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)充與完善。1.系統(tǒng)工作區(qū)系統(tǒng)工作區(qū)是指電子系統(tǒng)在正常工作條件下,系統(tǒng)能夠可靠實(shí)現(xiàn)滿足指標(biāo)要求的預(yù)定功能的最大可作用空間。系統(tǒng)工作區(qū)主要用來表示系統(tǒng)正常工作的覆蓋范圍。正確理解系統(tǒng)工作區(qū)要注意以下幾點(diǎn):(1)工作區(qū)的前提條件是電子系統(tǒng)工作正常,即電子系統(tǒng)狀況良好,工作環(huán)境滿足要求。(2)在系統(tǒng)工作區(qū)內(nèi)任何位置工作時(shí)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能,且性能指標(biāo)滿足規(guī)定值或設(shè)計(jì)值要求。(3)實(shí)現(xiàn)的功能與達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)要穩(wěn)定可靠,不隨時(shí)間發(fā)生變化。(4)系統(tǒng)工作區(qū)是一個(gè)三維立體空間,其區(qū)域的大小通常由發(fā)射功率、接收靈敏度、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍、天線形狀與增益、測(cè)量精度(或誤碼率)以及工作頻率等因素確定,有時(shí)也用最大作用距離來表示系統(tǒng)的工作區(qū)。2.頻率范圍頻率范圍由電子系統(tǒng)正常工作的最低頻率到最高頻率的范圍構(gòu)成。有些電子系統(tǒng)按求設(shè)計(jì)成在一定頻率范圍內(nèi)工作,有些系統(tǒng)則只能工作在某一固定的中心頻率上。依據(jù)電子系統(tǒng)的工作環(huán)境與覆蓋范圍不同,有的系統(tǒng)的頻率范圍分布在以地波傳播為主的中長(zhǎng)波段,如AM調(diào)制的收音機(jī);有的分布在以天波傳播為主的短波波段,如單邊帶電臺(tái);有些則工作在以視距傳播為主的超短波段,如超短波電臺(tái)以及FM調(diào)制的收音機(jī)等。通常將能夠在一定頻率范圍內(nèi)工作的系統(tǒng)的頻率范圍分成多個(gè)小的頻率區(qū)間,每個(gè)區(qū)間構(gòu)成一個(gè)波道,區(qū)間的大小與相鄰波道間隔相同,由傳輸信號(hào)的帶寬以及波道間的保護(hù)間隔確定,系統(tǒng)可以設(shè)定在任一波道上工作,此時(shí)該系統(tǒng)占用的頻率資源為該波道覆蓋的頻率范圍,其他波道覆蓋的頻率范圍將被閑置。為了提高頻率資源的利用率,一種有效途徑是采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)空閑頻譜資源并加以利用。3.波道與波道間隔波道又叫信道或頻道,是指電子系統(tǒng)工作時(shí)所占用的通頻帶,通常一個(gè)電子系統(tǒng)在它所具有的頻率范圍內(nèi)有許多個(gè)波道。一個(gè)電子系統(tǒng)所具有的信道的數(shù)目稱為波道數(shù),每個(gè)波道有相應(yīng)的波道號(hào)。例如,對(duì)于有N個(gè)波道數(shù)的電子系統(tǒng)來說,一般將頻率的最低端對(duì)應(yīng)的波道稱為1波道,頻率最高端對(duì)應(yīng)的波道稱為N波道。兩個(gè)相鄰波道的標(biāo)稱載頻的差值稱為波道間隔或信道間隔,波道間隔與每個(gè)波道占用的通頻帶大小相等。設(shè)1波道的中心頻率為f1,波道間隔為B,則n波道的中心頻率fn為波道間隔由傳輸信號(hào)的帶寬以及波道間的保護(hù)間隔確定,適當(dāng)設(shè)置波道間隔可有效抑制波道間信號(hào)的相互干擾(稱為鄰道干擾)。在一定范圍內(nèi),波道間隔越大,信號(hào)干擾就越小,但是當(dāng)波道間隔達(dá)到一定數(shù)值之后,鄰道干擾就不隨信道間隔的增大而減小了。另外波道間隔過大,頻譜利用率就降低了。雖然通信質(zhì)量很重要,但是頻譜資源也很寶貴,所以一般需要在這兩者中權(quán)衡波道間隔的大小。另外,將電子系統(tǒng)工作的頻率范圍設(shè)置為多個(gè)波道具有以下好處:(1)在某一局部區(qū)域有多個(gè)相同類型的系統(tǒng)存在時(shí),通過分別設(shè)置使它們?cè)诓煌男诺郎瞎ぷ?既可以提高頻譜利用率,又可以避免因系統(tǒng)工作區(qū)重疊而導(dǎo)致的相互干擾,同時(shí)還可增加系統(tǒng)工作容量。(2)所有電子系統(tǒng)均存在可靠性問題,系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)波道為提高可靠性提供了條件保證。為了保證電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,通常采用主、備份工作方式。備份工作方式通常有兩種:一種是設(shè)備備份,即增設(shè)一套專用的備用設(shè)備;另一種是波道備份,即將某幾個(gè)波道作為備用波道。一旦主工作方式出現(xiàn)故障或性能下降,就會(huì)自動(dòng)切換到備份工作方式,以保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定地工作。(3)電子系統(tǒng)在不同波道隨機(jī)跳頻工作(如跳頻通信),可提高系統(tǒng)工作的保密性。4.頻率穩(wěn)定度與頻率準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度與頻率準(zhǔn)確度是衡量電子系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。所謂頻率準(zhǔn)確度,是指電子系統(tǒng)實(shí)際工作頻率與設(shè)置的標(biāo)稱頻率的偏差。頻率偏差越小,頻率準(zhǔn)確度越高。通?？捎媒^對(duì)頻率偏差與相對(duì)頻率偏差來表示。絕對(duì)頻率偏差可表示為相對(duì)頻率偏差可表示為式中:f為系統(tǒng)實(shí)際工作頻率;f0為設(shè)置的標(biāo)稱頻率。所謂頻率穩(wěn)定度,是指一定時(shí)間間隔內(nèi)電子系統(tǒng)頻率準(zhǔn)確度變化的最大值。頻率穩(wěn)定度δ可表示為式中,Δt為時(shí)間間隔。

按照時(shí)間間隔的長(zhǎng)短,頻率穩(wěn)定度又可分為長(zhǎng)期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度以及瞬時(shí)穩(wěn)定度三種。長(zhǎng)期穩(wěn)定度一般指一天以上以至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)工作頻率的相對(duì)變化,通常由振蕩器元器件老化引起。短期穩(wěn)定度一般指一天之內(nèi),以小時(shí)、分鐘或秒計(jì)的時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)工作頻率的相對(duì)變化,通常是由系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作而導(dǎo)致元器件或設(shè)備內(nèi)部溫度變化引起的,可采用自動(dòng)頻率控制(AFC)電路減小頻率漂移對(duì)系統(tǒng)的影響。瞬時(shí)穩(wěn)定度一般指秒或毫秒時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。這種頻率變化一般都具有隨機(jī)性并伴隨有相位的隨機(jī)變化。這種頻率不穩(wěn)定有時(shí)也被看作振蕩器頻率信號(hào)附有相位噪聲。引起這類頻率不穩(wěn)定的主要因素是振蕩器內(nèi)部噪聲。

在頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度兩個(gè)指標(biāo)中,頻率穩(wěn)定度更為重要。因?yàn)橹挥蓄l率穩(wěn)定,才能談得上頻率準(zhǔn)確。頻率不穩(wěn),準(zhǔn)確度也就失去了意義。當(dāng)電子系統(tǒng)工作頻率穩(wěn)定性不好,存在頻率漂移時(shí),將導(dǎo)致解調(diào)信號(hào)的幅度下降,從而引起誤碼率增加。工程上通常采用AFC技術(shù)減小頻率漂移對(duì)電子系統(tǒng)性能的影響。目前,一般電子系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度在10-4~10-5(即100~10ppm)量級(jí),精密儀器以及某些專用設(shè)備可達(dá)10-6(即1ppm)量級(jí)甚至更高。5.調(diào)制方式由2.1節(jié)可知,從消息變換過來的電信號(hào)具有頻率較低的頻譜分量,這種基帶信號(hào)并不適合在無(wú)線信道中進(jìn)行長(zhǎng)距離傳播,于是工程上通常采用調(diào)制的方法得到適合在無(wú)線信道中傳輸?shù)臒o(wú)線電信號(hào)。該方法采用頻譜搬移或頻譜的非線性變換技術(shù),用基帶信號(hào)對(duì)載波的某個(gè)電參量進(jìn)行控制,使該電參量按照基帶信號(hào)的變化規(guī)律而發(fā)生變化。載波的電參量有幅度、頻率、相位以及時(shí)間間隔,這也就意味著,可用基帶信號(hào)去控制載波的幅度、頻率、相位以及時(shí)間間隔,使這些電參量的變化規(guī)律與基帶信號(hào)變化規(guī)律相同。這樣,對(duì)應(yīng)的調(diào)制方式有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制以及脈沖寬度調(diào)制等幾種類型,具體的調(diào)制方式很多,有關(guān)調(diào)制方式的詳細(xì)內(nèi)容將在第5章中介紹。在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中究竟采用哪種調(diào)制方式,不能一概而論,要根據(jù)系統(tǒng)的需要而定,合適的就是最好的。在選擇調(diào)制方式時(shí),應(yīng)從系統(tǒng)性能方面出發(fā),主要綜合考慮不同調(diào)制方式的帶寬效率(即傳輸率與最小帶寬之比)與誤碼性能等技術(shù)指標(biāo)。6.發(fā)射功率與輻射功率發(fā)射功率通常指的是射頻單元輸出的功率,輻射功率指天線以電磁波的形式輻射的功率,二者既有聯(lián)系,也有區(qū)別。發(fā)射功率是功率放大器的輸出功率,不包括天線增益,而輻射功率由發(fā)射功率、天線增益以及天線輻射效率共同決定。天線增益是指在輸入功率相等的條件下,實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述了一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度,也反映了天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力,與天線方向圖有密切的關(guān)系。無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào),通過饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式輻射出去,其輻射功率決定著發(fā)射出去的無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和距離。無(wú)線電發(fā)射機(jī)發(fā)射功率越大,信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng),同時(shí)發(fā)射距離也相對(duì)較遠(yuǎn)。發(fā)射功率與輻

射

功

率

的

大

小

既

可

以

直

接

用

瓦

特(W)表

示,也

可

以

用dB(或dBW)與dBm(或dBmW)表示,它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系下節(jié)將給出。電子系統(tǒng)要覆蓋給定的工作區(qū),在計(jì)算發(fā)射功率與輻射功率時(shí),要結(jié)合工作頻段、電波傳播方程與信道衰減模型、天線增益、天線輻射效率、接收靈敏度以及誤碼率或測(cè)量精度等綜合考慮。7.接收靈敏度與噪聲系數(shù)接收機(jī)的靈敏度是接收機(jī)的重要性能指標(biāo),通常是指其輸出端滿足一定的信噪比和一定的輸出功率時(shí),接收天線所需要的最小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或最小功率。接收靈敏度描述的是接收機(jī)可以接收到的并仍能正常工作的最低信號(hào)強(qiáng)度。靈敏度可用功率來表示,單

位

為dBm,也可以用場(chǎng)強(qiáng)(mV/m)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(μV)來表示。接收靈敏度是接收機(jī)能夠接收信號(hào)的最小門限,當(dāng)接收功率值大于或等于接收機(jī)靈敏度時(shí),接收機(jī)就能正常工作,也就是說,接收機(jī)能夠正常地獲取包含在發(fā)射信號(hào)中的信息。反之,如果接收功率低于靈敏度,那么所獲取的這些信息的質(zhì)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定的要求。靈敏度指標(biāo)設(shè)計(jì)與很多因素有關(guān),如系統(tǒng)作用距離、收發(fā)天線增益、發(fā)射功率、工作頻段以及接收機(jī)的總增益等。噪聲系數(shù)定義為接收機(jī)輸入信噪比與輸出信噪比的比值,其表達(dá)式為噪聲系數(shù)表征接收機(jī)內(nèi)部噪聲的大小。顯然,如果F=1,則說明接收機(jī)內(nèi)部沒有噪聲,當(dāng)然這只是一種最極限的理想情況。接收靈敏度與帶寬范圍內(nèi)的熱噪聲(稱作kTB)、接收機(jī)系統(tǒng)噪聲系數(shù)以及從接收的信號(hào)中提取有用信息所需的信噪比有關(guān)。接收機(jī)靈敏度Smin與接收機(jī)噪聲系數(shù)F的關(guān)系可以用下式表示:式中:k為玻爾茲曼常數(shù),k≈1.38×10-23J/K;T0為室溫的熱力學(xué)溫度,T0=290K;Bn為系統(tǒng)噪聲帶寬。提高接收機(jī)的接收靈敏度可使接收機(jī)具有更強(qiáng)的捕獲弱信號(hào)的能力,這樣,即使在其他條件不變的情況下也可提高系統(tǒng)的作用距離。目前普通無(wú)線電子產(chǎn)品的接收機(jī)的接收靈敏度一般為-85dBm,市面上的無(wú)線產(chǎn)品接收機(jī)的接收靈敏度最高可達(dá)-105dBm,而專業(yè)的接收機(jī)的接收靈敏度可以達(dá)到-120dBm。需要說明的是,接收靈敏度通常定義在天線的輸出端口,這樣,在計(jì)算進(jìn)入接收系統(tǒng)的信號(hào)功率時(shí),接收天線的增益可以加到接收天線的信號(hào)功率上去。這就意味著在計(jì)算接收系統(tǒng)靈敏度時(shí),必須考慮連接天線和接收機(jī)的電纜損耗與前置放大器以及功分器的影響。而生產(chǎn)廠商給定的接收機(jī)靈敏度通常是假設(shè)天線與接收機(jī)之間沒有連接的器件,即廠商給定的接收機(jī)靈敏度是定義在接收機(jī)的輸入端的,這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)要引起注意。8.動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍是指系統(tǒng)在正常工作條件下能接收的最大信號(hào)與最小信號(hào)的功率之比,通常用dB表示。所謂系統(tǒng)正常工作是指誤碼率或測(cè)量精度滿足設(shè)計(jì)要求。工程上通常采用前置衰減、對(duì)數(shù)放大以及AGC等技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的大動(dòng)態(tài)范圍。目前,對(duì)于采用對(duì)數(shù)放大的接收機(jī)來說,其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80~90dB。9.誤碼率誤碼率SER(SymbolErrorRate)是衡量數(shù)字系統(tǒng)傳輸消息可靠程度的重要性能指標(biāo)。定義為錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例,即誤碼率=(傳輸中的誤碼數(shù)/所傳輸?shù)目偞a數(shù))×100%。如果有誤碼就有誤碼率,且誤碼率越高,傳輸質(zhì)量越差;反之,誤碼率越低,傳輸質(zhì)量越高。由于種種原因,數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤碼。當(dāng)受到的干擾或信號(hào)畸變達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生誤碼。為了對(duì)誤碼進(jìn)行糾錯(cuò),以減小誤碼的影響,常用的方法就是在系統(tǒng)中采用信道編碼技術(shù)。除此之外,依據(jù)產(chǎn)生誤碼的原因不同,還可采用塊交織技術(shù)(時(shí)間分集技術(shù))、空間分集技術(shù)、RAKE接收技術(shù)等。10.均方誤差均方誤差MSE是反映估計(jì)量與被估計(jì)量之間差異程度的一種度量,是評(píng)價(jià)點(diǎn)估計(jì)的最一般標(biāo)準(zhǔn)。均方誤差越小,估計(jì)量就越準(zhǔn)確。均方誤差是評(píng)價(jià)模擬通信系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)的非常重要的性能指標(biāo)。對(duì)于模擬通信系統(tǒng)來說,均方誤差是衡量發(fā)送的連續(xù)信號(hào)與接收端復(fù)制的連續(xù)信號(hào)之間誤差程度的質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)來說,均方誤差能客觀反映系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的測(cè)量精度。設(shè)^θ是根據(jù)子樣本對(duì)真實(shí)參數(shù)θ的一個(gè)估計(jì)量,則(^θ-θ)2

的數(shù)學(xué)期望稱為估計(jì)量^θ的均方誤差。由于所以說,均方誤差MSE(^θ)等于方差D(^θ)與偏差E(^θ)-θ的平方之和。如^θ是θ的無(wú)偏估計(jì),則MSE(^θ)=D(^θ),此時(shí)用均方誤差評(píng)價(jià)與用方差評(píng)價(jià)是完全一致的,這也說明了用方差考察無(wú)偏估計(jì)是合理的。當(dāng)^θ不是θ的無(wú)偏估計(jì)時(shí),就要看其均方誤差MSE(^θ),即不僅看方差大小,還要看其偏差大小。對(duì)于模擬通信系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)來說,由于各種原因?qū)е抡`差的必然存在,使得測(cè)量不可能達(dá)到絕對(duì)精確。為了提高測(cè)量精度,需要對(duì)引起測(cè)量誤差的原因進(jìn)行深入分析,尋找正確的測(cè)量方法,減小測(cè)量誤差的影響。從均方誤差的表達(dá)式可以清晰地看出,均方誤差由方差與偏差兩部分組成。其中,偏差不僅可以減小,甚至能夠消除,在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)使偏差的影響降到最低。方差反映的是系統(tǒng)測(cè)量誤差這個(gè)隨機(jī)變量的取值對(duì)于其數(shù)學(xué)期望的離散程度,方差越大,離散程度越大。對(duì)于電子系統(tǒng)而言,測(cè)量誤差主要由加性噪聲以及測(cè)量方法的不完善引起,可通過改進(jìn)測(cè)量方法與降低噪聲來減小方差。如在電子系統(tǒng)的前端采用低噪聲放大器可降低噪聲的影響,在A/D轉(zhuǎn)換中提高采樣率以及分辨率可減小時(shí)間離散與幅度離散帶來的誤差。從上面的討論可知,一個(gè)無(wú)偏估計(jì)系統(tǒng)均方誤差與方差完全一致?？紤]到真值未知以及工程上無(wú)法實(shí)現(xiàn)等因素,在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行均方誤差或方差測(cè)量時(shí),工程上慣用的做法是:對(duì)估計(jì)值進(jìn)行多次測(cè)量,剔除誤差很大的測(cè)量值,對(duì)剩余的測(cè)量值采用以下表達(dá)式計(jì)算方差的近似值,并且通過增加測(cè)量次數(shù)的方法,以提高近似值的準(zhǔn)確性。式中:^D(^θ)為對(duì)方差D(^θ)的近似估計(jì);為對(duì)真值θ的近似估計(jì);^θn為對(duì)真值θ的第n次測(cè)量值。11.可靠性可靠性指電子系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母怕识攘拷锌煽慷?。衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)一般有兩個(gè),即平均無(wú)故障時(shí)間和平均故障修復(fù)時(shí)間。這兩個(gè)參數(shù)基本確定了電子系統(tǒng)的工作可靠度與可維修水平。對(duì)于可修復(fù)的電子系統(tǒng)而言,平均無(wú)故障工作時(shí)間指無(wú)故障工作時(shí)間的平均值,記為MTBF,可表示為式中:ti是系統(tǒng)能正常工作的N個(gè)區(qū)段之一;N為區(qū)段數(shù)。平均可修復(fù)時(shí)間指每次失效(故障)后所需修復(fù)時(shí)間的平均值,記為MTTR,可表示為式中:Δti為第i次故障修復(fù)時(shí)間;N為修復(fù)次數(shù)。12.工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件包括電子系統(tǒng)正常工作的環(huán)境溫度、儲(chǔ)存溫度、相對(duì)濕度、供電方式、功耗等。電子系統(tǒng)依據(jù)用途以及應(yīng)用場(chǎng)合的不同,一般可分為航天級(jí)(即宇航級(jí))、航空級(jí)、軍用級(jí)、工業(yè)級(jí)、商用級(jí)、民用級(jí)等幾個(gè)級(jí)別。不同級(jí)別的電子系統(tǒng)無(wú)論是對(duì)可靠性的要求,還是對(duì)工作環(huán)境條件的要求都存在很大差別。即使功能完全相同,由于級(jí)別不同的電子系統(tǒng)對(duì)各個(gè)器件的要求則不同,其價(jià)格也相差甚遠(yuǎn)。在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中,從開始就要有準(zhǔn)確的把握,因?yàn)椴皇撬械碾娮悠骷加熊娖放c民品。電子系統(tǒng)的供電主要有市電交流供電、電池直流供電以及發(fā)電機(jī)供電等方式,在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)用戶要求選擇相應(yīng)的供電方式。對(duì)于一個(gè)電子系統(tǒng)來說,性能指標(biāo)很多,除了上面介紹的主要指標(biāo)之外,有的系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)容量、體積與重量等也有要求,由于篇幅的關(guān)系,不再一一詳述,需要時(shí)可查閱相關(guān)書籍。最后,舉例給出某電子系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)如下:(1)作用距離:發(fā)射機(jī)輸出功率10W,作用距離不低于200km。(2)頻率范圍:118~150MHz。(3)波道間隔與波道數(shù):波道間隔25kHz,波道數(shù)1281個(gè)。(4)頻率穩(wěn)定度:在-25℃~55℃時(shí)小于等于5×10-6。(5)調(diào)制方式:AM。(6)輸出功率:不小于10W。(7)接收靈敏度:不大于2μV。(8)電源:交流市電供電,交流220V±15%。(9)電源功耗:最大消耗功率為130W。(10)可靠性:平均無(wú)故障工作時(shí)間為600h。(11)環(huán)境條件:工作溫度為-25℃~+55℃;儲(chǔ)存溫度為-40℃~+68℃;相對(duì)濕度為90%~95%(溫度40℃)。2.3發(fā)射機(jī)組成與性能指標(biāo)盡管電子系統(tǒng)功能需求不同,其實(shí)現(xiàn)方案千差萬(wàn)別,但從組成來看,它們又有很多相同或相似的地方,其組成通常都包含發(fā)射與接收兩大部分。發(fā)射部分的主要作用是將需要傳遞的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并將此信號(hào)經(jīng)一系列基帶信號(hào)處理,調(diào)制到高頻信號(hào)的電參量上,經(jīng)放大后饋送到天線,以電磁波的形式向空中輻射。接收部分的主要作用是由接收天線接收來自空中的高頻無(wú)線電波,經(jīng)濾波放大、下變頻、解調(diào)以及基帶信號(hào)處理后,獲取希望得到的信號(hào),或進(jìn)一步經(jīng)電信號(hào)到非電信號(hào)的轉(zhuǎn)換后得到傳遞的信息。雖然電子系統(tǒng)有數(shù)字體制與模擬體制兩大類,但是由于數(shù)字體制具有抗干擾能力強(qiáng)、差錯(cuò)可控、易于加密、可傳遞各種信息以及便于采用現(xiàn)代電子實(shí)現(xiàn)技術(shù)與信號(hào)(或信息)處技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)代電子系統(tǒng)大多采用數(shù)字體制的實(shí)現(xiàn)方案。結(jié)合圖1.1與圖2.1可以得到數(shù)字體制發(fā)射機(jī)典型技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖,如圖2.3所示。信息源在各種傳感器的作用下將待傳送的消息轉(zhuǎn)換成電信號(hào),該信號(hào)輸入到發(fā)射基帶信號(hào)處理單元,發(fā)射基帶信號(hào)處理單元對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)數(shù)字體制的電子系統(tǒng)來說,信號(hào)調(diào)理與模/數(shù)轉(zhuǎn)換是發(fā)射基帶信號(hào)處理單元最基本的組成部分。除此之外,還可包含信源編碼、塊交織、信道編碼、偽碼擴(kuò)頻、擾碼加密等功能模塊,視需要而定。盡管信源編碼有模/數(shù)轉(zhuǎn)換與提高數(shù)字信號(hào)傳輸有效性兩大任務(wù),但有時(shí)還是會(huì)把模/數(shù)轉(zhuǎn)換看成是最簡(jiǎn)單的信源編碼裝置。中頻單元主要有兩個(gè)作用:一是將數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到載波的某個(gè)電參量上;二是對(duì)已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行混頻,輸出頻率固定的中頻已調(diào)制信號(hào),并濾除不需要的頻率成分。射頻單元的主要作用是對(duì)中頻已調(diào)制信號(hào)上變頻,以實(shí)現(xiàn)信號(hào)在傳輸媒質(zhì)中的有效傳輸,并進(jìn)行功率放大,以滿足系統(tǒng)作用距離的要求。射頻單元輸出的射頻信號(hào)經(jīng)射頻電纜或波導(dǎo)饋送到發(fā)射天線,以完成對(duì)信號(hào)的有效輻射。如果系統(tǒng)收發(fā)共用一個(gè)天線,則射頻信號(hào)需要經(jīng)雙工器或環(huán)形器后送到天線,以實(shí)現(xiàn)收發(fā)信號(hào)的隔離,減小發(fā)射信號(hào)對(duì)接收信號(hào)的影響。在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中通常還有人機(jī)交互與顯示單元、監(jiān)測(cè)控制與自檢測(cè)單元、頻率合成單元以及電源單元,它們?cè)诎l(fā)射機(jī)中同樣扮演著重要的角色,起著不可替代的作用。在設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案時(shí),除了需要對(duì)其功能進(jìn)行深入分析外,還要詳細(xì)研究其性能指標(biāo)。通常性能指標(biāo)對(duì)實(shí)現(xiàn)成本、技術(shù)難度起著決定性作用。發(fā)射機(jī)的主要性能指標(biāo)如下:1)頻率范圍與工作波道發(fā)射機(jī)的工作頻率范圍由它擔(dān)負(fù)的任務(wù)決定,并由各級(jí)無(wú)線電管理委員會(huì)做出相應(yīng)的規(guī)定。工作頻率決定了發(fā)射機(jī)射頻單元的頻率范圍。在整個(gè)工作頻段通常會(huì)劃分為多個(gè)波道,波道數(shù)與頻率范圍具有確定關(guān)系。2)輸出功率發(fā)射機(jī)輸出功率的大小通常由系統(tǒng)的作用距離和可靠性等因素決定。通常作用距離越遠(yuǎn),可靠性越高,則要求發(fā)射機(jī)的輸出功率越大。發(fā)射機(jī)的輸出功率通常指饋送到天線的功率,分波段工作的發(fā)射機(jī)要求在整個(gè)波段中輸出功率不低于規(guī)定值。依據(jù)發(fā)射機(jī)發(fā)射的是射頻連續(xù)波信號(hào)還是射頻脈沖信號(hào),輸出功率表達(dá)方式則不同。如果輸出為射頻連續(xù)波信號(hào),輸出功率通常是指平均功率;當(dāng)輸出為射頻脈沖信號(hào)時(shí),輸出功率一般用峰值功率與平均功率表示。發(fā)射機(jī)的輸出功率主要由末級(jí)功率放大器決定。為了滿足設(shè)計(jì)功率要求,通常需采用功率合成技術(shù)。3)總效率發(fā)射機(jī)的總效率(簡(jiǎn)稱效率)是指發(fā)射機(jī)的輸出功率與全機(jī)總功率(即電源供給的總功率)之比。提高效率對(duì)于節(jié)約電能、減小發(fā)射機(jī)的體積與重量等具有重要意義。固定發(fā)射機(jī)的總效率一般在5%~30%之間,移動(dòng)發(fā)射機(jī)的總效率一般為10%~20%。4)頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度是發(fā)射機(jī)的兩個(gè)十分重要的性能指標(biāo)。頻率準(zhǔn)確度越高,則建立正常工作的時(shí)間就越快,因?yàn)槿绻l(fā)射機(jī)的頻率很準(zhǔn)確,則只要將接收機(jī)置于指定的頻率位置上,開機(jī)后不用尋找(搜索)工作頻率就可以立即工作;如果發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度很高,則只要建立了正常工作,就不會(huì)因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的頻率變化而使工作中斷。5)諧波與副波輻射諧波與副波輻射也稱為雜散輻射。發(fā)射機(jī)除了在工作頻率(稱為主波)上輸出功率外,在工作頻率的諧波和某些其他頻率(稱為副波)上也會(huì)有功率輸出。這種諧波與副波輻射會(huì)造成對(duì)其他電子設(shè)備的干擾,因此,應(yīng)該有所限制。通常要求諧波和副波輻射功率比主波低40dB以上。6)調(diào)制方式2.4接收機(jī)組成與性能指標(biāo)電子系統(tǒng)接收機(jī)部分的主要作用是:由接收天線接收來自空中的高頻無(wú)線電波,經(jīng)濾波放大、下變頻、解調(diào)以及基帶處理后,獲取希望得到的信號(hào),或進(jìn)一步經(jīng)電信號(hào)到非電信號(hào)的轉(zhuǎn)換后得到傳遞的信息。結(jié)合圖1.1與圖2.1可以得到數(shù)字體制接收機(jī)典型技術(shù)實(shí)現(xiàn)框圖,如圖2.4所示。

由天線接收的射頻信號(hào)通常由有用信號(hào)、干擾信號(hào)以及噪聲組成。其中有用信號(hào)是需要獲取的信號(hào),經(jīng)電波傳播后往往非常微弱,帶通濾波器的作用是抑制帶外噪聲與干擾,以減小其對(duì)有用信號(hào)的影響。帶通濾波器的帶寬為整個(gè)電子系統(tǒng)的工作帶寬。經(jīng)帶通濾波后的射頻信號(hào)通過前置放大單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大,達(dá)到增加有用信號(hào)幅度的目的,以便于后續(xù)電路處理。經(jīng)放大后的射頻信號(hào)與來自頻率合成單元的本振信號(hào)混頻,輸出中心頻率固定的第一中頻信號(hào)。當(dāng)電子系統(tǒng)改變工作波道時(shí),控制頻率合成單元輸出本振頻率的頻率控制字也會(huì)相應(yīng)變化,從而本振頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,達(dá)到混頻器輸出中頻頻率不變的目的?；祛l輸出的第一中頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波與中頻放大處理,濾除混頻所產(chǎn)生的不需要的頻率分量,提取有用的中頻信號(hào),同時(shí)補(bǔ)償混頻與濾波時(shí)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的損耗。第一中頻信號(hào)在中頻單元與來自本振電路的固定頻率信號(hào)進(jìn)行二次混頻,進(jìn)一步降低中頻頻率,輸出第二中頻信號(hào)。第二中頻信號(hào)經(jīng)濾波放大后,送到解調(diào)單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),輸出基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)在接收基帶信號(hào)處理單元經(jīng)判決后,進(jìn)行與發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)的處理,包括擾碼解擾、解擴(kuò)、信道譯碼、解交織、信源譯碼等,視發(fā)射方案而定,輸出希望得到的信號(hào)。當(dāng)接收信號(hào)受到嚴(yán)重干擾時(shí),接收基帶信號(hào)處理單元需先進(jìn)行干擾抑制處理,然后再進(jìn)行判決。與發(fā)射機(jī)類似,接收機(jī)除了上面的這些組成單元以外,還有人機(jī)交互與顯示單元、監(jiān)測(cè)控制與自檢測(cè)單元、頻率合成單元以及電源單元等,它們也是接收機(jī)的重要組成部分。接收機(jī)的主要性能指標(biāo)主要有:(1)靈敏度與噪聲系數(shù)。(2)選擇性。選擇性表示接收機(jī)選擇所需要的信號(hào)而濾除鄰頻干擾的能力,選擇性與接收機(jī)內(nèi)部頻率的選擇(如中頻頻率與本振頻率的選擇)以及接收機(jī)高、中頻部分的頻率特性有關(guān)。在保證可以接收到所需信號(hào)的條件下,帶寬越窄或諧振曲線的矩形系數(shù)越好,則濾波性能越高,所受到的鄰頻干擾也就越小,即選擇性越好。選擇性通常用矩形系數(shù)、抗拒比(中頻抗拒比、鏡像抗拒比等)來衡量。(3)動(dòng)態(tài)范圍。(4)頻率范圍。(5)頻率穩(wěn)定度與頻率準(zhǔn)確度。(6)保真度。接收機(jī)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和變換過程中會(huì)產(chǎn)生各種失真,失真越小,保真度就越高。保真度通常用頻率失真系數(shù)和非線性失真系數(shù)來衡量。(7)工作穩(wěn)定性。為了保證系統(tǒng)可靠工作,接收機(jī)的電氣性能必須非常穩(wěn)定。工作穩(wěn)定性通常包括兩方面的含義:一是在任何情況下各級(jí)放大器必須穩(wěn)定工作,不能產(chǎn)生自激;二是在工作過程中,各種電氣性能指標(biāo)只能在允許范圍內(nèi)變化。接收機(jī)工作不穩(wěn)定通常表現(xiàn)為:頻率不穩(wěn)定,信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú);增益不穩(wěn)定,音調(diào)忽高忽低;產(chǎn)生各種干擾和嘯叫聲等。某電子設(shè)備接收機(jī)主要性能指標(biāo)如下:(1)頻率范圍:108~175MHz。(2)靈敏度:≤3μV。(3)中頻頻率:一中頻頻率為250MHz;二中頻頻率為10.7MHz;三中頻頻率為455kHz。(4)中頻選擇性:6dB帶寬不小于±19kHz,60dB帶寬不大于±50kHz。(5)干擾抑制:中頻抑制不小于80dB,像頻抑制不小于70dB。(6)信號(hào)失真:不大于10%。2.5分貝及其應(yīng)用2.5.1分貝概述分貝又稱為dB,是一個(gè)對(duì)數(shù)單位,最早發(fā)明它是為了表示功率的比值,現(xiàn)在已經(jīng)用它來表示多種比值。式中,P1與P2是兩個(gè)被比較的功率。該單位是以亞歷山大·格雷厄姆·貝爾的名字命名的,起源于對(duì)電話線衰減的度量,即從電話線一端輸出的信號(hào)功率與線的另一端輸入信號(hào)功率的比值。1dB與標(biāo)準(zhǔn)電話線上1km的衰減恰好幾乎相等,并且,1dB所對(duì)應(yīng)的聽覺門限還被證明非常接近人類可用耳朵辨識(shí)的音頻功率電平的最低比值。分貝的以下幾個(gè)特性對(duì)電子工程師特別有用。首