射频接收机概述

Posted 2023-04-03 sundaygeek

接收机架构

射频接收机架构是指电子设备中用于接收无线电信号的部分。它通常由前置放大器、中频放大器、混频器、局部振荡器和带通滤波器等组成。以下是一个基本的射频接收机架构：

1. 前置放大器：前置放大器的作用是放大接收天线接收到的微弱无线电信号，并将其送到后续放大器中进行进一步处理。前置放大器的增益通常较高，可以增加接收机的灵敏度。

2. 带通滤波器：带通滤波器用于去除不需要的频率成分，只保留接收频带内的信号。它可以在接收到信号时抑制噪声和干扰，提高接收机的选择性和抗干扰能力。

3. 混频器：混频器用于将收到的无线电信号变换到中频区间。通常使用一个局部振荡器和混频器组合，将原始信号与局部振荡器的信号混合，产生中频信号。

4. 中频放大器：中频放大器用于放大中频信号，提高接收信号的信噪比。它通常被设计成具有可调的增益，以适应不同的信号水平和接收环境。

5. 滤波器：中频滤波器用于去除中频信号中的杂散信号和噪声等不需要的成分，以提高接收机的选择性和抗干扰性能。

6. 信号处理器：信号处理器对接收的信号进行解调、解码和解密等处理，以提取原始信息。信号处理器的功能通常由数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等实现。

以上是一个基本的射频接收机架构，它可以接收和处理来自不同频率和调制方式的无线电信号。在实际应用中，不同种类的接收机可能会采用不同的射频接收机架构，并且还会根据具体应用情况进行不同的优化和改进。

接收机的分类

根据射频接收机的应用领域和性能要求，可以将其基本分类为以下几种：

1. 超外差接收机：超外差接收机是一种高性能的射频接收机，通常用于高精度通信、遥感、雷达、医疗和卫星通信等领域。它具有优秀的选择性、稳定性和敏感性，采用了高精度的谐振电路和低噪声放大器等技术，可以实现高动态范围和低噪声系数。
   

2. 低中频接收机：低中频接收机是一种常见的射频接收机，在广播、电视和移动通信等领域中被广泛使用。它特点是可靠性高、价格低廉、功耗低，采用了中频放大器和中频滤波器等技术，可以实现稳定的信号增益和抗干扰能力。
   

3. 直接转换接收机：直接转换接收机是一种新型的射频接收机，近年来广受欢迎。它采用了直接混频的方式，将接收到的无线电信号直接变换到基带频率，避免了中频放大器和中频滤波器等组件的使用，使系统结构简单、灵敏度高、动态范围大，并且可以支持多种调制方式。
   

除了以上几种基本类型，还有一些特殊应用领域的射频接收机，如超短波接收机、雷达接收机、电子对抗接收机等。

接收机类型	主要优点	主要缺点	适用场景
超外差接收机	可以提高系统的选择性和精度，信号处理较为简单	可能会存在中频信号放大器增益不足的问题，需要进一步处理	需要高精度信号处理的场景，如GPS信号接收
零中频接收机	信号处理简单，不需要产生中频信号，可以实现高速率和窄带通信	对信道选择性要求较高，信号处理复杂度较高	高速率和窄带通信的场景，如数字通信和无线局域网
低中频接收机	相对于零中频接收机来说，信号的处理较为简单，可以适应比较宽的信号带宽	可能会存在频率选择性和选择性上的问题，需要进行进一步处理	比较宽带的信号接收，如广播接收

需要注意的是，不同的接收机类型在不同的场景下都有其优缺点。因此，在选择接收机类型时，需要综合考虑实际应用场景和系统要求，权衡不同因素来做出决策。例如，对于需要在窄带信号中实现高速率传输的场景，可以选择零中频接收机；对于需要处理比较宽带信号的场景，可以选择低中频接收机。在实际应用中，也可以根据具体要求进行改进，如通过增加中频放大器和滤波器的数量，将低中频接收机转化为类似超外差接收机的效果。

接收机性能指标

射频接收机的性能衡量指标通常包括以下几个方面：

1. 灵敏度：接收机的灵敏度是指接收机可以接收到的最小有效信号强度。一般来说，灵敏度越高，接收机可以接收到的信号强度越小，接收距离也就越远。灵敏度的单位一般是dBm或μV。

2. 带宽：接收机的带宽是指接收机能够接收的信号频率范围。带宽的大小直接影响到接收机的信号处理能力和选择性能力。带宽的单位一般是Hz或MHz。

3. 动态范围：接收机的动态范围是指接收机在接收到高强度信号时，相对于接收到低强度信号时的信噪比的差异。动态范围越大，接收机对于高强度信号和低强度信号的解调能力和区分度就越好。

4. 选择性：接收机的选择性是指接收机可以选择、抑制不需要的信号干扰的能力。选择性好的接收机可以抑制不需要的信号干扰，提高接收机的信噪比和解调能力。

5. 杂散响应：接收机的杂散响应是指接收机在接收到信号时，出现一些不需要的响应信号，如自身混频产生的高阶谐波、互调产生的交调等。杂散响应会干扰接收机的正常工作，需要尽可能的减小。

6. 线性度：接收机的线性度是指接收机输入和输出之间的关系是否是线性的。线性度好的接收机可以更准确的还原原始信号，减小解调误差。

7. 相位噪声：接收机的相位噪声是指接收机在解调过程中，由于时钟漂移等原因造成的相位误差。相位噪声会干扰接收机的信号解调，需要尽可能减少。

以上指标通常是评估射频接收机性能的重要指标，不同的应用场景和需求可能会有不同的重点。

接收机的优缺点对比

以下是超外差接收机、零中频接收机、低中频接收机的优缺点对比表格：

优点	超外差接收机	零中频接收机	低中频接收机
高选择性	✔️	✔️
优秀的灵敏度	✔️	✔️
高动态范围	✔️
可以实现频率和相位调节	✔️
高抑制图片频率干扰能力	✔️
可以在混频电路中实现滤波	✔️
不需要共振器	✔️
高抗干扰能力		✔️	✔️
抑制本振和杂散信号		✔️	✔️
可以独立调节输入和输出信号		✔️
具有较小的输出噪声		✔️
信号处理电路简单			✔️
可以使用廉价的陶瓷滤波器			✔️
抑制图像频率干扰能力较弱	❌	✔️	✔️
电路设计较为复杂	❌
大功率和高速信号处理要求高	❌
需要更高的注意和维护	❌
容易受到本地振荡器频率漂移的影响	❌
容易产生图像频率干扰	❌		✔️
需要更高的技术水平	❌

从表格中可以看出，超外差接收机和零中频接收机都具有优秀的灵敏度和高选择性，能够实现频率和相位调节。同时，超外差接收机还可以抑制本振和杂散信号，具有更高的动态范围和抑制镜像频率干扰能力。而零中频接收机则具有高抗干扰能力和抑制本振和杂散信号的能力，同时信号处理电路较为简单，可以使用廉价的陶瓷滤波器。

低中频接收机相比于其他两种接收机具有更简单的电路设计和低功耗的优点，但是抑制镜像频率干扰能力较弱。

需要注意的是，每种接收机的优缺点和适用范围不同，具体选择应根据应用场景和需求进行综合考虑。

超外差接收机的优缺点

超外差接收机的优缺点如下：

优点：

1. 高选择性：超外差接收机具有较高的选择性，可以实现精确的频率和相位调节。

2. 优秀的灵敏度：超外差接收机的灵敏度较高，可以接收较弱的信号。

3. 高动态范围：超外差接收机的动态范围较高，可以处理强信号和弱信号。

4. 可以实现频率和相位调节：超外差接收机可以实现精确的频率和相位调节，从而适应不同的信号处理要求。

5. 高抑制图片频率干扰能力：超外差接收机可以有效抑制图片频率干扰，提高了接收机的选择性和灵敏度。

6. 可以在混频电路中实现滤波：超外差接收机可以在混频电路中实现滤波，降低了整个系统的成本和复杂度。

7. 不需要共振器：超外差接收机不需要使用共振器，降低了系统的成本和复杂度。

8. 低功耗：相比于其他接收机方案，超外差接收机具有较低的功耗。

缺点：

1. 电路设计较为复杂：由于超外差接收机需要使用精密的电路设计，因此比较复杂。

2. 抗干扰能力较弱：超外差接收机的抗干扰能力相对较弱，可能会受到外界的干扰影响。

3. 容易产生图像频率干扰：超外差接收机容易产生图像频率干扰，可能会影响接收效果。

4. 大功率和高速信号处理要求高：超外差接收机在处理大功率和高速信号时，需要较高的要求和技术水平。

5. 需要更高的注意和维护：超外差接收机需要更高的注意和维护，以保证其稳定性和可靠性。

综上所述，超外差接收机具有高选择性、优秀的灵敏度、高动态范围、可以实现频率和相位调节、高抑制图片频率干扰能力、可以在混频电路中实现滤波、不需要共振器和低功耗等优点，但是电路设计较为复杂，抗干扰能力和抑制图片频率干扰能力较弱，需要更高的注意和维护。

零中频接收机的优缺点

零中频接收机的优缺点如下：

优点：

1. 高抗干扰能力：零中频接收机可以有效抑制本振和杂散信号的干扰，能够在强干扰环境下保持较好的接收效果。

2. 抑制本振和杂散信号：零中频接收机采用零中频技术，可以实现本振和杂散信号的完全抑制，提高了接收机的选择性和灵敏度。

3. 可以独立调节输入和输出信号：零中频接收机可以独立调节输入和输出信号，从而可以更好地适应不同的信号处理要求。

4. 具有较小的输出噪声：由于零中频接收机采用了零中频技术，可以减小噪声系数，从而获得较小的输出噪声。

5. 信号处理电路简单：相比于其他接收机方案，零中频接收机的信号处理电路相对简单，可以降低整个接收机的成本。

6. 可以使用廉价的陶瓷滤波器：零中频接收机可以使用廉价的陶瓷滤波器来实现信号处理，降低了信号处理的成本。

缺点：

1. 抑制图像频率干扰能力较弱：由于采用了零中频技术，零中频接收机的抑制图像频率干扰能力较弱，可能会影响接收效果。

2. 电路设计需要考虑频率漂移问题：零中频接收机的实际工作频率会受到本地振荡器的影响，而本地振荡器的频率可能会漂移，因此电路设计需要考虑频率漂移问题。

3. 需要更高的注意和维护：相比于其他接收机方案，零中频接收机需要更高的注意和维护，以保证其稳定性和可靠性。

综上所述，零中频接收机具有高抗干扰能力、抑制本振和杂散信号、可以独立调节输入和输出信号、具有较小的输出噪声、信号处理电路简单等优点，但是抑制图像频率干扰能力较弱，电路设计需要考虑频率漂移问题，需要更高的注意和维护。

低中频接收机的优缺点

低中频接收机是一种广泛应用于通信和广播领域的接收机，其优缺点如下：

优点：

1. 灵敏度高：低中频接收机的输入电路一般采用放大器，能够大幅度的增加信号的强度，提高灵敏度，从而能够接收到比较微弱的信号。
2. 选择性好：通过调谐器和滤波器的组合能够选择出需要的频率，抑制不需要的干扰信号，从而提高了接收机的选择性。
3. 噪声小：由于低中频接收机的输入信号经过放大器放大之后，能够抵抗外界噪声的影响，因此噪声小。
4. 易于设计：低中频接收机相对于高频接收机在设计上比较简单，因为频率较低，噪声、干扰等因素影响较少。

缺点：

1. 可能存在杂散信号：低中频接收机在调谐时，可能会收到一些与所需信号无关的杂散信号，从而影响接收效果。
2. 抗干扰能力差：低中频接收机抗干扰能力相对较差，因此易受到附近电子设备的干扰，这也是其应用领域相对有限的原因之一。
3. 需要反馈电路：低中频接收机需要反馈电路来保证放大器的稳定工作，这会增加设计的难度和成本。

总的来说，低中频接收机具有灵敏度高、选择性好、噪声小、易于设计的优点，但也存在可能存在杂散信号、抗干扰能力差、需要反馈电路等缺点。

扩展433兆赫射频发射模块的传输范围

433mhz 射频模块广泛应用于各种无线工程和产品中。大部分射频发射机及接收机组件的正常范围在五十米以下。这种射频范围扩展电路可以增加的范围，以几乎两倍的正常范围，根据使用的射频模块和天线。

电路和工作

433mhz 放大器的电路图如图1所示。它是建立在晶体管 C2570(T1)和2n5109(T2) ，和一些其他组件。

图1:433mhz 射频范围扩展器的电路图

连接器 con1为射频发射模块的连接天线提供了方便。Con2用于连接5v 直流电源，con3用于连接偶极天线。该电路是一个两级特高频放大器。T1和 t2都是有线的 a 类放大器。最大范围可以得到使用偶极子天线(DP)与一个良好的同轴电缆。

T1是 NEC-make c2570晶体管，t2是 UHF 中功率晶体管2n5109，有金属封装。

c1和 vc2是可变微调电容器。可以使用现成的飞利浦制造的修边机(22p)。L1感应器可由24根 SWG 线圈和直径4mm 的空心线圈组成。线圈 l2可与2轮的24 SWG 线超过4毫米直径空气核心。线圈 l3应该只有一轮的24 SWG 线超过4毫米直径的空气核心。SWG 线应该是漆包铜线。

建造和测试

433mhz 射频范围扩展器的 PCB 布局如图2所示，其元件布局如图3所示。在 PCB 上组装好电路后，将5v 连接到 con2上。连接433兆赫射频发射模块的输出到该放大器的 con1输入。

图2:433兆赫射频范围扩展器的单面 PCB

• 图3: PCB 的元器件布局
• 下载 PCB 和元件布局：RF-Transmitter-Module (2).zip
• 对于初始测试，取代 DP，连接一个单股线天线(约30厘米长)到 CON3。现在，在射频发射模块的数据输入端输入一个信号脉冲，在射频接收模块的数据输出端检测信号。慢慢地移动接收器单元远离发射器单元，以检查操作范围。

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头，

到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市，

从2018年开始花了5年的时间，

潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程，

该课程从元器件到核心模块到完整产品

老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路”

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就有详细讲解MOS管和IGBT的课程