无线通信射频接收技术分析

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摘要：本文在研究通信系统模型的基础上，分析了单次变频超外差式接收机架构、双重变频超外差接收机的模型架构和通信系统抗干扰设计方案，最后提出无线通信接收机系统的优化设计方案，以期为相关学者的研究提供借鉴。

关键词：无线通信；接收机；电路架构

随着科技的不断进步，无线通信已经完全融入人们的日常生活中，智能化电子产品已经成为主要趋势。这些智能化产品的发展与产生，都离不开无线控制模块。无线控制模块是利用无线通信技术进行无线传输的一种模块。无论是哪类智能产品，想要实现联网、智能化，都要通过无线模块完成信号传输。同时，随着产品的集成化、小型化、数字化、智能化和网络化，无线通信技术已开始从模拟型转向数字型，而且正在向软件型方向发展［1］。其中，实现传输的通信机的系统结构也将随之发生重大变化。

1通信系统基本模型

根据电信号传递的媒质不同，通信可分为有线通信和无线通信两大类［2］。有线通信指电信号通过导线、电缆线、光缆线等有线媒质传递的通信方式；无线通信指电信号利用空间电磁波的传播作为媒质进行传递信号。任何通信系统，都是把发送端的信息传送到接收端，因而通信系统可以用如图1所示的模型来表示。发送端信息源的作用是把各种各样的消息变换成原始的信号。发送设备则将各种原始信号转化成适合在信道中传输的已载频信号。接收设备是将信道送来的已调载频电信号变换成原始电信号，送给受信者。信道就是传递电信号的媒质，对于有线通信，其是指传输导线、电缆线、光纤电缆等，对于无线通信，其是指空间传播的电磁波。最后，受信者将原始电信号变换成消息，从而完成消息的传递过程。目前常见的接收设备有超外差式接收机、零中频接收机、镜像抑制接收机以及数字中频接收机等［3-4］。超外差式接收机将通过变频一次或多次将射频己调信号变频到易处理的中频上，最终对中频已调信号进行处理放大、滤波与解调。因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵活性，因此这种结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构。同时，随着滤波器制造工艺的提高，与天线相连的滤波器在较大程度上抑制了镜像频率，提高了抗干扰能力。而其他接收设备结构复杂，性价比低，因此本文主要分析超外差接收机结构。

2单次变频超外差式接收机设计

单次变频超外差式接收机如图2所示。接收信号频率范围是500kHz～30MHz，即中、短波段。图中预选回路的作用是让这一频率范围的信号都能通过，而其他频率的信号则全部滤除，因而预选器送入混频器的信号就是所要接收的500kHz～30MHz信号。送人混频器的本地振荡信号频率比接收频率高出455kHz，即为955kHz～30.455MHz。混频器把这两个输入信号相混以后由中频滤波器取出差频455kHz，差频455kHz即为中频信号。不论如何调谐接收机，中频是永远不变的。所以，将所有接收频率都变成处理一个相同频率的信号，这就是超外差式接收至今仍被认为是一种最佳设计方案的原因。455kHz的中频信号仍然包含有从天线进入的信号的信息，其在中频放大器中被选频放大后，进入检波器检波解调；再经低放放大后，送入扬声器变换成音频信息。为保证本振频率始终高出接收频率455kHz，必须使预选回路和本振回路实现统调。统调可以使预选回路电容和本振回路电容采用一个同轴的双联可调电容，选取合适的电容变化量就可以使本振频率在接收波段内永远高出接收频率455kHz。

3镜像干扰及抑制方案

从天线进入的接收信号和本地振荡器混频以产生要进一步放大的中频信号。本振频率可以高于或低于天线进人的接收信号频率一个中频值。如有一电台的频率是15.000MHz，其也将和14.545MHz的本振混频并产生455kHz的中频信号。若接收机前端的选择性差，而15.000MHz信号台的功率又强，则当接收机调谐在14.090MHz时，此15.000MHz的信号也将收听到，因而干扰了实际要接收的14.090MHz信号，即为镜像干扰。当振荡器振荡频率高于需要接收信号的频率时，镜像频率为接收频率加2倍中频频率；若振荡器振荡频率低于需要接收信号的频率时，则镜像频率为接收信号频率减2倍中频频率。因此，在一个典型的455kHz接收机中，镜像干扰将出现在比需要接收信号的频率高910kHz的地方。中频选择在较低频率455kHz时，邻近波道选择性就容易在中频滤波和放大中实现。而中频选择在接收波段以上的较高频率41MHz时，因滤波器和放大器性能使邻近波道选择性难以达到要求。为兼顾两者的优点，即镜频抑制和邻近波道选择性要求，就出现了二次混频超外差式接收方案：第一次混频用高中频（如41MHz），用于抑制镜像干扰；第二次混频取低中频（如455kHz），用于提高邻近波道选择性。

4双重变频超外差接收机设计

双变频电路实现两次变换频率，如图3所示。第一步用一个本地振荡器LO1将频率变换到大于455kHz的频率，典型值为5.5、9、10.7、21.4MHz或41MHz，使镜像频率足够高，以便在预选器中将其抑制掉。第一中频滤波是用LC滤波器或晶体滤波器；第二次变频至455kHz，滤波器可采用声表面滤波器或陶瓷滤波器。第二个振荡器是一个可变振荡器，变化范围一般为1MHz或500kHz。第一中频的带宽应等于第二振荡器的频率覆盖范围，通常考虑带宽为1MHz。有时第一中放采用可调节预选器，通常称可变通带中频。可变通带的调整是借助于变容二极管进行调谐的，加在变容二极管上的偏压跟踪接收信号的频率。这个电压由数模转换器产生。第三个混频器用作乘积检波器，对接收连续波（CW）和单边带（SSB）信号是必要的；第三振荡器称作拍频振荡器（BFO）。为了能使第一中频（高中频）成为便于放大处理的单一频率，如41MHz，目前第一混频是频率合成器，二混是单一频率，二中放也为单一频率，如455kHz或9MHz。图4所示为上变频双重变频方案，一中频采用75MHz，其滤波采用75MHz单片晶体滤波器，带宽为10kHz。第一混频本振为锁相频率合成器，在频率范围内以每步10kHz提供粗调；精调在第二变频中用另一频率合成器来实现。该频率合成器在10kHz的粗调范围内提供每隔100Hz的分辨率。第二中频为9MHz，因为在这个频率上有较好的晶体滤波器，可以选用双边带晶体滤波器。在2～30MHz的任一射频信号，经过天线进入第一混频器，第一本振减去信号得到75MHz中频。这个本振是工作在77～105MHz每步0.0lMHz（l0kHz）的第一个频率合成器。为了使第二本振可以在第二中频中进行细调，第一中频最小带宽应为10kHz，从74.995MHz到75.005MHz。若远处有一个25MHz的无线电台，其三次谐波是75MHz，但预选器对75MHz信号衰减的大，干扰也就消失了。显然，这种变频方式优于前面几种方式。

5结语

本文对无线通信核心部分的接收机电路进行研究，分析了单次变频超外式和双重变频超外差等接收模型和电路架构，讨论了镜像干扰的抑制方式如何处理信号和如何从极高频率的数据传输ANT端口中提取出稳定的中频信号。最后，在此基础上提出上变频双重变频设计方案。

参考文献：

［1］梁源.无线通信射频接收系统研究［J］.电子测试，2019（9）：74-75.

［2］顾宝良.通信电子线路［M］.北京：电子工业出版社，2001.

［3］段鹏辉.零中频接收机系统级设计与仿真［J］.空间电子技术，2015（2）：41-44.

［4］张君临.CMOS射频接收前端的设计与研究［D］.西安：西安电子科技大学，2007.

作者：曹薇薇 王宇星 黄颖华 张定心 单位：无锡科技职业学院