無線電接收發(fā)射技術(shù)詳解

　　信號(hào)發(fā)生器的選購

　　選購信號(hào)發(fā)生器，首先要考慮的是信號(hào)源的類型要適合應(yīng)用的需要。對(duì)于業(yè)余無線電愛好者，如果主要用于調(diào)測(cè)對(duì)講機(jī)靈敏度，就需要高頻信號(hào)發(fā)生器，如果主要用于普通電器維修和基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)，則普通函數(shù)信號(hào)發(fā)生器更為適合。對(duì)于維修電視機(jī)的朋友，則需要電視信號(hào)發(fā)生器，調(diào)頻立體聲信號(hào)源適合維修收音機(jī)之用。如果你需要用于數(shù)字信號(hào)測(cè)試，那么矢量信號(hào)源更適合你。

　　其次，信號(hào)發(fā)生器的頻率覆蓋范圍和調(diào)制模式以及信號(hào)輸出幅度都要滿足應(yīng)用的需要。調(diào)FM對(duì)講機(jī)的靈敏度一般要求信號(hào)發(fā)生器具備調(diào)頻信號(hào)調(diào)制，頻率覆蓋對(duì)講機(jī)工作頻段，信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出幅度最小不大于-120dBm，能達(dá)到-127dBm則更好。

　　再次，所選的信號(hào)發(fā)生器的價(jià)格應(yīng)該在自己的預(yù)算范圍之內(nèi)，中高檔的信號(hào)發(fā)生器都屬于高價(jià)值儀器，高檔的信號(hào)發(fā)生器性能卓越，使用也順手，但如果沒有足夠的預(yù)算，則只能對(duì)它敬而遠(yuǎn)之。高端的儀器除了性能指標(biāo)有保障外，在一定程度上能夠?yàn)槟愕膶?shí)驗(yàn)室“撐場面”，增加懂行的客戶對(duì)你提供測(cè)試結(jié)果的信任度，也代表測(cè)試機(jī)構(gòu)的實(shí)力。

　　最后，購買高價(jià)值儀器售后服務(wù)和維修保障也很重要，有的產(chǎn)品包含不同年限的保修報(bào)價(jià)是不一樣的，購買時(shí)不能只貪圖便宜。

　　

　二、無線電臺(tái)天線駐波比淺析

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無線電通信應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。但是某些單位為了達(dá)到一定的通信效果和更大的覆蓋范圍，一味地加大無線電電臺(tái)功率，這不僅增加了設(shè)備故障率，而且將對(duì)操作者產(chǎn)生電磁輻射危害。

　　其實(shí)，加大功率并不是提高通信質(zhì)量和覆蓋范圍的唯一選擇。影響電臺(tái)通信效果的因素有很多，由Bullintog近似計(jì)算公式 Pr=Pt（h1h2/d2）2grgt可知，天線高度和天線增益對(duì)信號(hào)傳播的影響很大。怎樣保證信號(hào)功率有效地輸送到天線并有效輻射出去，是值得關(guān)注的問題。天線電壓駐波比（VSWR）是衡量天饋效率的重要指標(biāo)。

　　電壓駐波比（VSWR）是常用的射頻技術(shù)參數(shù)，用來衡量電臺(tái)各部件之間匹配是否良好。本文結(jié)合筆者多年工作實(shí)際，從應(yīng)用層面探討電壓駐波比問題。

　　1 天線駐波比（VSWR）的大小與駐波表

　　當(dāng)一個(gè)通信系統(tǒng)建立時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)測(cè)量天線系統(tǒng)的駐波比是否接近1∶1，如果駐波比接近1∶1固然好，但經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)小于1的情況。那么駐波比達(dá)到多少，天線才算合格呢？

　　發(fā)射機(jī)與天線匹配的條件，是兩者阻抗的電阻分量相同、感抗部分互相抵消。目前無線電發(fā)射設(shè)備的電阻通常為50歐姆。老式發(fā)射機(jī)的輸出阻抗多為幾百歐姆，現(xiàn)在已很少在專用通信系統(tǒng)中看到，多為業(yè)余無線電愛好者所使用，對(duì)這種設(shè)備設(shè)法將天線電流調(diào)至最大即可。

　　當(dāng)電壓駐波比（VSWR）不是1時(shí)，比較兩個(gè)天線的電壓駐波比（VSWR）沒有意義。天線電壓駐波比（VSWR）等于1，表明天線系統(tǒng)和發(fā)信機(jī)滿足 匹配條件，發(fā)信機(jī)的能量可以最有效地輸送到天線上。而如果電壓駐波比（VSWR）不等于1，比如說等于4，那么可能存在多種情況：天線感性失諧、天線容性 失諧、天線諧振但饋電點(diǎn)不合適等。在阻抗圓圖上，每一個(gè)電壓駐波比（VSWR）數(shù)值都是一個(gè)圓，擁有無窮多個(gè)點(diǎn)。也即，電壓駐波比（VSWR）數(shù)值相同 時(shí)，天線系統(tǒng)的狀態(tài)有很多種可能性。

　　正因?yàn)殡妷厚v波比（VSWR）除了1以外的數(shù)值，都不值得那么精確地認(rèn)定（除非有特殊需要），多數(shù)電壓駐波比表并沒有像電壓表、電阻表那樣詳細(xì)標(biāo)定，甚至很少給出相應(yīng)的誤差等級(jí)數(shù)據(jù)。由于表內(nèi)射頻耦合元件的相頻特性和二極管非線性的影響，多數(shù)電壓駐波比表在不同頻率、不同功率下的誤差并不均勻。

　　值得注意的是，天線系統(tǒng)的VSWR等于1，并不表明其一定是好天線。VSWR值為1，只能說明發(fā)射機(jī)的能量可以有效地傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)，但是這些能量 是否能有效地輻射到空間，則要另當(dāng)別論了。例如，一副按理論長度制作的偶極天線和一副長度只有1/20的縮短型天線，只要采取適當(dāng)措施，它們的VSWR都 可以等于1，但其發(fā)射效果卻大相徑庭。

　　2 影響天線效果的最重要因素：諧振

　　天線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)射機(jī)的匹配條件，是天線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。理論上，要使天線發(fā)射的電磁場最強(qiáng)必須滿足兩個(gè)條件：一是發(fā)射頻率 必須和天線的固有頻率相同，二是驅(qū)動(dòng)點(diǎn)要選在天線的適當(dāng)位置。如果驅(qū)動(dòng)點(diǎn)不恰當(dāng)而天線與信號(hào)頻率諧振，發(fā)射效果會(huì)略受影響，但是如果天線與信號(hào)頻率沒有諧 振，則發(fā)射效率會(huì)大打折扣。所以，在這兩個(gè)條件中，諧振是關(guān)鍵因素。

　　實(shí)際應(yīng)用效果證明，只要天線頻率與發(fā)射頻率諧振，即可達(dá)到較為滿意的發(fā)射效果。因此在沒有條件做到VSWR為1時(shí)，改善發(fā)射效果最重要的手段是使整個(gè)天線電路與工作頻率諧振。

　　當(dāng)VSWR過高，而天線系統(tǒng)又沒有諧振時(shí)，阻抗存在很大電抗分量，發(fā)射機(jī)末級(jí)器件可能需要承受較大的瞬間過電壓。由于早期技術(shù)不成熟，高VSWR容易造成射頻末級(jí)功率器件的損壞。因此，將VSWR控制在較低的。

三、零起步學(xué)無線電收發(fā)——從等幅波發(fā)射機(jī)認(rèn)識(shí)振蕩與發(fā)射

　　利用無線電波傳遞信息，具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳送信息量大、可以穿越大多數(shù)障礙物以及無須架設(shè)線路等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信、廣播、遙控和遙測(cè)等領(lǐng)域，也吸引了大批無線電愛好者投身其中。要發(fā)射無線電波，首先要產(chǎn)生無線電波。“振蕩”電路就是按照人們的意愿產(chǎn)生無線電波的“機(jī)器”。

　　高頻振蕩器

　　振蕩器是一種不需要外加輸入信號(hào)，而能夠自己產(chǎn)生輸出信號(hào)的電路。產(chǎn)生無線電載波信號(hào)的高頻振蕩器屬于正弦波振蕩器。正弦波振蕩器由放大電路和反饋電路兩部分組成，反饋電路將放大電路輸出電壓的一部分正反饋到放大電路的輸入端，周而復(fù)始即形成振蕩，如圖1所示。高頻振蕩器有變壓器耦合振蕩器、電感三點(diǎn)式振蕩器、電容三點(diǎn)式振蕩器、晶體振蕩器等多種電路形式。

　　圖1 正弦波振蕩器

　　1. 變壓器耦合振蕩器

　　變壓器耦合振蕩器電路如圖2所示，變壓器T包括振蕩線圈L2和反饋線圈L1，L2與C2組成LC并聯(lián)諧振回路，作為晶體管VT的集電極負(fù)載，L1接在VT基極。VT與LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成選頻放大器，只有頻率f ＝f o的信號(hào)得到放大，并經(jīng)變壓器T正反饋至基極，形成振蕩，振蕩頻率f o＝1/（2π L 2C2），正弦波信號(hào)經(jīng)C4耦合輸出。變壓器耦合振蕩器的特點(diǎn)是容易起振，輸出電壓較大，但最高振蕩頻率較低。

　　2. 電感三點(diǎn)式振蕩器

　　所謂三點(diǎn)式振蕩器，是指晶體管的3個(gè)電極直接與振蕩回路的3個(gè)端點(diǎn)相連接而構(gòu)成的振蕩器，如圖3所示。

　　圖2 變壓器耦合振蕩器

　　圖3 三點(diǎn)式振蕩器
四、為無線基站選擇高線性度混頻器

　　目前，無線基站等通信系統(tǒng)對(duì)接收靈敏度和大信號(hào)性能提出了非常高的要求。本文著重討論混頻器的相關(guān)問題，介紹了混頻器的幾個(gè)關(guān)鍵性能以及數(shù)據(jù)資料中提供的基本參數(shù)。文章探討了如何選擇最佳混頻器優(yōu)化接收通道的性能。

　　引言

　　無線基站通信標(biāo)準(zhǔn)，例如GSM、UMTS和（當(dāng)前的） LTE，定義了不同參數(shù)的下限指標(biāo)，包括接收機(jī)的靈敏度和大信號(hào)性能。這些關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)無線基站中的每個(gè)射頻功能模塊提出了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。在接收信號(hào)通路，混頻器性能主要影響接收機(jī)的靈敏度和大信號(hào)性能。本文介紹了混頻器的關(guān)鍵性能和參數(shù)，有助于設(shè)計(jì)接收通道時(shí)選擇最佳的混頻器。

　　無線基站接收機(jī)

　　我們首先分析無線基站中的典型接收機(jī)方框圖（圖1）。因?yàn)榻邮盏降男盘?hào)經(jīng)過兩次連續(xù)的下變頻，變換到較低頻率，這些接收機(jī)被稱為超外差式接收機(jī)。如圖所示，信號(hào)通過天線接收，然后經(jīng)過第1級(jí)RF濾波器濾波，該濾波器通常用于濾除無用信號(hào)。隨后，該濾波器輸出通過一個(gè)LNA （低噪聲放大器）進(jìn)行放大，該放大器通常具有非常低的噪聲系數(shù)。

　　圖1. 無線基站接收機(jī)典型框圖

　　放大信號(hào)通過第2級(jí)RF濾波器再次進(jìn)行濾波，該濾波器濾除限制混頻器性能的無用信號(hào)的同時(shí)還對(duì)頻率范圍加以限制。經(jīng)過濾波后帶寬受限的信號(hào)被送入第一級(jí)混頻器，在此通過與LO （本振）信號(hào)混頻，下變頻至一次IF頻率。根據(jù)接收機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，該IF信號(hào)可以進(jìn)一步下變頻至更低的二次IF頻率，然后送入基帶進(jìn)行解調(diào)處理。

　　現(xiàn)在，我們開始研究接收鏈路中的混頻器。因?yàn)橛绊懡邮諜C(jī)靈敏度和大信號(hào)性能的主要因素是混頻器參數(shù)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析。

　　混頻器參數(shù)

　　混頻器的噪聲系數(shù)表示從輸入至輸出的SNR （信噪比）衰減，該比值通常用對(duì)數(shù)表示（dB），如式1所示：

　　（式1）