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摘要:本文在研究通信系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,分析了單次變頻超外差式接收機(jī)架構(gòu)、雙重變頻超外差接收機(jī)的模型架構(gòu)和通信系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)方案,最后提出無線通信接收機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以期為相關(guān)學(xué)者的研究提供借鑒。
關(guān)鍵詞:無線通信;接收機(jī);電路架構(gòu)
隨著科技的不斷進(jìn)步,無線通信已經(jīng)完全融入人們的日常生活中,智能化電子產(chǎn)品已經(jīng)成為主要趨勢。這些智能化產(chǎn)品的發(fā)展與產(chǎn)生,都離不開無線控制模塊。無線控制模塊是利用無線通信技術(shù)進(jìn)行無線傳輸?shù)囊环N模塊。無論是哪類智能產(chǎn)品,想要實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、智能化,都要通過無線模塊完成信號傳輸。同時(shí),隨著產(chǎn)品的集成化、小型化、數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化,無線通信技術(shù)已開始從模擬型轉(zhuǎn)向數(shù)字型,而且正在向軟件型方向發(fā)展[1]。其中,實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)耐ㄐ艡C(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也將隨之發(fā)生重大變化。
1通信系統(tǒng)基本模型
根據(jù)電信號傳遞的媒質(zhì)不同,通信可分為有線通信和無線通信兩大類[2]。有線通信指電信號通過導(dǎo)線、電纜線、光纜線等有線媒質(zhì)傳遞的通信方式;無線通信指電信號利用空間電磁波的傳播作為媒質(zhì)進(jìn)行傳遞信號。任何通信系統(tǒng),都是把發(fā)送端的信息傳送到接收端,因而通信系統(tǒng)可以用如圖1所示的模型來表示。發(fā)送端信息源的作用是把各種各樣的消息變換成原始的信號。發(fā)送設(shè)備則將各種原始信號轉(zhuǎn)化成適合在信道中傳輸?shù)囊演d頻信號。接收設(shè)備是將信道送來的已調(diào)載頻電信號變換成原始電信號,送給受信者。信道就是傳遞電信號的媒質(zhì),對于有線通信,其是指傳輸導(dǎo)線、電纜線、光纖電纜等,對于無線通信,其是指空間傳播的電磁波。最后,受信者將原始電信號變換成消息,從而完成消息的傳遞過程。目前常見的接收設(shè)備有超外差式接收機(jī)、零中頻接收機(jī)、鏡像抑制接收機(jī)以及數(shù)字中頻接收機(jī)等[3-4]。超外差式接收機(jī)將通過變頻一次或多次將射頻己調(diào)信號變頻到易處理的中頻上,最終對中頻已調(diào)信號進(jìn)行處理放大、濾波與解調(diào)。因?yàn)橥ㄟ^適當(dāng)?shù)剡x擇中頻和濾波器可以獲得極佳的選擇性和靈活性,因此這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是最可靠的接收機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí),隨著濾波器制造工藝的提高,與天線相連的濾波器在較大程度上抑制了鏡像頻率,提高了抗干擾能力。而其他接收設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,性價(jià)比低,因此本文主要分析超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)。
2單次變頻超外差式接收機(jī)設(shè)計(jì)
單次變頻超外差式接收機(jī)如圖2所示。接收信號頻率范圍是500kHz~30MHz,即中、短波段。圖中預(yù)選回路的作用是讓這一頻率范圍的信號都能通過,而其他頻率的信號則全部濾除,因而預(yù)選器送入混頻器的信號就是所要接收的500kHz~30MHz信號。送人混頻器的本地振蕩信號頻率比接收頻率高出455kHz,即為955kHz~30.455MHz?;祛l器把這兩個(gè)輸入信號相混以后由中頻濾波器取出差頻455kHz,差頻455kHz即為中頻信號。不論如何調(diào)諧接收機(jī),中頻是永遠(yuǎn)不變的。所以,將所有接收頻率都變成處理一個(gè)相同頻率的信號,這就是超外差式接收至今仍被認(rèn)為是一種最佳設(shè)計(jì)方案的原因。455kHz的中頻信號仍然包含有從天線進(jìn)入的信號的信息,其在中頻放大器中被選頻放大后,進(jìn)入檢波器檢波解調(diào);再經(jīng)低放放大后,送入揚(yáng)聲器變換成音頻信息。為保證本振頻率始終高出接收頻率455kHz,必須使預(yù)選回路和本振回路實(shí)現(xiàn)統(tǒng)調(diào)。統(tǒng)調(diào)可以使預(yù)選回路電容和本振回路電容采用一個(gè)同軸的雙聯(lián)可調(diào)電容,選取合適的電容變化量就可以使本振頻率在接收波段內(nèi)永遠(yuǎn)高出接收頻率455kHz。
3鏡像干擾及抑制方案
從天線進(jìn)入的接收信號和本地振蕩器混頻以產(chǎn)生要進(jìn)一步放大的中頻信號。本振頻率可以高于或低于天線進(jìn)人的接收信號頻率一個(gè)中頻值。如有一電臺的頻率是15.000MHz,其也將和14.545MHz的本振混頻并產(chǎn)生455kHz的中頻信號。若接收機(jī)前端的選擇性差,而15.000MHz信號臺的功率又強(qiáng),則當(dāng)接收機(jī)調(diào)諧在14.090MHz時(shí),此15.000MHz的信號也將收聽到,因而干擾了實(shí)際要接收的14.090MHz信號,即為鏡像干擾。當(dāng)振蕩器振蕩頻率高于需要接收信號的頻率時(shí),鏡像頻率為接收頻率加2倍中頻頻率;若振蕩器振蕩頻率低于需要接收信號的頻率時(shí),則鏡像頻率為接收信號頻率減2倍中頻頻率。因此,在一個(gè)典型的455kHz接收機(jī)中,鏡像干擾將出現(xiàn)在比需要接收信號的頻率高910kHz的地方。中頻選擇在較低頻率455kHz時(shí),鄰近波道選擇性就容易在中頻濾波和放大中實(shí)現(xiàn)。而中頻選擇在接收波段以上的較高頻率41MHz時(shí),因?yàn)V波器和放大器性能使鄰近波道選擇性難以達(dá)到要求。為兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn),即鏡頻抑制和鄰近波道選擇性要求,就出現(xiàn)了二次混頻超外差式接收方案:第一次混頻用高中頻(如41MHz),用于抑制鏡像干擾;第二次混頻取低中頻(如455kHz),用于提高鄰近波道選擇性。
4雙重變頻超外差接收機(jī)設(shè)計(jì)
雙變頻電路實(shí)現(xiàn)兩次變換頻率,如圖3所示。第一步用一個(gè)本地振蕩器LO1將頻率變換到大于455kHz的頻率,典型值為5.5、9、10.7、21.4MHz或41MHz,使鏡像頻率足夠高,以便在預(yù)選器中將其抑制掉。第一中頻濾波是用LC濾波器或晶體濾波器;第二次變頻至455kHz,濾波器可采用聲表面濾波器或陶瓷濾波器。第二個(gè)振蕩器是一個(gè)可變振蕩器,變化范圍一般為1MHz或500kHz。第一中頻的帶寬應(yīng)等于第二振蕩器的頻率覆蓋范圍,通常考慮帶寬為1MHz。有時(shí)第一中放采用可調(diào)節(jié)預(yù)選器,通常稱可變通帶中頻。可變通帶的調(diào)整是借助于變?nèi)荻O管進(jìn)行調(diào)諧的,加在變?nèi)荻O管上的偏壓跟蹤接收信號的頻率。這個(gè)電壓由數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。第三個(gè)混頻器用作乘積檢波器,對接收連續(xù)波(CW)和單邊帶(SSB)信號是必要的;第三振蕩器稱作拍頻振蕩器(BFO)。為了能使第一中頻(高中頻)成為便于放大處理的單一頻率,如41MHz,目前第一混頻是頻率合成器,二混是單一頻率,二中放也為單一頻率,如455kHz或9MHz。圖4所示為上變頻雙重變頻方案,一中頻采用75MHz,其濾波采用75MHz單片晶體濾波器,帶寬為10kHz。第一混頻本振為鎖相頻率合成器,在頻率范圍內(nèi)以每步10kHz提供粗調(diào);精調(diào)在第二變頻中用另一頻率合成器來實(shí)現(xiàn)。該頻率合成器在10kHz的粗調(diào)范圍內(nèi)提供每隔100Hz的分辨率。第二中頻為9MHz,因?yàn)樵谶@個(gè)頻率上有較好的晶體濾波器,可以選用雙邊帶晶體濾波器。在2~30MHz的任一射頻信號,經(jīng)過天線進(jìn)入第一混頻器,第一本振減去信號得到75MHz中頻。這個(gè)本振是工作在77~105MHz每步0.0lMHz(l0kHz)的第一個(gè)頻率合成器。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74.995MHz到75.005MHz。若遠(yuǎn)處有一個(gè)25MHz的無線電臺,其三次諧波是75MHz,但預(yù)選器對75MHz信號衰減的大,干擾也就消失了。顯然,這種變頻方式優(yōu)于前面幾種方式。
5結(jié)語
本文對無線通信核心部分的接收機(jī)電路進(jìn)行研究,分析了單次變頻超外式和雙重變頻超外差等接收模型和電路架構(gòu),討論了鏡像干擾的抑制方式如何處理信號和如何從極高頻率的數(shù)據(jù)傳輸ANT端口中提取出穩(wěn)定的中頻信號。最后,在此基礎(chǔ)上提出上變頻雙重變頻設(shè)計(jì)方案。
參考文獻(xiàn):
[1]梁源.無線通信射頻接收系統(tǒng)研究[J].電子測試,2019(9):74-75.
[2]顧寶良.通信電子線路[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.
[3]段鵬輝.零中頻接收機(jī)系統(tǒng)級設(shè)計(jì)與仿真[J].空間電子技術(shù),2015(2):41-44.
[4]張君臨.CMOS射頻接收前端的設(shè)計(jì)與研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2007.
作者:曹薇薇 王宇星 黃穎華 張定心 單位:無錫科技職業(yè)學(xué)院