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elrs接收机是什么协议(收发器Transceiver架构系列)

时间:2023-08-16 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 农业百科

手机相当于无线电台,对收到的信号进行处理解读,然后发出想要发出的信号。而这也是超外差接收机的特点,即进入混频器的本振信号频率ωLO随着接受信号频率ωRF改变,使得输出的中频信号ωIF的频率保持固定不变。而相对于有用信号来讲,噪声中频信号更强,被传递到下级,最终干扰到有用信号的接收。这种中频低于接收频段的,就是普通接收机的处理方法。则称这种干扰为镜像干扰。因此,FM收音机存在镜像干扰,而不存在中频干扰。

(这个文章发出来,有朋友发现了问题,我修改了一下重发一遍,着重更改的是镜像干扰计算那里,有错误还希望大家多多指出哦,我也会认真对待的。)

之前的文章里,有一个粉丝问到射频信号的振荡频率是怎么出来的,这个涉及到锁相环(PLL)的内容。锁相环又是在收发机里,这原理不是一句两句说得明白的,所幸就通过几篇把收发机整体架构讲一下,尽量不做深入计算,简单明了的对原理进行说明,由于小编水平有限,难免有错,如有错误广大网友指正。

手机其实就相当于一个微型计算机,现在人们的日常生活已经完全离不开手机了。记得之前八九十年代美国的汽车行业鼎盛的时候,有人戏称如果外星人到了地球,就会发现地球人被一种物体所控制了。这个物体是铁皮的,带着轮子,不论去哪里都是该物体带着人类去的。我想如果现在外星人来到地球,会不会说是个小小的长方体控制了地球人。。。

言归正传,手机是个小型微机,最小系统的手机架构示意图如下:

CPU和MEMORY相当于大脑,用来存储和计算;PMU相当于心脏,来提供系统运行做需要的电源;外设相当于手脚,可以用来做我们想做的事情;RF则相当于眼睛、嘴巴、耳朵,用来跟外接进行数据交互。而今天所提到的收发机,则是射频电路(RF)的重要组成部分。

一、收发机

收发机(Transceiver),是发信机(Transmitter)和接收机(Receiver)的合称。手机相当于无线电台,对收到的信号进行处理解读,然后发出想要发出的信号。这个收发的过程,就由收发机来完成。现在先来讲接收机。

二、接收机

接收机的作用是从环境中众多的信号里选出相应频段的有用信号,并进行处理放大,变成基带可以接受的信号。所以,评估一个接收机好坏的指标,主要是看灵敏度,即能接受到的最小的信号是多少。灵敏度越小,就表明能被接收机捕获的信号能量越小,当然是越灵敏、越小越好了。下图为接收机的基本示意图:

图片来源于网络,侵删

接收机可以分为超外差接收机、零中频接收机、近零中频接收机和镜像抑制接收机。镜像抑制接收机在手机中几乎不采用,这里也不做讨论。主要讲前三种接收机。

1. 超外差接收机

超外差接收机应用很广泛,像无线收音机的FM和AM都是采用的超外差式。下图是典型的超外差接收机示意图:

图片来源于网络,侵删

1>信号路径:

天线接收到信号 → 通过带通滤波器BPF1进行选频 → 把需要的频率信号滤出来送进高频放大器 → 发大后的信号进入混频器,与本振混频 → 变成中频信号送进带通滤波器BPF2 → 滤波后的中频信号 → 经过中频放大器放大、滤波 → 变成基带可以处理的信号,进入基带芯片进行解调、放大 → 最后输出相应的声音、数据信号。

2> 特点:

射频信号是高频信号,2G信号850MHZ到2100MHZ不等,而信道只有几百KHz。因此如果从高频上选取数百Khz的信道难度很大,对滤波器要求很高。于是,我们对信号进行变频,我们知道信号的混频在频域实际上是频谱的搬移。我们把本振信号的频率设置为随输入信号的变化而变化,从而使得输出信号频率固定,这样就可以把输出信号频谱搬移到固定频段了。即把百兆或千兆的信号,搬移到KHZ或者数MHZ的中频段。这时候再来选择几百KHZ的信道,就更加容易实现。而这也是超外差接收机的特点,即进入混频器的本振信号频率ωLO随着接受信号频率ωRF改变,使得输出的中频信号ωIF的频率保持固定不变。

做个不恰当的比喻,用万用表量电阻,如果你的电压只有数欧姆级别,而你选Mohm档量的话,结果就不会很准,但是你用ohm档量的话,准确度就会大幅提升了。

固定频率的中频信号,不但可以让选频更加容易,由于固定的频率,更容易实现大而稳定的增益。由于超外差接收机的诸多优点,也被传统接收器广泛应用,然而,同样存在着噪声干扰。

3> 噪声干扰

超外差接收机主要存在两种干扰:中频干扰和镜像干扰

中频干扰,即当某一干扰信号的频率跟中频信号的频率相等,而进入混频器中,混频器可能会对混进来的中频信号做放大处理。而相对于有用信号来讲,噪声中频信号更强,被传递到下级,最终干扰到有用信号的接收。

而想要规避中频干扰,把中频设在接收频段范围外就好了。当接收频段接收到的信号,高于中频信号很多的时候,输入就很难混入中频信号的频率了。这种中频低于接收频段的,就是普通接收机的处理方法。

比如我们国家的FM电台,发射的频率是87-108MHZ,而接收机的中频频率则固定在10.7MHZ。这样,输入混进来的频率在87-108MHZ附近,就不会混入10.7MHZ附近的频率,从而规避了中频干扰。


第二种干扰为镜像干扰。

接收信号ωRF与本振ωLO混频后,得到中频信号ωIF,若存在一个干扰信号ωX,与本频混频后同样得到中频信号ωIF,即如下示意图,在频域上干扰信号与接收信号在本振信号两边呈中心对称。这时干扰信号经过本振混频,产生了中频信号,而对有用信号产生干扰。则称这种干扰为镜像干扰。

想要规避这种干扰,需要把中频ωIF拉大,当中频ωIF大于接收频段范围时候,镜像干扰信号ωX就不会混入接受范围内,从而不会对信号产生影响,即ωX=(有用信号ωRF±2ωIF)落在接收频段区间外时,不会产生干扰。

例如有些短波收音机,它们的接收频段为2-30MHZ,而中频选择在70MHZ,这时候镜像干扰信号的频率在142-170MHZ,而接收机的接收频段为2-30M,对142-170MHZ的频段不会被捕获,因此不会产生干扰。

又如刚才提到的FM收音机,接收频段为87-108MHZ,中频只有10.7MHZ,这时候,中频的镜像信号为(87~108) 2*10.7=108.4~129.4MHZ,或(87~108)-2*10.7=65.6~86.6MHZ,而接收频段为87-108Mhz,不管哪一侧的镜像信号都没有落在其范围内,因此镜像信号没有被捕获,不会产生镜像干扰。我大概画了个图,大家感受下:

这种把中频选在高于接收频段范围的接收机,叫高中频接收机。

例如有些短波收音机,它们的接收频段为2-30MHz,而中频选择在70MHz,这时候镜像干扰信号的频率在72-100MHz,而这个频段不会被接收机捕获,因此不会产生干扰。

而刚才提到的FM收音机,接收频段为88-108MHZ,中频只有10.7MHz,这时候,88MHz针对中频的镜像信号为88 10.7=98.7MHz,落在了接收频段范围内,镜像信号被接收机捕获后,就会产生干扰。因此,FM收音机存在镜像干扰,而不存在中频干扰。

如果FM收音机存在镜像干扰,那么为什么不把中频定在50MHz?这就回到了文首的问题,很难对高频信号进行精确的选频,中频信号就失去了存在的意义。无法实现高选择性和高增益。

由此,也引出了第三类超外差接收机:二次混频接收机

欲知后事如何,请听下回分解。。。


真的是文章超字数超太多了,太多字数不适合阅读体验,我以为我一篇能把超外差讲完,结果还是高估自己了。。。旁友们,下回更精彩,我们下次见~

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