無線電接收發(fā)射技術(shù)詳解 - 全文

　　一、信號發(fā)生器使用攻略

　　信號發(fā)生器也稱信號源，是用來產(chǎn)生振蕩信號的一種儀器，為使用者提供需要的穩(wěn)定、可信的參考信號，并且信號的特征參數(shù)完全可控。所謂可控信號特征，主要是指輸出信號的頻率、幅度、波形、占空比、調(diào)制形式等參數(shù)都可以人為地控制設(shè)定。隨著科技的發(fā)展，實際應(yīng)用到的信號形式越來越多，越來越復(fù)雜，頻率也越來越高，所以信號發(fā)生器的種類也越來越多，同時信號發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)形式也不斷向著智能化、軟件化、可編程化發(fā)展。

　　信號發(fā)生器的應(yīng)用與意義

　　信號發(fā)生器所產(chǎn)生的信號在電路中常常用來代替前端電路的實際信號，為后端電路提供一個理想信號。由于信號源信號的特征參數(shù)均可人為設(shè)定，所以可以方便地模擬各種情況下不同特性的信號，對于產(chǎn)品研發(fā)和電路實驗特別有用。在電路測試中，我們可以通過測量、對比輸入和輸出信號，來判斷信號處理電路的功能和特性是否達到設(shè)計要求。例如，用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1kHz的正弦波信號，輸入到一個被測的信號處理電路（功能為正弦波輸入、方波輸出），在被測電路輸出端可以用示波器檢驗是否有符合設(shè)計要求的方波輸出。高精度的信號發(fā)生器在計量和校準領(lǐng)域也可以作為標準信號源（參考源），待校準儀器以參考源為標準進行調(diào)校。由此可看出，信號發(fā)生器可廣泛應(yīng)用在電子研發(fā)、維修、測量、校準等領(lǐng)域。

　　對業(yè)余無線電愛好者來說，信號發(fā)生器用得最多的地方是測量電臺、對講機的靈敏度。很多HAM都認為用綜合測試儀來調(diào)測對講機靈敏度最有效果，其實，用綜合測試儀來調(diào)測對講機靈敏度主要用到了綜合測試儀的信號發(fā)生器和信納比計兩項功能。信號發(fā)生器發(fā)出與對講機相同調(diào)制模式的信號（一般是FM或者AM），然后逐漸減小輸出信號的幅度（強度），同時通過信納比計監(jiān)測對講機音頻輸出的噪聲水平。當(dāng)對講機輸出音頻有效信號與噪聲的比例劣化到一定程度時（一般對講機靈敏度測試信噪比標準S/N=12dB），信號發(fā)生器輸出的電平數(shù)值就等于所測對講機的靈敏度。在此測試中，信號發(fā)生器模擬了對講機實際接收的空中信號，而且模擬的信號強度是可以人為控制調(diào)節(jié)的。

　　有的HAM手頭沒有信號發(fā)生器，調(diào)電臺的靈敏度只能靠收聽空中實際信號作為參照。這種做法顯然沒有使用信號發(fā)生器來得方便。用綜合測試儀或信號發(fā)生器測量對講機的靈敏度，其標準的連接方法是：信號發(fā)生器信號輸出通過電纜接到對講機的天線輸入端，對講機的音頻輸出端連接綜合測試儀或信納比計的音頻輸入端。筆者在有的對講機維修地點看到，測對講機靈敏度時，只連接信號發(fā)生器，然后通過聽對講機揚聲器的音質(zhì)來大致判斷信噪比，這顯然是不規(guī)范的。此外，我們還需要注意的是測試標準的不同，即對講機輸出音頻預(yù)期到達的信噪比閾值不同，如S/N=10dB或S/N=20dB，即使同一臺對講機所測量得到的靈敏度數(shù)值也會不同。聯(lián)想到在一些對講機技術(shù)說明中出現(xiàn)的“靜噪開啟靈敏度”、“可用靈敏度”等名稱，其實都是采用不同的測試標準。不同測試標準得到的靈敏度數(shù)值并沒有相互比較的意義。

　　信號發(fā)生器可以用來調(diào)節(jié)電臺和對講機的靈敏度，其基本原理就是使對講機接收通道中的濾波槽路對有用的信號傳輸衰減達到最小，從而使對講機具有較高的靈敏度，這在一些業(yè)余電臺改頻改造和自制電臺中應(yīng)用得比較多。信號發(fā)生器在此同樣扮演的是模擬空中信號的角色。如果對講機本身具有接收信號強度S表或者測試點，可以用信號發(fā)生器輸入一個使機器信號表指示30%左右強度的信號（容易看出調(diào)節(jié)的變化效果），然后按照對講機維修手冊的說明，調(diào)節(jié)接收槽路，使信號表指示到最大，要是在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)信號表滿表的情況，可以再把信號發(fā)生器的信號幅度調(diào)小一些。通常，為了保證整個頻段的靈敏度，平均需要采用在目標頻段的高端、低端、中心多個頻率點作為參考點進行“統(tǒng)調(diào)”。對于沒有信號強度指示反饋的對講機，只能通過在低信噪比狀態(tài)下，監(jiān)視信噪比的改善與劣化來調(diào)整接收槽路。其實，信號發(fā)生器除了可以調(diào)節(jié)對講機的接收靈敏度，也可以用來調(diào)校收音機和電視機，只要信號發(fā)生器能產(chǎn)生相同類型的信號即可。

　　信號發(fā)生器可以用來查找電臺、對講機的接收通道故障。其基本原理是：由前級往后級，逐一測量接收通路中每一級放大和濾波器，找出哪一級放大電路沒有達到設(shè)計應(yīng)有的放大量或者哪一級濾波電路衰減過大。信號發(fā)生器在此扮演的是標準信號源的角色。信號源在對講機天線輸入端輸入一個已知幅度的信號，然后通過超高頻電壓表或者頻率足夠高的示波器，從天線輸入端口逐級測量增益情況，找出增益異常的單元，再進一步細查，最后確診存在故障的零部件。

　　信號發(fā)生器可以用來調(diào)測濾波器，典型的就是帶通濾波器和電臺上用的雙工器。調(diào)測濾波器的理想儀器二字線——網(wǎng)絡(luò)分析儀和掃頻儀，其主要功能部件之一就是信號發(fā)生器。在沒有這些高級儀器的情況下，信號發(fā)生器配合高頻電壓測量工具，如超高頻毫伏表、頻率足夠高的示波器、測量接收機等，也能勉強調(diào)試濾波器，其基本原理是測量濾波器帶通頻段內(nèi)外對信號的衰減情況。信號發(fā)生器在此扮演的是標準信號源的角色，信號發(fā)生器產(chǎn)生一個相對比較強的已知頻率和幅度信號，從濾波器或者雙工器的INPUT端輸入，測量輸出端信號衰減情況。帶通濾波器要求帶內(nèi)衰減盡量小，帶外衰減盡量大，而陷波器正好相反，陷波頻點衰減越大越好。因為普通的信號發(fā)生器都是固定單點頻率發(fā)射的，所以調(diào)測濾波器需要采用多個測試點來“統(tǒng)調(diào)”。如果有掃頻信號源和配套的頻譜儀，就能圖示化地看到濾波器的全面頻率特性，調(diào)試起來極為方便。

　　信號發(fā)生器可以用來校準對講機和接收機的信號強度表，信號發(fā)生器在此扮演的是標準信號源的角色。按照各機型的維修手冊要求，在校準頻點輸入特定強度的信號，此時校正S信號強度表的實際指示。在實際調(diào)整中，我們可以看到，雖然國際上有接收機S信號表指示的參考場強標準，但現(xiàn)在很多廠家都執(zhí)行自家的標準，使S表指示偏大而指示范圍偏小，給用戶的感覺就是S表指示很容易滿表，暗示用戶它的接收靈敏度高。

　　除了在射頻方面的應(yīng)用，信號發(fā)生器在音頻領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

　　信號發(fā)生器用于對講機話音電路和調(diào)制電路的調(diào)測。信號發(fā)生器代替駐極體拾音器向?qū)χv機的“MIC in”送入符合要求的1kHz單音信號（輸入幅度要求在維修手冊會有標明），然后使調(diào)頻對講機處于發(fā)射狀態(tài)。正常情況下，在接收機中會聽到1kHz的音頻，通過調(diào)制度儀，可以測量出被測對講機的調(diào)制幅度。由此，可以檢測和調(diào)整調(diào)頻對講機的語音調(diào)制電路（調(diào)制度一般在對講機內(nèi)部可調(diào)整）。一般25kHz間隔FM調(diào)制的對講機，要求在1kHz音頻下調(diào)制度在4.5kHz左右。調(diào)頻對講機調(diào)制過小，語音會偏輕，調(diào)制過大，會影響話音，并增加占用帶寬。有的發(fā)射無語音故障的對講機，也可以通過類似方法從MIC in開始逐級測量語音信號狀況。

　　信號發(fā)生器用于音頻功放的維修。信號發(fā)生器在此扮演的是理想信號源的角色。信號源產(chǎn)生一個適當(dāng)幅度的音頻正弦信號，作為音頻功放的信號輸入。通過測量音頻功放的輸出幅度和波形，我們可以判斷音頻功放電路工作是否基本正常，包括是否有自激等不正常狀態(tài)以及失真情況。

　　信號發(fā)生器的基本原理

　　現(xiàn)代信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，與早期的簡易信號發(fā)生器天差地別，但總體基本結(jié)構(gòu)功能單元還是類似的。信號發(fā)生器的主要部件有頻率產(chǎn)生單元、調(diào)制單元、緩沖放大單元、衰減輸出單元、顯示單元、控制單元。早期的信號發(fā)生器都采用模擬電路，現(xiàn)代信號發(fā)生器越來越多地使用數(shù)字電路或單片機控制，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上有了很大的變化。

　　頻率產(chǎn)生單元是信號發(fā)生器的基礎(chǔ)和核心。早期的高頻信號發(fā)生器采用模擬電路LC振蕩器，低頻信號發(fā)生器則較多采用文氏電橋振蕩器和RC移相振蕩器。由于早期沒有頻率合成技術(shù)，所以上述LC、RC振蕩器優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可以產(chǎn)生連續(xù)變化的頻率，缺點是頻率穩(wěn)定度不夠高。早期產(chǎn)品為了提高信號發(fā)生器頻率穩(wěn)定度，在可變電容的精密調(diào)節(jié)方面下了很多功夫，不少產(chǎn)品都設(shè)計了精密的傳動機構(gòu)和指示機構(gòu)，所以很多早期的高級信號發(fā)生器體積大、重量重。后來，人們發(fā)現(xiàn)采用石英晶體構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，但是石英晶體的頻率是固定的，在沒有頻率合成的技術(shù)條件下，只能做成固定頻率信號發(fā)生器。之后也出現(xiàn)過壓控振蕩器，雖然頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器好些，但依然不夠理想，不過壓控振蕩器擺脫了LC振蕩器的機械結(jié)構(gòu)，可以大大縮減儀器的體積，同時電路不太復(fù)雜，成本也不高。現(xiàn)在一些低端的函數(shù)信號發(fā)生器依然采用這種方式。

　　隨著PLL鎖相環(huán)頻率合成器電路的興起，高檔信號發(fā)生器紛紛采用頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點是頻率輸出穩(wěn)定（頻率合成器的參考基準頻率由石英晶體產(chǎn)生），頻率可以步進調(diào)節(jié)，頻率顯示機構(gòu)可以用數(shù)字化顯示或者直接設(shè)置。早期的高精度信號發(fā)生器為了得到較小的頻率步進，將鎖相環(huán)做得非常復(fù)雜，成本很高，體積和重量都很大。目前的中高端信號發(fā)生器采用了更先進的DDS頻率直接合成技術(shù)，具有頻率輸出穩(wěn)定度高、頻率合成范圍寬、信號頻譜純凈度高等優(yōu)點。由于DDS芯片高度集成化，所以信號發(fā)生器的體積很小。

　　信號發(fā)生器的工作頻率范圍、頻率穩(wěn)定度、頻率設(shè)置精度、相位噪聲、信號頻譜純度都與頻率產(chǎn)生單元有關(guān)，也是信號發(fā)生器性能的重要指標。

　　信號發(fā)生器的一大特性就是可以操控儀器輸出信號的幅度，信號通過特定組合衰減量的衰減器達到預(yù)定的輸出幅度。早期的衰減器是機械式的，通過刻度來讀取衰減量或輸出幅度?，F(xiàn)代中高檔信號發(fā)生器的衰減器單元由單片機控制繼電器來切換，向電子芯片化過渡，衰減單元的衰減步進量不斷縮小，精度相應(yīng)提高。大頻率范圍的高精度衰減器和高精度信號輸出屬于高科技技術(shù)，這也是國內(nèi)很少有企業(yè)能制造高端信號發(fā)生器的原因之一。信號發(fā)生器的信號輸出范圍和輸出電平的精度和準確度也是標志信號發(fā)生器性能的重要指標。

　　信號發(fā)生器的分類與用途

　　信號發(fā)生器按傳統(tǒng)工作頻段分類，有超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器。

　　超低頻信號發(fā)生器一般是指工作頻率下潛到0.1Hz以下的信號發(fā)生器，一般用于專業(yè)上的特殊用途。低頻信號發(fā)生器一般是指工作頻率主要在1Hz～1MHz的信號發(fā)生器，多用于音頻領(lǐng)域。高頻信號發(fā)生器，也叫射頻信號發(fā)生器，一般是指工作頻率從100kHz到幾百兆赫的信號發(fā)生器（目前頻率高的可以達到幾吉赫茲），多用于通信和測量領(lǐng)域。微波信號發(fā)生器一般是指工作頻率高達數(shù)吉赫茲到幾十吉赫茲的信號發(fā)生器，多用于雷達領(lǐng)域。

　　隨著頻率合成技術(shù)和電路的發(fā)展，很多信號發(fā)生器都可提供更大的頻率覆蓋范圍，一機多能，頻段的劃分漸漸成為一個模糊的觀念。例如常用的Agilent 33250A函數(shù)發(fā)生器就可以工作在1μHz～80MHz的范圍，包含傳統(tǒng)的超低頻、低頻、音頻和HF頻段。

　　信號發(fā)生器按頻率產(chǎn)生機制，分有LC振蕩器信號發(fā)生器、壓控振蕩信號發(fā)生器、頻率合成信號發(fā)生器。具體在上文中已有詳述。目前低端的廉價信號發(fā)生器多采用LC振蕩器，中低端的函數(shù)信號發(fā)生器多采用壓控振蕩器，中高檔的信號發(fā)生器多采用DDS頻率直接合成技術(shù)。隨著DDS技術(shù)的普及和芯片價格的下降，越來越多的信號發(fā)生器采用DDS技術(shù)，并有向入門級產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。近期，很多一兩千元的函數(shù)信號發(fā)生器也開始使用DDS技術(shù)。

　　信號發(fā)生器按功率輸出，可以分為簡易信號發(fā)生器、標準信號發(fā)生器、功率信號發(fā)生器。簡易信號發(fā)生器在信號輸出幅度控制上比較簡單，只使用一個簡易衰減器，對輸出的信號不能直接量化控制。標準信號發(fā)生器在信號輸出幅度上有嚴格的控制，能提供準確的輸出幅度讀數(shù)。一般高頻標準信號發(fā)生器輸出幅度在-127～+23dBm。功率信號發(fā)生器則提供較大的功率輸出，一般在+20dBm以上，功率大的可達幾瓦到幾十瓦。

　　信號發(fā)生器按照產(chǎn)生信號類型可以分為正弦信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、隨機信號發(fā)生器、專用信號發(fā)生器。正弦信號發(fā)生器提供最基本的正弦波信號，可以作為參考頻率和參考幅度信號，用于增益和靈敏度的測量以及儀器的校準。常見的高頻信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器都屬于此類。函數(shù)信號發(fā)生器可以產(chǎn)生各種函數(shù)波形信號，典型的有方波、正弦波、三角波、鋸齒波、脈沖等。函數(shù)信號發(fā)生器一般工作頻率不高，頻率上限在幾兆赫到一二十兆赫，頻率下限很低，大多可以低于0.1Hz。函數(shù)信號發(fā)生器用途非常廣泛，科學(xué)實驗、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)維修、IC芯片測試中都能見到它的身影。脈沖信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器多用于專業(yè)場合。專用信號發(fā)生器是產(chǎn)生特定制式信號的專用儀器，如常見的電視信號發(fā)生器、立體聲信號發(fā)生器等。

　　高端信號發(fā)生器有矢量信號源、基帶信號源，主要應(yīng)用在航空、國防等尖端領(lǐng)域，價格也非常昂貴，在此就不多做介紹。

　　信號發(fā)生器的使用與測量單位

　　普通標準信號發(fā)生器使用比較簡單，首先是設(shè)置工作頻率，高頻信號發(fā)生器一般采用“MHz”作單位，工作頻率較低的信號發(fā)生器，如函數(shù)信號發(fā)生器，也有以“kHz”作單位的。其次是選擇調(diào)制方式或波形，就是選擇AM還是FM，或者選擇正弦波還是方波，再次按需設(shè)定調(diào)制頻率，最后設(shè)定信號輸出幅度。

　　信號發(fā)生器的信號輸出幅度有多種表示單位，有電壓單位V、mV、μV（也可以用dB表示為dBμV和dB mV），功率單位dBm。它們之間的換算可以通過查表或者計算求得?，F(xiàn)在很多中高檔信號發(fā)生器輸出幅度設(shè)定的單位是可以選擇的，方便用戶應(yīng)用。一般大部分對講機說明書中標稱靈敏度的單位是μV（微伏），而很多信號發(fā)生器和綜合測試儀常用dBm作為測量單位。附表是50Ω系統(tǒng)dBm與μV數(shù)值換算的對照表。

　　附表 50Ω系統(tǒng)dBm與μV換算表

　　dBm μV

　　-125.0 0.126

　　-124.0 0.141

　　-123.0 0.158

　　-122.0 0.178

　　-121.0 0.199

　　-120.0 0.224

　　-119.0 0.251

　　-118.0 0.282

　　-117.0 0.316

　　-116.0 0.354

　　-115.0 0.398

　　-114.0 0.446

　　-113.0 0.501

　　-112.0 0.562

　　-111.0 0.630

　　-110.0 0.707

　　-109.0 0.793

　　-108.0 0.89

　　-107.0 0.999

　　-106.0 1.121

　　業(yè)余電臺愛好者在使用信號發(fā)生器調(diào)測對講機時，切忌不要使對講機誤發(fā)射，有的信號發(fā)生器沒有反向功率輸入保護，或者反向輸入保護承受功率有限，極容易導(dǎo)致信號發(fā)生器內(nèi)部衰減器損壞，導(dǎo)致信號輸出電平不準。保護信號發(fā)生器的土辦法是在信號源輸出口安裝20～30dB的衰減器，這樣可以將對講機誤發(fā)射時對信號發(fā)生器造成的影響降到最小，適合在非精密測量要求下使用。安裝衰減器后，只要將信號發(fā)生器輸出信號幅度讀數(shù)減去衰減器衰減量即可，多了一個簡單的數(shù)學(xué)運算而已。

　　信號發(fā)生器的品牌

　　目前，國內(nèi)高端信號發(fā)生器以美國Agilent（安捷倫）和德國Rohde&Schwarz（羅德與施瓦茨）品牌產(chǎn)品為主。此外，Tektronix（泰克）、Aeroflex-IFR和日本ANRITSU（安立）的信號發(fā)生器也很好。國內(nèi)高檔函數(shù)信號發(fā)生器用得比較多的是Agilent 33210A和33220A，高端一些的產(chǎn)品是Agilent 33250A。高頻（射頻）信號發(fā)生器主要是Agilent E4428C和羅德與施瓦茨的SMC100A。

　　SMC100A一改以往高精度信號源笨重、占地大的形象，在同級別產(chǎn)品中可以用“輕巧”二字形容。

　　國產(chǎn)信號發(fā)生器中，普源RIGOL和盛普，以及中國***老品牌固緯，都是有很好口碑的產(chǎn)品，揚中科泰的產(chǎn)品也不錯。普源的DG1022是一款普及型的中檔函數(shù)信號發(fā)生器，設(shè)計理念先進，外觀時尚，具有很好的性價比，DG1022售價只有國際品牌同類產(chǎn)品的20%左右，完全適合普通研發(fā)和維修以及教學(xué)使用。

　　信號發(fā)生器的選購

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

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

　　再次，所選的信號發(fā)生器的價格應(yīng)該在自己的預(yù)算范圍之內(nèi)，中高檔的信號發(fā)生器都屬于高價值儀器，高檔的信號發(fā)生器性能卓越，使用也順手，但如果沒有足夠的預(yù)算，則只能對它敬而遠之。高端的儀器除了性能指標有保障外，在一定程度上能夠為你的實驗室“撐場面”，增加懂行的客戶對你提供測試結(jié)果的信任度，也代表測試機構(gòu)的實力。

　　最后，購買高價值儀器售后服務(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價是不一樣的，購買時不能只貪圖便宜。

　　二、無線電臺天線駐波比淺析

　　隨著國民經(jīng)濟的發(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功率，這不僅增加了設(shè)備故障率，而且將對操作者產(chǎn)生電磁輻射危害。

　　其實，加大功率并不是提高通信質(zhì)量和覆蓋范圍的唯一選擇。影響電臺通信效果的因素有很多，由Bullintog近似計算公式 Pr=Pt（h1h2/d2）2grgt可知，天線高度和天線增益對信號傳播的影響很大。怎樣保證信號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。

　　電壓駐波比（VSWR）是常用的射頻技術(shù)參數(shù)，用來衡量電臺各部件之間匹配是否良好。本文結(jié)合筆者多年工作實際，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)一個通信系統(tǒng)建立時，我們應(yīng)當(dāng)測量天線系統(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)常會出現(xiàn)小于1的情況。那么駐波比達到多少，天線才算合格呢？

　　發(fā)射機與天線匹配的條件，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，比較兩個天線的電壓駐波比（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)信機滿足 匹配條件，發(fā)信機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、天線諧振但饋電點不合適等。在阻抗圓圖上，每一個電壓駐波比（VSWR）數(shù)值都是一個圓，擁有無窮多個點。也即，電壓駐波比（VSWR）數(shù)值相同 時，天線系統(tǒng)的狀態(tài)有很多種可能性。

　　正因為電壓駐波比（VSWR）除了1以外的數(shù)值，都不值得那么精確地認定（除非有特殊需要），多數(shù)電壓駐波比表并沒有像電壓表、電阻表那樣詳細標定，甚至很少給出相應(yīng)的誤差等級數(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)射的電磁場最強必須滿足兩個條件：一是發(fā)射頻率 必須和天線的固有頻率相同，二是驅(qū)動點要選在天線的適當(dāng)位置。如果驅(qū)動點不恰當(dāng)而天線與信號頻率諧振，發(fā)射效果會略受影響，但是如果天線與信號頻率沒有諧 振，則發(fā)射效率會大打折扣。所以，在這兩個條件中，諧振是關(guān)鍵因素。

　　實際應(yīng)用效果證明，只要天線頻率與發(fā)射頻率諧振，即可達到較為滿意的發(fā)射效果。因此在沒有條件做到VSWR為1時，改善發(fā)射效果最重要的手段是使整個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，阻抗存在很大電抗分量，發(fā)射機末級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)射機認識振蕩與發(fā)射

　　利用無線電波傳遞信息，具有傳輸距離遠、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，廣泛應(yīng)用于通信、廣播、遙控和遙測等領(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“機器”。

　　高頻振蕩器

　　振蕩器是一種不需要外加輸入信號，而能夠自己產(chǎn)生輸出信號的電路。產(chǎn)生無線電載波信號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、電感三點式振蕩器、電容三點式振蕩器、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），正弦波信號經(jīng)C4耦合輸出。變壓器耦合振蕩器的特點是容易起振，輸出電壓較大，但最高振蕩頻率較低。

　　2. 電感三點式振蕩器

　　所謂三點式振蕩器，是指晶體管的3個電極直接與振蕩回路的3個端點相連接而構(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)對接收靈敏度和大信號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

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

　　無線基站接收機

　　我們首先分析無線基站中的典型接收機方框圖（圖1）。因為接收到的信號經(jīng)過兩次連續(xù)的下變頻，變換到較低頻率，這些接收機被稱為超外差式接收機。如圖所示，信號通過天線接收，然后經(jīng)過第1級RF濾波器濾波，該濾波器通常用于濾除無用信號。隨后，該濾波器輸出通過一個LNA （低噪聲放大器）進行放大，該放大器通常具有非常低的噪聲系數(shù)。

　　圖1. 無線基站接收機典型框圖

　　放大信號通過第2級RF濾波器再次進行濾波，該濾波器濾除限制混頻器性能的無用信號的同時還對頻率范圍加以限制。經(jīng)過濾波后帶寬受限的信號被送入第一級混頻器，在此通過與LO （本振）信號混頻，下變頻至一次IF頻率。根據(jù)接收機結(jié)構(gòu)的不同，該IF信號可以進一步下變頻至更低的二次IF頻率，然后送入基帶進行解調(diào)處理。

　　現(xiàn)在，我們開始研究接收鏈路中的混頻器。因為影響接收機靈敏度和大信號性能的主要因素是混頻器參數(shù)，應(yīng)該對其進行仔細分析。

　　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，該比值通常用對數(shù)表示（dB），如式1所示：

　　（式1）

　　另一個重要參數(shù)是變換增益（或變換損耗）。變換增益是判斷混頻器配置為有源架構(gòu)或無源架構(gòu)的重要依據(jù)。無源混頻器不包含放大信號的元件，存在插入損耗（稱為變換損耗）；而有源混頻器包含有源器件，能夠提供變換增益。

　　可以采用兩種配置實現(xiàn)有源混頻器：基于平衡（吉爾伯特單元）架構(gòu)設(shè)計的集成混頻器，或結(jié)合IF放大級的無源混頻器，提供增益而非損耗。由于集成混頻器具有放大能力，不需要額外的IF放大級補償插入損耗。

　　（式2）

　　變換增益（或損耗）用對數(shù)表示，單位為dB，如式2所示，是頻率的函數(shù)，定義在混頻器的整個工作頻率范圍內(nèi)。為了保證最佳接收性能，變換增益/損耗的變化應(yīng)該在規(guī)定頻率范圍內(nèi)盡可能小。

　　由于無線基站通常工作在溫度波動的環(huán)境下，應(yīng)該給出整個工作溫度范圍內(nèi)變換增益/損耗的規(guī)格，而且要求變化量盡可能小。由于正常工作條件下，較小的溫度變化范圍對設(shè)計裕量的要求也較小，而設(shè)計裕量對于系統(tǒng)規(guī)劃非常有用，因此，溫度范圍在設(shè)計中是非常重要的因素。

　　混頻器在大信號下的特性利用一個稱為“1dB壓縮點” （該指標也稱為壓縮點（IP1dB））的混頻器參數(shù)以及2階、3階交調(diào)截點（IP2和IP3）表示。根據(jù)式3所示線性表達式，IP1dB壓縮點用于預(yù)測混頻器增益降低1dB時對應(yīng)的輸入功率：

　　POUT = G × PIN（式3）

　　當(dāng)兩個頻率幾乎相同的大信號作用到混頻器的輸入時，混頻器應(yīng)該也能夠轉(zhuǎn)換微弱信號。該性能通常用3階交調(diào)截點（IP3）表示，該參數(shù)與噪聲系數(shù)一起表示混頻器的動態(tài)范圍。IP3較大說明混頻器的線性度較高?；祛l器數(shù)據(jù)資料還應(yīng)提供混頻器的輸入、輸出交調(diào)截點，利用式4，可以根據(jù)IIP3 （輸入交調(diào)截點）計算OIP3 （輸出交調(diào)截點），反之亦然：

　　OIP3 = IIP3 + G（式4）

　　式中，OIP3是混頻器的輸出交調(diào)截點，IIP3是輸入交調(diào)截點，G為變換損耗或增益。由此，對于無源混頻器，混頻器的變換損耗降低了OIP3。為了達到接收機要求的總體噪聲系數(shù)，應(yīng)該在RF或IF增益級對插入損耗進行補償（噪聲系數(shù)是在設(shè)計接收機時必須考慮的另一參數(shù)）。

　　無源混頻器與有源混頻器

　　無源混頻器的主要優(yōu)勢在于它們也可以用作上變頻器。換句話說，其輸入信號可以轉(zhuǎn)換到更高頻率。上變頻器通常用于發(fā)射鏈路，它將IF信號變換到最終的發(fā)射頻率。因為無源混頻器既可用于發(fā)射鏈路，亦可用于接收鏈路，只需訂購一款器件或保留一款器件的庫存。

　　“直接下變頻接收機”將輸入信號直接下變頻至基帶，無需IF信號。對于這種接收機，混頻器的數(shù)據(jù)資料應(yīng)該規(guī)定另一重要參數(shù)，即端口間隔離度。該參數(shù)用于衡量LO信號和混頻器輸入信號之間的隔離度。如果端口間隔離度不足，LO將與其自身信號混頻，從而在混頻器輸出產(chǎn)生一個直流失調(diào)，進而降低接收機性能。

　　由于混頻器對頻率進行變換，它將產(chǎn)生新的頻率分量（稱為混頻器雜散分量）。應(yīng)該對雜散分量進行全面分析，特別是（2RF - 2LO）、（3RF - 3LO）和更高階頻譜分量，它們與IF頻率相吻合，直接影響接收機性能。這種現(xiàn)象通常在混頻器數(shù)據(jù)資料中用2x2和3x3指標表示。

　　除這些參數(shù)外，還必須考慮集成度。將混頻器內(nèi)核與LO放大器、非平衡變壓器和LO開關(guān)集成在一起對于一些應(yīng)用非常有益。

　　五、為無線基站選擇高線性度混頻器

　　通用PCB接收機布板提高設(shè)計靈活性

　　目前，針對不同頻率范圍采用同一電路板布局可有效減輕開發(fā)工作的負荷。只需改動少數(shù)關(guān)鍵元件，即可將900MHz GSM接收機系統(tǒng)設(shè)計用于1800MHz GSM系統(tǒng)。

　　引腳兼容的混頻器系列產(chǎn)品非常適合采用同一通用PCB布局支持多頻段無線架構(gòu)的應(yīng)用。最終目標是開發(fā)一個電路布局用于多種標準的無線基站，支持GSM、UMTS、WiMAX?和LTE應(yīng)用。

　　例如，接收鏈路中，類似于MAX2029的無源混頻器可以對接收信號進行下變頻，而同樣的混頻器可以在發(fā)送鏈路對IF信號進行上變頻，將其轉(zhuǎn)換到最終發(fā)射頻率。圖2所示電路中集成了所有外部元件：LO緩沖放大器、非平衡變壓器和LO開關(guān)。

　　圖2. 無源混頻器框圖

　　作為下變頻器，MAX2029可提供36.5dBm的IIP3、27dBm的IP1dB、6.5dB的變換損耗以及6.7dB的噪聲系數(shù)。由于MAX2029的SiGe處理工藝大大提高了器件性能，非常適合要求超高線性度和低噪聲系數(shù)的基站應(yīng)用。

　　2RF - 2LO抑制（-10dBm RF輸入信號時為72dBc）有助于降低中心頻率附近諧波分量的濾波要求，從而簡化濾波器設(shè)計，提高性價比。MAX2029擴展了815MHz至1000MHz的低端頻率范圍。作為引腳兼容的混頻器系列（包括MAX2039和MAX2041）產(chǎn)品的一員，MAX2029允許接收機采用同一PCB布局支持不同頻率范圍、不同通信標準的設(shè)計。

　　有源混頻器既可采用平衡式（吉爾伯特單元）設(shè)計，亦可采用無源混頻器與IF放大器相組合的形式。例如，MAX9986即采用了第二種配置。較低的噪聲系數(shù)允許混頻器之前采用很低的RF增益，有助于改善接收機的線性度。另一方面，如果為了降低串聯(lián)噪聲系數(shù)而增大混頻器前級的增益時，混頻器必須具備足夠高的線性度，以保證接收機的整體線性度指標。

　　正確選擇混頻器

　　從互聯(lián)網(wǎng)搜索混頻器時，很難篩選出不同混頻器的全部技術(shù)指標列表，需要做出優(yōu)化選擇。幸運的是，我們提供基于web的參數(shù)搜索工具，幫助您完成這項工作。設(shè)計工程師可利用參數(shù)搜索工具快速找到最合適的IC。在一個網(wǎng)頁即可顯示所有檢索要求，列出篩選結(jié)果和相關(guān)型號。更改任何檢索條件都將立即刷新型號列表。檢索功能包括：單擊篩選框、滑動條篩選控制、多級篩選及其它多項提示工具。提供了一種最便捷的型號查找途徑。

　　圖3所示的搜索結(jié)果列出了具有10dB增益、專為基站設(shè)計的有源混頻器。推薦型號為MAX9986。點擊型號鏈接，即可直接進入該器件的快速瀏覽網(wǎng)頁，找到相關(guān)的數(shù)據(jù)資料、應(yīng)用筆記及其它更多信息。

　　圖3. 該web工具能夠列出符合篩選條件的產(chǎn)品—在用戶做出決定之前！

　　利用Maxim的web工具進行參數(shù)搜索，能夠得到符合一組篩選條件的產(chǎn)品型號—在用戶做出決定之前?！爸悄堋彼阉?a href="http://ttokpm.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法只顯示符合規(guī)格要求的器件。用戶不能選擇排除所有型號。該參數(shù)搜索工具采用最新版的Web 2.0技術(shù)，無需在用戶系統(tǒng)上安裝任何插件。

　　六、方波發(fā)生器電路圖

　　組成的問路改為兩個二極管（VDl）和VD2）和電阻（R1和RPl）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)．使電容器Cl的充放電時間常數(shù)不等，達到

　　改變占空比的目的。它是利用電容兩端電壓Uc1即運算放大器Al的②腳與@腳相比較，由此決定輸出電壓u。的極性是¨正還是負。u的極性又決定通過電容C1的電流是充電（使Uc增加）．還是放電（使u c，減少）；而uc1的大小再次決定Un的極性。如此不斷反復(fù)，產(chǎn)生了方波。