摘要：人类正式进入到信息时代，科学技术已经成为人们生产、生活中必不可少的一部分，其中无线通信技术，在人们信息沟通和交流等方面发挥着积极作用，且在气象站、智能家居等方面得到了广泛应用。本文将结合无线通信技术概念及特点，选择其中的sub-GHz技术作为技术，探讨低中频接收机的设计及应用。
关键词：无线通信技术；低中频接收机；设计及应用
前言：近年来，在WiFi、ZigBee等技术的支持下，低中频协议获得了更多发展机遇。但随着人们多元、个性需求日渐提升，对低中频接收机提出了更高要求。因此加强对无线通信技术下低中频接收机设计及应用的研究具有非常重要的现实意义。
无线通信技术概述
所谓无线通信技术，是指利用电磁波信号在自由空间中传播的特性，进行信息沟通和交流的一种通信方式。其中sub-GHz技术作为无线通信技术的一部分，具有低干扰、低功耗等特点。相比较传统低中频来看，sub-GHz无线传输在应用中的优势更加突出。
由于无线电波穿越障碍物时，信号不断被削弱，信号衰减会随着频率的增加而越发明显。因此传统传输信号衰减速度非常快。另外，无线传输信号在大密度表面反射作用下，衰减速度也会有所增加，进而影响信号质量。在无线传输路径当中，对于信号路径损耗计算公式如下：
Path Loss=20*log.png)
其中d代表的是传输距离，λ代表的是波长。经过计算，我们能够发现，sub-GHz传输信号质量较高，要比传统的通信技术高8.5dB[1]。就当前技术发展水平来看，sub-GHz技术是最佳选择，能够在很大程度上提升低中频接收机运行效果，从而为相关领域提供更多支持。
基于无线通信技术的低中频接收机设计与应用
对低中频接收机的设计是一项非常复杂、系统的工作，在具体设计中，本文主要从接收机构造入手，将无线通信技术与各个环节相融合，以此来实现对接收机的设计目标。
2.1低噪声放大器设计
就低中频接收机整体结构来说，低噪声放大器是接收机的首要环节，其通过向系统提供足够的增益，降低后续电路、混频器等设备的噪声，从而确保通信质量达到目标。出于稳定性等因素的考虑，本文对于低噪声放大器的设计主要采取两个方式：一是窄宽方式；二是双频段方式。前者可以应用于400MHz低中频接收机当中，以此来满足接收机性能需求。具体性能指标如表1。由于低噪声放大器是接收机的第一级电路，其噪声高低会对接收机通信质量产生不可忽视的影响。因此噪声越小越好。通过对下表性能指标的观察，我们最终将最小增益确定为19dB。
表1 多频段性能指标.png)
对于后者来说，双频段主要面向的是两个频率对电路进行设计。该方式对于电路结构的选择范围较广，如滤波器匹配结构、分布式放大结构等。根据需求不同，可以合理选择具体的结构。由于本文研究的是双频段放大器，常用工作频率在400MHz~900MHz之间，因此可以选择共栅结构[2]。在兼顾增益要求的同时，还能够降低噪音，且使用更加便捷，从而缩短接收机设计时间。
2.2有源混频器设计
混频器作为射频接收机的重要组成部分，在放大器之后，能够对频谱进行搬移处理，将信号由当前频率转换到另一个频率上。本文设计的混频器，主要是将射频信号转移到中频信号上。其原理图如图1。
图1 混频器原理图.png)
为了满足混频器设计的转换增益、噪声系数等需求，本文对结构选取要慎重。结合混频器应用环境来看，可以选择CMSO吉尔伯特结构。但是该结构需要增大疏导管偏置电流等手段，以此来增强设备的增益。在低功耗应用中，受到电压低等因素的影响，可以采取伪差分结构[3]。伪差分结构由跨导级、开关级及负载级三部分构成。其中开关级电路在不同器件之间来回切换，以此来确保设备始终处于良性运行状态当中。开关管具体参数如表2。
表2 开关管具体参数.png)
完成设计后，将其置于900MHz频率中进行仿真实验，发现当供电电压在1.8V时，射频输入信号的频率为902MHz，且噪声系数与400MHz混频器非常接近，能够满足低中频接收机设计需求。
2.3有源复数滤波器设计
本文设计对象为低中频接收机。当信号经过放大器处理后，会经过混频器的调整，由高频转变到中频信号当中。因此需要对信号进行针对性处理，根据上述环节设计情况来说，应将滤波器的中心频率确定为2MHz。对不同结构滤波器进行比较，本文最终确定了巴特沃斯结构作为有源滤波器设计的核心[4]。
经过仿真实验，供电电压处于1.8V，两路信号幅度一致，相位相差90°。中心频率2MHz处在增益为1.19dB，镜像抑制比为45.39dB，可见，证明上述设计能够满足滤波器设计需求。
2.4低中频接收机系统的实现
低中频接收机实现的关键是增益分配方式的选择。为了提高设备自动化水平，本文主要选择自动增益控制电路作为主要手段，以此来对接收机系统的增益进行调整和控制，从而促使射频信号能够满足设备运行需求。
低噪声放大器、混频器等是构成接收机的各个模块，图3是低中频接收机系统结构图。
图3 低中频接收机系统结构图.png)
将上述模块整合到一起，并配合相应的分频器及偏置电路后，接收机便能够运行，以此来提高通信有效性。在具体应用中，接收机能够对不同的频率进行相应的调整，满足其他领域应用需求[5]。随着未来低中频接收机应用范围不断拓展，我们还需要加大对技术的研究力度，优化无线通信技术的应用，从而加快智能家居、汽车等市场的发展进程。
结论：根据上文所述，随着网络时代的到来，越来越多电子产品成为人们生活中、工作中不可缺少的一部分，为人们生活带来了更多便利。因此对于低中频接收机的设计成为技术研究的重点方向。本文结合当前无线通信技术中的sub-GHz技术，将其引入到低中频接收机系统当中，以此来降低接收机噪音，并提高通信质量，从而促进我国相关领域持续、健康发展。
参考文献：
[1]许琼，周冬梅.新一代无线移动通信网络实验室总体框架设计——基于“TD-LTE”技术的应用[J].科技管理研究，2015，（12）：95-100.
[2]堵会晓，高同辉.基于蓝牙低功耗技术的低中频接收器系统设计[J].实验室研究与探索，2015，（10）：65-68.
[3]孙德富.基于无线通信技术的温度、湿度及空气质量监测集中控制系统[J].家电科技，2013，（04）：72-75.
[4]骆丽，吴凤姣.应用于无线体域网2.4GHz超低功耗唤醒接收机的设计[J].北京交通大学学报，2013，（02）：57-62.
[5]张报明，刘永红，杨睛龙，童进.宽带无线通信系统的零中频接收机设计[J].电信科学，2010，（12）：144-148.
论文作者:周启洁
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/21
标签：接收机论文; 中频论文; 混频器论文; 信号论文; 通信技术论文; 增益论文; 结构论文; 《基层建设》2016年18期论文;