直接变频接收机设计中的相关问题

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        近几年来,在不少主流技术期刊上发表了大量关于直接变频无线电接收机设计的文章,其中有些在本书中也有引用。另外,主要的一些无线电通信手册也对直接变频接收机设计做了相关讨论。一些问题将被引用来作为直接变频接收机设计中的常见问题进行讨论。虽然这些问题确实存在,但用心的设计和构建可以避免其危害。一些已知的问题包括:交流噪声、低颤噪效应、窄动态范围、低输出功率(这使得收听效果很差)以及不需要的AM宽带信号鉴波1)。

交流噪声(Hum)

        交流噪声是由交流(AC)电源线引起的,可能会通过天线辐射进人直接变频接收机或进入设备配线,还可能由接地回路引起,或以供电直流电源纹波的形式进入直接变频接收机。对于前两种情况,交流噪声的频率为50 Hz(欧洲)或60 Hz(北美沙),即当地的交流电源频率。对后两者,如果使用的是全波整流,则交流噪声的频率为100Hz(欧洲)或120Hz(北美洲)。一切交流噪声都会被直接变频接收机中的高增益音频放大器加强。因为它可能削弱3OOHz)信号的带通滤波器,这是十分重要的。

        经由天线电路接收到的交流噪声信号可以被高通射频滤波器很好地控制,因其在50/60Hz的频域内不接收能量。很多直接变频接收器的前端电路对频率是宽开路的。因此不合适的选择将使接收机对交流噪声很敏感。一些混频器电路,如双平衡混频(DBM:Double Balanced Mixer)二极管设计,天生对交流信号就是不敏感的,这源于其用在相关的电感器中的电感特性。如果交流噪声是由周围环境辐射进入电路的,一般情况下将电路对外电场屏蔽即可解决问题。

        最后,交流噪声可以通过直流电源以纹波形式(也许是最常见的原因)被接收。纹波(ripple)是在全部的滤波及整流过程结束后加在输出的直流电压上的剩余的交流信号(脉动直流电)。最严重的交流噪声是当直流电源的纹波调制了本地振荡(LO)信号,这时,交流噪声将会随着频率的增加而增大3)。优良的整流电路(可以像一个很大的滤波电容一样限制纹波的产生)和合适的接地措施可以解决这一问题。

        图1指出了接地措施中最为严重的错误,必须避免。在接地良好的接收机中,所有的地线都要连接至节点“B”(“单点”或“星型接地”)。在实际应用中, 印制电路或打孔板连线的点对点特性使得“星型”接地难以在最大程度上实现,所以可能有一到两个额外的接地点。在这种情况下务必小心以防接地环路出现。

        图1中的严重错误在于直流电源和天线的接地点与放大器的接地点不同。即使接地路径只有很低的阻抗,直接变频接收机所需的直流电流由“A”点流向“B ”点并进入接收机时还是会形成可观的噪声信号。例如,流人接收机的电流为50mA,路径的直流阻抗为0.05Ω(两个数值都是比较符合实际情况的),则将存在 2.5mV的压降。尽管这看上去是个很小的电压,但之后经过接收机中很常见的80~1ZOdB的增益时这就不再是一个小的压降了。在这些条件下,即便是直流供电电 压上最小的纹波也将在接收机的输出端形成相当大的交流噪声.

        图2中给出了一种针对交流噪声的解决方案。为了避免接地环路,该设计使用了单一接地点。另外,在直流电源的金属连接上,放置了环形退耦扼流圈。扼流圈 包括了两个磁导率(u)介于600~1500的环形铁芯,各绕20匝的双线用作双线缠绕的导线需要足够粗,以适合直接变频接收机电路的电流要求。

        当然,使用干电池作为直流供电电源也可消除纹波导致的交流噪声。但即便如此,良好的接地技术是构建高性能接收机的基本要求。

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