射频收发器的作用，射频收发器的工作原理

射频收发器是一种电子设备，其作用是接收和发送无线电频率信号。在通信和广播领域，收发器用于接收和发送电子信号，从而实现信息的传输。在无线电雷达、卫星通信、移动通信等领域，收发器被广泛应用。收发器将信号从高频信号转换为基带信号，或从基带信号转换为高频信号，同时也可以进行信号处理和滤波。收发器的性能越好，可以达到更高的传输速率和更远的传输距离。

一：射频收发器的作用

RF收发器

　　RF收发器传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
　　[编辑本段]RF发射模块技术指标
　　315/433发射模块SR9915主要技术指标： 1、通讯方式：调幅AM 2、工作频率：315MHZ/433MHZ 3、频率稳定度：±75KHZ 4、发射功率：≤500MW 5、静态电流：≤0.1UA 6、发射电流：3～50MA 7、工作电压：DC 3～12V 数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。 发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。 数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少，这点需要开发时注意。 数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。 发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。模块的传输距离与调制信号频率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。
　　[编辑本段]RF超再生接收模块技术指标
　　315/433超再生接收模块SR9915超再生接收模块的体积：30x13x8毫米 主要技术指标： 1、通讯方式：调幅AM 2、工作频率：315MHZ/433MHZ 3、频率稳定度：±200KHZ 4、接收灵敏度：－106DBM 5、静态电流：≤5MA 6、工作电流：≤5MA 7、工作电压：DC 5V 8、输出方式：TTL电平 接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。 这种电路的优点在于： 1、天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线 2、输出端的波形在没有信号比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。 3、模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。 4、采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。
　　[编辑本段]RF超外差接收模块技术指标
　　315/433超外差接收模块SR9915超外差接收模块的体积：35x13x8毫米 主要技术指标： 1、通讯方式：调幅AM 2、工作频率：316.8MHZ 3、频率稳定度：±75KHZ 4、接收灵敏度：－102DBM 5、静态电流：≤5MA 6、工作电流：≤5MA 7、工作电压：DC 5V 8、输出方式：TTL电平 这里提供的超外差接收模块采用进口高性能无线遥控及数传专用集成电路RX3310A，并且采用316.8M声表谐振器，所以工作稳定可靠，适合比较恶劣的环境下全天候工作。 RX3310A集成电路介绍： RX3310A是台湾HMARK公司生产的专门用于幅度键控ASK调制的无线遥控及数传信号的接收集成电路，内含低噪音高频放大、混频器、本机振荡、中频放大器、中频滤波器、比较器等，为一次变频超外差电路，双列18脚宽体贴片封装，主要技术指标如下： 工作频率：150～450MHZ 工作电压：2.7～6V 工作电流：2.6毫安（3V电源时） 接收灵敏度：－105DBM(1k数据速率而且天线匹配时） 最高数据速率：9.6KBPS 从外接天线接收的信号经C8耦合到L3、C9组成的选频网络进行阻抗变换后输入RX3310的内部高频放大器输入端14脚，经芯片内的高频放大后（增益为15～20DB）的信号再经混频器与本机振荡信号（316.8M)混频，产生1.8M的中频信号，此中频信号经内部中频放大后由第3脚输出，再进入比较器放大整形，最后数据从第8脚输出。 超外差接收机对天线的阻抗匹配要求较高，要求外接天线的阻抗必须是50欧姆的，否则对接收灵敏度有很大的影响，所以如果用1/4波长的普通导线时应为23厘米最佳，要尽可能减少天线根部到发射模块天线焊接处的引线长度，如果无法减小，可以用特性阻抗50欧姆的射频同轴电缆连接（天线焊点右侧有一个专门的接地焊点）
　　[编辑本段]RF超再生和超外差接收机的性能区别
　　超再生和超外差电路性能各有优缺点，超再生接收机价格低廉，经济实惠，而且接收灵敏度高，但是缺点也很明显，那就是频率受温度漂移大，抗干扰能力差。超外差式接收机优点是频率稳定，抗干扰能力好，和单片机配合时性能比较稳定，缺点是灵敏度比超再生低，价格远高于超再生接收机，而且近距离强信号时可能有阻塞现象。
　　[编辑本段]RF无线模块开发注意事项
　　模块必须用信号调制才能正常工作，常见的固定码编码器件如PT2262/2272，只要直接连接即可，非常简单，因为是专用编码芯片，所以效果很好传输距离很远。 模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯，这时有一定的技巧： 1、合理的通讯速率 数据模块的最大传输数据速率为9.6KBs，一般控制在2.5k左右，过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率甚至根本无法工作。 2、合理的信息码格式 单片机和模块工作时，通常自己定义传输协议，不论用何种调制方式，所要传递的信息码格式都很重要，它将直接影响到数据的可靠收发。 码组格式推荐方案 前导码＋同步码＋ 数据帧，前导码长度应大于是10ms，以避开背景噪声，因为接收模块接收到的数据第一位极易 *** 扰（即零电平干扰）而引起接收到的数据错误。所以采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰。同步码主要用于区别于前导码及数据。有一定的特征，好让软件能够通过一定的算法鉴别出同步码，同时对接收数据做好准备。 数据帧不宜采用非归零码，更不能长0和长1。采用曼彻斯特编码或POCSAG码等。 3、单片机对接收模块的干扰 单片机模拟2262时一般都很正常，然而单片机模拟2272解码时通常会发现遥控距离缩短很多，这是因为单片机的时钟频率的倍频都会对接收模块产生干扰，51系列的单片机电磁干扰比较大，2051稍微小一些，PIC系列的比较小，我们需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。比如单片机和遥控接收电路分别用两个5伏电源供电，将接收板单独用一个78L05供电，单片机的时钟区远离接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等。 接收模块和51系列单片机接口时最好做一个隔离电路，能较好地遏制单片机对接收模块的电磁干扰。 接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，所以不能用万用表测试，调试时可用一个发光二极管串接一个3K的电阻来监测模块的输出状态。 无线数据模块和PT2262/PT2272等专用编解码芯片使用时，连接很简单只要直接连接即可，传输距离比较理想，一般能达到600米以上，如果和单片机或者微机配合使用时，会受到单片机或者微机的时钟干扰，造成传输距离明显下降，一般实用距离在200米以内。

二：射频收发器的工作原理

RKE是(remote keyless entry)汽车遥控门禁系统。

PKE是(Passive keyless enter)汽车无钥匙进入系统。

目前以IMMO和RKE在原车中应用最为广泛。IMMO主要通过将加密的芯片置于钥匙中，在开锁的过程中，通过车身的射频收发器验证钥匙是否匹配来控制发动机 。

RKE的主要工作原理是通过车主按下钥匙上的按钮，钥匙端发出信号，信号中包含相应的命令信息，汽车端天线接收电波信号， 经过车身控制模块BCM认证后，由执行器实现启/闭锁的动作。

汽车无钥匙进入系统，英文名PASSIVE KEYLESS ENTER，简称PKE。汽车无钥匙进入系统不是传统的钥匙，而是一个智能钥匙。该钥匙采用了世界最先进的RFID无线射频技术，和最先进的车辆身份编码识别系统。它是比遥控进入系统更先进的进入系统，现在的中高级轿车很多都采用了无钥匙进入系统。

凡是装备了无钥匙进入系统的车辆，在车的车门上、 后备箱上，后保险杠上都内置了有低频天线。只要智能钥匙在感应区范围内，不需要掏出钥匙，也不用遥控等任何操作，系统就能自动解锁，直接可以拉开车门进入车内，也可以直接打开后备箱。反之，当我们离车之后，也不需要掏出钥匙，系统就能自动落锁。

RKE和PKE的工作原理

（1）RKE就是遥控，是单向的，是从手柄发射信号到主机，主机接收的信号后，执行相应的命令。

（2）现在原车OEM的PKE是被动式的，从主机发射低频信号，寻找手柄范围，手柄接收到低频信号两发射高频信号，主机接收到高频信号，必须要按键确认后，才能打开车门或关门。

（3）PKE-100的PKE是主动式，从主机以每秒2次的速度发射低频信号，寻找手柄范围，手柄收到低频信号会发射高频信号，主机如果确认会执行开门，主机的低频发射信号将改变为2秒一次。

三：射频收发器芯片

LoRa是具有发展前景的低功耗广域网通信技术，现在已经被物联网各大领域普遍应用，由此可见LoRa通信模块在物联网行业占据着重要位置。

lora模块是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。目前全球免费频段有，433、868、915MHz等。lora通信技术最大特点，灵敏度高、传输距离远、工作功耗低、组网节点多等特点。主要应用于物联网行业，如无线抄表（电表/水表）、工业自动控制、环境监测、环保监测等。

尽管月面反射(EME)自二战以来就开始应用，但成功的完成业余无线电的日常通信却是近期的事。1960年第一次完成了业余的双向月面反射通信，直到美国规定最高输出功率可以达到1500W及八十年代GaAsFET(砷化硅场效应管)前置放大器的出现，月面反射通信才变得流行起来。

今天我们来了解一下这群无线电爱好者通过射电天文望远镜低功率从月球反射了LoRa 消息，实现信号传输730360 公里的惊人距离。

第一条 LoRa 消息从月球上反弹

插图：Sofie Shen

2021 年 10 月 5 日，我们第一次使用 Dwingeloo 射电望远镜从月球上反射了 LoRa® 信息。这首先是由上述

有那么一瞬间，整个信息都在太空中，在地球和月球之间。我们使用Semtech LR1110 射频收发器芯片（在 430-440 MHz 业余频段）传输信号，使用望远镜的 25 米天线放大到 350 W。然后，2.44 秒后，它被同一个芯片接收到。其中一条消息甚至包含一个完整的 LoRaWAN 帧。

收到消息的频谱图，包含调制的呼号“PI9CAM”

LoRa 的共同发明人 Nicolas Sornin 告诉我们：“这是一个了不起的实验，我做梦也没想到有一天 LoRa 信息会一路传到月球并返回！所捕获数据的质量给我留下了深刻的印象，该数据集将成为无线电通信和信号处理学生的经典之作。非常感谢团队和 CAMRAS 基金会使这一切成为可能”。

由 CAMRAS 基金会运营的 Dwingeloo 射电望远镜有用于业余无线电实验的历史，现在经常用于月球反弹，但这是第一次使用小型 RF 芯片反弹数据信息。这台望远镜于 1956 年投入使用，在使用 21 厘米氢辐射对银河系结构的早期探索中发挥了重要作用。

使用LR1110芯片，我们还测量了消息的往返时间，以及地球和月球相对运动引起的多普勒频偏。根据往返时间，我们计算了到月球的距离。距离和频率偏移都与使用 NASA 的 JPL Horizons 星历系统计算的预测值非常匹配。

除了 LoRa 芯片，我们还使用了SDR（软件定义无线电）来捕获发送和接收的信号以进行进一步分析。这些测量与分析笔记本一起将作为开放数据发布。作为预览，这是接收信号的延迟多普勒图，基本上显示了月球的雷达图像，这是联合通信和传感的终极例子。

整个实验和结果的深入概述将在 2022 年 1 月 27 日至 28 日的 The Things Conference 上公布。

source：camras.nl