无线接收器是一种电子设备，用于接收无线电信号，并将其转换为可感知或智能信号。其工作原理是通过天线接收无线电波，然后使用解调器将这些信号转换成数字信号，再放大并转换成音频、视频或数据等形式。无线接收器可以应用于多种场景，如用户上网、家庭宽带网络覆盖、电视节目传输等。
无线接收器的基本组成包括天线、射频前端、中频处理部分和解调器。射频前端负责接收射频信号，中频处理部分将信号转换成可解码的中频信号，最后解调器将中频信号解调成原始的音频或数据信号。根据应用或设计，无线电接收器可以分为AM接收器、FM接收器、通信接收器、电视接收器和雷达接收器等。
无线电接收器的功能包括检测微弱信号、放大接收到的信号、分离所需信号和不需要的信号、从载波中恢复信息(解调)、放大音频信息以驱动扬声器以及在没有信号时禁用音频放大器以消除电气噪声。无线电接收器的性能通常根据灵敏度、选择性和频率稳定性来评定。
无线电接收器的类型主要有调谐射频(TRF)接收器和超外差接收器。TRF接收器使用一个或多个RF放大级、解调器和音频放大器，而超外差接收器结合了来自本地振荡器的RF信号和中间频率信号，然后对其进行放大、解调并转换为音频信号。
无线接收器是一种重要的电子设备，广泛应用于各种无线通信和媒体传输领域。
一、 无线接收器的最新技术进展
无线接收器的最新技术进展包括多个方面：
- 毫米波多输入多输出（MIMO）无线接收器：麻省理工学院的研究人员开发了一种新的毫米波MIMO无线接收器架构，能够处理更强的空间干扰。这种系统使用多个天线来传输和接收信号，并通过一种特殊的非互惠相位移器电路来消除不需要的信号，从而提高性能。这种接收器可以阻挡多达四倍的干扰，并且可以根据需要开启或关闭干扰抑制组件以节省能量。
- 基于超导接收的太赫兹无线通信传输：首次实现了基于超导接收的公里级太赫兹无线通信传输。这项技术利用高灵敏度的超导接收机，成功应用于远距离太赫兹无线通信系统，实现了0.5THz频段以上迄今最远距离的太赫兹无线通信传输实验。
- Type-C接口无线2.4G接收器：这种接收器采用了先进的2.4G无线技术，提供了更快的数据传输速度和更稳定的连接质量，适用于办公和娱乐环境。
- 基于里德堡原子的无线通信接收机：通过改进微波波导耦合增强和大失谐下交流Stark效应，开发了基于里德堡原子的微波传感器和频谱分析仪，能够超越传统射频传感器、接收机和频谱分析仪的灵敏度、带宽和精度极限。
- 低功耗、高抗干扰的UWB接收器芯片：Imec开发了一种新型脉冲无线电UWB接收器芯片，采用22 nm FDSOI工艺，有效面积为0.32 mm²，避免了UWB与其他无线信号的干扰。
二、 如何提高无线接收器的灵敏度和选择性?
提高无线接收器的灵敏度和选择性是无线通信系统中至关重要的任务。以下是一些具体的方法和措施：
使用低噪声放大器可以显著提高接收器的系统灵敏度，因为它可以有效地降低系统中的附加噪声功率。低噪声放大器在接收端的引入，使得接收器能够接收到更微弱的信号，从而提高整体的灵敏度。
优化射频组件的设计，包括天线、滤波器和前端电路，可以有效提高接收器的灵敏度和选择性。例如，高增益天线可以增强从发射机到接收器的信号电压，从而提高系统的灵敏度。
通过合理选择这些参数，并利用相关的关键公式，可以有效提高接收灵敏度，实现更远的通信距离和更好的通信质量。
预选器通过增强信号幅度来提高接收器的整体增益、灵敏度和选择性，同时降低噪声与信号之间的比率。再生控制则用于增强第一级增益，从而实现最佳性能。
自适应调谐和先进的数字信号处理技术可以进一步提高接收器的灵敏度和选择性。这些技术可以根据外部干扰和干扰信号的强度自动调整选择度，以确保接收机在各种条件下都能保持最佳性能。
高频电路的设计和优化对于实现真正的选择性至关重要。例如，通过调整并联线圈和电容器的设置，可以实现精确调谐，从而提高选择性。
采用包含Faraday屏蔽的电路可以减少噪声拾取，从而提高接收机的灵敏度、选择性和信噪比。此外，添加电压调节器和更换一些高质量电容器也能显著提升接收机的稳定性。
三、 超外差接收器与调谐射频(TRF)接收器在性能上的具体差异
超外差接收器与调谐射频(TRF)接收器在性能上的具体差异主要体现在以下几个方面：
- 选择性和灵敏度：超外差接收器通过将高频信号转换为较低的固定中间频率(IF)，从而更容易实现高选择性和高灵敏度。这是因为较低频率下的电路损耗通常更低，可以实现更高的Q因子和更高的选择性。相比之下，TRF接收器由于使用一系列松散耦合的调谐电路来增加选择性，因此其选择性较差，灵敏度也较低。
- 带宽控制：超外差接收器更容易控制或形状固定频率下的带宽特性，这使得其选择性和增益在其调谐范围内比TRF接收器更一致。而TRF接收器需要窄带宽，而高射频意味着高Q或许多滤波器部分，这使得选择性难以实现。
- 镜像频率问题：超外差接收器可能会拾取与信号频率相差等于中间频率两倍的第二或镜像频率，而TRF接收器不会产生镜像频率，但输出中存在镜像频率。
- 抗干扰能力：超外差接收器提供更好的抗干扰能力，可以有效消除外界噪声对接收信号的影响。而TRF接收器由于其设计特点，在抗干扰能力上不如超外差接收器。
- 设计复杂性：超外差接收器的电路复杂度较高，但其优势在于能够处理各种频率信号的能力和较高的选择性。TRF接收器的设计相对简单，但由于其选择性和灵敏度较低，已逐渐被超外差接收器所取代。
四、 无线接收器在物联网(IoT)中的应用
无线接收器在物联网(IoT)中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：
- 跨技术数据采集：无线接收器可以利用现有的WiFi硬件来捕获并保留来自不同物联网设备的数据。例如，XFi技术通过WiFi接收器捕获ZigBee或LoRa等窄带IoT设备的数据帧，并通过软件升级实现数据的无接触式获取和解码。这种方法不仅提高了数据传输的效率，还避免了额外硬件成本和部署复杂性。
- 多协议兼容性：无线接收器能够兼容多种无线通信协议，如Wi-Fi、Zigbee、LTE和NFC等。这使得它们可以在不同的应用场景中灵活使用，如环境监测、智能计量和健康可穿戴设备等。
- 提高网络效率：在密集部署的IoT环境中，无线接收器可以同时接收和解码多个异构窄带IoT传输，显著提高网络效率。例如，XFi技术允许宽带WiFi接收器同时处理多个低速IoT信号，从而优化了网络资源的利用。
- 简化开发流程：无线接收器如ESP32模块简化了工业物联网设计，开发者无需深入了解射频电路和无线接收器认证，从而降低了开发门槛。
- 远程监控与管理：无线接收器还可以用于远程监控和管理。例如，在油罐监控系统中，传感器通过无线设备与蜂窝网络的网关通信，然后将数据传输到应用程序中，使工作人员能够远程监控油罐状态并接收警报。
五、 无线接收器的设计和优化策略有哪些?
针对不同应用场景，无线接收器的设计和优化策略可以从多个方面进行考虑和实施。
在无线通信中，设计高度集成且低功耗的接收器是关键。这需要选择合适的射频前端、优化模拟到数字转换器(ADC)的性能，并关注噪声系数、选择性和线性度等因素。混合信号设计则涉及模拟和数字电路的接口优化，以及在低功耗要求下的平衡性能、功耗和成本。
构建模块策略可以有效应对无线接收器设计中的复杂性。这种方法将系统设计和分立电路设计结合起来，通过模块化的方式协调各部分的设计挑战。例如，在WLAN接收机设计中，采用迫零准则设计预滤波器和选择M算法来对抗码间干扰，可以简化设计并提高性能。
此外，接收器设计还应考虑环境因素和信号处理技术。例如，在城市环境中，接收器可能面临较高的噪声水平和干扰问题，因此需要调整灵敏度以适应环境条件。自适应均衡器和分集技术也是提高接收质量的重要手段，它们可以通过增强频率衰落大的频谱部分并削弱小的部分来实现更平坦的频谱。
对于超宽带(UWB)通信，接收器设计需要应对频谱拥挤和多径效应等问题。完全相干接收器虽然性能优异，但计算和硬件复杂度较高。因此，准确估计多径延迟、信道系数和脉冲形状失真等参数对于实现可靠的相干接收至关重要。
在特定应用如太空通信中，低功耗FSK接收器的设计需要特别关注其适应性和鲁棒性。而在无线传感器网络中，采用多包接收策略可以显著提高数据传输速率。
