一种用于便携低频通信的接收机的制作方法

本技术属于通信电路，具体涉及一种用于便携低频通信的接收机。

背景技术：

1、低频通信（通常指300khz以下的频段）因其具有传播损耗小、绕射能力强、穿透性好等突出优点，在特定应用场景中具有不可替代的价值，例如地下工程通信、水下潜器导航、远程无线传感以及应急救灾通信等领域。然而，实现便携式的低频通信设备一直面临着一个核心的技术瓶颈：天线的物理尺寸问题。根据天线基本原理，传统谐振天线的效率与其物理尺寸和电波长密切相关，尤其在低频段，其波长可达数百米甚至千米量级。若采用常规的半波长天线设计，天线尺寸将十分巨大，完全无法满足单兵携带、野外移动作业等便携化应用需求。

2、为了缩小天线尺寸，现有技术中通常采用加载（如加感线圈）或采用非谐振模式等方法，但这些方法往往以显著牺牲天线的辐射效率和接收灵敏度为代价。这导致接收机的信噪比急剧恶化，通信距离与质量大幅下降，使得缩小尺寸后的设备实用价值有限。另一方面，在接收机设计层面，现有便携设备多采用单天线配合高增益放大链路的方案。这种方案虽然结构简单，但极易受到环境电磁干扰，且其前端低噪声放大器（lna）的噪声匹配通常难以在宽频带内达到最优，进一步限制了其在微弱低频信号检测场景下的性能。

3、此外，当尝试采用小孔径天线阵列技术来通过空间信号处理提升信噪比时，又会引入新的挑战。阵列中各天线单元之间、各放大器通道之间的一致性至关重要。微小的性能失配都会在信号合成，特别是差分处理过程中造成信号抵消，从而引入额外噪声，使得阵列增益的理论优势无法实现。因此，缺乏一种能够与高性能小孔径天线阵列相匹配的高一致性、可微调的低噪声接收前端，成为了制约便携式低频通信技术发展的关键问题。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种用于便携低频通信的接收机，旨在保证高灵敏度和低噪声系数的同时，彻底实现低频通信设备的便携化与实用化。

2、本实用新型通过以下技术方案实现：

3、一种用于便携低频通信的接收机，所述的接收机包括小孔径多极子天线阵列、多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络、带通滤波模块、次级放大模块、射频滤波模块、低噪声电源模块、ad转换模块以及mcu控制模块；

4、所述小孔径多极子天线阵列与多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络相连接，所述多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络分别与带通滤波模块、次级放大模块、低噪声电源模块以及mcu控制模块相连接，所述带通滤波模块与次级放大模块相连接，所述次级放大模块分别与ad转换模块和低噪声电源模块相连接，所述ad转换模块分别与低噪声电源模块和mcu控制模块相连接。

5、进一步的，所述小孔径多极子天线阵列向多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络发送信号，所述多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络接收次级放大模块、低噪声电源模块以及mcu控制模块的信号，所述多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络向带通滤波模块发送信号，所述带通滤波模块向次级放大模块发送信号，所述次级放大模块还接收低噪声电源模块的信号，所述次级放大模块向ad转换模块发送信号，所述ad转换模块还接收低噪声电源模块和mcu控制模块的信号，所述低噪声电源模块还向mcu控制模块发送信号。

6、进一步的，所述小孔径多极子天线阵列呈十字排列，在x轴上从左至右依次为基元1-a、基元1-b、基元2-a和基元2-b；

7、在y轴上从上至下依次为基元4-a、基元4-b、基元3-a和基元3-b。

8、进一步的，所述多通道交叉匹配低噪声放大器lna网络包括芯片u5和芯片u6，所述芯片u5的3号端分别与电容c8的一端和小孔径多极子天线阵列的ch1_+in的输出端相连接，所述芯片u5的8号端与mcu控制模块的芯片u13a的21号端相连接，

9、所述芯片u5的1号端与mcu控制模块的芯片u13a的22号端相连接，

10、所述芯片u5的2号端与mcu控制模块的芯片u13a的25号端相连接，

11、所述芯片u5的7号端分别与电容c1的一端、电容c2的一端和工作电压+5v0端相连接，所述电容c1的另一端与电容c2的另一端相连接后接地，

12、所述芯片u5的4号端分别与运放器u2a的输出端以及带通滤波模块的电容c33的一端相连接，

13、所述芯片u5的5号端与运放器u2a的2号端相连接，所述芯片u5的6端与运放器u2a的3号端相连接后接地；

14、所述芯片u6的3号端分别与电容c11的一端和小孔径多极子天线阵列的ch2_+in的输出端相连接，所述芯片u6的8号端与mcu控制模块的芯片u13a的28号端相连接，

15、所述芯片u6的1号端与mcu控制模块的芯片u13a的27号端相连接，

16、所述芯片u6的2号端与mcu控制模块的芯片u13a的25号端相连接，

17、所述芯片u6的7号端分别与电容c16的一端、电容c20的一端和工作电压+5v0端相连接，所述电容c16的另一端与电容c20的另一端相连接后接地，

18、所述芯片u6的4号端分别与运放器u2b的输出端以及带通滤波模块的电容c14的一端相连接，

19、所述芯片u6的5号端与运放器u2b的6号端相连接，所述芯片u6的6端与运放器u2b的5号端相连接后接地；

20、所述电容c8的另一端与电容c11的另一端相连接后接地。

21、进一步的，所述带通滤波模块包括电容c33和电容c14，所述电容c33的另一端与电容l4的一端相连接，所述电容l4的另一端分别与电容l6的一端、电容c3的一端和电容c13的一端相连接，所述电容l6的另一端接地，所述电容c13的另一端接地，所述电容c3的另一端与电容l5的一端相连接，所述电容l5的另一端分别与电容l7的一端、电容c10的一端、次级放大模块的电阻r7的一端和次级放大模块的运放器u10a的3号端相连接；

22、所述电容c14的另一端与电容l8的一端相连接，所述电容l8的另一端分别与电容l10的一端、电容c15的一端和电容c37的一端相连接，所述电容l10的另一端接地，所述电容c37的另一端接地，所述电容c15的另一端与电容l9的一端相连接，所述电容l9的另一端分别与电容l11的一端、电容c35的一端、次级放大模块的电阻r9的一端和次级放大模块的运放器u10b的5号端相连接。

23、进一步的，所述次级放大模块包括运放器u10a和运放器u10b，所述运放器u10a的2号端分别与电阻r13的一端、电阻r12的一端和电容c19的一端相连接，所述电阻r3的另一端接地，所述电阻r12的另一端分别与电容c19的另一端、运放器u10a的1号端和模拟采集信号模块的电容c7的一端相连接；

24、所述运放器u10b的6号端分别与电阻r12的一端、电阻r14的一端和电容c38的一端相连接，所述电阻r12的另一端接地，所述电阻r14的另一端分别与电容c38的另一端、运放器u10b的7号端和模拟采集信号模块的电容c12的一端相连接；

25、所述电阻r17的另一端与电阻r19的另一端相连接后接地。

26、进一步的，所述模拟采集信号模块包括电容c7和电容c12，所述电容c7的另一端与电阻r4的一端相连接，所述电阻r4的另一端分别与电阻r1的一端和运放器u3a的2号端相连接，所述运放器u3a的3号端分别与电阻r8的一端、电阻r6的一端和电容c10的一端相连接，所述电阻r6的另一端和工作电压+5v0端相连接，所述电阻r8的另一端和电容c10的另一端相连接后接地；

27、所述电容c12的另一端与电阻r11的一端相连接，所述电阻r11的另一端分别与电阻r10的一端和运放器u3b的6号端相连接，所述运放器u3b的5号端分别与电阻r15的一端、电阻r16的一端和电容c15的一端相连接，所述电阻r15的另一端和工作电压+5v0端相连接，所述电阻r16的另一端和电容c15的另一端相连接后接地；

28、所述运放器u3a的1号端分别与电阻r1的另一端和电阻r5的一端相连接，所述运放器u3b的1号端分别与电阻r10的另一端和电阻r13的一端相连接；

29、所述电阻r5的另一端分别与稳压管dr1的一端和芯片u4的3号端相连接，所述芯片u4的10号端分别与电容c6的一端、电容c4的一端、芯片u4的2号端以及工作电压+1v8相连接，所述电容c6的另一端接地，所述电容c4的另一端接地，所述芯片u4的1号端分别与电容c5的一端和ref4096相连接，所述电容c5的另一端接地；

30、所述电阻r13的另一端分别与稳压管dr2的一端和芯片u7的3号端相连接，所述芯片u7的10号端分别与电容c17的一端、电容c19的一端、芯片u7的2号端以及工作电压+1v8相连接，所述电容c17的另一端接地，所述电容c19的另一端接地，所述芯片u7的1号端分别与电容c18的一端和ref4096相连接，所述电容c18的另一端接地；

31、所述稳压管dr1的另一端分别与稳压管dr2的另一端、芯片u4的4号端和芯片u7的4号端相连接，所述芯片u4的5号端和芯片u7的5号端相连接后接地；

32、所述芯片u4的6号端与芯片u13a的18号端相连接，所述芯片u4的8号端与芯片u13a的19号端相连接，所述芯片u4的7号端与芯片u13a的33号端相连接，所述芯片u4的9号端与芯片u13a的32号端相连接；

33、所述芯片u4的6号端与芯片u13a的14号端和电阻r45相连接后接地，所述芯片u7的8号端与芯片u13a的15号端相连接，所述芯片u7的7号端与芯片u13a的16号端相连接，所述芯片u7的9号端与芯片u13a的17号端相连接。

34、进一步的，所述mcu控制模块包括芯片u13a，所述芯片u13a的5号端分别与电容c67的一端和晶振y1的3号端相连接，所述电容c67的另一端与晶振y1的2号端相连接后接地，所述晶振y1的4号端分别与电容c73的一端和电容c72的一端相连接，所述电容c73的另一端分别与电容c72的另一端相连接后接地，所述芯片u13a的44号端分别与电阻r46的一端和电阻r47的一端相连接，所述电阻r46的另一端与电阻r47的另一端均接地；

35、所述芯片u13a的7号端分别与电阻r48的一端和电容c68的一端相连接，所述电容c68的另一端接地，所述电阻r48的另一端与vdd3v3相连接。

36、进一步的，所述低噪声电源模块包括芯片u8，所述芯片u8的12号端分别与芯片u8的2号端、电容c23的一端、电容c24的一端和芯片u11的2号端相连接，所述电容c23的另一端接地，所述电容c24的另一端接地，所述芯片u8的3号端串联电阻r17后与工作电压+5v0端相连接，所述芯片u8的6号端串联电容c26后与接地，所述芯片u8的14号端串联电容c27后与接地，所述芯片u8的11号端分别与电容c21的一端和电容c22的一端相连接，所述电容c21的另一端分别与电容c22的另一端、芯片u8的8号端和电感l1的一端相连接，所述电感l1的另一端分别与芯片u8的7号端、电容c25的一端和电容l2的一端相连接，所述电感l2的另一端分别与工作电压+5v0端、工作电压-5v0端、电阻r18的一端相连接，所述电阻r18的另一端与发光二极管d1的一端相连接，所述发光二极管d1的另一端接地；

37、所述芯片u8的4号端与电阻r19的一端相连接，所述电阻r19的另一端分别与电阻r20的一端和芯片u8的5号端相连接，所述电阻r19的另一端接地，所述芯片u8的9号端与芯片u8的10号端均接地。

38、进一步的，所述低噪声电源模块还包括芯片u11，所述芯片u11的2号端分别与电阻r34的一端、电容c56的一端、电容c55的一端、电容c54的一端、二极管d3的一端和熔断器f1的一端相连接，所述电阻r34的另一端与芯片u11的1号端相连接，所述电容c56的另一端接地，所述电容c55的另一端接地，所述电容c54的另一端接地，所述二极管d3的另一端接地，所述熔断器f1的另一端与电源输入的1号端相连接，所述电源输入的2号端接地，所述芯片u11的3号端和芯片u11的9号端相连接后接地，所述芯片u11的5号端分别与芯片u11的4号端、电阻r35的一端、电容c52的一端、电容c57的一端、电容c58的一端、工作电压+5v0端和工作电压+6v端相连接，所述电容c52的另一端分别与电阻r36的一端、电阻r35的另一端和芯片u11的6号端相连接，所述电阻r36的另一端接地，所述电容c58的另一端接地；所述电容c57的另一端接地。

39、本实用新型的有益效果是：

40、本实用新型通过采用小孔径多极子天线阵列技术，在远小于半波长的尺寸条件下实现了对低频信号的有效检测，为便携式低频通信设备的开发奠定了基础。

41、针对本实用新型的阵列对单元一致性的高要求，还统设计了多通道交叉匹配lna网络，通过mcu控制的高精度可编程反馈电阻网络实现对各通道增益的精确微调，保障了阵列信号的合成质量。

42、本实用新型还引入次级放大模块，进一步提升了接收信号的信噪比，增强了整机在实际应用中的可靠性与实用性。