适用于无线电信号接收、频谱分析

首页 >> 公众号文章 >>公众号文章 >> 从小米汽车到无线电接收机:谈灵敏度与线性度的平衡之道
详细内容

从小米汽车到无线电接收机:谈灵敏度与线性度的平衡之道

时间:2025-12-02     作者:祯仪科技【原创】

前言 极致加速的代价

最近,小米汽车的相关话题在网络上持续发酵,从“绿化带战神”、到“比茅台还多一度的白开水”、比“汤臣一品还多1%绿化率的小区”的花式玩梗,我们看到了网友造梗的才华,也让人感受到小米被流量反噬的那份无奈,任雷总大声疾呼,小米是一台好车,也挡不住网友去找小字。

这确实让人重新思考一个基础问题:什么才是一辆真正的好车?在性能至上的论调中,零百加速时间常常成为评判标杆,仿佛数字越亮眼,车辆的品质就越高。然而,随着部分高性能车型加速能力的不断突破,路面失控事故也随之增多,甚至酿成悲剧。

为何加速越灵敏,输出功率越强,反而越容易失控?

微信图片_20251203143120_13_1.png

图1 汽车有效操控依赖车轮与地面的有效抓附(静摩擦)

车辆可控地运行,依赖地面的摩擦力与反作用力,若将汽车与路面视作一个完整力量传递系统,答案便清晰可见:当车轮扭矩超过路面摩擦力极限时,轮胎会脱离地面抓附产生打滑(而为了极致的加速指标,电子稳定系统的介入被抑制),原本动力-抓附-前进的稳定传输链路被打破,这本质上是力量传递过程中的非线性失真——动力输出与行驶状态不再保持稳定的正比例关系,就像信号在传输中被扭曲变形。

01
来自周总理的启示

新中国成立之初,国家外事任务繁重,周恩来亲自圈定“首都汽车公司”成立国宾车队。一次周恩来总理乘坐了国宾车队林树芳开的车。上车之前,秘书为周总理倒了一杯茶,周总理一路看文件没顾上喝。下车前,总理看到茶水滴水未洒,夸赞司机说:“坐林师傅的车,就像坐在沙发上。” 如今,“一杯水功夫”已经是国宾车队的一项必须达到的技术标准。这个标准又体现了极致的线性度。

图片1.png

图2 苏联吉斯汽车是建国初期国宾车型之一

那么好车的核心标准究竟是什么?周恩来总理的评价点出了关键:真正的优质体验,从来不是单一性能的极致狂飙,而是动力与稳定的和谐统一

其实硬件产品要考虑平衡的观点,小米雷总又何尝不知道,在何小鹏开始造车前,雷军就给纯软件出身的何小鹏讲过这个道理。但当他自己造车时,又陷入对速度几乎偏执的追求,知易行难在这一刻又具象化了。

图片2.png

图3 何小鹏分享雷军给他的造车建议

当企业间互卷到失去理智,国家就应该出手了:近日,公安部发布强制性国家标准《机动车运行安全技术条件》征求意见稿,其中提到“乘用车每次上电/点火后(发动机自动启停除外),应处于百公里加速时间不小于5s的默认工作状态。”

图片3.png

图4 有关部分启动标准修改

这一逻辑,在无线电通信领域同样适用,尤其是在评判无线电接收机的性能时,更能体现“平衡”的重要性。

02
什么是一台好的监测接收机?

若问好的无线电监测接收机标准,绝大多数人的第一反应是“灵敏度高”。这不难理解,灵敏度作为接收机的核心指标之一,衡量的是设备捕捉微弱信号的能力,就像耳朵能听清远处的声音一样。

通过《揭秘接收机灵敏度:为什么1位ADC的GPS能捕捉千里之外的卫星信号?》我们知道,噪声系数几乎直接决定了系统的灵敏度而降低噪声系数其实也不是什么难事,只要把LNA尽量靠前,那么系统噪声系数可以接近一个LNA器件的水平(小于5dB)。

ESMW是R&S公司最新推出的最新一代顶级性能无线电监测接收机,那它的灵敏度如何呢?

图片4.png

图5 R&S ESMW彩页封面

查看其技术手册,发现在低噪声模式下,其噪声系数主要分布在9~14dB之间,德国人为什么不把噪声系数做到极致呢?

03
高的灵敏度损害线性度

与汽车的极致加速会引发失控类似,过高的灵敏度也会给接收机带来“副作用”——严重损害其线性度。我们知道灵敏度:

Psens(dBm) = -174 + 10log₁₀(B) + NF + SNR

为了获得极致灵敏度,就像汽车为极致的加速性能不能不强推超大扭矩一样,接收机不得不在接收机链路的最前端(天线之后立即)使用高增益的低噪声放大器(LNA)。LNA的增益越高、自身噪声越低,整个系统的噪声系数就越好,灵敏度也就越高。

面对空中各种未知的信号,虽然我们主观意愿仅仅关注那些我们期望接收的小信号,但事实上空间中可能还有大量其他频段的信号,它们的功率可能并不小。

这时,实现高灵敏度而设置的高增益LNA,会使后续电路(尤其是混频器)更容易被强大的无用信号所饱和。一旦电路进入非线性区域,就会产生失真、互调产物和阻塞效应

举个通俗的例子,如下图,小右同学的主观意愿,是想竖起耳朵听小左同学说悄悄话,但小左同学手上的鞭炮声可能会让小右同学的耳朵进入到“非线性”失真状态。

图片5.png

图6 主观意愿无法对抗外界客观存在的示例

04
平衡之道:保大还是保小

既然大信号小信号不可以兼得,单一指标的极致又不可取,那无线电工程师们如何破解这一“保大保小”的世纪难题?

答案与打造好车的思路一致——寻求平衡。在长期实践中,行业形成了两种主流的“平衡之道”,既保留灵敏度优势,又确保线性度稳定。

第一种是按需切换工作模式,通过软件定义无线电技术实现性能的动态适配。现代接收机普遍具备多模式调节功能,可根据信号环境灵活切换侧重方向:在信号微弱的偏远地区或射电观测场景中,开启高灵敏度模式,提升放大器增益以捕捉弱信号;而在城市等电磁环境复杂、干扰信号密集的区域,则切换至高线性度模式适当降低增益并强化信号过滤能力,确保有用信号不被干扰扭曲。这种模式切换就像汽车的驾驶模式调节,越野时用四驱增强抓地力,高速巡航时用经济模式保持稳定,让设备性能与环境需求精准匹配。

1764743637960928.png

图7 ITU-R关于接收机工作模式的建议

第二种关键方法是在放大器前增设预选器网络从源头减少干扰对线性度的破坏。预选器本质上是一套高精度的“信号筛子”,由调谐电路和滤波组件构成,能精准筛选出目标频率的信号,同时将其他频率的干扰信号提前过滤掉。

图片7.png

图8 典型无线电监测接收机(from ITU-R)电路框图

基于“平衡”的思想,虽然在放大器之前增加滤波器,会不可避免地降低一点灵敏度(一般插入损耗2~3dB),但在低噪声放大器对信号进行放大前,预选器已完成“去杂”工作,这样即使放大器保持较高增益以保证灵敏度,也不会因干扰信号过载而进入非线性区。就像给汽车轮胎配备精准的牵引力控制系统,提前限制多余扭矩的输出,让动力始终保持在抓地力范围内,既保证动力性能,又避免打滑失控。主流高性能无线电监测接收机都采用如此设计方案,如下图。

图片8.png

图9 典型无线电监测接收机(from R&S)电路框图

05
总结

从汽车的动力与稳定,到接收机的灵敏度与线性度,这些技术领域的核心命题都指向同一个结论:没有绝对最优的单一性能,只有最适合场景的平衡状态无线电接收机的设计史,就是一部不断追求“听得远”与“听得清”平衡的历史——从早期固定参数的简单设备,到如今可动态调节的软件无线电系统,技术进步的本质都是在破解平衡难题。

这种平衡思维,早已超越技术本身。无论是汽车驾驶的安全体验,还是无线电信号的清晰传递,都在告诉我们:真正的优质性能,从来不是极致的单向突破,而是各要素的和谐共生就像国宾车队司机的驾驶技艺,也像工程师对接收机参数的精妙调校,平衡之道,才是技术服务于人的核心逻辑。

1764743792720142.png

关于祯仪

祯仪科技,专业从事宽频段无线电信号接收,适用于无线电管理、信号侦查与分析、通用频谱分析、卫星导航监测、低空复杂电磁环境感知等。

END


  祯仪科技

联系方式
134 0840 3748
地址:成都高新区西芯大道5号6栋10层2号
邮箱:caiqin@cdzy.net.cn
微信
微信公众号
seo seo