当我调试一个基于2.4 GHz专有协议的无线鼠标时,我想要检测传输的信号。请注意,我特意写了“检测”:只需查看传输发生的频率(如果有的话),以及链路是单向的(即,只有鼠标传输,而PC端的加密狗只是接收器)还是双向的就足够了。我不想对协议进行反向工程来解码数据。
虽然我的实验室有很好的设备,可以处理从直流到大约1 GHz的信号,但2.4 GHz超出了我的仪器的能力。在我意识到我把事情搞得过于复杂之前,我正在考虑到哪里可以借到频谱分析仪或混音器。如果人们只对发射信号的检测感兴趣,那么可以使用无线电工程非常早期的一个概念:包络检测器。这个想法在今天仍然适用。例如,在我在一家射频和微波工程研究所担任研究助理期间,我的同事开发了一种部分基于包络检测的24 GHz通信系统。
然而,我也没有一款昂贵而充满异国情调的毫米波探测器二极管。但后来我突然回想起小时候我是如何造了一台探测无线电的。在我的电子元器件抽屉里翻找,我很快就找到了这种探测无线电的关键部件:一个锗点接触二极管。与传统的硅二极管(大多数现代半导体器件的材料)相比,锗二极管具有较小的正向电压,因此对小信号具有更高的灵敏度。此外,微妙的点接触也有利于射频应用。有趣的是,这种类型的二极管至今仍在生产(例如1N60),售价低于1欧元。
尽管我曾经建造的探测无线电适用于千赫范围内的频率,但我的射频工程师“直觉”告诉我,这个古老的二极管应该也适用于2.4 GHz。因此,我将我的示波器连接到二极管上,并将其靠近无线鼠标的PC端加密狗。成功!我清楚地看到周期性的传输,甚至在鼠标没有移动的情况下也是如此。这已经回答了我的一个问题:交流实际上是双向的。
这个简单的二极管探测2.4 GHz信号的能力给我留下了深刻的印象。这可能是因为包括引线的二极管在这个频率上几乎有半个波长长,这使它成为一种临时制作的偶极天线。在下一个屏幕截图上,您可以看到PC端的加密狗(脉冲较大)和无线鼠标(较小的脉冲,因为它距离较远)。人们可以清楚地看到传输发生的频率。任务完成了!
请注意,二极管是宽带检测器。如果一个人想让它对某些频率比对其他频率更敏感,就需要增加一个谐振电路,通常是电感和电容器的组合-就像我小时候造的收音机一样。但事实上,探测器二极管可以用来与其他发射器进行实验。例如,考虑我的移动电话(在大约900 MHz的GSM模式下)。您可以看到传输信号按照GSM的预期以217 Hz的频率脉动:
附言:如果我启发你用锗二极管做更多的实验,看看这本旧的小册子:锗二极管的40种用途。
PPS:据推测,快速硅肖特基(!)。二极管也可以使用,因为它也有很小的正向电压。但对我来说,使用这个老式锗二极管更令人着迷。