让 ESP32 的 SDR 跑在别的频段：自制变频器指南

过去几周硬件黑客圈最令人兴奋的消息，莫过于乐鑫 ESP32 上那颗 Wi-Fi 射频被挖出了隐藏的 SDR 功能。它既能收也能发，而且考虑到这个玩法才刚起步，后面大概率还有更多惊喜。

不过有个小问题：尽管有人猜测它或许能被拉到更低的频率，但就目前所知，这套 SDR 只在 Wi-Fi 频段附近被验证可用。实际范围可能更宽，我们姑且按 2.4GHz 器件来算——也就是从 2.4GHz 到 2.5GHz 这 100MHz 的窗口。这个窗口里可玩的东西已经不少，甚至可能下探到 1.8GHz，但如果能让它在频谱的其他位置工作，想象空间会大得多。于是，是时候聊聊变频器（converter）了——一种久经考验的、让电台换频段工作的老办法。

来自模拟接收机的启示

把两个频率混在一起会发生什么，想必多数人都不陌生：输出频谱里同时出现它们的和与差。这正是当年模拟收音机和电视机调谐旋钮背后的机制——旋钮带动一个振荡器，一个谐振在中频上的灵敏电路负责滤出振荡器与目标电台之间的差频。几年前我们曾深入拆解过模拟 UHF 电视调谐器这个黑客乐园，当时对这套原理做过详细剖析。

变频器用的正是同一套原理。天线端的频率范围与一个固定振荡器的输出混频，振荡器频率被选定为：两者之差恰好落在你的电台能接收的频段里。这样一来，调谐电台就等于在混频器输出的频段上扫动，也就等价于扫描天线端的频率范围。举个具体的数字：如果 ESP32 能接收 2.4GHz 到 2.5GHz，那么在它输入端接一个混频器、本振放在 2GHz，ESP32 的接收机就能收到 400MHz 到 500MHz 这一段。实际电路在输入和输出两端都需要滤波器，防止带外信号跑到不该去的地方，但原理就是这么简单。最好的是，只要把功率和放大处理好，发射端同样适用，这种设备就叫收发变频器（transverter）。

做一个能落地的接收变频器

那么一个实用的变频器需要什么？输入滤波器、混频器、输出滤波器，再加一个本振。滤波器往往是现成货，不必太贵；混频器可以简单到一颗高速肖特基二极管；本振在这种情况下甚至可以是另一片 ESP32——它就是这么便宜。你愿意的话还能加上放大器。下面要描述的算是个有点粗野的接收变频器，但它确实能工作。

滤波器

多数情况下，这种变频器是为了接收比 ESP32 频段更低的信号，所以我们假定你关注的是从 HF 一直到 VHF 的范围。输入滤波器需要挡住高于你最高输入频率的一切，并阻止本振泄漏窜到天线上——多数人一眼就能认出这是个低通滤波器。市面上的成品要花钱，但自己做并不难。

最常见的低通滤波器常被称为 Pi 网络，因为它的电路看起来像希腊字母 π：信号路径上一个电感，两端各有一个对地电容。懂数学的话你可以自己算元件值，不懂也没关系，网上有一堆 Pi 网络计算器可以帮忙。在这个频率上搭一个 Pi 网络是相当直接的。

输出滤波器要做的，是尽可能压制本振频率、让 ESP32 的接收范围通过。这里运气不错：Wi-Fi 硬件产业恰好需要这类滤波器，所以可以在 Mouser 或 Digi-Key 上便宜买到。我不打算指定具体型号，但可以推荐去看看 TDK 的 Wi-Fi 滤波器产品线，挑一个带宽合适的即可。

本振

要让 ESP32 工作在低得多的频率上，你的本振大概会在 2GHz 上下或更高。过去人们会用晶体振荡器加倍频电路；你也可以买昂贵的 PLL 振荡模块；但最简单、大概也最便宜的做法，是再用一片 ESP32——既然它现在能当 SDR 发射机用。把它编成在目标频率上输出单一载波，把输出电平调低，你就得到了一个一两美元级别的 2GHz 本振。

混频器

同样，你也可以买现成的混频器模块，但输出频率到 2.4GHz 的那种会很贵。好在有一个简单电路就能胜任：把二极管当作非线性元件，同时馈入天线信号和本振信号。在这个频率上，你要找的是尽可能快、结电容尽可能小的肖特基小信号二极管，而这类器件多家厂商都有，价格是分级别的而不是美元级别。基本电路如下图所示，可以看到相当简单。

上图中，二极管就是那颗肖特基器件，输入的 低通滤波器没有画出来，输出端用的是现成的 Wi-Fi 带通滤波器。那两条粗线代表一条带状线耦合器，说白了就是在接地平面上并排走的两条 PCB 走线。理想情况下，它们的尺寸应该按正确的阻抗（通常是 50 欧姆，也就是 R1 的取值）来计算，但实际操作中，最土的办法往往也能work。用 ESP32 当本振的话，我斗胆猜一句：把走线布在模块天线正下方的 PCB 上，并把功率调低，可能就够了。这或许会招来同行的白眼，但我在射频糙改这件事上历史战绩不短，我觉得这招也许真能行。

让它也能发射

同样的技术可以把 ESP32 的发射输出搬到目标频率上，但有个陷阱：哪怕 ESP32 的输出不算大，也足以损坏或过载那些为接收而设计的器件。于是你有两个选择：要么换成适合发射用的器件，要么把功率调到很低，在更低的频率上再放大。

到这里，你该能糙改出一个变频器了

上面这些并不是一份拿来就能用的接收变频器设计，但它应该能给你足够的路标，让你自己走到终点。人们为 RTL-SDR 做变频器已经很多年了，你也可以从那里顺手牵羊找找灵感。如果你做出了一个下变频器，不管是用于接收、发射还是两者兼顾，都欢迎告诉我们！

大约十年前的一场超级会议上，有过一个关于射频搭建技巧的演讲，能帮你省下大量痛苦；运气好的话，这样一个简单电路应该在你的能力范围之内。祝你好运。