超外差接收机

超外差接收机超外差接收机的概念超外差接收机因其采用了超外差接收方式而得名。所谓超外差方式就是在接收机中，本振信号和接收的外来信号在混频器中混频，产生一个调制规律与接收的外来信号相同的中频信号。超外差的基本形式（一）下变频式上变频式每种方式都可能进行一到三次变频，但通常接收机采用下变频经过一次变频即可完成，而采用上变频至少要经过两次变频。下变频结构特点：中频低于接收频率下变频式是超外差接收机的基本形式，几乎所有的家用娱乐电器和高性能的设备里都使用这种形式。上变频结构特点：中频高于接收频率使用上变换，是现代高性能宽带系统的一个发展方向。由于元器件（主要是宽带可调预选器）的重大进展，这种系统已可用于GHz频率范围。上下变频对比所要信号镜频所要信号镜频下变频小结优点：价格低廉，设备简单；信号频谱搬移到低于输入频率的情况下，可用一次变频方案来解决，这样可以简化信道接收机的结构。对于这种结构，只要在中频通道采用简单的滤波选择方式，就可以方便地实现良好的邻近信道的选择性。缺点：对于中频很低的接收机，镜像通道频率的位置与输入信号频率非常靠近，很难对镜像通道频率进行良好的抑制（尤其是对宽带信号）。因而对于低中频接收机，为了良好抑制镜像通道频率，一般对输入信号频率采用多次下变频结构。上变频小结优点：上变频方式可以大大改善镜像通道频率的抑制，减少寄生通道落入工作频段内的数目。这种结构对于输入信号频率较低或者宽带系统的接收机尤其适用。缺点：难以简单地对很高的中频进行足够的放大，需要向下进行一次或几次变频，同时每次变频都会有相应的镜像通道频率，即高阶镜频，故在变频器的输入端都要接入一个镜像抑制滤波器，以抑制各阶镜像通道频率信号，结构复杂。变频次数的选择目前应用最为广泛的超外差接收机普遍采用一次或二次（多次）变频将信号频率变换到中频上。一次变频结构简单，成本低，且避免了高阶镜像问题，但不能迅速适应频率变更；二次（多次）变频结构复杂，成本高，高阶镜像问题严重，因为接收机中的任一混频都将产生镜像频率，这对中频的选择和混频前滤波器的要求更为严格，但二次（多次）变频能迅速适应频率变更。对于数字中频接收机，中频的选择更受进行中频采样ADC的性能的制约。在工程实现中，还有一个制约中频选值的因素，那就是标准。仅管设计可能会给出某段范围的中频值，通常选用的一般是10.7MHz、30MHz、60MHz、70MHz、120MHz、160MHz、1000MHz、1500MHz等比较规范的值。中频的选择（二）为了满足中频带宽的需要，并且使中频部分的相对带宽不太大，希望中频应尽量取得高；为了使中频部分制作的难度下降，又希望中频取得比较低。为了避免对预选器有太高的选择性要求，变频比率在下变频接收机的第一变频中不应超过10或20比1。在很多情况下，中频选择最重要的是对混频寄生分量的控制。中频的选择（一）镜像与寄生信号（一）在混频过程中，由于电路的非线性，可能产生无数它们的组合频率分量，称为寄生响应。一般说来，N和M的绝对值越小，对应的频率分量的幅度就越大。lorifFFFrF当M＝N＝1时，（如RF信号和本地振荡信号加到混频器时在混频器的输出就产生了中频信号），这时方程为：对于给定的LO频率，就有两个频率值满足这个要求；如果一个信号是所需信号，另一个则为其镜像（镜频）。rloNFMF镜像与寄生信号（二）寄生分量的预测由于为一带宽信号，随着的变化，当M，N取不同的数值（在计算时可取N，M＝1～9），将会有寄生分量落入中频带内，对这些寄生分量的抑制成为滤波器设计、混频器设计甚至于中频选择及接收机结构选择时所必须认真考虑的问题。更为复杂的是本振还将有谐波、寄生（杂散）分量，也可能还有谐波和寄生分量存在，这样严格地解算所有可能出现的寄生分量将更为困难。lorifMFNFFNMFFFloifrrFrF为什么选择超外差结构？（一）超外差方式可以通过改变本振信号的频率很方便地实现无线接收机的调谐，同时保持中频信号的频率的不变，这可以说是超外差接收机众多优点的根本所在。1.固定中频有利于信号的放大。任何放大器都有其线性工作范围，很显然，线性工作范围越大其电路越复杂、设计制作难度越大、增益越低、噪声系数越大、成本越高，而且对于某些工作范围也许很难实现。对于宽带多信道接收机而言，接收机要接收的所有无线电信号的带宽很宽，而每个信道的带宽比较窄。如果直接对接收信号进行放大，需要放大器的线性工作范围很大，那么电路设计的难度很大而且成本上也很不合算。但是如果对中频信号进行放大，则对中频放大器的线性工作范围要求仅为一个信道的工作范围了，设计和实现起来就比较简单。2.固定中频有利于改善噪声性能。接收机的噪声性能和接收机的带宽密切相关的，接收机带宽越宽，进入接收机而不能被滤除的干扰和噪声越多，噪声性能越差。对于多信道接收机而言，接收机接收的无线电信号带宽很宽，如果仅对其进行滤波，则接收机的带宽为多个信道带宽之和。但采用固定中频之后，可以在中频对信号进行滤波，而中频滤波的带宽仅需为单个信道带宽，这样，接收机的带宽即为单个信道的带宽。所以超外差接收机的固定中频减小了接收机的带宽，从而改善了接收机的噪声性能。为什么选择超外差结构？（二）3.固定中频有利于接收机的模块化设计。电路的模块化设计是电路设计的发展趋势。通过采用固定中频，对于采用同样调制方式但位于不同频段的接收机，其后端的终端解调模块可以采用同一个模块。这样可以利用以前的设计成果，简化接收机的设计，提高工作效率，节省设计成本。为什么选择超外差结构？（三）除了上面提到的由于使用固定中频而带来的优点外，超外差接收机也因其信号工作频率变化而带来其它的优点：一般而言低频放大器的设计要比高频放大器的设计容易，采用低中频的接收机的可以将大部分增益放在中频；带通滤波器的相对带宽越宽，其设计难度越大，对于宽带接收机采用高中频（上变频）可以降低中频带通滤波器的相对带宽，降低滤波器设计难度；有些器件（如晶体滤波器、声表面波滤波器等）在特定的工作频率上综合性能更优，可以通过设计合适的中频来利用这些器件；对于高增益接收机而言，将其增益分配在不同的频段可以提高接收机电路的稳定性。为什么选择超外差结构？（四）