超外差接收機(jī)

1、超外差接收機(jī) 超外差接收機(jī)的概念 超外差接收機(jī)因其采用了超外差接收方式而得 名。所謂超外差方式就是在接收機(jī)中，本振信號(hào)和 接收的外來(lái)信號(hào)在混頻器中混頻，產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制規(guī) 律與接收的外來(lái)信號(hào)相同的中頻信號(hào)。 超外差的基本形式（一） p 下變頻式下變頻式 p 上變頻式上變頻式 每種方式都可能進(jìn)行一到三次變頻，但通常接收機(jī) 采用下變頻經(jīng)過(guò)一次變頻即可完成，而采用上變頻至 少要經(jīng)過(guò)兩次變頻。 下變頻結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：中頻低于接收頻率特點(diǎn)：中頻低于接收頻率 下變頻式是超外差接收機(jī)的基本形式，幾乎所 有的家用娛樂(lè)電器和高性能的設(shè)備里都使用這種 形式。 上變頻結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：中頻高于接收頻率特點(diǎn)：中頻高于接收頻率 使用

2、上變換，是現(xiàn)代高性能寬帶系統(tǒng)寬帶系統(tǒng)的一個(gè)發(fā) 展方向。由于元器件（主要是寬帶可調(diào)預(yù)選器）的 重大進(jìn)展，這種系統(tǒng)已可用于GHz頻率范圍。 上下變頻對(duì)比 所要所要 信號(hào)信號(hào) 鏡鏡 頻頻 所要所要 信號(hào)信號(hào) 鏡鏡 頻頻 下變頻小結(jié) p優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： n價(jià)格低廉，設(shè)備簡(jiǎn)單； n信號(hào)頻譜搬移到低于輸入頻率的情況下，可用一次變頻可用一次變頻 方案來(lái)解決方案來(lái)解決，這樣可以簡(jiǎn)化信道接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于這 種結(jié)構(gòu)，只要在中頻通道采用簡(jiǎn)單的濾波選擇方式，就只要在中頻通道采用簡(jiǎn)單的濾波選擇方式，就 可以方便地實(shí)現(xiàn)良好的鄰近信道的選擇性可以方便地實(shí)現(xiàn)良好的鄰近信道的選擇性。 p缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： n對(duì)于中頻很低的接收機(jī)，鏡像通

3、道頻率的位置與輸入信 號(hào)頻率非?？拷?，很難對(duì)鏡像通道頻率進(jìn)行良好的抑制 （尤其是對(duì)寬帶信號(hào)）尤其是對(duì)寬帶信號(hào)）。因而對(duì)于低中頻接收機(jī)，為了 良好抑制鏡像通道頻率，一般對(duì)輸入信號(hào)頻率采用多次 下變頻結(jié)構(gòu)。 上變頻小結(jié) p優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： n上變頻方式可以大大改善鏡像通道頻率的抑制大大改善鏡像通道頻率的抑制，減少 寄生通道落入工作頻段內(nèi)的數(shù)目。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于輸入 信號(hào)頻率較低或者寬帶系統(tǒng)的接收機(jī)尤其適用。 p缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： n難以簡(jiǎn)單地對(duì)很高的中頻進(jìn)行足夠的放大，需要向下 進(jìn)行一次或幾次變頻，同時(shí)每次變頻都會(huì)有相應(yīng)的鏡 像通道頻率，即高階鏡頻高階鏡頻，故在變頻器的輸入端都要 接入一個(gè)鏡像抑制濾波器，以抑制各

4、階鏡像通道頻率 信號(hào)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 變頻次數(shù)的選擇 目前應(yīng)用最為廣泛的超外差接收機(jī)普遍采用一 次或二次（多次）變頻將信號(hào)頻率變換到中頻上。 p一次變頻一次變頻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且避免了高階鏡像 問(wèn)題，但不能迅速適應(yīng)頻率變更； p 二次（多次）變頻二次（多次）變頻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，高階鏡像 問(wèn)題嚴(yán)重，因?yàn)榻邮諜C(jī)中的任一混頻都將產(chǎn)生鏡 像頻率，這對(duì)中頻的選擇和混頻前濾波器的要求 更為嚴(yán)格，但二次（多次）變頻能迅速適應(yīng)頻率二次（多次）變頻能迅速適應(yīng)頻率 變更。變更。 p對(duì)于數(shù)字中頻接收機(jī)，對(duì)于數(shù)字中頻接收機(jī)，中頻的選擇更受進(jìn)行中頻 采樣ADCADC的性能的性能的制約。 p在工程實(shí)現(xiàn)中，還有一個(gè)制約中頻

5、選值的因素， 那就是標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。僅管設(shè)計(jì)可能會(huì)給出某段范圍的中 頻值，通常選用的一般是10.7MHz、30MHz、60MHz、 70MHz、120MHz、160MHz、1000MHz、1500MHz等比 較規(guī)范的值。 中頻的選擇（二） p為了滿(mǎn)足中頻帶寬的需要，并且使中頻部分的相 對(duì)帶寬不太大，希望中頻應(yīng)盡量取得高； p為了使中頻部分制作的難度下降，又希望中頻取 得比較低。 p為了避免對(duì)預(yù)選器有太高的選擇性要求，變頻比 率在下變頻接收機(jī)的第一變頻中不應(yīng)超過(guò)10或20 比1。 p在很多情況下，中頻選擇最重要的是對(duì)混頻寄生寄生 分量分量的控制。 中頻的選擇（一） 鏡像與寄生信號(hào)（一） 在混頻過(guò)程中，

6、由于電路的非線(xiàn)性，可能產(chǎn)生無(wú)數(shù)它 們的組合頻率分量，稱(chēng)為寄生響應(yīng)寄生響應(yīng)。一般說(shuō)來(lái)，N和M的絕 對(duì)值越小，對(duì)應(yīng)的頻率分量的幅度就越大。 lorif FFF r F 當(dāng)MN1時(shí)，（如RF信號(hào)和本地振蕩信號(hào)加到混頻 器時(shí)在混頻器的輸出就產(chǎn)生了中頻信號(hào)），這時(shí)方程為： 對(duì)于給定的LO頻率，就有兩個(gè) 頻率值滿(mǎn)足這個(gè)要求； 如果一個(gè)信號(hào)是所需信號(hào)，另一個(gè)則為其鏡像（鏡頻）鏡像（鏡頻）。 rlo NFMF 鏡像與寄生信號(hào)（二） 寄生分量的預(yù)測(cè)寄生分量的預(yù)測(cè) 由于 為一帶寬信號(hào)，隨著 的變化，當(dāng)M，N取不同的 數(shù)值（在計(jì)算時(shí)可取N，M19），將會(huì)有寄生分量落入 中頻帶內(nèi)，對(duì)這些寄生分量的抑制成為濾波器設(shè)計(jì)、

7、混頻 器設(shè)計(jì)甚至于中頻選擇及接收機(jī)結(jié)構(gòu)選擇時(shí)所必須認(rèn)真考 慮的問(wèn)題。 更為復(fù)雜的是本振還將有諧波、寄生（雜散）分量，也 可能還有諧波和寄生分量存在，這樣嚴(yán)格地解算所有可能 出現(xiàn)的寄生分量將更為困難。 lorif MFNFF N MFF F loif r r F r F 為什么選擇超外差結(jié)構(gòu)？（一） 超外差方式可以通過(guò)改變本振信號(hào)的頻率很方便地實(shí) 現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接收機(jī)的調(diào)諧，同時(shí)保持中頻信號(hào)的頻率的不變保持中頻信號(hào)的頻率的不變， 這可以說(shuō)是超外差接收機(jī)眾多優(yōu)點(diǎn)的根本所在。 p1.1.固定中頻有利于信號(hào)的放大。固定中頻有利于信號(hào)的放大。 任何放大器都有其線(xiàn)性工作范圍，很顯然，線(xiàn)性工作 范圍越大其電路越復(fù)雜

8、、設(shè)計(jì)制作難度越大、增益越低、 噪聲系數(shù)越大、成本越高，而且對(duì)于某些工作范圍也許很 難實(shí)現(xiàn)。對(duì)于寬帶多信道接收機(jī)而言，接收機(jī)要接收的所 有無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的帶寬很寬，而每個(gè)信道的帶寬比較窄。如 果直接對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，需要放大器的線(xiàn)性工作范圍 很大，那么電路設(shè)計(jì)的難度很大而且成本上也很不合算。 但是如果對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行放大，則對(duì)中頻放大器的線(xiàn)性工 作范圍要求僅為一個(gè)信道的工作范圍了，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)起來(lái) 就比較簡(jiǎn)單。 p2.2.固定中頻有利于改善噪聲性能。固定中頻有利于改善噪聲性能。 接收機(jī)的噪聲性能和接收機(jī)的帶寬密切相關(guān)的，接收 機(jī)帶寬越寬，進(jìn)入接收機(jī)而不能被濾除的干擾和噪聲越 多，噪聲性能越差。對(duì)于多

9、信道接收機(jī)而言，接收機(jī)接 收的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)帶寬很寬，如果僅對(duì)其進(jìn)行濾波，則接 收機(jī)的帶寬為多個(gè)信道帶寬之和。但采用固定中頻之后， 可以在中頻對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，而中頻濾波的帶寬僅需為 單個(gè)信道帶寬，這樣，接收機(jī)的帶寬即為單個(gè)信道的帶 寬。所以超外差接收機(jī)的固定中頻減小了接收機(jī)的帶寬， 從而改善了接收機(jī)的噪聲性能。 為什么選擇超外差結(jié)構(gòu)？（二） p3.3.固定中頻有利于接收機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)。固定中頻有利于接收機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)。 電路的模塊化設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)采 用固定中頻，對(duì)于采用同樣調(diào)制方式但位于不同頻段的 接收機(jī)，其后端的終端解調(diào)模塊可以采用同一個(gè)模塊。 這樣可以利用以前的設(shè)計(jì)成果，簡(jiǎn)化接收機(jī)的設(shè)計(jì)，提 高工作效率，節(jié)省設(shè)計(jì)成本。 為什么選擇超外差結(jié)構(gòu)？（三） 除了上面提到的由于使用固定中頻而帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)外， 超外差接收機(jī)也因其信號(hào)工作頻率變化而帶來(lái)其它的優(yōu)點(diǎn)： p一般而言低頻放大器的設(shè)計(jì)要比高頻放大器的設(shè)計(jì)容易， 采用低中頻的接收機(jī)的可以將大部分增益放在中頻； p帶通濾波器的相對(duì)帶寬越寬，其設(shè)計(jì)難度越大，對(duì)于寬帶 接收機(jī)采用高