RF概念——超外差接收机与零中频接收机

王浩然

在无线电接收系统中，有两种主要的架构：超外差式接收机和零中频接收机，两种接收机都可以将调制RF信号转换为基带I/Q信号。

外差接收器
在外差接收机中，调制的RF信号经过一个混频器将射频信号转换为中频信号，然后中频信号进入I/Q解调器，将调制的中频信号解调为基带信号。

图1

在超外差接收机中，一般需要两级混频才能将调制的RF信号转换到中频。第一级混频将RF信号转换为高中频信号，第二级混频将高中频信号转换为低中频信号，然后该信号进入I/Q解调器，将调制的中频信号解调为基带信号。

图2

超外差接收器的优点
它将高频信号转换为低频信号，因此所有处理都在低频下进行，在较低频率进行信号处理的成本会低。
与RF信号相比，很容易对中频信号进行滤波。
与零差接收器架构相比，它具有更高的灵敏度。
外差使用了单级转换，而超外差使用了双级转换，这种方式解决了使用单级转换时可能出现的中频信号混叠现象。
超外差接收器的缺点
需要额外增加本地振荡器和RF混频器将信号从RF转换为IF，这增加了整个接收器的成本。
此外，还需要滤波器来消除本振泄漏和不希望的频率分量，以防止产生镜像频率，这也增加了接收机的成本和复杂性。
零中频接收机
在零中频接收机中，我们不需要任何射频混频器。射频调制信号直接在I/Q解调其中被转换到基带。

图3

下图描述了典型的I/Q解调器电路，该电路几乎在所有调制解调器中使用，它将调制的IF/RF信号转换为零频率的基带信号。为此需要选择合适的频率f0，其中W0 = 2*pi*f0，f0与载波信号频率相同。

图4

图3和图4描述了零中频接收机的原理。信号首先进入LNA中放大，之后直接进入I/Q解调器将信号转换为基带（即直流信号）。如果RF频率信号和LO频率信号相等，则该电路用作鉴相器。换句话说，如果LO与输入的载波频率信号同相同步，则该接收器称为零中频接收机。

使用正交下变频可获得来自调制I/Q信号的最大信息。如图4所示，首先将调制信号分成两个通道，这两个信号分别乘以A * sin（w0 * t）和A * cos（w0 * t），结果为I、Q的复信号（I + j * Q），该矢量信号的幅度为sqrt（I 2 + Q 2），相位为tan -1（Q / I）。

零中频接收器的优点
它使用与发射RF频率相同的LO频率，因此，这是一个非常简单的体系结构。
不像外差式接收器架构，它不需要额外的LO，混频器和滤波器之类的组件，因此，零差接收机的成本比外差接收机的成本低。
零中频接收器的缺点
零中频接收机容易遭受LO泄漏的影响，在实际工程中该值应尽可能的低。

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