眾所周知，射頻電路按功能主要可以分為三部分，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和本地振蕩電路。對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，主要有三種，超外差接收機(jī)（heterodyne receiver）、零中頻接收機(jī)（homodyne receiver）和近零中頻接收機(jī)，這三種接收機(jī)可以說(shuō)各有優(yōu)缺點(diǎn)，那么在設(shè)計(jì)射頻接收機(jī)時(shí)到底應(yīng)該應(yīng)用哪一種呢？本文主要目的就是想根據(jù)我閱讀的一些文章文獻(xiàn)，對(duì)于題目中提到的三種接收機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用作一個(gè)總結(jié)歸納，以便將來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。

超外差式接收機(jī)（heterodyne receiver）：

優(yōu)點(diǎn)（benefits）：

1．超外差式接收機(jī)可以有很大的接收動(dòng)態(tài)范圍

2．超外差式接收機(jī)具有很高的鄰道選擇性（selectivity）和接收靈敏度（sensitivity）。一般超外差式接收機(jī)在混頻器前面會(huì)有一個(gè)預(yù)選射頻濾波器，在混頻器后面還會(huì)有一個(gè)中頻濾波器。這就使得它具有良好的選擇性，可以抑制很強(qiáng)的干擾。

3．超外差式接收機(jī)受I/Q信號(hào)不平衡度影響小，不需要復(fù)雜的直流消除電路。

缺點(diǎn)（drawback）：

1．由于超外差式接收機(jī)一般會(huì)用到一級(jí)或幾級(jí)中頻混頻所以電路會(huì)相對(duì)于零中頻接收機(jī)復(fù)雜且成本高集成度不高。

2．超外差式接收機(jī)會(huì)用到很多離散的濾波器，這些濾波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比較昂貴，而且體積較大，是的集成度不高，成本也較高。

3．超外差式接收機(jī)一般需要較高的功率消耗。

應(yīng)用：

相干檢測(cè)的方案中（QPSK、QAM）。

零中頻接收機(jī)（homodyne receiver）： 在窄帶應(yīng)用中，零中頻軟件無(wú)線電芯片已經(jīng)非常流行，其代表是ADI公司的AD9361

優(yōu)點(diǎn)（benefits）：

1．零中頻接收機(jī)可以說(shuō)是目前集成度最高的一種接受機(jī)，體積小，成本也很低，但是如果到了VHF頻段設(shè)計(jì)零中頻接收機(jī)將變得非常復(fù)雜、困難。因?yàn)轭l率越高，IQ解調(diào)器所用到的本振很難做到正交，頻率也很難做到很準(zhǔn)確，一個(gè)解決辦法就是增加AFC電路，自動(dòng)控制本振頻率。

2．功率消耗較低。

3．不需要鏡像頻率抑制濾波器，同樣減小了體積和成本。

缺點(diǎn)（drawback）：

1．由于信道選擇性完全是在基帶有源低通濾波器實(shí)現(xiàn)的，所以諸如大的動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲和良好的線性度這些指標(biāo)要求使得有源低通濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)非常困難。

2．需要直流消除電路。由本振自混頻（self-mix）和強(qiáng)干擾信號(hào)自混頻在基帶產(chǎn)生的直流電壓會(huì)惡化接收信號(hào)，需要用到直流消除技術(shù)。如果不應(yīng)用直流消除技術(shù)，這種方案就只能用在沒(méi)有直流成分的調(diào)制方案中（比如：NC-FSK）。

3．因?yàn)榱阒蓄l接收機(jī)的載波是在射頻頻段，這樣載波恢復(fù)變得很困難，只能用在非相干檢測(cè)方案中。

4．零中頻接收機(jī)對(duì)于I/Q不平衡度很敏感，用離散器件實(shí)現(xiàn)的I/Q調(diào)制器很難保證良好的I/Q平衡度。

應(yīng)用：

沒(méi)有直流成分的非相干解調(diào)方案中（NC-FSK）。

近零中頻接收機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：

1．近零中頻接收機(jī)把射頻信號(hào)下變頻到接近于直流的低頻信號(hào)，這樣就避免了直流成分對(duì)信號(hào)的影響。

2．近零中頻接收機(jī)相對(duì)于零中頻接收機(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)載波恢復(fù)。

3．近零中頻接收機(jī)還具有零中頻接收機(jī)的集成度高體積小的優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：

1．近零中頻接收機(jī)還是I/Q不平衡度很敏感。

2．近零中頻接收機(jī)像超外差接收機(jī)一樣需要考慮鏡像頻率的抑制的問(wèn)題。

應(yīng)用：

頻譜在直流附近的線性調(diào)制方案（GMSK）。

附錄：

發(fā)射機(jī)的分類和比較：

發(fā)射機(jī)完成IQ調(diào)制、上變頻和功率放大的功能，主要分為兩種，一種是直接變頻發(fā)射機(jī)，另一種是兩次間接變頻發(fā)射機(jī)。這兩種發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)可以參考附圖。

直接變頻發(fā)射機(jī)載波頻率和本振頻率相同。

首先，正交上變頻器不能完全抑制本振信號(hào)，也就是“本振泄漏”。這種殘余在發(fā)射頻譜上的本振信號(hào)對(duì)于其他接收機(jī)就是干擾信號(hào)。

由于功率放大器和本振電路之間的屏蔽效果有限，功放的大信號(hào)會(huì)破壞本振信號(hào)的頻譜。

根據(jù)下變頻器的特點(diǎn)，接收機(jī)可以分為中頻接收機(jī)和零中頻接收機(jī)兩類。中頻接收機(jī)是指射頻信號(hào)從天線收下來(lái)之后，經(jīng)過(guò)前置濾波器和低噪放，送混頻器，這個(gè)本振的頻率為小于載波中心頻率的某個(gè)值，設(shè)載波頻率為fc，本振頻率為fL，則差頻fc-fL稱作中頻fi。根據(jù)中頻的大小，再經(jīng)過(guò)一次或多次下變頻之后得到基帶信號(hào)進(jìn)行后續(xù)的解調(diào)，譯碼等基帶處理。而零中頻接收機(jī)，顧名思義，中頻fi等于零，即本振頻率fL=fc，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一次下變頻就得到了基帶信號(hào)。

兩種接收機(jī)結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，首先說(shuō)說(shuō)中頻接收機(jī)。中頻接收機(jī)的主要缺點(diǎn)就是鏡頻干擾，根據(jù)上面的頻率假設(shè)，如果以fc為中心頻率的是需要的信號(hào)，那么鏡頻干擾出現(xiàn)在中心頻率為fimg=fc-2fi處。為了抑制鏡頻干擾，需要在很高的頻率上使用品質(zhì)因數(shù)要求很高的帶通濾波器，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)的難度及成本，更為重要的是使得這個(gè)濾波器難以集成在片上，所以實(shí)際中這部分電路多在外圍實(shí)現(xiàn)。另外，在中頻放大器之后往往還需要信道選擇的帶通濾波，這個(gè)濾波器同樣需要很高的品質(zhì)因數(shù)。除此之外，由于模擬濾波器的設(shè)計(jì)不是非常靈活，所以對(duì)于多波段的接收機(jī)來(lái)說(shuō)，由于射頻的中心頻率會(huì)發(fā)生變化，可能要求接收中頻可變，這更增加了濾波器設(shè)計(jì)的難度。中頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是直流分量造成的影響不如零中頻那么嚴(yán)重，因?yàn)橛袔V波器，可以部分的抑制直流分量。此外，載波牽引的問(wèn)題也較輕，因?yàn)橹蓄l混頻器的射頻輸入和本振頻率不等，差值等于中頻頻率。

再說(shuō)說(shuō)零中頻接收機(jī)，零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，很明顯，只有一步下變頻，而且不需要中頻濾波器，基帶濾波器設(shè)計(jì)比那個(gè)高頻率的帶通濾波器要簡(jiǎn)單許多。更重要的是，零中頻接收機(jī)可以很方便的集成在單芯片上。有些文獻(xiàn)中說(shuō)零中頻接收機(jī)沒(méi)有鏡頻干擾，其實(shí)這種說(shuō)法嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是不對(duì)的。對(duì)于正交調(diào)制來(lái)說(shuō)，其I/Q兩路上是獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，這就意味著基帶頻譜的正/負(fù)邊帶上都含有信息（頻譜不對(duì)稱）。很顯然零中頻接收機(jī)也存在鏡頻干擾，只不過(guò)這個(gè)干擾就是它自己。為了解決這個(gè)干擾，要求接收機(jī)采用I/Q兩路混頻，這樣可以抵消一個(gè)邊帶，但是這只是理論上。實(shí)際中只要I/Q兩路混頻器存在失配，就必然會(huì)帶來(lái)鏡頻干擾。此外，零中頻接收機(jī)存在直流分量的問(wèn)題，由于本振和射頻信號(hào)之間的串?dāng)_，會(huì)出現(xiàn)本振的自調(diào)，從而產(chǎn)生直流分量，另外射頻信號(hào)直接也可能存在自調(diào)，產(chǎn)生直流分量。最后，由于本振的頻率和射頻信號(hào)中心頻率相等，載波牽引會(huì)相對(duì)嚴(yán)重。

注：有幾個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明：

1.直流分量有什么害處？

答：直流分量會(huì)導(dǎo)致A/D的低幾比特失效（被直流分量淹沒(méi)）。解決辦法有兩種，要么在A/D采樣之前利用模擬電路進(jìn)行補(bǔ)償，要么在采樣后在數(shù)字域進(jìn)行去DC。

2.載波牽引是怎么回事？

答：當(dāng)本振頻率（一般由鎖相環(huán)提供）與射頻信號(hào)載波頻率接近時(shí)，較大功率的射頻信號(hào)會(huì)牽引鎖相環(huán)提供的本振頻率偏離標(biāo)稱的鎖定頻率。