无线通信接收机

结构：

1. 超外差接收机
2. 直接下变频接收机(零中频接收机)
3. 低中频接收机

性能指标：

1. 高增益；
2. 频率选择性；
3. 隔离度；
4. 灵敏度；
5. 阻塞和杂散响应抑制；
6. 互调分量抑制；
7. 邻道干扰抑制；
8. 杂散辐射抑制；

符号说明如图所示：

超外差接收机

大致工作过程：从天线接收的信号经过一个射频带通滤波器，滤去带外干扰并压缩镜像信号后，经低噪声放大器(LNA)线性放大，放大后的信号和本地振荡信号进行混频、下变频为一固定中频信号，再通过滤波、中频放大后，提取出有用信号进行解调。

选用超外差接收机需考虑以下三方面：

• 接收机的频带选择和信道选择特性：

信号中频比载频低得多，在中频实现对有用信道得选择要比载频更容易。

• 接收机的高增益特性；

接收机从天线上接收到的信号很微弱，一般为 -120~-100dBm。如此微弱的信号要放大到解调器可以解调或A/D变换器可以工作的电平，通常需要放大100dB以上。为了避免发生振荡，通常要求放大器在一个频带内的增益不超过 60dB，超外差式接收机可以将接收机的总增益分散到射频、中频和基带三个频段上，载频降为中频后，在固定中频上设计窄带的高增益放大器相对容易，而且比在载波频段上的高增益放大器更稳定。

• 接收机的固定中频特性：

在较低的固定中频上进行解调或A/D变换相对容易，要得到可中频信号需要频率可变的本振源，该本振源一般用频率综合器实现。

单次变频超外差式接收机

镜像信号：指与有用射频信号关于本振频率对称的信号，其与有用信号的频率差等于两倍中频频率。

干扰分析：

1. 组合频率干扰：由于下变频的非线性效应，产生众多组合干扰频率，通常把这些组合频率引起的干扰称为寄生通道干扰。

组合频率引起的寄生通道干扰

图中可看出，下变频器的非线性特性将使有用信号 omega_{RF} ,本振信号 omega_{LO} 及混杂的干扰信号(图中为 omega_{1}, omega_{2} )产生组合频率。当 left| omega_{LO} – (2omega_{2} – omega_{1}) right| 落入信号带宽内时，将形成三阶互调干扰。

2. 镜像频率干扰：镜像频率干扰是最常见和最突出的寄生通道干扰，低本振时，镜像频率可表示为 omega = omega_{LO} – omega_{IF} , 高本振时，可表示为 omega = omega_{LO} + omega_{IF} ，由下图所示：

镜像“镜频干扰”的产生

由图可知，消除镜像频率干扰最简单的方法是阻止镜像频率信号进入下变频。在射频中要达到这么窄的频率选择性和高的带外衰减，对滤波器要求极高。

3. 相邻信道干扰：要将下变频后的有用信号从相邻信道的干扰信号中分离，中频滤波器要求具有高Q值和大阶数(8或10阶)。通常用声表面波滤波器或晶体滤波器实现。

中频选择：

增大中频频率，可以更加有效的衰减镜像频率信号。(使镜像频率远离有用信号，利于抑制镜像频率干扰和提高输出中频的信噪比。)。但高中频使具有相同Q值得中频滤波器得绝对带宽变大，而降低对相邻信道得抑制能力，即降低了接收机得信道选择性。

因此中频的选择考虑的是“灵敏度”和“选择性”这一对矛盾的折中。

二次变频超外差接收机：

二次变频超外差接收机结构图

因中频选择中的矛盾，出现二次变频超外差接收机。

其中第一中频采用高中频值，以抑制镜像频率干扰；第二中频采用低中频值，以便于解调或进行A/D转换。

优点：电路结构形式简单，性能稳定。

缺点：需要较多的分立元件，并且需要和很多高频滤波器进行阻抗匹配。

注：因采用了多次混频，系统内的频率成分较多，需要仔细制定整个接收机系统内部的频率规划。

直接下变频接收机(零中频接收机)

特点：本振频率等于载频，中频 omega_{IF} = 0 ,即不存在镜像频率(无镜像干扰)

结构：如图所示

零中频接收机结构图

优点：结构简单，面积小，功耗低，易于集成。

难解决的问题：

1. I、Q 支路不匹配
2. 本振泄露
3. LNA偶次谐波失真干扰
4. 直流失调

本振信号与接收端载波信号的频率相同，会造成本振信号泄漏到接收机的输入端，而形成本振信号的自混频，产生较大的直流失调。

常用的消除直流失调的方法：在基带电路中将直流失调量预先存储，然后将其反馈回模拟信号通路进行相减，从而消除直流失调。

低中频接收机

结构：

低中频接收机结构图

特点：通过正交下变频器来抑制镜像信号，与零中频接收机不同的是，下变频后的信号处于一比较低的中频信号，不再处于基带，这样就可以消除直流失调和散射噪声。

问题：接收机中镜像频率信号不再与有用信号互为镜像，镜像信号的能量与有用信号相比是不可预知的，提高了对镜像信号抑制的要求。

镜频抑制接收机：(解决了镜像抑制滤波器难以集成的问题)

• Hartley结构

• Weaver结构

在完全理想的情况下，这两种接收机可以完全消除镜像频率干扰。实际电路中，只要两个支路幅度基本一致，且相位满足要求，就可以对镜频干扰有很好的抑制度，能较大的提高接收机的灵敏度。

数字中频接收机

结构：

数字中频接收机结构图

特点：将二次变频超外差接收机中的第二次混频和滤波数字化，可得数字中频接收机

与传统二次变频超外差接收机的区别：

1. 第一次混频后的信号经过放大，直接进行模数转换；
2. 采用两个正交的数字正弦信号做本振；
3. 采用数字相乘和滤波后得基带信号；

优点：

1. 避免了 I 和 Q 之间得不平衡；
2. 实现了完美的镜像干扰抑制；

难点：对A/D转换器的速度、分辨率、噪声性能、线性度和带宽等方面的性能要求很高。

无线通信发射机

主要功能：通过调制、上变频、功率放大和滤波来完成基带信号到射频信号的转换。

性能指标：

1. 平均载频输出功率；
2. 射频功率控制；
3. 射频输出频谱；
4. 杂散辐射；
5. 互调衰减；

结构：

1、直接变换

直接变换法结构图

直接变换法结构简单，但容易发生频率牵引，由于功率放大后发射信号的中心频率为本振频率，这个强信号泄露或反射回来会牵引本振频率。因此可改进为下图所示结构

如图所示，它由两个较低的本振频率 omega_{1} 和 omega_{2} 合成为 omega_{1} + omega_{2} ,以该频率作为载频，因发射频率和本振频率相差很远，不易发生强信号对本振频率的牵引。

2、两步变换

两步变化法结构图

注：本文只列出了主要使用的接收机种类的部分原理与优缺点。详细原理可自行查询或等待后期更新阐述。