射频基础：三种接收机的介绍

射频电路按功能主要可以分为三部分，发射机、接收机和本地振荡电路。对于接收机来说，主要有三种，超外差接收机、零中频接收机和低中频接收机，这三种接收机可以说各有优缺点，那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢？

超外差接收机自从1917首次出现以来一直作为接收机设计的主要结构。直到2000，出现了零中频接收机，这种接收机结构适合完全集成实现。

 所示为单级混频的超外差结构，混频器利用本振信号将RF信号下变频到IF频率。超外差结构由以下模块组成：输入带通滤波器，低噪声放大器，镜像抑制滤波器，混频器，中频滤波器，AD。

输入带通滤波器通常用于抑制带外干扰信号，防止带外强干扰信号阻塞低噪声放大器。通常输入带通滤波器带宽比较宽，由多个信道组成。镜像滤波器用于抑制镜像频率，关于镜像滤波器我们下面会做详细介绍。混频之后的IF带通滤波器决定了接收机的通道选择性，用于抑制邻道信号功率，同时IF带通滤波器也通常作为AD前端的抗混叠滤波器。优点： 1. 超外差式接收机可以有很大的接收动态范围 2. 超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。 3. 超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。 缺点： 1. 由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。 2. 超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。 3. 超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。 应用：          相干检测的方案中(QPSK、QAM)

超外差接收机需要解决的主要问题就是镜像频率抑制问题。而零中频接收机通过将信号直接转换到基带(0Hz)，从而克服了镜像抑制问题。其结构如下：

零中频接收机本振频率(LO)和射频信号频率(RF)相等，镜像频率也就是信号频率本身。不存在镜像频率干扰的问题，原超外差接收机结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器都可以省略。这样一方面取消外部元件，有利于系统的单芯片实现。

优点： 1. 零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。 2. 功率消耗较低。 3. 不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。 缺点： 1. 由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的，所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。 2. 需要直流消除电路。由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号，需要用到直流消除技术。如果不应用直流消除技术，这种方案就只能用在没有直流成分的调制方案中(比如：NC-FSK)。 3. 因为零中频接收机的载波是在射频频段，这样载波恢复变得很困难，只能用在非相干检测方案中。 4. 零中频接收机对于I/Q不平衡度很敏感，用离散器件实现的I/Q调制器很难保证良好的I/Q平衡度。 应用：         没有直流成分的非相干解调方案中(NC-FSK)。 

低中频接收机尝试解决零中频接收机的直流偏置及flicker噪声问题，但同时保持零中频接收机的高集成性。很多无线标准要求邻道干扰的抑制度相对于其他信道的干扰要相对较弱。低中频接收机充分利用这样的规定，选择合适的中频频率将邻道信号作为其镜像信号。 

优点： 1. 近零中频接收机把射频信号下变频到接近于直流的低频信号，这样就避免了直流成分对信号的影响。 2. 近零中频接收机相对于零中频接收机比较容易实现载波恢复。 3. 近零中频接收机还具有零中频接收机的集成度高体积小的优点。 缺点： 1. 近零中频接收机还是I/Q不平衡度很敏感。 2. 近零中频接收机像超外差接收机一样需要考虑镜像频率的抑制的问题。 应用：         频谱在直流附近的线性调制方案(GMSK)。