眾所周知，射頻電路按功能主要可以分為三部分，發(fā)射機、接收機和本地振蕩電路。對于接收機來說，主要有三種，超外差接收機（heterodyne receiver）、零中頻接收機（homodyne receiver）和近零中頻接收機，這三種接收機可以說各有優(yōu)缺點，那么在設(shè)計射頻接收機時到底應(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，對于題目中提到的三種接收機的優(yōu)缺點及應(yīng)用作一個總結(jié)歸納，以便將來設(shè)計時應(yīng)用。

超外差式接收機（heterodyne receiver）：

優(yōu)點（benefits）：

1．超外差式接收機可以有很大的接收動態(tài)范圍

2．超外差式接收機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在混頻器前面會有一個預(yù)選射頻濾波器，在混頻器后面還會有一個中頻濾波器。這就使得它具有良好的選擇性，可以抑制很強的干擾。

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

缺點（drawback）：

1．由于超外差式接收機一般會用到一級或幾級中頻混頻所以電路會相對于零中頻接收機復(fù)雜且成本高集成度不高。

2．超外差式接收機會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．超外差式接收機一般需要較高的功率消耗。

應(yīng)用：

相干檢測的方案中（QPSK、QAM）。

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

優(yōu)點（benefits）：

1．零中頻接收機可以說是目前集成度最高的一種接受機，體積小，成本也很低，但是如果到了VHF頻段設(shè)計零中頻接收機將變得非常復(fù)雜、困難。因為頻率越高，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，一個解決辦法就是增加AFC電路，自動控制本振頻率。

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（drawback）：

1．由于信道選擇性完全是在基帶有源低通濾波器實現(xiàn)的，所以諸如大的動態(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)計和實現(xiàn)非常困難。

2．需要直流消除電路。由本振自混頻（self-mix）和強干擾信號自混頻在基帶產(chǎn)生的直流電壓會惡化接收信號，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有直流成分的調(diào)制方案中（比如：NC-FSK）。

3．因為零中頻接收機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方案中。

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

應(yīng)用：

沒有直流成分的非相干解調(diào)方案中（NC-FSK）。

近零中頻接收機：

優(yōu)點：

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

2．近零中頻接收機相對于零中頻接收機比較容易實現(xiàn)載波恢復(fù)。

3．近零中頻接收機還具有零中頻接收機的集成度高體積小的優(yōu)點。

缺點：

1．近零中頻接收機還是I/Q不平衡度很敏感。

2．近零中頻接收機像超外差接收機一樣需要考慮鏡像頻率的抑制的問題。

應(yīng)用：

頻譜在直流附近的線性調(diào)制方案（GMSK）。

附錄：

發(fā)射機的分類和比較：

發(fā)射機完成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，另一種是兩次間接變頻發(fā)射機。這兩種發(fā)射機的結(jié)構(gòu)可以參考附圖。

直接變頻發(fā)射機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，也就是“本振泄漏”。這種殘余在發(fā)射頻譜上的本振信號對于其他接收機就是干擾信號。

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

根據(jù)下變頻器的特點，接收機可以分為中頻接收機和零中頻接收機兩類。中頻接收機是指射頻信號從天線收下來之后，經(jīng)過前置濾波器和低噪放，送混頻器，這個本振的頻率為小于載波中心頻率的某個值，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)過一次或多次下變頻之后得到基帶信號進行后續(xù)的解調(diào)，譯碼等基帶處理。而零中頻接收機，顧名思義，中頻fi等于零，即本振頻率fL=fc，射頻信號經(jīng)過一次下變頻就得到了基帶信號。

兩種接收機結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，首先說說中頻接收機。中頻接收機的主要缺點就是鏡頻干擾，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，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，這無疑增加了設(shè)計的難度及成本，更為重要的是使得這個濾波器難以集成在片上，所以實際中這部分電路多在外圍實現(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)計不是非常靈活，所以對于多波段的接收機來說，由于射頻的中心頻率會發(fā)生變化，可能要求接收中頻可變，這更增加了濾波器設(shè)計的難度。中頻接收機的優(yōu)點是直流分量造成的影響不如零中頻那么嚴(yán)重，因為有帶通濾波器，可以部分的抑制直流分量。此外，載波牽引的問題也較輕，因為中頻混頻器的射頻輸入和本振頻率不等，差值等于中頻頻率。

再說說零中頻接收機，零中頻接收機結(jié)構(gòu)較為簡單，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)計比那個高頻率的帶通濾波器要簡單許多。更重要的是，零中頻接收機可以很方便的集成在單芯片上。有些文獻中說零中頻接收機沒有鏡頻干擾，其實這種說法嚴(yán)格來說是不對的。對于正交調(diào)制來說，其I/Q兩路上是獨立的數(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（頻譜不對稱）。很顯然零中頻接收機也存在鏡頻干擾，只不過這個干擾就是它自己。為了解決這個干擾，要求接收機采用I/Q兩路混頻，這樣可以抵消一個邊帶，但是這只是理論上。實際中只要I/Q兩路混頻器存在失配，就必然會帶來鏡頻干擾。此外，零中頻接收機存在直流分量的問題，由于本振和射頻信號之間的串?dāng)_，會出現(xiàn)本振的自調(diào)，從而產(chǎn)生直流分量，另外射頻信號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中心頻率相等，載波牽引會相對嚴(yán)重。

注：有幾個問題需要說明：

1.直流分量有什么害處？

答：直流分量會導(dǎo)致A/D的低幾比特失效（被直流分量淹沒）。解決辦法有兩種，要么在A/D采樣之前利用模擬電路進行補償，要么在采樣后在數(shù)字域進行去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）與射頻信號載波頻率接近時，較大功率的射頻信號會牽引鎖相環(huán)提供的本振頻率偏離標(biāo)稱的鎖定頻率。