射频架构之超外差

超外差结构

超外差结构系统是由Armstrong在1917年提出的，自提出至今仍被广泛使用，超外差结构由于采用二次变频形式，在中频电路中使用中频滤波器，可以使系统获得更好的选择性，超外差结构收发信机框图如图2-2所示。

图2-1 超外差结构收发信机框图

前文提到超外差结构可以通过选择中频和滤波器获得更好的选择性。对于中频选择至关重要，中频设计原则：

原则1：镜像频率需要足够的过渡带抑制，当出现一个频率与本振相减为中频的干扰信号时，干扰信号经过混频器混频输出与中频相同频率的干扰信号，干扰信号会严重影响接收机的灵敏度。因此要降低镜像频率的干扰。

降低镜像频率干扰的方法是，通过预选滤波器将镜像频率干扰降到最低。由式（2.1）可知镜像频率产生的原因，式中fNF为镜像频率，fLO为本振频率，fIF为中频频率。镜像频率与系统的关系如图2-3所示。

   （2.1）

根据预选滤波器的带外抑制，选择合适的中频。

图2-3 镜像频率与系统的关系

原则2：M*RF+/-N*LO的杂散必须尽量少的落进中频，保证M*N的杂散不影响接收机性能。如果落进中频，尽量高阶，如按223~231MHz，设置M、N为10阶，计算无杂散落入中频带内，落入中频带内的杂散为高阶混频杂散，高阶混频杂散通常处于噪底下。杂散计算可用APPCAD计算，APPCAD混频杂散仿真如图2-4所示。

图2-4 APPCAD混频杂散仿真

原则3：中频的2 次，3次谐波需要能推出带内，以便LC 滤波器可以滤波。目前根据滤波器的Q值，滤波器需要20MHz以上过渡带抑制带外杂散。

根据以上原则，用Genesys仿真，Genesys在225MHz的杂散仿真如图2-5所示，从图中可以看到中频选择100-740MHz时，杂散小于-100dBm。

图2-5 Genesys在225MHz的杂散仿真

超外差结构由于中频的原因有较好的选择性，同时由于超外差结构有中频电路及混频电路，电路在尺寸设计与功耗设计上没有较大的优势。