传统与集成：超外差接收机与零中频结构对比

接收机结构是无线通信系统的核心组成部分，它负责从接收到的无线电频率(RF)信号中提取有用的信息。本文首先介绍了两种常见的接收机设计结构：传统超外差结构和现代的零中频/低中频结构。 超外差结构起源于1917年，其特点是通过混频器将射频信号(RF)与本地振荡器(LO)信号进行下变频至中频(IF)信号，从而减小信号处理的复杂性和噪声。这种结构的优势在于能提供出色的性能，但其缺点是需要大量的分立元件，如滤波器、低噪声放大器等，这使得单芯片集成较为困难。由于这个原因，随着技术的进步，零中频接收机应运而生，这种结构可以实现高度集成，简化设计。 图1展示了单级混频的超外差结构，包含输入带通滤波器、低噪声放大器、镜像抑制滤波器、混频器、中频滤波器以及模数转换器(ADC)。输入滤波器用来过滤掉带外干扰，低噪声放大器则负责提高信号质量。混频后，IF带通滤波器不仅选择特定信道，还作为ADC前端的抗混叠滤波器，确保信号不失真地进入数字域。 中频滤波器是超外差结构中的关键组件，它工作在较低的频率，通常几十兆赫兹，以便设计出高Q值滤波器，提供良好的信道选择性和邻道抑制。理想中，中频滤波器应有平坦的通带、良好的群延迟特性，以及陡峭的衰减边带，以保证信号无失真传输并有效抑制其他频道干扰。例如，在信道间隔为12.5kHz的PMR系统中，使用中心频率为21.4M的晶体滤波器，可以达到90dB的带外抑制能力。 然而，中频滤波器的设计要考虑频率偏差，即接收机和发射机晶振的不匹配或温度变化可能带来的影响。为了保持良好的邻道抑制，中频滤波器的带宽通常比信号带宽稍大，但这可能会牺牲部分抑制能力。对于交替信道和远处信道的抑制，则主要依赖于滤波器的过渡带性能。 接收机结构的设计需要在性能、复杂度和成本之间找到平衡，而随着技术发展，零中频接收机结构以其集成度高、噪声性能优良等优点成为现代通信系统中的主流选择。理解这些基本原理有助于我们更好地理解和优化无线通信系统的性能。