超外差接收机.
超外差接收机
超外差接收机超外差接收机的拓扑如下图1：图1 超外差接收机结构由上图可以看到超外差接收机进⾏了两次下变频，第⼀次下变频是将射频信号降到固定的中频段，这样做的原因是在射频段频率较⾼，要实现对信道的选择（将⽆⽤频段信号滤除）对滤波器的Q值要求太⾼，滤波器的Q值做⼀个补充：由此可见，对于同样的滤波器带宽，信号的频率越⾼，Q值越⼤，对滤波器的要求越⾼。
⽽将射频信号降到中频则对Q的要求会降低很多。
以上结构中第⼀个射频滤波器⽤于限制输⼊带宽衰减带外信号，减⼩互调失真，抑制杂散信号。
低噪声放⼤器LNA⽤于在不造成接收机线性恶化的前提下提供⼀定的增益，提⾼信噪⽐。
镜像抑制⼲扰滤波器IR filter⽤于抑制镜像⼲扰，将镜像频率衰减到可接受的⽔平（可以通过查看前⼀篇博客对镜像频率有⼀个简单的理解）。
第⼀次下变频后的中频滤波器就是⽤来进⾏信道选择的，最后通过可变增益放⼤器后进⾏第⼆次下变频，使⽤的是复混频（可以通过查看前⼀篇博客对复混频有⼀个简单的理解）进⾏正交解调产⽣同相和正交两路基带信号。
超外差结构可以通过选择合适的中频频率和镜像抑制滤波器来获得很好的信道选择效果，同时也可以获得很好的灵敏度和动态范围。
多个变频级也减⼩了本振泄漏和直流偏差的影响。
但是由于滤波器的Q值仍然很⾼，只能在⽚外实现，增加了成本和尺⼨。
接收机系统增益分配天线接收的射频信号⼀般只有-120~-100dBm，需要放⼤100~200dB，如此⼤的增益必须分配到各个放⼤级才能保证放⼤器的稳定⼯作，⼀般⽽⾔⼀个频带内的放⼤器增益⼀般不超过50-60dB，超外差接收机结构由于频段的级数很多，可以将增益分配到射频级、中频级和基带级上。
由于在较低的频带上实现窄带的⾼增益较容易实现，⼀次在中频和基带级可以分配较⼤的增益。
对于在射频频带上的LNA，增益不宜太⼤，只需具有⼀定增益减弱噪声对系统的影响，提⾼接收机对信号的灵敏度即可，此外过⼤的信号进⼊混频器会产⽣⾮线性失真（混频器为⾮线性器件），因此⼀般LNA增益不⼤于25dB。
简述超外差式接收机的工作原理
简述超外差式接收机的工作原理超外差式接收机是广播和通信中最主要的一种调频接收机。
它是通过将接收信号与一个高稳定的、本地的振荡器频率混合，产生出一个中频信号，再进行放大、解调等信号处理的过程，最终实现对信号的接收和解码。
下面我们将从信号混频、中频处理和解调等几个方面简述超外差式接收机的工作原理。
1. 信号混频
超外差式接收机接收到的高频信号，首先要与本地低频信号混频。
混频的目的是把高频信号转换为中频信号。
超外差式接收机通常使用的振荡器频率是固定的，并且是高度稳定的，因此产生的混频信号频率也是稳定的。
混频后，通过带通滤波器将频率范围内的信号通过，其它信号将被阻止。
2. 中频处理
混频后得到的中频信号通常是一个比较低的频率信号。
为了放大和解调，需要对中频信号进行放大和对中频信号进行滤波，以去除不需要的信号。
中频放大器通常使用的是高品质的放大器，以保证信号的质量。
中频滤波器通常用来防止旁路信号对解调过程的干扰。
3. 解调
在中频处理之后，接下来就是解调信号的过程了。
解调信号通常是根
据不同类型的信号，使用不同的解调方式。
例如，调幅信号一般使用
检波器进行解调，调频信号则使用反馈式调制解调出原始信号。
最后，信号经过解调处理之后，就可以被输出。
总的来说，超外差式接收机在接收信号的过程中，通过混频、中频处
理和解调等多个环节的处理，最终实现了对信号的解码和输出。
它具
有灵敏度高、动态范围宽、稳定性好等特点，因此在广播和通讯领域
被广泛应用。
超外差接收机工作原理
超外差接收机工作原理
超外差接收机工作原理主要涉及到两个部分：混频和解调。
首先，我们来介绍混频部分。
超外差接收机是利用非线性元件将接收到的信号与本地振荡器产生的信号进行混频，得到中频信号。
这样做的目的是将高频信号转换为中频信号，方便后续的处理。
混频过程中，非线性元件会产生多个频率的信号，其中包含了原始信号的和频分量、差频分量和本地振荡器信号。
接下来是解调部分。
混频之后，得到的中频信号需要进行解调，以提取出原始信号。
解调的过程利用了非线性元件的特性，比如二极管的整流特性。
通过将中频信号输入到非线性元件中，只保留了中频信号所对应的频率分量，而滤除了其他分量。
然后再进行滤波处理，去除其他杂散信号，最终得到原始信号。
整个超外差接收机的工作原理基于混频和解调的过程，通过将收到的高频信号转换为中频信号，再经过解调处理，最终提取出原始信号。
这种工作原理在广播和通信领域得到广泛应用，提高了信号的接收效果和质量。
超外差式接收机课件
超外差式接收机在无线通信系统中主要用于信号的接收和处理，对于提高通信 质量和系统性能具有关键作用。
课程目标
掌握超外差式接收机的基本原理
01
通过本课程的学习，使学生掌握超外差式接收机的基本原理、
组成和工作流程。
理解超外差式接收机的关键技术
02
了解和掌握超外差式接收机的关键技术，如变频、滤波、放大
短波广播
短波广播使用超外差式接收机来接收短波信号，实现远距离通信和广播。
雷达系统
气象雷达
气象雷达使用超外差式接收机来接收气象目 标的回波信号，通过分析回波信号来探测气 象条件。
军事雷达
军事雷达使用超外差式接收机来接收目标的 回波信号，实现目标探测和定位。
卫星通信系统
卫星电视
卫星电视使用超外差式接收机来接收卫星信号，将其转换为视频和音频信号以便于播放。
超外差式接收机 课件
目录
• 引言 • 超外差式接收机概述 • 超外差式接收机组成 • 超外差式接收机性能指标 • 超外差式接收机应用 • 超外差式接收机调试与维护
01
引言
课程背景
无线通信技术的快速发展
无线通信技术在现代社会中发挥着越来越重要的作用，超外差式接收机作为无 线通信的关键技术之一，其研究和应用具有重要意义。
05
超外差式接收机应用
无线通信系统
无线电广播
超外差式接收机广泛应用于无线 电广播中，将信号从发射机传输 到接收机，实现音频信号的传输 。
移动通信
在移动通信领域，超外差式接收 机用于接收手机、无线麦克风等 设备的信号，实现语音和数据的 传输。
广播接收机
调频广播
调频广播使用超外差式接收机来接收高频信号，将其转换为较低频率的信号以便于播放。
超外差接收机工作原理
超外差接收机工作原理
超外差接收机是一种基于调制解调原理的无线电接收器。
它主要由前置放大器、混频器、中频放大器和解调器等组成。
当无线电信号经过天线输入到前置放大器后，在经过调制后，得到一个低频信号，即中频。
然后中频信号经过混频器和中频放大器进行处理，最终得到一个具有较高信噪比的音频信号。
超外差接收机的工作原理可以简单归纳为以下几个步骤：
1. 接收天线接收无线电信号，将它输入到前置放大器中，放大无线电信号的弱化部分，使其达到后续处理的要求。
2. 经过调制，将高频无线电信号转换为中频信号，再进行一定的滤波处理，使其获得所需的频带宽度。
3. 经过混频器和中频放大器的处理，将中频信号放大到一定的电平，以便后续的处理和解调。
4. 解调器对待处理的中频信号进行解调，将中频信号恢复为对应的基带信号，即音频信号。
超外差接收机在无线电通信中有着广泛的应用，它能够接收到频率范围内的各种无线电信号，并将其转换为可以听到的音频信号，实现了信息的传递和交流。
超外差接收机
较高阶的接收机的有时利用到二级的中频放大器以加强放大倍率和选择性，第一级中频放大器将信号变为较高的中频，然后经过第二级中频放大器（带有另一个振荡器）变为低的中频。这种架构的中频放大器具有很高的放大倍率。
音频放大器
经过中频放大器过滤和放大的信号，由检波二极体检波后(实际上就是把信号进行半波整流)剩下音频的信号，再经功率放大器放大送入扬声器发出声音。
超外差接收机是一种利用超外差原理的无线电接受机，1918年由美国无线电工程师埃德温·霍华德·阿姆斯特朗发明。超外差原理是一种利用机器内一个可变的振荡器产生的电波和外来信号混合以产生固定频率的中频信号（通常调幅无线电是450千赫兹或455千赫兹（也有262.5千赫兹），调频无线电是10ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7 兆赫兹）
中频放大器
中频放大器的作用是将前置放大器和可变振荡器混合后产生的其他频率的信号过滤，仅将以中频=455千赫兹(KHz)为中心的频带放大。中频放大器的主要元件是两个455千赫兹(KHz)的中频带通滤波器。中频带通滤波器（有时也叫中频变压器）对于以455千赫兹为中心的频带以外的信号有不错的滤波。一般中频放大器的放大倍率为30-60分贝(dB)，如不采取适当的屏蔽，过高的放大倍率可能会引起正回授振荡。
超外差接收器
模块有些厂家将调幅调频接收器组合乘模块，例如TDQ-9A等模块更多电子元件资料
构造
超外差接收机主要由下列几个部分组成
前置放大器
前置放大器的作用是放大调变的频率信号，过滤其他频率的信号。通常由一个可变电容和固定电感组成的滤波电路和一个电晶体放大线路组成。收音机的前置放大器的调幅波段通常是540 千赫兹(KHz) 至 1600 千赫兹(KHz)。
可变振荡器
超外差式接收机的组成
超外差式接收机的组成超外差式接收机是一种常用的接收机结构，由多个模块组成。
下面将逐一介绍超外差式接收机的各个组成部分。
1. 输入滤波器：超外差式接收机的输入滤波器用于滤除接收机输入端的杂散信号和干扰信号，只保留所需的信号频带。
输入滤波器通常由一个或多个滤波器组成，可以是带通滤波器、低通滤波器或带阻滤波器。
2. 放大器：接收机中的放大器用于放大输入信号的幅度，以增加接收机的灵敏度。
放大器可以采用各种类型，如晶体管放大器、集成放大器等。
3. 混频器：混频器是超外差式接收机中的核心部件，用于将输入信号与本地振荡器产生的信号进行混合，生成中频信号。
混频器通常采用非线性元件，如二极管或晶体管。
4. 本地振荡器：本地振荡器产生一个稳定的本地振荡信号，与输入信号进行混频。
本地振荡器通常采用晶体振荡器或频率合成器。
5. 中频放大器：中频放大器用于放大混频器输出的中频信号，以增加信号的幅度，并提供足够的动态范围。
中频放大器可以采用集成放大器、晶体管放大器等。
6. 中频滤波器：中频滤波器用于滤除中频信号中的杂散信号和干扰信号，只保留所需的信号频带。
中频滤波器可以是带通滤波器、低通滤波器或带阻滤波器。
7. 直流偏置电路：直流偏置电路用于提供各个模块中所需的直流偏置电压，以保证各个元件正常工作。
8. 解调器：解调器用于将中频信号解调为基带信号，以提取原始信息。
解调器可以是包络检波器、相干解调器或数字解调器。
9. 音频放大器：音频放大器用于放大解调器输出的基带信号，以驱动扬声器或耳机，使声音变得可听。
10. 指示器：指示器用于显示接收机的工作状态，如信号强度、频率等。
以上是超外差式接收机的主要组成部分。
通过这些模块的协同工作，超外差式接收机可以实现对无线电信号的接收和解调，提取出原始信息，并输出可听的声音或其他形式的信号。
超外差式接收机具有结构简单、性能稳定、成本低等优点，广泛应用于无线通信、广播、电视等领域。
三款常用接收机架构之间的PK
三款常用接收机架构之间的PK作为无线通信领域的重要组成部分，接收机在不同的架构下具有不同的优势和特点。
本文将介绍三种常用的接收机架构，并对它们进行PK比较。
1.超外差接收机架构：超外差接收机架构是最早应用于无线通信系统的架构之一，它的主要特点是通过射频前端混频至中频，然后再通过中频信号处理电路进行信号处理。
该架构优点在于实现简单，成本低廉，适用于大多数无线通信系统。
2.并行接收机架构：并行接收机架构是一种针对高速多载波通信系统设计的架构，它通过将接收机分成多个子接收机以并行处理不同的载波信号。
并行接收机架构具有处理速度快、抗干扰能力强的优势。
同时，由于它需要实现多个子接收机的同步和协同工作，因此在设计和实现上相对复杂。
3.软件无线电接收机架构：软件无线电接收机架构是近年来发展的一种新型架构，它利用通用处理器和可编程逻辑来实现接收机功能。
软件无线电接收机具有较高的灵活性和可配置性，可以适应不同的通信标准和频谱资源。
此外，软件无线电接收机可以通过固件或软件升级进行功能扩展，不需要改变硬件结构，具有很好的兼容性。
三种接收机架构各有优劣，下面对它们进行比较和评估：1.实现复杂度：超外差接收机架构实现简单，成本低廉，适用于大多数无线通信系统。
并行接收机架构相对复杂，需要实现多个子接收机的同步和协同工作。
软件无线电接收机架构需要通用处理器和可编程逻辑的支持，实现相对复杂。
2.处理速度：超外差接收机架构的处理速度较快。
并行接收机架构通过并行处理多个子接收机实现更高的处理速度。
软件无线电接收机架构的处理速度受限于通用处理器的性能。
3.灵活性和可配置性：并行接收机架构较难实现灵活性和配置性，需要对子接收机进行硬件分配。
软件无线电接收机架构具有较高的灵活性和可配置性，可以通过软件进行配置和调整。
4.兼容性：超外差接收机架构由于成熟度较高，在兼容性方面表现较好。
并行接收机架构和软件无线电接收机架构相对较新，对兼容性的支持相对较少。
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镜像与寄生信号（二）
寄生分量的பைடு நூலகம்测
Fif NFr MFlo
Fr
Fif MFlo N
由于 Fr 为一带宽信号，随着 Fr 的变化，当M，N取不同的 数值（在计算时可取N，M＝1～9），将会有寄生分量落入 中频带内，对这些寄生分量的抑制成为滤波器设计、混频 器设计甚至于中频选择及接收机结构选择时所必须认真考 虑的问题。 更为复杂的是本振还将有谐波、寄生（杂散）分量，也 可能还有谐波和寄生分量存在，这样严格地解算所有可能 出现的寄生分量将更为困难。
中频的选择（一）
为了满足中频带宽的需要，并且使中频部分的相 对带宽不太大，希望中频应尽量取得高；
为了使中频部分制作的难度下降，又希望中频取 得比较低。 为了避免对预选器有太高的选择性要求，变频比 率在下变频接收机的第一变频中不应超过10或20 比 1。 在很多情况下，中频选择最重要的是对混频寄生 分量的控制。
镜像与寄生信号（一）
在混频过程中，由于电路的非线性，可能产生无数它 们的组合频率分量，称为寄生响应。一般说来，N和M的绝 对值越小，对应的频率分量的幅度就越大。
NFr MFlo
当M＝N＝1时，（如RF信号和本地振荡信号加到混频 器时在混频器的输出就产生了中频信号），这时方程为：
Fif Fr Flo
中频的选择（二）
对于数字中频接收机，中频的选择更受进行中频 采样ADC的性能的制约。 在工程实现中，还有一个制约中频选值的因素， 那就是标准。仅管设计可能会给出某段范围的中 频值，通常选用的一般是10.7MHz、30MHz、60MHz、 70MHz、120MHz、160MHz、1000MHz、1500MHz等比 较规范的值。
变频次数的选择
目前应用最为广泛的超外差接收机普遍采用一 次或二次（多次）变频将信号频率变换到中频上。
一次变频结构简单，成本低，且避免了高阶镜像 问题，但不能迅速适应频率变更； 二次（多次）变频结构复杂，成本高，高阶镜像 问题严重，因为接收机中的任一混频都将产生镜 像频率，这对中频的选择和混频前滤波器的要求 更为严格，但二次（多次）变频能迅速适应频率 变更。
超外差接收机
超外差接收机的概念
超外差接收机因其采用了超外差接收方式而得 名。所谓超外差方式就是在接收机中，本振信号和 接收的外来信号在混频器中混频，产生一个调制规 律与接收的外来信号相同的中频信号。
超外差的基本形式（一）
下变频式 上变频式
每种方式都可能进行一到三次变频，但通常接收机 采用下变频经过一次变频即可完成，而采用上变频至 少要经过两次变频。
镜 频
所要 信号
镜 频
所要 信号
下变频小结
优点：
价格低廉，设备简单； 信号频谱搬移到低于输入频率的情况下，可用一次变频 方案来解决，这样可以简化信道接收机的结构。对于这 种结构，只要在中频通道采用简单的滤波选择方式，就 可以方便地实现良好的邻近信道的选择性。
缺点：
对于中频很低的接收机，镜像通道频率的位置与输入信 号频率非常靠近，很难对镜像通道频率进行良好的抑制 （尤其是对宽带信号）。因而对于低中频接收机，为了 良好抑制镜像通道频率，一般对输入信号频率采用多次 下变频结构。
下变频结构
特点：中频低于接收频率 下变频式是超外差接收机的基本形式，几乎所 有的家用娱乐电器和高性能的设备里都使用这种 形式。
上变频结构
特点：中频高于接收频率 使用上变换，是现代高性能宽带系统的一个发 展方向。由于元器件（主要是宽带可调预选器）的 重大进展，这种系统已可用于GHz频率范围。
上下变频对比
上变频小结
优点：
上变频方式可以大大改善镜像通道频率的抑制，减少 寄生通道落入工作频段内的数目。这种结构对于输入 信号频率较低或者宽带系统的接收机尤其适用。
缺点： 难以简单地对很高的中频进行足够的放大，需要向下 进行一次或几次变频，同时每次变频都会有相应的镜 像通道频率，即高阶镜频，故在变频器的输入端都要 接入一个镜像抑制滤波器，以抑制各阶镜像通道频率 信号，结构复杂。
为什么选择超外差结构？（三）
3.固定中频有利于接收机的模块化设计。 电路的模块化设计是电路设计的发展趋势。通过采 用固定中频，对于采用同样调制方式但位于不同频段的 接收机，其后端的终端解调模块可以采用同一个模块。 这样可以利用以前的设计成果，简化接收机的设计，提 高工作效率，节省设计成本。
为什么选择超外差结构？（四）
为什么选择超外差结构？（二）
2.固定中频有利于改善噪声性能。 接收机的噪声性能和接收机的带宽密切相关的，接收 机带宽越宽，进入接收机而不能被滤除的干扰和噪声越 多，噪声性能越差。对于多信道接收机而言，接收机接 收的无线电信号带宽很宽，如果仅对其进行滤波，则接 收机的带宽为多个信道带宽之和。但采用固定中频之后， 可以在中频对信号进行滤波，而中频滤波的带宽仅需为 单个信道带宽，这样，接收机的带宽即为单个信道的带 宽。所以超外差接收机的固定中频减小了接收机的带宽， 从而改善了接收机的噪声性能。
为什么选择超外差结构？（一）
超外差方式可以通过改变本振信号的频率很方便地实 现无线接收机的调谐，同时保持中频信号的频率的不变， 这可以说是超外差接收机众多优点的根本所在。
1.固定中频有利于信号的放大。 任何放大器都有其线性工作范围，很显然，线性工作 范围越大其电路越复杂、设计制作难度越大、增益越低、 噪声系数越大、成本越高，而且对于某些工作范围也许很 难实现。对于宽带多信道接收机而言，接收机要接收的所 有无线电信号的带宽很宽，而每个信道的带宽比较窄。如 果直接对接收信号进行放大，需要放大器的线性工作范围 很大，那么电路设计的难度很大而且成本上也很不合算。 但是如果对中频信号进行放大，则对中频放大器的线性工 作范围要求仅为一个信道的工作范围了，设计和实现起来 就比较简单。
除了上面提到的由于使用固定中频而带来的优点外， 超外差接收机也因其信号工作频率变化而带来其它的优点：