超外差接收机的工作原理及应用

超外差接收机是所有无线接收设备中应用最广泛的一种接收机结构，其基本过程是用混频器将高频信号搬到一个低得多的中频频率后再进行信道滤波、放大和解调，解决了高频信号处理中的困难。依靠周密的中频频率选择和高品质的射频（镜像抑制）和中频（信道选择）滤波器，一个精心设计的超外差接收机可以达到很高的灵敏度、选择性和动态范围，因此长久以来超外差接收机成为高性能接收机的首选。实际中的接收机为了获得更高的灵敏度和选择性，有时需要两次或者更多次的变频，在多个中频频率上逐步放大和滤波。在超外差接收机中，本振频率的选取可以高于或者低于信号频率，这取决于引入镜像干扰的大小和振荡器设计的难易程度。一般来说，低频的振荡器可以获得更好的噪声性能，但是变频范围较小。

超外差接收机的最大缺点是组合干扰频率点多。这是因为混频器往往并不是一个理想乘法器，而是一个能完成相乘功能的非线性器件，它将进入的有用信号和本振信号以及混入的干扰信号通过变频器的非线性特性中的某一高次方项组合产生组合频率，如果组合频率落在中频频带内，就会形成对有用信号的干扰。通常，我们把这些组合频率引起的干扰称为寄生通道干扰。

在寄生通道干扰中，镜像干扰的现象最为严重。一个与有用信号相对位于本振信号ωLO的另一侧且与本振频率之差也为中频ωIF的信号，即ωim=ωLO+ωIF，称为镜像频率信号。如果它没有被混频器的前端电路滤除而进入了变频器，即使混频器是一个理想的乘法器，镜频信号与本振混频后也为中频。由于中频滤波器无法将其滤除，它与有用信号混合降低了中频输出的信噪比，形成了对有用信号的干扰。镜像干扰的具体过程如图3－2所示。

图3－2　镜像干扰示意图

除了镜像干扰外，如果超外差接收机的射频放大器和混频器等电路存在二次失真，将会引起偶次失真与半中频干扰。偶次失真主要表现为本振与干扰的二次谐波相混频，可用式（3－1）表示。

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而半中频干扰表现为本振与干扰混频后经过二次失真，即

偶次失真与半中频干扰的具体过程如图3－3所示。

图3－3　偶次失真与半中频干扰示意图

要消除寄生通道干扰的唯一办法是不让它进入变频器，这要靠混频器前面的滤波器来滤除。滤波器能否有效滤除这些寄生通道干扰，关键靠滤波器的Q值。在有限的Q值范围内要有效地衰减寄生通道干扰，就必须增大中频频率。因此超外差接收机的另一个重要问题是中频选取。