淺談無線通信常見接收機的架構
2024-12-4 11:33:26??????點擊：
一、接收系統的組成
射頻接收機是無線通信系統中不可或缺的部分，其主要作用是接收通過空間傳播的無線電信號，并將其轉換成可用的電信號或數據。一個典型的射頻接收機架構包括前置放大器、帶通濾波器、混頻器、局部振蕩器、中頻放大器、濾波器和信號處理器等關鍵組件。
前置放大器主要負責放大微弱的接收信號，使其在后續處理中不至于被噪聲淹沒。帶通濾波器則確保只有特定頻率范圍內的信號被傳遞，有效抑制噪聲和干擾。混頻器與局部振蕩器協同工作，將接收到的高頻信號轉換為較低的中頻信號，便于進一步處理。中頻放大器進一步增強信號，并通過濾波器去除不需要的信號成分，提高系統的選擇性和抗干擾能力。最終，信號處理器對信號進行解調、解碼，從而獲取原始的信息。
二、接收機的性能指標
1. 頻率選擇性；
2. 隔離度；
3. 靈敏度；
4. 阻塞和雜散響應抑制；
5. 互調分量抑制；
6. 鄰道干擾抑制；
7. 雜散輻射抑制；
三、常見接收機的架構
超外差接收機的優缺點：
優點：
1.接收動態范圍大：超外差式接收機能夠處理信號強度變化范圍很大的信號，這使得它在各種信號環境下都能穩定工作。
2.高鄰道選擇性和靈敏度：由于在混頻器前后分別使用了預選射頻濾波器和中頻濾波器，超外差式接收機能夠很好地選擇和放大目標頻率的信號，同時抑制其他頻率的干擾信號。
3.受I/Q信號不平衡度影響小：相比于直接轉換接收機（零中頻接收機），超外差式接收機在處理I/Q信號時更加穩定，對不平衡度的容忍度更高，因此不需要復雜的直流消除電路。
缺點：
1. 超外差接收器必須處理相應的鏡像干擾
2. 電路復雜，成本和集成度較高：由于使用了一級或多級中頻混頻，超外差式接收機的電路比零中頻接收機復雜，這導致其成本較高且集成度不如零中頻接收機。
3. 使用昂貴的濾波器，體積較大：超外差式接收機中使用的SAW或陶瓷濾波器通常價格較高且體積較大，這不利于設備的小型化和成本控制。
4. 功率消耗較高：相比于其他類型的接收機，超外差式接收機通常需要更高的功率消耗，這在一些對能效有嚴格要求的應用場景中可能是一個缺點。
零中頻接收機的優缺點：
優點：
1. 結構簡單：零中頻接收機的結構相對簡單，不需要像超外差接收機那樣使用多級混頻和多個濾波器。這使得它在設計和實現上更加直接和經濟。
2. 無需鏡像頻率抑制器：由于信號直接下轉換到基帶，零中頻接收機不需要鏡像頻率抑制器來消除鏡像頻率干擾，這是超外差接收機所必需的。
缺點：
1. 直流偏移：本振（LO）泄漏到接收路徑中可能導致直流偏移。這個直流偏移會干擾基帶信號，需要通過硬件設計或軟件算法來進行消除或補償。
2. I/Q不平衡敏感：零中頻接收機對I和Q通道的幅度不平衡和相位不匹配非常敏感。這種失配會導致信號失真，影響接收機的性能。
低中頻接收機的優缺點：
低中頻接收機結構是一種在零中頻和高中頻之間的折衷方案，它結合了兩者的一些優點，同時盡量減少各自的缺點。在低中頻結構中，接收到的信號首先被下轉換到一個較低的中頻（IF），而不是直接下轉換到基帶或轉換到較高的中頻。這種結構特別適用于窄帶通信系統。以下是低中頻接收機的優點和需要注意的問題：
優點：
1. 結構相對簡單：雖然比零中頻接收機稍復雜，但低中頻結構相較于高中頻接收機來說更為簡單，組件更少，便于實現和維護。
2. 無需直流消除：由于信號不是直接下轉換到基帶，而是轉換到一個較低的中頻，因此不會出現零中頻接收機中的直流偏移問題，從而避免了直流消除的需要。
缺點：
1. I/Q失配補償：盡管避免了直流偏移的問題，但低中頻結構仍然需要處理I/Q不平衡的問題。I/Q失配可能導致信號失真，需要在數字基帶處理中通過算法進行補償。
2. 鏡像頻率抑制：雖然低中頻接收機的鏡像頻率問題沒有高中頻接收機那么顯著，但仍然存在鏡像信號的干擾。因此，需要采取措施進行鏡像頻率的抑制，這可能涉及使用特定的濾波器或設計技巧。
射頻接收機是無線通信系統中不可或缺的部分，其主要作用是接收通過空間傳播的無線電信號，并將其轉換成可用的電信號或數據。一個典型的射頻接收機架構包括前置放大器、帶通濾波器、混頻器、局部振蕩器、中頻放大器、濾波器和信號處理器等關鍵組件。
前置放大器主要負責放大微弱的接收信號，使其在后續處理中不至于被噪聲淹沒。帶通濾波器則確保只有特定頻率范圍內的信號被傳遞，有效抑制噪聲和干擾。混頻器與局部振蕩器協同工作，將接收到的高頻信號轉換為較低的中頻信號，便于進一步處理。中頻放大器進一步增強信號，并通過濾波器去除不需要的信號成分，提高系統的選擇性和抗干擾能力。最終，信號處理器對信號進行解調、解碼，從而獲取原始的信息。
二、接收機的性能指標
1. 頻率選擇性；
2. 隔離度；
3. 靈敏度；
4. 阻塞和雜散響應抑制；
5. 互調分量抑制；
6. 鄰道干擾抑制；
7. 雜散輻射抑制；
三、常見接收機的架構
超外差接收機的優缺點：
優點：
1.接收動態范圍大：超外差式接收機能夠處理信號強度變化范圍很大的信號，這使得它在各種信號環境下都能穩定工作。
2.高鄰道選擇性和靈敏度：由于在混頻器前后分別使用了預選射頻濾波器和中頻濾波器，超外差式接收機能夠很好地選擇和放大目標頻率的信號，同時抑制其他頻率的干擾信號。
3.受I/Q信號不平衡度影響小：相比于直接轉換接收機（零中頻接收機），超外差式接收機在處理I/Q信號時更加穩定，對不平衡度的容忍度更高，因此不需要復雜的直流消除電路。
缺點：
1. 超外差接收器必須處理相應的鏡像干擾
2. 電路復雜，成本和集成度較高：由于使用了一級或多級中頻混頻，超外差式接收機的電路比零中頻接收機復雜，這導致其成本較高且集成度不如零中頻接收機。
3. 使用昂貴的濾波器，體積較大：超外差式接收機中使用的SAW或陶瓷濾波器通常價格較高且體積較大，這不利于設備的小型化和成本控制。
4. 功率消耗較高：相比于其他類型的接收機，超外差式接收機通常需要更高的功率消耗，這在一些對能效有嚴格要求的應用場景中可能是一個缺點。
零中頻接收機的優缺點：
優點：
1. 結構簡單：零中頻接收機的結構相對簡單，不需要像超外差接收機那樣使用多級混頻和多個濾波器。這使得它在設計和實現上更加直接和經濟。
2. 無需鏡像頻率抑制器：由于信號直接下轉換到基帶，零中頻接收機不需要鏡像頻率抑制器來消除鏡像頻率干擾，這是超外差接收機所必需的。
缺點：
1. 直流偏移：本振（LO）泄漏到接收路徑中可能導致直流偏移。這個直流偏移會干擾基帶信號，需要通過硬件設計或軟件算法來進行消除或補償。
2. I/Q不平衡敏感：零中頻接收機對I和Q通道的幅度不平衡和相位不匹配非常敏感。這種失配會導致信號失真，影響接收機的性能。
低中頻接收機的優缺點：
低中頻接收機結構是一種在零中頻和高中頻之間的折衷方案，它結合了兩者的一些優點，同時盡量減少各自的缺點。在低中頻結構中，接收到的信號首先被下轉換到一個較低的中頻（IF），而不是直接下轉換到基帶或轉換到較高的中頻。這種結構特別適用于窄帶通信系統。以下是低中頻接收機的優點和需要注意的問題：
優點：
1. 結構相對簡單：雖然比零中頻接收機稍復雜，但低中頻結構相較于高中頻接收機來說更為簡單，組件更少，便于實現和維護。
2. 無需直流消除：由于信號不是直接下轉換到基帶，而是轉換到一個較低的中頻，因此不會出現零中頻接收機中的直流偏移問題，從而避免了直流消除的需要。
缺點：
1. I/Q失配補償：盡管避免了直流偏移的問題，但低中頻結構仍然需要處理I/Q不平衡的問題。I/Q失配可能導致信號失真，需要在數字基帶處理中通過算法進行補償。
2. 鏡像頻率抑制：雖然低中頻接收機的鏡像頻率問題沒有高中頻接收機那么顯著，但仍然存在鏡像信號的干擾。因此，需要采取措施進行鏡像頻率的抑制，這可能涉及使用特定的濾波器或設計技巧。
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