差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点
零中频架构在接收机中的应用分析
零中频架构在接收机中的应用分析零中频架构（zero intermediate frequency architecture，ZIF）是无线电通信中一种新的接收机结构，具有较高的精度和灵敏度。
该架构通过将本振信号与接收信号直接混频，从而消除了传统接收机中的中频电路，极大地降低了对射频前端的要求。
本文将对零中频架构在接收机中的应用进行分析。
首先，相较于传统接收机，零中频架构使得接收机不再需要进行中频变换，从而消除了中频放大器、滤波器等中频电路。
这不仅简化了接收机结构，也大大降低了接收机功耗和成本。
此外，零中频架构还能够改善接收机的线性度和动态范围，从而提高接收机灵敏度和抗干扰能力。
其次，零中频架构在数字信号处理方面也具有优势。
具体来说，传统接收机在进行中频变换后需要将信号进行抽样和量化，这会引入噪声和失真。
而零中频架构则将信号直接混频到基带，避免了中频变换带来的误差，从而减小了数字信号处理中的噪声和失真。
此外，零中频架构也使得数字信号处理的算法更易于实现和优化。
最后，零中频架构还能够应用于多种无线通信标准。
由于零中频架构能够消除中频电路的局限，因此它可以应用于多种频段和带宽，以及多种调制方式和调制速率。
同时，由于零中频架构的低功耗和高精度特点，它也能够应用于低功耗无线通信标准，如物联网、蓝牙等。
综上所述，零中频架构在接收机中的应用具有众多优势。
该架构消除了传统接收机的中频电路，从而简化了接收机结构，降低了功耗和成本，同时也提高了接收机的灵敏度和抗干扰能力。
此外，零中频架构在数字信号处理方面也具有优势，能够减小数字信号处理中的噪声和失真，同时也更易于实现和优化。
最后，由于其适用于多种通信标准，零中频架构有着广泛的应用前景。
零中频接收机课件
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3.1直流偏移
1.频率调整
由于本振信号泄露是产生直流偏移的主要原因， 因此可以改变本振信号的频率。该方法通过其它 频率的本振信号通过倍频、分频、和频信号来形 成与所需要的信号的同频信号用于混频。
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3.1直流偏移
2.电容耦合
电容耦合框图
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3.1直流偏移
2.电容耦合 电容耦合是指通过电容或高通滤波器
滤除直流成分。其框图如图所示。但是这 种方法会带来一个新的问题。很多调制方 式集中在低频附近，而且某些调制方式有 直流成分，采用这种方法会造成信号失真， 所以这种方法并不常用。
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3.1直流偏移
3.直流校准
直流校准框图
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2020/7/22
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在超外差接收机中，我们主要考虑了奇 数阶的失真。对于零中频接收机来说，我 们还要考虑偶数阶失真。如图所示的两个 干扰信号，由于器件的非线性，会产生两 个频率的差频。对于理想的混频器，这个 信号会被搬移到较高的频率，而实际中， 混频器都有一定的馈通，从而使信号受到 干扰。
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3.4 1/f噪声
1/f噪声通常是频率低于200Hz时的主要 噪声源，对于零中频接收机来说影响比较 大。
4.伺服控制电路 伺服控制一路与直流校准方法类似，只
是使用积分器代替了原来的采样/保持电路。 这个积分器可以跟踪直流失调的方向。即 输出为正，则输出值增加，反之亦然，积 分器的输出通过DAC，使其输出增加到能够 与直流失调相抵消。
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3.2 I/Q失配
对于相位和频率调制技术，零差接收机 必须采用正交混频，因此需要两路正交的 信号。我们现在来看I/Q两路不平衡对系统 产生的影响。
AIS中无线接收机的
无线接收机的分类
一、超外差接收机体系结构 二、零—中频接收机体系结构 三、低—中频接收机体系结构 四、宽带双—中频接收体系结构 五、亚—采样接收机体系结构 六、数字中频接收机体系结构
一、超外差接收机
超外差接收机就是通过变频(一次或多 次) 将射频已调信号变频到易处理的中频上, 最终对中频已调信号进行处理—放大、滤 波与解调。超外差结构固然可以进行详细 的增益控制, 可改善噪声性能并可实现高选 择性,但结构复杂、调整困难、体积和功耗 大以及运用不灵活等是其固有的缺点。近 年来,DSP技术的发展已使其可进入接收机 的中频处理部分, 这就导致了新一代接收机 结构的出现。
低嗓声 放大器
自动增益 控制器
MAX2306
I信号
Q信号
RRSI
MAX2306将信号解调，输出I/Q信号。
频率合成值M、R输入
I信号 Q信号
U2794B与MAX2306比较
1、 U2794B的频道单一、固定，但 MAX2306可以在频率范围内任意的设定， 本振频率/R = 输出频率/M。 2、芯片内部的自动增益控制器（VGC） 不一样， U2794B 的VGC只有两个值；而 MAX2306的VGC 从-60~60dB连续可调， 成线性变化。
I信号
滤波器
RF2713
AD8367
RF2713
Q信号
无线信号解调原理
1、 天线接收到外部无线信号，传给低 嗓声放大器，低嗓声放大器将无线信号的 嗓声过滤掉，并将信号放大（一般是小于 20dB）传送给自动增益控制器（AGC）。
低嗓声 放大器
2、AGC的作用是确保信号到达U2794B前，信 号的峰峰在一个合适的范畴。当在AGC前信号 太小，AGC将自动调高增益，使信号放大；当 在AGC前信号太大，AGC自动降低增益，使信 号减小
差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点
差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点现代通信系统中，无线电通信经常采用超外差接收机。
超外差接收机又分为差频接收机、零中频接收机和低中频接收机。
这些接收机都具有各自特点和适用范围。
本篇文章将介绍这三种常见的接收机的特点和优劣。
差频接收机差频接收机又叫中频放大器接收机，它是将收到的信号变换到固定的中频附近进行放大、滤波和检波的一种接收机。
差频接收机广泛应用于广播、电视、短波和卫星通信等各个领域。
差频接收机的特点如下：特点1.差频接收机主要采用变频器将高频信号变频到中频，中频通常在几百千赫范围内，然后再经过放大、检波、滤波等处理，使得中频附近的信号能够被更好地处理并转换成基带信号。
2.差频接收机对中频的抑制能力强，因此可以减少本地环境中中频信号的干扰，提高接收的信噪比。
3.差频接收机采用中频变换的方式，使得信号的处理更加方便，可以采用先进的数字信号处理技术。
4.差频接收机的灵敏度高，一般可以接收到较低功率的信号。
缺点1.差频接收机对频率的稳定性要求高，要保证中频与声频的稳定性，需要采用较好的频率稳定度的元器件。
2.差频接收机需要设计多级放大器，不利于解决干扰和放大器之间的交叉调制等问题。
3.差频接收机的欠采样带宽存在，使采样频率必须要大于两倍的中频。
零中频接收机零中频接收机也叫直接变频接收机，它的特点是直接把接收到的信号变换成基带信号进行处理，而不像差频接收机一样进行中频变换。
零中频接收机广泛应用于卫星通信、雷达、导航等领域。
零中频接收机的特点如下：特点1.零中频接收机的本地振荡器可以直接调制信号的频率，所以可以避免中频变换及其稳定性和干扰等问题。
2.由于无中频频率的限制，零中频接收机可以节省中频滤波器和放大器部分的复杂度和量。
3.零中频接收机可以直接处理宽带信号，使其更适用于大数据传输和快速采样。
4.零中频接收机的频率选择性较IV阶，利于滤波器设计，抗混频干扰能力较强。
缺点1.零中频接收机需要解决镜像干扰、频率合成相位以及漂移等问题。
差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点
2, 综合分析超外差（heterodyne）接收机、零中频（homodyne）接收机和低中频（low-IF）接收机的特点。
答案：（1）超外差式接收机(heterodyne receiver)：优点(benefits)：1）超外差式接收机可以有很大的接收动态范围。
2）超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。
一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。
这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。
3）超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。
缺点(drawback)：1）由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。
2）超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。
3）超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。
应用：相干检测的方案中(QPSK、QAM)。
（2）零中频接收机(homodyne receiver)：优点(benefits)：1）零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。
因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。
2）功率消耗较低。
3）不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。
缺点(drawback)：1）由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的，所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。
2）需要直流消除电路。
由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号，需要用到直流消除技术。
零中频架构在接收机中的应用分析
零中频架构在接收机中的应用分析1. 引言1.1 零中频架构概述零中频架构是一种在接收机中广泛使用的技术，它可以将高频信号转换为零中频信号，从而方便后续的信号处理。
在传统的超外差接收机中，高频信号需要通过多级混频器和滤波器才能转换到中频进行处理，而零中频架构则能直接将高频信号转换到零中频进行处理，减少了电路复杂度和功耗。
零中频架构还可以有效抑制高频混频器的非线性失真和相位噪声，提高了接收机的性能和灵敏度。
零中频架构在现代通信系统中扮演着重要的角色，被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
它不仅可以提高接收机的性能，还能降低系统成本和功耗，是一种具有广阔发展前景的技术。
零中频架构的出现极大地推动了接收机技术的进步，为通信行业带来了新的机遇和挑战。
1.2 零中频架构在接收机中的重要性零中频架构在接收机中的重要性体现在其在数字通信领域中的关键作用。
零中频架构可以实现信号的处理和调制解调过程，使得信号能够在各个频段之间进行转换和传递。
通过零中频架构，可以有效提高信号的接收质量和传输效率，从而提升通信系统的整体性能。
在现代通信系统中，零中频架构被广泛应用于各种数字通信设备中，如手机、卫星通信、无线电等。
其稳定可靠的工作原理和高效的信号处理能力，使得接收机能够快速、准确地接收、解码和处理各种信号，保证通信数据的完整性和可靠性。
零中频架构在接收机性能中的重要性还体现在其对信号处理的灵活性和扩展性。
通过零中频架构的应用，可以根据不同的通信标准和要求，灵活调整接收机的参数和频率范围，实现多种信号的同时接收和处理。
这种灵活性不仅提高了接收机的适用性和性能，还为通信系统的升级和扩展提供了更多可能性。
零中频架构在接收机中的重要性不可忽视。
它不仅影响着接收机的性能和稳定性，还直接影响着整个通信系统的运行效率和可靠性。
随着通信技术的不断发展和应用范围的扩大，零中频架构在接收机中的地位和作用将会越发突出，对通信行业的发展将起到举足轻重的作用。
《零中频接收机》课件
零中频接收机是一种创新的接收机技术，具有广泛的应用前景。本课件将介 绍零中频接收机的概念、工作原理、优点、应用以及未来发展趋势。
什么是零中频接收机
零中频接收机是一种新型的接收机技术，相对于传统中频接收机具有很多优点。让我们来了解一下这种创新的 技术。
零中频接收机的工作原理
2 雷达系统
3 空间探测器
利用零中频接收机的技术， 在雷达系统中可以实现更 精确的目标探测和跟踪， 提高系统的性能。
对于空间探测器，零中频 接收机能够提供更高灵敏 度的信号接收，帮助科学 家更好地探索宙。
零中频接收机的发展趋势
1
高速数字信号处理技术的发展
随着高速数字信号处理技术的发展，零中频接收机的性能将不断提升，进一步拓 宽其应用范围。
2
高精度时钟技术的发展
高精度时钟技术的发展将使得零中频接收机的频率测量更加精确，提高系统的稳 定性和性能。
3
高速数字转换技术的发展
高速数字转换技术的发展将进一步提高零中频接收机的信号采样速率和分辨率， 满足更高要求的应用场景。
结论
零中频接收机是一种新型的接收机技术，广泛应用于通信、雷达和空间探测器等领域。随着相关技术的发展， 这种创新的接收机技术将有着广阔的应用前景。
了解零中频接收机的工作原理，需要了解它的组成部分和零中频技术的原理。 让我们深入探讨一下这个技术的内部机制。
零中频接收机的优点
降低噪声系数
通过零中频技术，零中频接收机可以降低混频 器的噪声系数，提高接收信号的质量。
节约成本和空间
由于零中频接收机的设计，可以减少多个滤波 器的成本和占用的空间，提高系统的效率。
减少失真和干扰
相比于传统中频接收机，零中频接收机能够减 少信号失真和干扰，提供更清晰、更可靠的信 号。
射频与通信集成电路设计习题参考答案
RL (1 Q2 ) RS
Q RS 1 50 1 0.816
RL
30
X Lp
X L' (1
1 Q2
)
QRL (1
1 Q2
)
61.24
Q L ' L ' QRL
RL
L QRL 15 0.81630 15 0.63nH 2π 2.4109
LP
X Lp
61.24 2π 2.4109
Qn=2 4.58nH
2.91nH
1.53pF
（b）
（b）
Qn=2
2.44nH
2.61pF
3.76pF
Qn=2
1.79pF
1.69nH
2.22nH
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东南大学《射频集成电路设计基础》课程
（二）计算法 1）L 型匹配网络计算
L
j15
L’
LP
C
0(RL)
C
习题参考答案 Z. Q. LI RL(1+Q2)
（a）
（b）
L=0.64nH C=1.09pF
C=1.67pF L=4.06nH
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东南大学《射频集成电路设计基础》课程
2）具有最大节点品质因数为 2 的 T 型匹配网络
习题参考答案 Z. Q. LI
Qn=2 947.6fF
890.9fF
2.9nH
（a） 3）具有最大节点品质因数为 2 的型匹配网络 （a）
(d) ZIN 2Zo ,
1 ΓIN = 3
2.7 请将下图中 Smith 圆图上的曲线与它们的性质对应起来，并填入到下表中。
曲线性质
曲线编号
某频率点上的 LC 网络阻抗匹配
第二讲了解接收机
DRl
f
MDS out
0
f
MDS in（灵敏度）
Pin
2 了解接收机
一、基本定义
3、动态范围（Dynamic Range）
无杂散动态范围（DRf） Sin,max: 此输入信号在输出端引起的三阶互调失 真分量(OIP3）折合到输入端恰好等于 基底噪声
OIP3 Ft Gp
Sin,min:灵敏度或基底 噪声
接收功率密度 有效接收面积
2 PG G t t r 0 2
效率因子 最大作用距离： Rmax
4
Sin,min
k
灵敏度
2 了解接收机
一、基本定义
2、最大作用距离（Friis传输方程）
例：发射机频率为2GHz。
0 0.15m, Gt 10dB, P W t 1
接收机
Gr 10dB, Sin,min 90dBm 1012W , k 1
以dB表示的公式
注意：对低噪声放大器、混频器等小信号有源器件 一般采用无杂散动态范围； 对功率放大器等大信号有源器件采用线性动 态范围。
2 DR f dB 2 IIP3 dBm Ft dBm 3
2 了解接收机
一、基本定义
3、动态范围（Dynamic Range）
基底噪声（Noise Floor)：输入信噪比为0dB时， 接收机能够感知的最小信号强度。
Ft 174 10log B FdB 23 kT0 B 1.38 10 290 1 174dBm
灵敏度：给定接收机解调器前要求的输出信噪比的 条件下，接收机所能检测到的最低输入信号电平。 灵敏度=底噪+输出信噪比
简述gnss接收机的分类
简述gnss接收机的分类
GNSS接收机是一种用来接收并处理全球导航卫星系统信号的设备，根据其性能和使用场景的不同，通常可以分类为以下几类：
1. 单频接收机：只能接收到L1频段的信号，适用于一般民用领域，如车载导航、航空导航、测量等。
2. 双频接收机：可以同时接收L1和L2频段的信号，相对于单频接收机，具有更高的精度和抗干扰性能。
3. 多频接收机：可以同时接收多个频段的信号，例如L1/L2/L5，具有更高的精度和鲁棒性能，适用于高精度测量、科学研究等领域。
4. 实时动态差分接收机：可以通过接收到的基准站信号进行差分计算，从而实现厘米级的定位精度。
5. 静态差分接收机：需要在测量前设置基准站和流动站，通过对基准站和流动站的数据进行差分计算，来获得高精度的测量结果。
6. 技术型接收机：根据其使用的技术和算法不同，可以分为多普勒相位跟踪型、信号成像型、多普勒测速型、高动态型等。
这些接收机广泛应用于军事、航空、导航等领域。
零中频架构在接收机中的应用分析
零中频架构在接收机中的应用分析零中频架构（Zero-IF Architecture），又称为直接转频（Direct Conversion）或基带转频（Baseband Conversion）架构，是一种广泛应用于接收机中的电路架构。
本文将分析零中频架构在接收机中的应用。
零中频架构的基本原理是将接收机的接收信号直接转换到基带频率进行处理，避免了传统接收机中频调谐器和混频器的使用。
在零中频架构中，接收信号首先经过低噪声放大器进行信号放大，然后通过电路将信号直接下变频到基带频率。
与传统的超外差架构相比，零中频架构具有简化电路、提高性能和降低功耗等优势。
零中频架构在接收机中的主要应用之一是数字通信系统。
在数字通信中，零中频架构能够直接将接收信号下变频到基带频率，提供高质量的信号恢复和解调能力。
零中频架构能够通过数字信号处理算法对接收信号进行复杂的信号处理，例如解调、频谱分析和信号调理等。
零中频架构适用于各种数字通信系统，如手机通信、卫星通信和宽带通信等。
零中频架构还可以应用于无线电广播接收机。
在传统的无线电广播接收机中，频率调谐和混频是接收信号必经的过程，会损耗信号质量和增加电路复杂度。
而使用零中频架构可以直接将信号下变频到基带频率，提供更好的信号质量和音频恢复能力。
零中频架构的低功耗特性也使得其成为移动设备和电池供电设备中理想的无线电广播接收方案。
零中频架构还可以应用于雷达和无线电频谱监测系统等应用领域。
在高频雷达中，零中频架构可以提供更好的信号探测和目标跟踪能力。
零中频架构在无线电频谱监测系统中可以实现更高的灵敏度和动态范围，提供更全面的频谱分析和科学研究能力。
零中频架构在接收机中具有广泛的应用前景。
它不仅可以提供高质量的信号恢复和解调能力，还可以简化电路、降低功耗和提高性能。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，零中频架构将在各种通信和雷达系统中得到更广泛的应用。
精品文档-软件无线电原理与技术(向新)-第5章
第5章 软件无线电接收机
注意，根据本地振荡器的频率fLO低于或高于所需信号的中心 频率的情况，镜像信号频率将相应低于或高于所需信号频率。无 论何种方式，所需频道与镜像频道之间的间隔均为2fIF。图5-3所 示为本振频率低端注入的情况。
由于会出现镜像信号干扰问题，因此有用的射频信号及与本 振信号对称的镜像频率信号同时被变换到相同的中频频带内，形 成干扰。这是这种接收机所面临的主要技术难点，如图5-2所示。
第5章 软件无线电接收机 因此，这种接收机射频前端必须设置镜频抑制滤波器，以对
镜像信号进行抑制，而这样的高频滤波器只有当中频频率fIF足够 高的时候(使所需信号与其镜像信号相隔足够远)才可实现。该滤 波器是一个高Q滤波器(高达50以上)，在高质量的应用中常需要6 阶以上的滤波器以实现60 dB以上的镜像频率抑制，而且滤波器 的中心频率需要与本振频率协同变换，以适应固定的中频频率。 这样的滤波器是不可能集成实现的，必须采用大量的片外高品质 因子的离散元件实现。一旦信号下变到中频，就必须进一步进行 中频滤波以获取所需信号，这个中频滤波器也是一个高Q(高达50 以上)、高阶(8~10阶)滤波器，集成这样的中频滤波器也是很困 难的，虽然已经有集成模拟滤波器的应用，但对于大部分应用， 其性能不佳。所以高性能的模拟滤波器是很难被替代的，而且价 格很高。
(5-5)
通过上面的叙述，我们可以清楚地了解到复信号(或解析信
号)在频谱上的特点。因此，当实施正交下变频时，仅有正频率
部分出现频谱的移动，如图5-5所示，这样在实混频中出现的镜
像频率干扰现象并未出现。
第5章 软件无线电接收机 图5-5 复混频下变频频谱
零中频接收机
如果直流偏移是稳定的，则消除并不困难。但 由于环境是时变的，以及从本振泄露的信号也是 时变，因此直流偏移也是时变的。消除时变的直 流失调信号，较为困难。直流失调的补偿方法有 以下几种。
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3.1直流偏移
1.频率调整
由于本振信号泄露是产生直流偏移的主要原因， 因此可以改变本振信号的频率。该方法通过其它 频率的本振信号通过倍频、分频、和频信号来形 成与所需要的信号的同频信号用于混频。
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3.2 I/Q失配
对于相位和频率调制技术，零差接收机 必须采用正交混频，因此需要两路正交的 信号。我们现在来看I/Q两路不平衡对系统 产生的影响。
假设接收到的信号为
其中a和b等于1或者-1。
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3.2 I/Q失配
假设本振信号的I路和Q路相位是
其中 和 分别为幅度和相位误差。
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3.1直流偏移
直流偏移是零中频接收机面临的一个重要问 题。直流偏移产生的原因产生的原因很多。其中 最主要的原因是本振信号的泄露。泄露的信号再 从输入端输入，与本振信号混频，产生直流信号。
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3.1直流偏移
直流偏移对系统的影响
直流信号可以使级电路饱和，从而淹没有用信 号。
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区分。
2.零中频接收机简介
正交下变频的零中频接收机
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2.零中频接收机简介
零中频接收机的优点 1.镜像问题被克服了，因此不需要镜像
滤波器。 2.低通滤波器的信号都易于单片实现，
降低了系统复杂度。
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接收机综述
接收机要求指标大致为：噪声系数,灵敏度，线性度，动态范围，内部杂散等。
接收机大致原理图如下：带通滤波器：(抑制杂散，减小本振泄漏对天线与系统电路产生的相应)LNA:在线性恶化的前提下提供一定增益，以抑制后续电路的噪声（要求低噪声系数，合适的增益，高的三阶互调截点以及低的功耗）镜像抑制滤波器：MIXER:是接收机中输入射频信号最强的模块（线性度尤为重要，高的三阶互调截点，同时要求低的噪声系数）中频滤波器：抑制相邻信道干扰，提高选择性。
接收机的主要结构类型：1.超外差接收机结构2.零中频接收机3.镜频抑制接收机4.低中频接收机超外差接收机：超外差接收机结构超外差将射频输入信号与本地振荡器产生的信号相乘优点：在低中频上实现相对带宽较窄，矩形系数较高的中频滤波器，以提高接收机的选择性，而且增益可以中频获得，降低了射频和实现高增益的难度，当射频信号频率上升到微波甚至毫米波时，可采用二次变频方法以降低滤波器实现的难度，保证接收机的选择性。
优点总结：提高了接收机的选择性，降低了射频级实现高增益的难度缺点：结构复杂，模拟器件多，体积，重量方面不令人满意。
当接收信号的频率较高时，VCO的设计变得困难总结：对中频结构接收机，要面临镜像频率干扰，因此合理选择中频与高质量的带通滤波器对于滤除镜像频率十分重要。
镜频抑制接收机结构：Hartley与WeaverHartley假如有用信号t w V s S cos 与其镜像信号t w V t t cos 同时进入信道。
即：t w V t w V t V t t s S i cos cos )(+=则图中上之路与下之路分别为：tw t w V t w V t V LO t t s S a sin )cos cos ()(+=t w V t w V IF t IF S sin 2sin 2-=tw t w V t w V t V LO t t s S a cos )cos cos ()(+=t w V t w V IF tIF S cos 2cos 2+=则上下两之路信号合成中频输出：tw V V IF S IF cos =因此除去了镜像信号，保留了有用信号Weaver 镜像抑制结构：：优点：理论上完全消除了镜像响应与镜像噪声（非常重要相当实用）缺点：两路信道功率增益失配与相位失配相对较低，但无法实现宽带IF 下变换， 要实现宽带固定移相器是相当困难的，且频率越高，难度越大，出于两路 信道的增益与相位失配，完全抑制镜像信号响应是不可能的零中频接收机结构：零中频接收机结构图优点：由于有用信号直接下变频到基带，完全消除了镜像相应问题（蜂窝移动通 终端就采用这种结构，具有无可比拟的优点，是当今研究的热点，解决了 与传统的超外差式结构有关的大多数问题。
零差接收机
超外差接收機
中頻接收機 最常用的接收機結構 優點： 可採用多個中頻級來實現極高性能的接收機
超外差接收機
缺點：
1.鏡像頻率(image frequency)的干擾 改善的方法：在LNA與混波器之間多接一級鏡像拒斥 濾波器(image-rejection filter) 2.中頻訊號的選擇，必須在接收機的靈敏度(sensitivity)和 選擇性(selectivity)上作抉擇
接收機
零差接收機 (Homodyne Receivers)
超外差接收機 (Heterodyne Receiownconverter): 通常是個混波器。主要是將RF轉換成一個較低的 中頻信號，提供給下一級放大，因為高頻訊號放大不 易且增益有限。
零差接收機
零中頻接收機 優點: 1.沒有鏡像頻率(image frequency)干擾的問題 2.可以實現高整合度的接收機
零差接收機
缺點：
1.混波器遭受自我混頻(self-mixing)的影響 起因：來自混波器輸入端與LO端、LNA端的有限隔絕 影響：形成一DC偏壓損害信號 2.諧波(混波雜訊)干擾的考量 起因：LNA非線性的特性 影響：形成對有用信號的干擾 3.容易受閃爍訊號(flicker noise)的干擾
《零中频接收机》课件
研究零中频接收机的线性化技术，降低非线性失真和噪声，提高信 号质量。
高效实现方法
研究零中频接收机的低复杂度实现方法，降低功耗和成本，提高其实 用性。
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高线性度
由于没有中频滤波器，零中频 接收机能够提供更好的线性度 ，提高了信号的保真度。
低噪声
由于减少了中频电路，零中频 接收机的噪声系数也相应降低 ，提高了信号的信噪比。
易于集成
由于结构简单，零中频接收机 更容易实现小型化和集成化。
挑战
镜像抑制问题
零中频接收机在接收信号时 ，会同时接收到目标信号和 镜像信号，需要采取措施抑 制镜像信号。
特点
结构简单、低功耗、低成本、易 于集成。
工作原理
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02
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信号输入
射频信号通过天线接收， 经过低噪放增益放大后进 入混频器。
混频
射频信号与本振信号混频 ，直接下变频到基带信号 。
信号处理
基带信号经过滤波、放大 、解调等处理，最终输出 原始信息。
历史与发展
起源
20世纪90年代，随着微电 子技术的进步，零中频接 收机概念被提出。
解决方案
采用数字滤波器进行镜像抑制
通过数字滤波器对接收到的信号进行处理，抑制镜像信号的影响。
优化本振电路设计
通过优化本振电路的设计，降低本振信号的泄露。
采用开关电源进行电源管理
通过采用开关电源技术，实现高效、稳定的电源管理。
采用校准技术解决通道一致性问题
通过校准技术对接收机的各个通道进行校准，确保通道间的一致性。
05
零中频接收机的未来展望
技术发展趋势
集成化
随着微电子技术的发展，零中频接收机将更加集成化，体积更小 ，功耗更低。
零中频架构在接收机中的应用分析
零中频架构在接收机中的应用分析零中频架构（Zero Intermediate Frequency, ZIF）是一种在接收机中广泛应用的架构。
它采用数字信号处理技术，将射频信号直接转换成基带信号，避免了传统中频处理步骤，从而简化了接收机结构、提高了系统灵敏度和动态范围，降低了成本。
本文将从零中频架构的基本原理、在接收机中的应用以及其优缺点等方面进行分析。
一、零中频架构的基本原理传统接收机结构中，射频信号首先经过射频前端放大和滤波处理，然后转换成中频信号，再经过中频放大和滤波处理，最后才转换成基带信号进行数字处理。
这种结构存在诸多问题，如中频放大器要求稳定的工作状态、对抗干扰能力不足、成本高等。
而零中频架构通过直接将射频信号转换成数字基带信号，避免了中频处理步骤，简化了系统结构，提高了系统性能。
零中频架构的实现需要采用混频器和数字信号处理器。
混频器是将射频信号与本地振荡信号进行非线性混合，得到中频信号的器件。
在零中频架构中，混频器的本地振荡信号频率与射频信号频率相近，以实现零中频的效果。
利用数字信号处理器对混频器输出的中频信号进行采样、滤波、解调和解码等处理，最终得到数字基带信号。
二、零中频架构在接收机中的应用1. 通信系统在通信系统中，零中频架构可以应用于各种无线通信标准，如LTE、5G等。
采用零中频架构的接收机可以提高系统的动态范围和频谱效率，同时降低系统成本和功耗。
零中频架构还能够实现宽带通信和多模式通信的支持，提升系统的灵活性和适用性。
2. 民用雷达系统在民用雷达系统中，零中频架构可以应用于大气观测雷达、气象雷达、航空雷达等领域。
采用零中频架构的雷达系统可以提高系统的灵敏度和目标分辨率，同时降低了系统的体积和功耗。
零中频架构还能够实现雷达系统的数字波形产生和相干处理，提升系统的性能和灵活性。
三、零中频架构的优缺点1. 优点（1）系统结构简单：零中频架构避免了中频处理步骤，简化了接收机结构，减少了系统的体积和重量。
三种接收机结构（超外差零中频低中频）
三种接收机结构（超外差零中频低中频）关于接收机结构我们从最传统的超外差结构开始介绍。
超外差结构能提供非常好的性能，但这种结构需要大量分离元件，像滤波器等。
这种结构无法单芯片集成实现，因此出现了零中频，低中频接收机结构。
超外差接收机超外差接收机自从1917首次出现以来一直作为接收机设计的主要结构。
直到2000，出现了零中频接收机，这种接收机结构适合完全集成实现。
图1 一级混频的超外差结构图1所示为单级混频的超外差结构，混频器利用本振信号将RF信号下变频到IF频率。
超外差结构由以下模块组成：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，AD。
输入带通滤波器通常用于抑制带外干扰信号，防止带外强干扰信号阻塞低噪声放大器。
通常输入带通滤波器带宽比较宽，由多个信道组成。
镜像滤波器用于抑制镜像频率，关于镜像滤波器我们下面会做详细介绍。
混频之后的IF带通滤波器决定了接收机的通道选择性，用于抑制邻道信号功率，同时IF带通滤波器也通常作为AD前端的抗混叠滤波器。
零中频接收机超外差接收机需要解决的主要问题就是镜像频率抑制问题。
而零中频接收机通过将信号直接转换到基带(0Hz)，从而克服了镜像抑制问题。
其结构如下：图2 零中频接收机结构零中频接收机本振频率(LO)和射频信号频率(RF)相等，镜像频率也就是信号频率本身。
不存在镜像频率干扰的问题，原超外差接收机结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器都可以省略。
这样一方面取消外部元件，有利于系统的单芯片实现。
如图2所示，混频器后面是一个模拟低通滤波器，该滤波器作为通道选择滤波器和AD前端的抗混叠滤波器。
如果接收机的通道选择性完全由该滤波器实现，那么要求该滤波器的截止频率为信号带宽的一半，以有效抑制邻道和更远端的信道干扰。
由于该滤波器工作在低频，因此可以用有源模拟滤波器实现，注意上下两个分支幅度响应匹配。
有源模拟滤波器相对于超外差接收中的无源中频滤波器输入动态范围有限，并且阻带衰减有限。
零中频接收机的优缺点对比
零中频接收机的优缺点对比零中频接收机，是直接将射频变频到基带，即中频为0。
一、优点首先，由于零中频接收机的中频为0，因此不需要昂贵的SAW滤波器或者晶体滤波器；取而代替的，可以是简单的低通滤波器，在成本方面也更便宜。
其次，零中频接收机不需要进行频率规划，这可是超外差接收机设计过程中相当复杂的一项任务。
另外，零中频接收机没有镜像频率。
二、缺点任何事物都有两面性，零中频接收机既有优点，当然也有缺点。
只有解决了这些缺点，才能把零中频接收机切切实实地用起来。
缺点1：DC offsets（直流偏移）直流偏移，是指因为各种原因，会有杂散或噪声落在DC频率处。
因为零中频接收机的中频是零中频，在DC频率处有噪声，直接就影响了SNR，所以零中频架构对直流偏移非常敏感。
那么，DC offsets是怎么产生的呢？•工艺问题在集成电路中，由于工艺的不完美，会导致基带电路中本身就存在直流偏移。
比如说实际运放的失调电压。
•自混频混频器RF端口和LO端口间的隔离度是有限的，所以，本振信号会有一部分漏到射频端口，然后再被反射回来，和本振混频，进而产生直流偏移。
还有其它的一些原因，有同样的信号，同时泄露到混频器的RF和LO端，进而混频至DC频率，从而产生直流偏移。
所以，想要减小自混频产生的直流偏移，则需要尽量提高混频器端口之间的隔离度，同时也要提高其它路径的隔离度。
直流偏移需要去除或者抵消，不然接收机就没法工作。
假设基带电路中的增益为70~80dB，那么很小很小的直流偏移，比如200uV，就会使得基带放大器饱和。
在基带电路中，使用AC耦合或者高通滤波，是去除时变直流偏移的有效手段之一。
一般来说，为了保证不恶化调制信号的SNR，高通滤波器的3dB截止频率应该低于符号率的0.1%。
也可以用一些手段来抵消直流偏移，比如说，对于时不变直流偏移，可以预先测量，储存起来，在系统工作时，存储的直流偏移值，通过DAC输入到模拟基带电路中的减法器，以补偿固有直流偏移。
零中频射频接收机技术
零中频射频接收机技术作者：东南大学射频与光电集成电路研究所李智群王志功 2004年7月A版摘要：零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种结构。
本文在介绍超外差(Super Heterodyne)结构与零中频结构性能和特点的基础上，重点分析零中频结构存在的本振泄漏(LO Leakage)、偶次失真(Even-Order Distortion)、直流偏差(DC Offset)、闪烁噪声(Flicker Noise)等问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。
关键词：零中频；超外差；本振泄漏；自混频引言近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。
射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。
优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。
由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。
本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，分析零中频结构可能存在的问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。
超外差接收机超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。
图1为超外差接收机结构框图。
在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(IR Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。
然后，中频信号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。
低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。
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2, 综合分析超外差（heterodyne）接收机、零中频（homodyne）接收机和低中频（low-IF）接收机的特点。
答案：（1）超外差式接收机(heterodyne receiver)：
优点(benefits)：1）超外差式接收机可以有很大的接收动态范围。
2）超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。
一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。
这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。
3）超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。
缺点(drawback)：1）由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。
2）超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。
3）超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。
应用：相干检测的方案中(QPSK、QAM)。
（2）零中频接收机(homodyne receiver)：
优点(benefits)：1）零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。
因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。
2）功率消耗较低。
3）不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。
缺点(drawback)：1）由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的，所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。
2）需要直流消除电路。
由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号，需要用到直流消除技术。
如果不应用直流消除技术，这种方案就只能用在没有直流成分的调制方案中(比如：NC-FSK)。
3）因为零中频接收机的载波是在射频频段，这样载波恢复变得很困
难，只能用在非相干检测方案中。
4）零中频接收机对于I/Q不平衡度很敏感，用离散器件实现的I/Q调制器很难保证良好的I/Q平衡度。
应用：没有直流成分的非相干解调方案中(NC-FSK)。
（3）低中频接收机：
优点：地中频接收机结合了超外差式接收机和零中频接收机各自的邮电。
1）低中频接收机和零中频接收机结构图相似，像零中频接收机一样，不需要高频高Q 值滤波器抑制镜像信号，地中频结构中滤波器元件更容易单片机城，从而减少全系统元件总数，实现高度集成化，性能也较好，还可降低功耗。
2）低中频接收机相对于零中频接收机比较容易实现载波恢复。
3）低中频接收机还具有零中频接收机的集成度高体积小的优点。
缺点：1）低中频接收机还是I/Q不平衡度很敏感。
2）低中频接收机像超外差接收机一样需要考虑镜像频率的抑制的问题。
应用：频谱在直流附近的线性调制方案(GMSK)。