无线通信 | 射频接收机系统架构：超外差一次变频、二次变频和直接变频

无线通信 | 射频接收机系统架构：超外差一次变频、二次变频和直接变频

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_50111463/article/details/139324070

射频接收机是无线通信系统中的关键组件，负责从空中各种信号中接收并处理有用信号。本文将详细介绍三种常见的射频接收机系统架构：超外差一次变频、超外差二次变频和直接变频。通过对比分析它们的优缺点和应用场景，帮助读者更好地理解射频接收机的工作原理。

一、超外差一次变频接收机

超外差一次变频接收机是最常见的射频接收机架构之一。其工作原理是将接收到的射频信号与本振（LO）信号混频，生成中频（IF）信号。中频信号经过滤波和放大后进行解调，最终转换为基带信号。整个接收过程只需要一次变频就可以完成解调。

优点：

1. 放大器容易实现：接收机增益可以分散在射频和中频两个阶段，因此增益实现比较容易。
2. 解调和A/D转换容易实现：在较低、固定的IF上进行解调和A/D转换也比较容易实现。

缺点：

1. 存在镜像频率干扰：镜像频率将和有用信号叠加在中频上造成干扰。
2. 集成难度高：镜像滤波器和中频滤波器的Q值较高，通常需要在芯片外单独添加滤波器，导致集成度低且成本增加。

典型应用： 北斗导航芯片AT6558采用的就是这种架构，如图1所示。

图1：北斗导航芯片AT6558的超外差一次变频接收机架构

二、超外差二次变频接收机

超外差二次变频接收机将射频信号先转换为第一中频（IF1）信号，然后再转换为第二中频（IF2）信号，在此基础上进行解调。这种架构通过两次频率变换，进一步优化了信号处理性能。

优点：

1. 放大器功能更容易实现：将接收系统分为RF、IF1、IF2、BB四个阶段，使得放大器增益分散，功能更容易实现。
2. 滤波器设计难度降低：由于两次频率变换，频率相对降低后滤波器设计难度降低。
3. 性能优良：通过合理安排两个低频段频率，可以实现很高的动态范围、灵敏度和镜像抑制。

缺点：

1. 结构复杂：由于两次变频，元器件较多，不利于集成且成本较高。
2. 存在镜像干扰。

典型应用： 5G射频收发芯片AR9382采用的就是这种架构，如图2所示。

图2：5G射频收发芯片AR9382的超外差二次变频接收机架构

三、直接变频接收机

直接变频接收机，也称为零中频（Zero Intermediate Frequency，ZIF）接收机，其本振（LO）频率等于载波频率。混频器将射频信号直接变频为f=0的基带信号，省去了中频处理环节。

优点：

1. 不存在镜像干扰。
2. 便于集成：没有中频滤波器，成本低。
3. 电路简单：对于消费电子或便携式产品来说，基本上都是零中频系统架构。

缺点：

1. 本振泄漏：寄生的本振信号可能通过某些路径泄漏到天线，对系统造成干扰。但随着技术发展，这一问题已基本得到解决。
2. 直流偏置（DC Offset）：泄漏的本振信号可能导致基带电路饱和。这一问题也已通过数模转换技术等方法得到改善。
3. 正交问题：信号在变频时被分为同相和正交两路信号，可能带来I、Q不平衡等问题。

直接变频接收机因其简单性和低成本优势，在消费电子产品中得到了广泛应用。