超外差

通信收发机中使用的结构

超外差（superheterodyne），原是超声外差（supersonic heterodyne）的缩写，并非指本振源频率比信号频率高。

内容简介

超外差结构是在通信收发机中最为广泛使用的一种结构，其外差过程在接收机中是从天线接收的信号与本地振荡器（local oscillator，LO）产生的信号一起输入到一非线性器件得到中频信号，或在发射机中将中频变为射频信号。这个执行外差过程的非线性器件称为混频器或者变频器。在超外差收发机中，频率的搬移过程可能不止发生一次，因此它或将拥有多个中频频率和多个中频模块。

显然，同一个中频信号可以由高于或者低于本振频率的输入信号所产生。在这两种频率中，由不需要的频率所产生的一个叫作镜像频率，在这个频率上的信号称为镜像。所需要的信号和其镜像的频率差为中频的两倍。为了阻止可能发生的镜像对期望信号的干扰，以及其他更强干扰信号阻塞超外差接收机，在变频器之前必须进行充分的滤波。这个前置滤波器的带宽通常是非常宽的，通常覆盖了无线移动收发机的整个接收频带。超外差接收机的信道滤波是通过高选择性的无源滤波器来实现的。接收信道的调谐通常是通过一个射频合成器的编码实现的，每个中频块的频率可以保持固定。

在超外差收发机中，大部分所需信号增益是由中频模块所提供的。在固定的中频频点上，相对更为容易取得足够高且稳定的增益。在中频取得较高增益所需要的功耗比在射频取得同样增益所需要的功耗要低得多。这是由于信道滤波在放大前有效地抑制了非期望信号和干扰，因此中频放大器并不需要有很大的动态范围。而且，中频放大器和电路的阻抗更高。因为信道滤波之前所取得的足够高增益，使得它可以取得最佳的灵敏度而仍然不使后级放大器饱和，所以信道高选择性也有助于接收机实现更高的灵敏度。可以通过使用有源低通滤波器在模拟基带中进一步滤除非期望信号或干涉。

由于这种结构通常适用于无线通信系统中，它的具体结构将在一个全双向收发机中进行描述。然而正如所预料的，在系统中使用多个中频将导致虚假响应的问题。必须有良好的频率规划使得超外差收发机工作在指定的频带。

特点

1,对振荡频率的选取有要求；要求振荡器的振荡频率和幅度精度高，稳定性好;

2,本振频率中有锁相环，数字分频、数字鉴相器等电路，保证极高的稳定度,否则会产生本振频率漂移；

3,都有锁相环电路来保证本振频率的稳定度；

4,一般采用稳定性好的晶体振荡器；

5,振荡频率高，易起振,振频稳，振幅高,振荡特性好；

6,本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器；

7,每一级电源都应有0.1 μF或0.01 μF的旁路电容接地；

8,电源可数模分开供电，接地及屏蔽良好，本振输出端有带通滤波器，使本振输出杂波小。

发展

利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预先确定的频率的方法。超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。1919年利用超外差原理制成超外差接收机。这种接收方式的性能优于高频（直接）放大式接收，所以至今仍广泛应用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方面。

原理

超外差原理如图2。本地振荡器产生频率为f1的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc的已调制频带有限信号,通常f1>fc。这两个信号在混频器中变频，输出为差频分量,称为中频信号，fi=f1-fc为中频频率。输入为调幅信号的频谱和波形图。输出的中频信号除中心频率由fc变换到fi外，其频谱结构与输入信号相同。因此，中频信号保留了输入信号的全部有用信息。

超外差原理的典型应用是超外差接收机。从天线接收的信号经高频放大器（见调谐放大器）放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器变频，得到中频信号，再经中频放大、检波和低频放大，然后送给用户。接收机的工作频率范围往往很宽，在接收不同频率的输入信号时，可以用改变本地振荡频率f1的方法使混频后的中频fi保持为固定的数值。

接收机的输入信号uc往往十分微弱（一般为几微伏至几百微伏），而检波器需要有足够大的输入信号才能正常工作。因此需要有足够大的高频增益把uc放大。早期的接收机采用多级高频放大器来放大接收信号，称为高频放大式接收机。后来广泛采用的是超外差接收机,主要依靠频率固定的中频放大器放大信号。

和高频放大式接收机相比，超外差接收机具有一些突出的优点。

①　容易得到足够大而且比较稳定的放大量。

②　具有较高的选择性和较好的频率特性。这是因为中频频率fi是固定的，所以中频放大器的负载可以采用比较复杂、但性能较好的有源或无源网络，也可以采用固体滤波器，如陶瓷滤波器（见电子陶瓷）、声表面波滤波器（见声表面波器件）等。

③　容易调整。除了混频器之前的天线回路和高频放大器的调谐回路需要与本地振荡器的谐振回路统一调谐之外，中频放大器的负载回路或滤波器是固定的，在接收不同频率的输入信号时不需再调整。超外差接收机的主要缺点是电路比较复杂，同时也存在着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等（见混频器）。例如，当接收频率为fc的信号时，如果有一个频率为f婞=f1+fi的信号也加到混频器的输入端，经混频后也能产生|f1-f婞|=fi的中频信号,形成对原来的接收信号fc的干扰，这就是像频干扰。解决这个问题的办法是提高高频放大器的选择性，尽量把由天线接收到的像频干扰信号滤掉。另一种办法是采用二次变频方式。

第一中频频率选得较高，使像频干扰信号的中心频率与有用输入信号uc的中心频率差别较大，使像频信号在高频放大器中受到显著的衰减。第二中频频率选得较低，使第二中频放大器有较高的增益和较好的选择性。

随着集成电路技术的发展，超外差接收机已经可以单片集成。例如，有一种单片式调幅-调频（AM/FM）接收机，它的AM/FM高频放大器、本地振荡器、混频器、AM/FM中频放大器、AM/FM检波器、音频功率放大器以及自动增益控制（AGC）、自动频率控制（AFC）、调谐指示电路等（共700个元件）均集成在一个面积为2.4×3.1毫米2芯片上，它的工作电压范围为1.8～9伏，工作于调幅与调频方式的静态电流分别为3毫安和5毫安。

外差补充

所谓外差式和超外差式实际是相同原理，许多人认为本振高于射频称为外差，射频高于本振称为超外差，实际上他们都属于超外差，分别叫做本振上注入式（high-side injection）超外差，和本振下注入式（low-side injection）超外差。

外差和超外差真正区别是超外差式采用了一个可调射频前端滤波器，混频器，稳定的本振，固定中频滤波器。外差式试图将以上器件在一级中完成，形成了一个不稳定的放大器。

另外汉语的翻译不是没有规律可寻的

从各个词的排列顺序上看:

外-------差超-------外--------差

hetero---dyne super--hetero--dyne

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