天华中威科技微波小课堂_镜像抑制与直接转换接收器

在射频系统中：中频的优势中，我们探讨了使用中间频率（IF）所带来的好处。然而，IF架构存在一个严重的缺点，而这个缺点实际上是推动开发基于直接转换技术的替代方案的重要因素。

镜像问题

基于IF的接收器使用可变频率振荡器（VFO）信号，通过乘法运算将接收到的频谱转移到以中间频率为中心的等效频谱上。但是，这种乘法运算不仅影响接收到的频谱，还影响相对于VFO频率对称的任何频谱。换句话说，乘法运算会将一个频谱转移到IF处，同时将另一个频谱转移到IF的对称位置。

如您所见，待解调的中频信号中同时存在镜像频谱和期望频谱。在这张图中，我们可以很容易地区分它们，但在实际电路中情况并非如此——期望频谱中的频率信息会被镜像频谱中的频率信息所干扰。

这种对称位置的镜像频谱是基于中频的可靠接收的主要障碍。为什么呢？因为镜像频谱（很可能是）不受您正在设计的无线系统的控制，因此它可能是任何东西，包括比期望信号强得多的信号。因此，如果我们不采取措施来减轻镜像的影响，系统接收的质量将取决于接近镜像频率的信号的不可预测行为。

镜像抑制

为了减轻镜像频谱的影响，外差式接收器使用镜像抑制滤波器。这些滤波器放置在混频器之前，以便在混频器将镜像频谱转移到中频之前将其抑制。这是一个有效的解决方案，但存在两个复杂的问题。

权衡取舍

如果镜像抑制滤波器同时衰减期望频谱和镜像频谱，那么它将不会非常有用。因此，滤波器的响应必须从期望频段的低衰减过渡到镜像频段的高衰减。与任何滤波器一样，从通带到阻带的快速过渡都是具有挑战性的，因此如果期望频段和镜像频段之间存在较大的频率间隔，设计镜像抑制滤波器将更容易。

然而，期望频段和镜像频段之间的间隔与中频成正比（更具体地说，它是中频的两倍）。这意味着更大的间隔对应于更高的中频。这并不是灾难性的，但我们必须记住，从信号处理的角度来看，我们希望中频比用于射频传输的高频更加方便。如果我们过多地增加中频，由更高中频带来的困难可能会超过改进镜像抑制所带来的好处。因此，镜像抑制滤波涉及在镜像抑制和保持较低中频的需求之间的基本权衡取舍。

集成度，或缺乏集成度

镜像抑制通常是通过一个不集成在集成电路中的滤波器来实现的。换句话说，镜像抑制滤波器会占用PCB面积和设计时间，而在现代电子产品的背景下，这两种资源都是宝贵的且供不应求。

公司通常会努力减少将新产品推向生产阶段所需的时间，而减少开发时间的一个重要方法就是尽可能避免定制设计——也就是说，使用经过测试、表征和验证的集成电路，而不是新设计的外部电路。至于PCB面积，毫不奇怪，微型化是各种电子工业的主要目标，而实现极端尺寸减小的唯一途径就是使用集成电路技术。因此，依赖镜像抑制滤波器的外差式接收器在现代电子设计的不可回避的现实面前，本质上是存在问题的。

可能的解决方案：直接转换

正如前一页所提到的，直接转换接收器将接收到的信号直接转换到基带，而不是中频。换句话说，VFO（可变频率振荡器）的频率始终等于期望频谱的中心频率：

这种方法带来了一个非常重要的好处——它消除了镜像问题。在直接转换方案中，不存在镜像频谱：期望频谱以VFO频率为中心，当期望的中心频率和VFO频率相等时，没有频谱可以与VFO频率对称。

直接转换的另一个好处是IF（中频）架构好处的延伸。中频方便了信号处理，因为它远低于传输频率，但当“中”频率为0 Hz时，即当接收频谱直接转移到基带时，信号处理可以更加简单。

直接转换似乎立刻成为了一个更好的选择：它概念上更简单，没有镜像干扰接收频谱，低频信号处理取代了中频信号处理，而且由于没有镜像抑制滤波器，可以更广泛地使用IC（集成电路）技术。那么，为什么还有人会考虑基于IF的架构呢？事实证明，直接转换有几个显著的缺点。在这里，我们仅讨论可能最严重的缺点。

直流偏移

射频接收器对直流信号成分很敏感，因为接收信号的幅度通常非常小。这些小幅度信号需要高增益放大，但当信号具有非零直流偏移时，高增益放大可能会迅速崩溃，因为偏移的放大会使放大器饱和。

混频器很容易产生直流偏移，因为将一个正弦波与另一个具有相同频率和相位的正弦波相乘会产生一个不变的信号成分。在射频系统中的耦合与泄漏(杂谈)中，我们讨论了射频信号不保持在预定传导路径中的问题。相反，它们的高频允许它们“泄漏”到我们不想让它们进入的电路部分。直流偏移的产生问题正是这种困难的完美例子：本地振荡器信号以这样的方式泄漏到电路的其他部分，以至于它同时出现在混频器的两个输入端，结果是在输出信号中产生直流偏移。

直接转换接收器必须实现某种直流偏移消除，这并不是一项特别容易的任务；滤波通常不可行，因为滤波器会抑制被转移到直流附近频带内的期望频谱的部分。另一方面，外差式接收器可以很容易地通过滤波来消除直流偏移，因为直流和IF频带之间有足够的频率间隔。

总结

中频下变频会导致镜像频谱干扰期望的频谱。

虽然可以通过滤波来抑制镜像频谱，但基于滤波的图像抑制方法涉及重要的设计权衡，并阻止单片集成。

直接转换消除了镜像问题，但它也有各种缺点。

直接转换架构的一个特别具有挑战性的特点是它容易受到混频器产生的直流偏移的影响。