在射頻系統(tǒng)中：中頻的優(yōu)勢(shì)中，我們探討了使用中間頻率（IF）所帶來(lái)的好處。然而，IF架構(gòu)存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，而這個(gè)缺點(diǎn)實(shí)際上是推動(dòng)開發(fā)基于直接轉(zhuǎn)換技術(shù)的替代方案的重要因素。

鏡像問(wèn)題

基于IF的接收器使用可變頻率振蕩器（VFO）信號(hào)，通過(guò)乘法運(yùn)算將接收到的頻譜轉(zhuǎn)移到以中間頻率為中心的等效頻譜上。但是，這種乘法運(yùn)算不僅影響接收到的頻譜，還影響相對(duì)于VFO頻率對(duì)稱的任何頻譜。換句話說(shuō)，乘法運(yùn)算會(huì)將一個(gè)頻譜轉(zhuǎn)移到IF處，同時(shí)將另一個(gè)頻譜轉(zhuǎn)移到IF的對(duì)稱位置。

如您所見，待解調(diào)的中頻信號(hào)中同時(shí)存在鏡像頻譜和期望頻譜。在這張圖中，我們可以很容易地區(qū)分它們，但在實(shí)際電路中情況并非如此——期望頻譜中的頻率信息會(huì)被鏡像頻譜中的頻率信息所干擾。

這種對(duì)稱位置的鏡像頻譜是基于中頻的可靠接收的主要障礙。為什么呢？因?yàn)殓R像頻譜（很可能是）不受您正在設(shè)計(jì)的無(wú)線系統(tǒng)的控制，因此它可能是任何東西，包括比期望信號(hào)強(qiáng)得多的信號(hào)。因此，如果我們不采取措施來(lái)減輕鏡像的影響，系統(tǒng)接收的質(zhì)量將取決于接近鏡像頻率的信號(hào)的不可預(yù)測(cè)行為。

鏡像抑制

為了減輕鏡像頻譜的影響，外差式接收器使用鏡像抑制濾波器。這些濾波器放置在混頻器之前，以便在混頻器將鏡像頻譜轉(zhuǎn)移到中頻之前將其抑制。這是一個(gè)有效的解決方案，但存在兩個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。

權(quán)衡取舍

如果鏡像抑制濾波器同時(shí)衰減期望頻譜和鏡像頻譜，那么它將不會(huì)非常有用。因此，濾波器的響應(yīng)必須從期望頻段的低衰減過(guò)渡到鏡像頻段的高衰減。與任何濾波器一樣，從通帶到阻帶的快速過(guò)渡都是具有挑戰(zhàn)性的，因此如果期望頻段和鏡像頻段之間存在較大的頻率間隔，設(shè)計(jì)鏡像抑制濾波器將更容易。

然而，期望頻段和鏡像頻段之間的間隔與中頻成正比（更具體地說(shuō)，它是中頻的兩倍）。這意味著更大的間隔對(duì)應(yīng)于更高的中頻。這并不是災(zāi)難性的，但我們必須記住，從信號(hào)處理的角度來(lái)看，我們希望中頻比用于射頻傳輸?shù)母哳l更加方便。如果我們過(guò)多地增加中頻，由更高中頻帶來(lái)的困難可能會(huì)超過(guò)改進(jìn)鏡像抑制所帶來(lái)的好處。因此，鏡像抑制濾波涉及在鏡像抑制和保持較低中頻的需求之間的基本權(quán)衡取舍。

集成度，或缺乏集成度

鏡像抑制通常是通過(guò)一個(gè)不集成在集成電路中的濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。換句話說(shuō)，鏡像抑制濾波器會(huì)占用PCB面積和設(shè)計(jì)時(shí)間，而在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的背景下，這兩種資源都是寶貴的且供不應(yīng)求。

公司通常會(huì)努力減少將新產(chǎn)品推向生產(chǎn)階段所需的時(shí)間，而減少開發(fā)時(shí)間的一個(gè)重要方法就是盡可能避免定制設(shè)計(jì)——也就是說(shuō)，使用經(jīng)過(guò)測(cè)試、表征和驗(yàn)證的集成電路，而不是新設(shè)計(jì)的外部電路。至于PCB面積，毫不奇怪，微型化是各種電子工業(yè)的主要目標(biāo)，而實(shí)現(xiàn)極端尺寸減小的唯一途徑就是使用集成電路技術(shù)。因此，依賴鏡像抑制濾波器的外差式接收器在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的不可回避的現(xiàn)實(shí)面前，本質(zhì)上是存在問(wèn)題的。

可能的解決方案：直接轉(zhuǎn)換

正如前一頁(yè)所提到的，直接轉(zhuǎn)換接收器將接收到的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換到基帶，而不是中頻。換句話說(shuō)，VFO（可變頻率振蕩器）的頻率始終等于期望頻譜的中心頻率：

這種方法帶來(lái)了一個(gè)非常重要的好處——它消除了鏡像問(wèn)題。在直接轉(zhuǎn)換方案中，不存在鏡像頻譜：期望頻譜以VFO頻率為中心，當(dāng)期望的中心頻率和VFO頻率相等時(shí)，沒有頻譜可以與VFO頻率對(duì)稱。

直接轉(zhuǎn)換的另一個(gè)好處是IF（中頻）架構(gòu)好處的延伸。中頻方便了信號(hào)處理，因?yàn)樗h(yuǎn)低于傳輸頻率，但當(dāng)“中”頻率為0 Hz時(shí)，即當(dāng)接收頻譜直接轉(zhuǎn)移到基帶時(shí)，信號(hào)處理可以更加簡(jiǎn)單。

直接轉(zhuǎn)換似乎立刻成為了一個(gè)更好的選擇：它概念上更簡(jiǎn)單，沒有鏡像干擾接收頻譜，低頻信號(hào)處理取代了中頻信號(hào)處理，而且由于沒有鏡像抑制濾波器，可以更廣泛地使用IC（集成電路）技術(shù)。那么，為什么還有人會(huì)考慮基于IF的架構(gòu)呢？事實(shí)證明，直接轉(zhuǎn)換有幾個(gè)顯著的缺點(diǎn)。在這里，我們僅討論可能最嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

直流偏移

射頻接收器對(duì)直流信號(hào)成分很敏感，因?yàn)榻邮招盘?hào)的幅度通常非常小。這些小幅度信號(hào)需要高增益放大，但當(dāng)信號(hào)具有非零直流偏移時(shí)，高增益放大可能會(huì)迅速崩潰，因?yàn)槠频姆糯髸?huì)使放大器飽和。

混頻器很容易產(chǎn)生直流偏移，因?yàn)閷⒁粋€(gè)正弦波與另一個(gè)具有相同頻率和相位的正弦波相乘會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不變的信號(hào)成分。在射頻系統(tǒng)中的耦合與泄漏(雜談)中，我們討論了射頻信號(hào)不保持在預(yù)定傳導(dǎo)路徑中的問(wèn)題。相反，它們的高頻允許它們“泄漏”到我們不想讓它們進(jìn)入的電路部分。直流偏移的產(chǎn)生問(wèn)題正是這種困難的完美例子：本地振蕩器信號(hào)以這樣的方式泄漏到電路的其他部分，以至于它同時(shí)出現(xiàn)在混頻器的兩個(gè)輸入端，結(jié)果是在輸出信號(hào)中產(chǎn)生直流偏移。

直接轉(zhuǎn)換接收器必須實(shí)現(xiàn)某種直流偏移消除，這并不是一項(xiàng)特別容易的任務(wù)；濾波通常不可行，因?yàn)闉V波器會(huì)抑制被轉(zhuǎn)移到直流附近頻帶內(nèi)的期望頻譜的部分。另一方面，外差式接收器可以很容易地通過(guò)濾波來(lái)消除直流偏移，因?yàn)橹绷骱虸F頻帶之間有足夠的頻率間隔。

總結(jié)

中頻下變頻會(huì)導(dǎo)致鏡像頻譜干擾期望的頻譜。

雖然可以通過(guò)濾波來(lái)抑制鏡像頻譜，但基于濾波的圖像抑制方法涉及重要的設(shè)計(jì)權(quán)衡，并阻止單片集成。

直接轉(zhuǎn)換消除了鏡像問(wèn)題，但它也有各種缺點(diǎn)。

直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)的一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的特點(diǎn)是它容易受到混頻器產(chǎn)生的直流偏移的影響。