超外差接收機

超外差原理於1918年由E.H.阿姆斯特朗首次提出。它是在外差原理的基礎上發展而來的，外差方法是將輸入信號頻率變換為音頻，而阿姆斯特朗所提出超外差方法是將輸入信號頻率變換為超音頻，所以稱之為超外差。1919年利用超外差原理製成超外差接收機，至今仍廣泛應用於遠程信號的接收，並且已推廣應用到測量技術等方面。超外差接收機，有效解決了原來高頻放大式接收機輸出信號弱、穩定性差的問題，且輸出信號具有較高的選擇性和較好的頻率特性，易於調整。同時，超外差接收機也有電路複雜和存在像頻、組合頻率、中頻干擾等問題。隨著數字信號技術的發展，解決這些問題的主要方法是提高高頻放大器的選擇性和對採取二次變頻方式。

超外差原理如圖1。本地振蕩器產生頻率為的等幅正弦信號，輸入信號是一中心頻率為的已調製頻帶有限信號，通常。這兩個信號在混頻器中變頻，輸出為差頻分量，稱為中頻信號，為中頻頻率。圖2表示輸入為調幅信號的頻譜和波形圖。輸出的中頻信號除中心頻率由變換到fi外，其頻譜結構與輸入信號相同。因此，中頻信號保留了輸入信號的全部有用信息。超外差原理的典型應用是超外差接收機。從天線接收的信號經高頻放大器放大，與本地振蕩器產生的信號一起加入混頻器變頻，得到中頻信號，再經中頻放大、檢波和低頻放大，然後送給用戶。接收機的工作頻率範圍往往很寬，在接收不同頻率的輸入信號時，可以用改變本地振蕩頻率的方法使混頻后的中頻保持為固定的數值。

接收機的輸入信號往往十分微弱（一般為幾微伏至幾百微伏），而檢波器需要有足夠大的輸入信號才能正常工作。因此需要有足夠大的高頻增益把輸入信號放大。早期的接收機採用多級高頻放大器來放大接收信號，稱為高頻放大式接收機。後來廣泛採用的是超外差接收機，主要依靠頻率固定的中頻放大器放大信號。

和高頻放大式接收機相比，超外差接收機具有一些突出的優點。

①　容易得到足夠大而且比較穩定的放大量。

②　具有較高的選擇性和較好的頻率特性。這是因為中頻頻率是固定的，所以中頻放大器的負載可以採用比較複雜、但性能較好的有源或無源網路，也可以採用固體濾波器，如陶瓷濾波器（見電子陶瓷）、聲表面波濾波器（見聲表面波器件）等。

③　容易調整。除了混頻器之前的天線迴路和高頻放大器的調諧迴路需要與本地振蕩器的諧振迴路統一調諧之外，中頻放大器的負載迴路或濾波器是固定的，在接收不同頻率的輸入信號時不需再調整。

超外差接收機的主要缺點是電路比較複雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等(見混頻器)。例如，當接收頻率為的信號時，如果有一個頻率為的信號也加到混頻器的輸入端，經混頻后也能產生的中頻信移動公式號，形成對原來的接收信號的干擾，這就是像頻干擾。解決這個問題的辦法是提高高頻放大器的選擇性，盡量把由天線接收到的像頻干擾信號濾掉。另一種辦法是採用二次變頻方式。

二次變頻超外差接收機的框圖如圖4。第一中頻頻率選得較高，使像頻干擾信號的中心頻率與有用輸入信號的中心頻率差別較大，使像頻信號在高頻放大器中受到顯著的衰減。第二中頻頻率選得較低，使第二中頻放大器有較高的增益和較好的選擇性。

超外差接收機一是具有很大的接收動態範圍；二是具有很高的鄰道選擇性和接收靈敏度。為了抑制很強的干擾，使其具有良好的選擇性，一般可以在混頻器前面和後面分別安裝一個預選射頻濾波器和一個中頻濾波器；三是因受I/Q信號不平衡度影響小，所以不需要複雜的直流消除電路；四是因為它一般會用到一級或幾級中頻混頻，所以電路會較複雜且成本高，集成度不高；五是它會用到很多比較昂貴，體積較的大SAW或陶瓷離散的濾波器；六是一般需要較高的功率消耗。

總體來說，超外差接收機必須使用選頻特性良好的濾波器，而且只能片外實現，集成難度大，難以應用到單片接收機系統中。但是，超外差結構可以通過使用中頻降低輸出信號頻率，採取低通濾波器濾除鏡像信號等方法，所以其接收機拓撲結構是當前最為可靠的結構形式。

隨著集成電路技術的發展，超外差接收機已經可以單片集成。例如，有一種單片式調幅-調頻（AM/FM）接收機，它的AM/FM高頻放大器、本地振蕩器、混頻器、AM/FM中頻放大器、AM/FM檢波器、音頻功率放大器以及自動增益控制(AGC)、自動頻率控制(AFC)、調諧指示電路等(共700個元件)均集成在一個面積為2.4×3.1毫米晶元上，它的工作電壓範圍為1.8～9伏，工作於調幅與調頻方式的靜態電流分別為3毫安和5毫安。