射频电路按功能主要可分为三类:

  1. 发射机
  2. 接收机
  3. 本振电路

基本概念

发射机的基本原理就是将一个信号$s(t)$调制到一个载波$f_c$上去,而接收机则是从载波$f_c$中分离出这个信号。

信号$s(t)$

从这个角度看,人天然就是发射机也是接收机,如眼、耳、声带分别是光波接收机、声波接收机和声波发射机。除了眼睛,另两个都和语音(声波)相关,可见语音在我们日常生活中的重要性。语音就是信号,而一段语音就是一个信号$s(t)$。那么我们人类常用的语音信号是不是覆盖了所有频谱呢?并不是,人能听见的语音频段在20-20kHz,其它的就听不到了。但是,其它频段的语音是不是不存在了呢,并不是,有些动物就能发出和接收更高或更低频段的语音,只不过人类不能罢了。需要注意的是我们人类的语音覆盖了20-20kHz,指的是在这个频段内的所有频率点上都有能量(对于一个信号而言,高低不同,某些频率点上也可能为0)。

更抽象地理解,我们的思想产生一个信号$s_0(t)$,如“苹果”,经过大脑语言系统编码后形成语音符号“ping guo”,语音符号经过声带发出语音信号$s(t)$。

为了以示区别,我们将信号$s_0(t)$一般称为信息,信息一般为离散的数字的,而信号一般为连续的模拟的。而将上面这个$s_0(t)\rightarrow s(t)$的过程称为“数字调制”。

一般信号$s(t)$的频率较低,我们称它为基带信号,比如说人类的语音信号;而载波频率$f_c$较高(注意载波频率只是一个频率,而基带信号则一般是频段),载波频率由本振电路产生。

信号

两者在数学上简单的相乘即可得到射频信号$s_r(t)$,即 $$ s_r(t)=s(t)cos(\omega_c t) $$ 这一步在硬件上是通过混频器实现的。根据傅里叶变换$s(t)$其实是由一组余弦波组成的,所以可以假设$s(t)=cos(\omega t)$, 则根据积化和差公式得到$\omega_c-\omega$和$\omega_c+\omega$两个频率的射频信号。

射频信号通过天线发送出去。

接收机

接收机主要有三种,即超外差接收机(superheterodyne)、零中频接收机(homodyne)和近零中频接收机。

超外差接收机

其实超外差接收机是由外差接收机改良而来,其真实的名字是超声外差接收机(supersonic hetorodyne)。

外差接收机原理上就是三角函数的积化和差公式。天线接收到的射频信号和本振电路的本振波$f_{LO}$在混频器(或变频器)里进行积化和差。其中$f_i=f_c-f_{LO}$称为中频。这种操作在接收机中可能不止一次,得到多个中频和镜频$f_c+f_{LO}$。然后通过低通滤波器得到中频信号。

而超外差接收机特指阿姆斯特朗的改良版外差接收机,由于中频在超声范围内故名之。

零中频接收机

接收机在解调过程中之所以选择中频过滤,是因为电子器件的原因。一般可以在混频器加上中频放大器、滤波器等等提出接收机的动态范围、邻道选择性和接收灵敏度。但也有设计复杂、难集成、高成本、高功率等缺点。

随着微电子技术的发展,零中频方案出现了,即: $$ f_{LO}=f_c $$ 再利用积化和差公式就直接输出了基带信号。

零中频接收机由于可以很方便的集成在单芯片上而受欢迎,但也有本振泄露等问题,需要直流消除电路。

近零中频接收机

一种折中方案,主要减少了直流成份为信号的影响。