什麼是超外差式接收機(Superheterodyne receiver)

把接收到的訊號與本地振盪器(LO)的訊號在混頻器中混合,轉換為固定的中頻(IF)後再放大與解調的接收機方式。可用IF上選擇性佳的濾波器去除相鄰頻道。隔著LO位於目標訊號另一側的鏡像頻率訊號也會被轉換成相同的IF,因此必須在混頻器之前去除。

日文名稱: スーパーヘテロダイン方式

「超外差式接收機(Superheterodyne receiver)」出現在1領域的2道練習題中(無線通訊基礎等)。

這個名詞所屬的領域: 無線通訊基礎

練習超外差式接收機(Superheterodyne receiver)的題目

超外差式接收機為了接收900 MHz的訊號,把本地振盪器(LO)設為800 MHz,轉換為100 MHz的中頻(IF)。此時,同樣會被轉換成100 MHz之IF的鏡像頻率為下列何者?

  1. A700 MHz
  2. B1000 MHz
  3. C1700 MHz
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正確答案:A. 700 MHz

使用的是混頻器輸出中的差頻,因此與LO相差100 MHz的訊號,都會被轉換成100 MHz的IF。滿足此條件的是目標的900 MHz,以及隔著LO位於另一側的700 MHz,後者稱為鏡像頻率。鏡像頻率的訊號在轉換成IF後就無法區分,因此要用混頻器前的濾波器(鏡像抑制濾波器)去除,或使用鏡像抑制混頻器。提高IF會使鏡像頻率遠離目標訊號,更容易用混頻器前的濾波器去除。

把本地振盪器(LO)的頻率設為與接收訊號相同,不經過中頻而直接轉換為基頻的直接轉換接收機,與超外差式接收機相比,下列說明何者適當?

  1. A因為不使用中頻,鏡像頻率的問題變大,需要高性能的鏡像抑制濾波器
  2. B要進行2次以上的頻率轉換,電路複雜,不易整合到CMOS晶片上
  3. C不需要外接的IF濾波器而容易整合,但容易受到LO訊號洩漏後與自身混合所產生的直流偏移(DC offset),以及低頻1/f雜訊的影響
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正確答案:C. 不需要外接的IF濾波器而容易整合,但容易受到LO訊號洩漏後與自身混合所產生的直流偏移(DC offset),以及低頻1/f雜訊的影響

直接轉換接收機(零中頻接收機)把LO調到接收頻率,以同相(I)與正交(Q)兩個混頻器直接轉換為基頻。以I與Q兩路可區分正負頻率,因此不會有其他頻率的鏡像訊號混入的問題,也不需要IF濾波器,容易以CMOS整合成單晶片,廣泛用於手機等的收發器。另一方面,LO訊號洩漏到天線側並與自身混合時,會產生直流成分(直流偏移),難以與基頻訊號區分。此外,由於轉換後的訊號位於直流附近,也容易受到電晶體的1/f雜訊,以及I與Q兩路之間的差異(IQ不平衡)的影響。

出現「超外差式接收機(Superheterodyne receiver)」的題目(2題)

  1. 超外差式接收機為了接收900 MHz的訊號,把本地振盪器(LO)設為800 MHz,轉換為100 MHz的中頻(IF)。此時,同樣會被轉換成100 MHz之IF的鏡像頻率為下列何者?
  2. 把本地振盪器(LO)的頻率設為與接收訊號相同,不經過中頻而直接轉換為基頻的直接轉換接收機,與超外差式接收機相比,下列說明何者適當?

相關名詞

直接轉換接收機(Direct-conversion receiver) CMOS 1/f 雜訊(閃爍雜訊) 正交分頻多工(OFDM) 正交振幅調變(QAM) 多輸入多輸出(MIMO) 自由空間路徑損耗(FSPL) 低功耗廣域網路(LPWA) 低功耗藍牙(BLE) 波束成形(Beamforming)

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