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这是射频美学的第1689期分享。
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射频超外差的结构在射频前端经常用到，今天我们来简单学习一下超外差架构。
01-超外差架构的起源
像德•福雷斯特和阿姆斯特朗这些无线电技术早期的先驱们都明白一个关键点：他们的成功离不开坚固可靠的检波器，早期时，这主要靠无线电报员，他们的技术实力和听力使其成为可能。然而，随着行业的发展，其他方面的重要性也逐渐突显，例如线性度、带宽等。
1912年，为了解决这些问题，德•福雷斯特想出了再生方案以及这种技术可能给接收器带来哪些好处。几乎在同一时间，阿姆斯特朗取得了类似的发现，他指出，如果从加热电路把能量耦合回帘调谐器，当放大器响应在自由振荡之前达到峰值时会产生明显的放大效果。这些发现引发了一场长达数十年的专利纠纷，因为每位发明家都声称首先问世的是自己的发明。
第一个 德•福雷斯特音频三极管
无论如何，再生式接收器的关键优势在于，除了取得非常高的增益水平之外，接收器还有助于将输出连接到扬声器，而不是像之前那样，连接到音频输出很弱的小型耳机上。阿姆斯特朗指出，通过这种安排，他可以从纽约实验室轻松复制马可尼在爱尔兰的装置，而马可尼通常需要一个中继站来实现跨大西洋的覆盖。
得到满意结果后，阿姆斯特朗邀请沙诺夫来到实验室，分享他的发现。借助再生设置，他们整个晚上都在接收远程无线电信号，轻松地接收到了来自西海岸和太平洋的信号。这是检波器技术的一次重大改进。再生式接收器面临的最大挑战是调整反馈以确保正常运行，即使是经验丰富的电报员也很难做好。随着再生式和超再生式无线电的早期型号被投入生产，这一挑战变得非常明显，需要在无线电技术普及之前找到解决办法。
第一次世界大战最终迫使美国参战，阿姆斯特朗在法国领受任务，负责在现场安装无线电装置。这使他有机会继续研究工作，1918年 2月，与法国和英国的同事合作之后，他提出了超外差架构。最终，这种架构解决了许多问题，无需像超再生等以前的架构那样，进行繁琐的调整，而且不会牺牲性能。
整个1918年，阿姆斯特朗继续开发超外差架构，解决了再生和超再生接收器面临的许多难题。这一发展实现了简单易用的无线电，与之前的量产型无线电一致。虽然超外差接收器不是严格意义上的检波器，但它具有增益功能和额外的选项，提供固定中频，不受被监控射频频率影响，有助于提高检波性能和一致性。这样就可以优化检波器，无需担心所需射频频率会导致性能下降，而这正是早期无线电面临的一个巨大挑战，并且继续挑战着今天的无线电设计师，只是频率要高得多而已。即使我们已经继续探索零中频、直接射频采样等新型架构，挑战仍然存在。
图1. 超外差专利数据
这些优势巩固了外差架构的重要性，并且今天仍在继续。虽然实施技术已从电子管走向晶体管，再走向集成电路，但该架构仍然是许多现代系统的关键。
02-什么是超外差架构
超外差架构，是基于一种外差过程，即将输入信号与频率偏移的本振信号，在一个非线性器件中进行混频，从而产生一个中频。这个中频，就是本振信号与输入信号的频率偏移量。
这个非线性器件，即为混频器。在超外差架构中，变频操作可能不止一次，所以经常能看到一次变频超外差，还有两次变频超外差。
03-典型的超外差架构图
04-超外差架构的优势
频率选择性好：通过选择合适的中频和滤波器，超外差接收机能够在复杂的信号环境中准确地选择和接收特定频率的信号，减少了外界干扰对信号接收的影响。
高接收灵敏度：该架构能够有效地捕捉微弱的信号，这对于远程通信和低强度信号的接收尤为重要。
大接收动态范围：超外差架构允许接收机在较大的信号强度范围内保持稳定的性能，从而适应不同强度的信号输入。
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