外差接收

外差接收是在相干光光纖通信系統中使信號光和本振光的頻率之差保持一常量，從而得到的差拍信號為一中頻信號的接收方式。

基本介紹

• 中文名：外差接收
• 外文名：heterodyne receiving
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

它可以在中頻進行放大、解調得到基帶信號。外差接收的本振光控制可通過中頻鎖定進行，較易實現，故較多被採用。

圖中表示典型的光外差接收機方框圖。圖中光纖3dB方向耦合器和雙光檢測器構成了平衡光相干檢測器。這種檢測器可充分利用信號光和本振光功率，又能利用平衡作用消除本振雷射器強度漲落引起的噪聲。

鎖頻控制部分的作用是控制本振雷射器的注入電流或溫度，使本振光頻率和信號光載頻相差一固定的中頻，從而穩定中頻頻率。

圖中沒有表示出偏振跟蹤環路。可以採用使中頻幅度保持一定的偏振跟蹤方法。

圖1 外差接收機典型框圖

幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控都可用外差接收方法。一般是在內調製時用頻移鍵控，外調製時用微分相移鍵控。

結構

超外差原理如圖1。本地振盪器產生頻率為f1的等幅正弦信號，輸入信號是一中心頻率為fc的已調製頻帶有限信號，通常f1>fc。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,fi=f1-fc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fc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。

圖2 波形圖

超外差原理的典型套用是超外差接收機（圖3）。從天線接收的信號經高頻放大器放大，與本地振盪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，可以用改變本地振盪頻率f1的方法使混頻後的中頻fi保持為固定的數值。

性能分析

接收機的輸入信號uc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uc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。

圖3 超外差接收機原理框圖

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IF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盪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fc的信號時,如果有一個頻率為f=fc+if的信號也加到混頻器的輸入端，經混頻後也能產生|fc-f|=fim的中頻信號，形成對原來的接收信號fc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，儘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uc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。

圖4 二次變頻超外差接收機原理框圖