超外差

超外差接收機中有一個振盪器叫本機振盪器。它產生的高頻電磁波與所接收的高頻信號混合而產生一個差頻，這個差頻就是中頻。如要接收的信號是900KHZ.本振頻率是1365KHZ.兩頻率混合後就可以產生一個465KHZ或者2265KHZ的差頻。接收機中用LC電路選擇465KHZ作為中頻信號。超外差（superheterodyne）原是超聲外差（supersonic heterodyne）的縮寫，並非指本振源頻率比信號頻率高。

基本介紹

• 中文名：超外差
• 外文名：superheterodyne
• 定義：通信收發機中使用的一種結構
• 類型：信號
• 其他概念：本地振盪器
• 學科：通信技術

概述

超外差結構是在通信收發機中最為廣泛使用的一種結構，其外差過程在接收機中是從天線接收的信號與本地振盪器（local oscillator，LO）產生的信號一起輸入到一非線性器件得到中頻信號，或在發射機中將中頻變為射頻信號。這個執行外差過程的非線性器件稱為混頻器或者變頻器。在超外差收發機中，頻率的搬移過程可能不止發生一次，因此它或將擁有多箇中頻頻率和多箇中頻模組。

顯然，同一個中頻信號可以由高於或者低於本振頻率的輸入信號所產生。在這兩種頻率中，由不需要的頻率所產生的一個叫作鏡像頻率，在這個頻率上的信號稱為鏡像。所需要的信號和其鏡像的頻率差為中頻的兩倍。為了阻止可能發生的鏡像對期望信號的干擾，以及其他更強幹擾信號阻塞超外差接收機，在變頻器之前必須進行充分的濾波。這個前置濾波器的頻寬通常是非常寬的，通常覆蓋了無線移動收發機的整個接收頻帶。超外差接收機的信道濾波是通過高選擇性的無源濾波器來實現的。接收信道的調諧通常是通過一個射頻合成器的編碼實現的，每箇中頻塊的頻率可以保持固定。

在超外差收發機中，大部分所需信號增益是由中頻模組所提供的。在固定的中頻頻點上，相對更為容易取得足夠高且穩定的增益。在中頻取得較高增益所需要的功耗比在射頻取得同樣增益所需要的功耗要低得多。這是由於信道濾波在放大前有效地抑制了非期望信號和干擾，因此中頻放大器並不需要有很大的動態範圍。而且，中頻放大器和電路的阻抗更高。因為信道濾波之前所取得的足夠高增益，使得它可以取得最佳的靈敏度而仍然不使後級放大器飽和，所以信道高選擇性也有助於接收機實現更高的靈敏度。可以通過使用有源低通濾波器在模擬基帶中進一步濾除非期望信號或干涉。

由於這種結構通常適用於無線通信系統中，它的具體結構將在一個全雙向收發機中進行描述。然而正如所預料的，在系統中使用多箇中頻將導致虛假回響的問題。必須有良好的頻率規劃使得超外差收發機工作在指定的頻帶。

特點

1,對振盪頻率的選取有要求；要求振盪器的振盪頻率和幅度精度高，穩定性好;

2,本振頻率中有鎖相環，數字分頻、數字鑒相器等電路，保證極高的穩定度,否則會產生本振頻率漂移；

3,都有鎖相環電路來保證本振頻率的穩定度；

4,一般採用穩定性好的晶體振盪器；

5,振盪頻率高，易起振,振頻穩，振幅高,振盪特性好；

6,本振電路多採用體積小、可靠性高的單片大規模集成數字頻率合成器；

7,每一級電源都應有0.1 μF或0.01 μF的旁路電容接地；

8,電源可數模分開供電，接地及禁止良好，本振輸出端有帶通濾波器，使本振輸出雜波小。

發展

利用本地產生的振盪波與輸入信號混頻，將輸入信號頻率變換為某個預先確定的頻率的方法。超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗於1918年提出的。這種方法是為了適應遠程通信對高頻率、弱信號接收的需要，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，而阿姆斯特朗提出的方法是將輸入信號變換為超音頻，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。這種接收方式的性能優於高頻（直接）放大式接收，所以至今仍廣泛套用於遠程信號的接收，並且已推廣套用到測量技術等方面。

原理

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。

超外差

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（見調諧放大器）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。

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。

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fi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婞=f1+fi的信號也加到混頻器的輸入端，經混頻後也能產生|f1-f婞|=fi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性。

隨著積體電路技術的發展，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、本地振盪器、 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2晶片上，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。

外差補充

所謂外差式和超外差式實際是相同原理，許多人認為本振高於射頻稱為外差，射頻高於本振稱為超外差，實際上他們都屬於超外差，分別叫做本振上注入式（high-side injection）超外差，和本振下注入式（low-side injection）超外差。

外差和超外差真正區別是超外差式採用了一個可調射頻前端濾波器，混頻器，穩定的本振，固定中頻濾波器。外差式試圖將以上器件在一級中完成，形成了一個不穩定的放大器。

另外漢語的翻譯不是沒有規律可尋的
從各個詞的排列順序上看:
外-------差 超-------外--------差
hetero---dyne super--hetero--dyne
"外" 字應該與 hetero 相對應, 源自希臘詞根 hetero 表示 "其他", "相異" 的. 而漢語中"外"國與"異"國是相通的.
因此把 "外" 字理解為誰比誰 "高" 的意思, 是欠妥當的.
再看 "差" 字, 與 dyne 相對應, 其希臘詞根 dyn 表示 "驅動的", "動力的", 而在漢語中, "差" 的含義之一即為 "差遣".
而作為兩個數相減所得的 "差" 的用法也僅僅是 "差" 字眾多含義中的一個. 綜合來看, 在這裡把 "外差" 中的 "差" 字理解為相減所得結果也是不妥的.
外差法的英文原意應該是 "不同頻率信號作為驅動力的方法", 用漢語可凝練成 "異頻驅使法", 再進一步, 就變成 "外差法" 了. 這個從外差法專利文檔中也可以得到印證, 其在最後的保護範圍聲明中, 斐德森一口氣開列了 9種情況, 核心內容都是"用兩個以及兩個以上頻率的信號相作用產生新的頻率的方法".

超外差