Superheterodyne

Superheterodyne

Superheterodyne，超外差收音机。

超外差接收机是一种利用超外差原理的无线电接收机，1918年由美国无线电工程师埃德温·霍华德·阿姆斯特朗发明。超外差原理是一种利用机器内一个可变的振荡器产生的电波和外来信号混合以产生固定频率的中频信号（通常调幅无线电是450kHz或455kHz（也有262.5kHz），调频无线电是10.7MHz）

设 f 为外来信号的频率

f0为可变的内部振荡器产生的信号的频率。

经过混频后得到 fo-f=fi=455kHz/10.7MHz。

构造

超外差接收机主要由下列几个部分组成:

前置放大器

前置放大器的作用是放大调变的频率信号(LNA/AGC)，过滤其他频率的信号（带通滤波器，过滤载波带宽外其它信号）。通常由一个可变电容和固定电感组成的滤波电路和一个电晶体放大线路组成。收音机的前置放大器的调幅波段通常是540 千赫兹(KHz) 至 1600 千赫兹(KHz)。

可变振荡器

双联可变电容器

可变振荡器由一个固定电感和可变电容加电晶体组成的一个可变频率的振荡器。可变振荡器的可变电容和前置放大器的可变电容，必须同步地变化。同步功能是依靠双联可变电容器形成的。当收音机的前置放大器的波段通常是540 千赫兹(KHz) 至 1600 千赫兹(KHz)时，内部振荡器的频率范围是995千赫兹(KHz) 到2075 千赫兹(KHz)。可变电容有机械式可变电容，压电式可变电容等。

混频器

混频器是一个非线性放大器，混频器是输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。 混频器位于低噪声放大器 (LNA )之后 , 直接处理 LNA 放大后的射频信号。为实现混频功能, 混频器还需要接收来自压控振荡器的本振 (LO)信号 ,其电路完全工作在射频频段。

混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘，cosαcosβ=[cos(α+β)+cos(α-β)]/2

可以这样理解，α为射频信号频率量，β为本振频率量，产生和差频。当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。

当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。

从频谱观点看，混频的作用就是将已调波的频谱不失真地从fc搬移到中频的位置上，因此，混频电路是一种典型的频谱搬移电路，可以用相乘器和带通滤波器来实现这种搬移。

中频放大器

中频放大器的作用是将前置放大器和可变振荡器混合后产生的其他频率的信号过滤，仅将以中频fi=455千赫兹(KHz)为中心的频带放大。中频放大器的主要元件是两个455千赫兹(KHz)的中频带通滤波器。中频带通滤波器（有时也叫中频变压器）对于以455千赫兹为中心的频带以外的信号有不错的滤波。一般中频放大器的放大倍率为30-60分贝(dB)，如不采取适当的屏蔽，过高的放大倍率可能会引起正回授振荡。

较高阶的接收机的有时利用到二级的中频放大器以加强放大倍率和选择性，第一级中频放大器将信号变为较高的中频，然后经过第二级中频放大器（带有另一个振荡器）变为低的中频。这种架构的中频放大器具有很高的放大倍率。

音频放大器

经过中频放大器过滤和放大的信号，由检波二极体检波后(实际上就是把信号进行半波整流)剩下音频的信号，再经功率放大器放大送入扬声器发出声音。