Transmitter & Receiver Design Architectures for RF Systems

在RF接收器和传输器的领域，理解不同架构的优缺点对于设计高效、可靠的通信系统至关重要。以下是对上述内容的详细说明：

RF接收器架构

Heterodyne Receiver

1. 如何接收不同频道：Heterodyne接收器通过混合信号与局部振幅，将接收频段中的各个信号转换到一个较低或较高的频率（IF）上。这个新频率被称为间 frequency 或 image frequency。然后，接收器通过一个或多个滤波器来提取特定的频道。

2. Heterodyne接收器的优势：

   • 可以避免直接转换接收器（DRX）中的image frequency问题。
   • 通常具有更好的图尖髙（IP3）和较低的漫幅噪声，这使得它在复杂的信号处理环境中更加可靠。

3. Image Frequency问题：

   • 在Heterodyne接收器中，image frequency是一个常见问题，即接收器错误地解析本应被滤除的频道外的信号。
   • 例如，如果接收器设计为900 MHz带接收，并且选择了2.1 GHz的IF，那么实际上它也会接收到900 MHz+1100 MHz=2000 MHz（1GHz）的信号。

4. Image Reject Filter：

   • 为了解决image frequency问题，可以使用专门的image reject滤波器来消除image频道。
   • 这些滤波器通常在混合阶段之后被应用，以便它们可以区分wanted和unwanted信号。

RF传输器架构

1. Direct Conversion Transmitter：

   • Direct Conversion Transmitter直接将输入信号转换为所需的最终频率，通常在低于原始信号频率的间 frequency上进行。

2. Direct Conversion Transmitter的问题和解决方案：

   • 车频泄漏：直接转换传输器可能会让部分信号通过滤波器并作为发射信号发送出去。
     • 解决方案：使用天线切换或时间分复用（TDD）技术来隔离接收器和发射器。
   • Carrier leakage：直接转换传输器可能会在信道外的其他频率上发送小部分 carrier frequency的信号。
     • 解决方案：使用噪声放大器、滤波器或天线切换来减少这种泄漏。
   • 混合器非线性问题：混合器可能会导致信号的非线性，从而产生额外的频率组成。
     • 解决方案：使用更好的混合器或在发射器前使用预调制来减少这种影响。
   • 振荡问题：直接转换传输器可能会在局部振荡器周围产生额外的频率，导致振荡。
     • 解决方案：调整局部振荡器的频率和功耗，或者使用振荡抑制技术。

Single SideBand (SSB) Mixing

• SSB混合是一种技术，用于在直接转换传输器中减少发射信号中的未编码频率组成（即车频和image frequency）。这通常通过只保留信号的正弦或负弦部分来实现。

RF Transceiver架构

1. Time Division Duplexing (TDD)和Frequency Division Duplexing (FDD)：

   • TDD：在同一频段内交替使用传输器和接收器，通过时间分配资源。
   • FDD：在不同的频率上分别进行发射和接收，减少噪声和干扰。

2. FDD Transceiver中的Tx-Rx Leakage：

   • 由于TDD和FDD系统在不同的频率上操作，理论上应该没有信道交叉问题。然而，实际上可能会出现接收器或发射器之间的信号泄漏，这可能由于硬件设计缺陷、混凝土效应或电磁兼容性问题导致。

在设计RF系统时，理解和解决这些问题是至关重要的。选择合适的架构、滤波器和隔离技术可以帮助设计出高性能且低干扰的通信系统。