超外差式接收機(superheterodyne receiver)中使用的縮寫詞「IF」代表「中頻」,所以對於一個追求語言純粹的人,本文標題中出現了「頻率頻率(英文原文標題為Zero frequency IF)」的並列,就顯得荒謬,但是我決定不在意。談論一款中頻元件或電路或系統或其他任何東西都太簡單了,所以得要懇請你的寬容。

超外差原理是,任何頻率的輸入訊號都與「本地振盪器」的頻率「混合」,在稱為IF的「中頻」產生新的訊號。在典型的AM收音機中,IF是455kHz;而在典型的FM收音機中,IF是10.7MHz。在這兩種情況下,本地振盪器都以輸入訊號的頻率運行,但由IF移頻。如果你在紐約市收聽WINS的AM電台,選台到1,010kHz,則本地振盪器將以1,465kHz的頻率工作。

但這裡我們將看到一種混頻安排,其中本地振盪器以輸入訊號的頻率運行,產生0Hz的IF,正如標題所說。

圖1是用於超外差接收的零頻率IF級,只要其頻率wm=2×pi×fm足夠接近第二本地振盪器頻率wc=2×pi×fc,輸入#1就被傳遞到輸出。輸入頻率有多接近必須借助一對低通濾波器來設置,兩個低通濾波器的截止頻率越低,選擇範圍越窄。

理想的乘法器是我們的混頻器。其操作基於三角函數公式:cos a×cos b=1/2×(cos(a+b)+cos(a-b)),如圖1所示。

20180327TA01P1 圖1 零頻率IF和公式,首次檢查。

但是,可以用另一種方式應用這種代數關係。可以用「a」代表「wc」、「b」代表「wm」,或者可以反過來,都沒關係。

在這種情況下,使用等價三角函數公式:cos b×cos a=1/2(cos (b+a)+cos(b-a))。這種差別並沒產生什麼不同,圖1和圖2的最終結果相同。採用SPICE的零頻率IF模擬如圖3所示,或更窄的帶通,如圖4那樣。

20180327TA01P2 圖2 零頻率IF和公式,第二次檢查。

20180327TA01P3 圖3 採用5kHz低通濾波器零頻率IF模擬。

整個帶通是低通濾波器截止頻率的兩倍。使用1MHz的本地振盪器頻率,針對圖4中顯示的單個RC濾波器,計算出的帶通如圖5所示。

20180327TA01P4 圖4 採用約500Hz低通濾波器的零頻率IF模擬。

要注意10:1的頻寬比與10:1的低通濾波器截止頻率比,它們為:1/(2pi×3160×0.01E-6)=5,037Hz和1/(2pi×3160×0.1E-6)=503.7Hz。

20180327TA01P5 圖5 零頻率IF帶通。

這項技術被應用於美國海軍CVA VAST測試系統的Building Block 38(BB38)中,BB38被稱為低頻波分析儀。但零頻IF並非源於此,而是借鑒現已停產的惠普HP3590A分析儀。

然而,這種戲法只能玩一次,因為四混頻器可能會受到DC偏移的干擾。為避免這個問題,用極低頻高通角對低通濾波器實施直流阻斷。結果,IF帶通在中心頻率處具有無限深但非常窄的陷波。

(參考原文:Zero frequency IF,by John Dunn)