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通信系统中性能优良的收发机通常具备高增益，选择性好，高隔离度等优点，常用的射频收发机结构通常有超外差式收发机，零中频式收发机以及数字中频式收发机三种架构。
超外差式收发机
超外差式收发机架构框图如图1所示。超外差式收发机是目前应用最为普遍的收发机架构。其通常利用一次或两次变频，将射频频率变换到所需的中频频率上，或将中频频率变换到所需的射频频率上。超外差式收发机可灵活选择合适中频频率，增强系统抗干扰能力，又可以通过多次变频，有多个频点分配链路增益与滤波器，使得链路增益分配更加合理，获得极佳的选择性，灵敏度和动态范围。但是超外差式收发机也有一些缺点：如结构复杂导致不利于集成，镜像频率较难抑制，使用的元器件较多，成本较高，且通常采用多次变频，混频器的非线性特性会导致有较多的干扰频率等。
图1 超外差式收发机架构
零中频式收发机
零中频收发机架构框图如图2所示。图2零中频收发机零中频式收发机只需要经过一次变频，且没有中频放大器，中频滤波器等元器件，因此架构简单，成本低廉，链路增益可以分配到射频和基带部分。理想的零中频收发机不会产生交调分量，且由于混频器的差频为零，因此没有镜像干扰的问题，减轻了滤波器的设计难度，不需要性能很高的滤波器就可以使链路的抑制杂散能力达到很好的水平。直流偏差，I/Q失配，闪烁噪声是零中频收发机架构的缺点。
图2 零中频收发机
数字中频收发机
近年来，ADC和DAC的快速发展为数字中频收发机的应用打下了基础。数字中频技术主要包括带通采样，采样率转换，抽样或插值滤波，数字正交调制和解调等。数字中频收发机架构框图如图2-3所示。数字中频收发机采用对中频信号直接采样的方式，之后在数字信号部分分别完成下变频，信道化，时钟恢复，解调等功能，与超外差收发机相比，模拟器件使用的更少，降低了I/Q失配的可能，抗干扰能力更强。随着A/D，D/A芯片的分辨率和精度的不断提高，能够直接处理的数字中频频率也会越来越高，这样有助于减轻射频收发前端设计的压力。数字中频收发机也有以下缺点：为了提高数字中频的频率，ADC和DAC需有更高的采样率和较高的分辨率，这样会导致收发机成本增加；然而若ADC采样频率变得比较高时，相应地会导致信噪比遭到恶化，严重影响通信系统的性能指标
图3 数字中频收发机
滑动中频接收机
滑动中频（Sliding-IF）接收机是一种特殊的超外差接收机架构。如图4所示，此类接收机系统仍采用两次变频的结构，与传统超外差结构不同的是其两次变频的本振信号是存在相关性的，即两个本振信号均由一个频率源经过倍频或分频得到。滑动中频接收机优点是其只需要一个片上频率综合器，因此大大减小了系统复杂程度，同时避免两个不相干的频率综合器之间的相互牵引。
图4 滑动中频接收机系统架构
频率合成技术
频率源在通信雷达等系统中一直充当着重要的地位。早期的频率合成技术是由一些晶体振荡器直接合成，随着技术的不断提高，之后又出现了PLL频率合成器，利用PLL技术获得所需的频率。随着时代的发展，数字频率合成技术也慢慢出现。如今，频率合成器广泛应用于通信雷达系统，医疗设备等方面。频率合成技术的实现方式主要有：直接模拟频率合成技术（DS）；锁相环频率合成技术（PLL）；直接数字频率合成技术（DDS）；混合式频率合成技术等。频率源的各项技术指标均对频率源的性能好坏有着重要的影响。
直接模拟频率合成技术
直接模拟频率合成（DS）技术通过倍频、混频等处理后，产生大量的离散频率，之后通过开关控制所需频率的输出。直接模拟频率合成技术的架构框图如图5所示，参考频率源通过倍频、混频等处理后，产生的离散信号经过开关滤波组件后输出。图5直接模拟频率合成架构图直接模拟频率合成技术频率转换时间短，易产生高频频率，相位噪声等指标良好，但是由于使用了大量元器件，导致频率合成器不易集成，成本高昂，易产生大量杂散分量，因此频率合成器的杂散抑制能力通常依赖于滤波器的性能好坏。
图5 直接模拟频率合成架构图
锁相频率合成技术
1965年左右，锁相频率合成（PLL）技术出现了。锁相环主要包括鉴相器（PFD），电荷泵（CP），环路滤波器（LPF），压控振荡器（VCO），分频器等器件。PLL技术主要基于闭环负反馈原理，利用PFD对参考时钟信号与鉴相时钟信号进行相位比较，再将这个鉴相结果送至电荷泵，经LPF滤波处理后，通过相位误差电压继而控制VCO改变时钟信号频率。由于负反馈机制的作用，只要两个信号之间存在一个变化的相位差，VCO的振荡频率就会一直变化。当锁相环锁定时，这个相位差为一个固定值，误差电压也不再变化，这时环路进入锁定状态，即实现了输入与输出信号的同步，其架构框图如图6所示。
图6 PLL原理框图
PLL技术输出信号相噪良好，频率稳定度高，抑制杂散能力强，避免了使用大量滤波器。但是其自身仍有不足之处：比如频率转换时间长，频率分辨率不高，而且一个性能良好的压控振荡器虽然可以提高频率的稳定度，但是也引入了新的噪声。
直接数字频率合成技术
直接数字频率合成（DDS）技术要追溯于上世纪，1971年美国学者J.Tierney，C.M.Rader，B.Gold三人提出了DDS的思想，但受限于当时的技术条件，并未受到重视。DDS架构框图如图2-7所示。图7 DDS架构框图DDS频率合成技术是一种全数字化的频率合成技术。相位累加器作为ROM的地址生成器，包含合成函数的样本。数字频率合成器的多级相位累加器形成一个循环相位码，之后将相位样本与合成振荡振幅样本进行比较，经过DAC和低通滤波器处理后输出所需信号。DDS技术有着频率分辨率高，频率切换时间快，频率调谐率高，跳频时相位连续性好，使用数字接口控制方便等优点，但是也有合成信号的最大频率不够高，振幅噪声水平相对较高，杂散分量较多等缺点，这些因素限制了DDS的应用领域。目前，DDS的发展主要是在已知框图的框架下向整体发展，运行速度加快，能耗和成本降低。
图7 DDS架构框图
DDS与PLL混合式频率合成技术
DDS与PLL混合式频率合成技术有多种实现方式，其中常用的有直接法和混频法。直接式混合频率合成技术以DDS直接作为PLL的参考源，驱动PLL产生所需的频率，构造简单，易于设计，但是频率切换时间仍会受到PLL中环路滤波器的限制，需要找到最佳环路带宽以使频率切换时间和相位噪声达到理想值，如图8所示。
图8 直接式混合频率合成技术框图
混频法又分为环内混频与环外混频，环内混频式频率合成器原理框图如图9所示。
图9 DDS+PLL环内混频式频率合成器原理框图
DDS与PLL进行环内混频这种设计结构下具有较低的相位噪声和参考激励，但是这种架构增加了对带通滤波器性能的要求。DDS+PLL环外混频式与环内混频式相比，主要区别在于混频的位置不同。这种结构下位噪声优良，分辨率高，频率切换速度快，但是产生的交调分量难以抑制，影响应用前景，如图10所示。
图10 DDS+PLL环外混频式频率合成器原理框图
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