スーパーヘテロダインは直接変換よりも優れているのはなぜですか？

IFの追加ステージ、追加のローカルオシレーター、追加のフィルタリングステージおよび増幅の利点は何ですか。それは、より多くの仕事と回路のようです。確かに、ベースバンドへの直接変換とベースバンドへの中間変換の両方が、元の周波数範囲を分離する同じパスバンドフィルターを最後に通過しますか？

基本的には、「周波数ごとに個別の回路ではなく、共通の回路を使用できるようにする」などの回答が見られます。

IFを使用しない場合、初期調整された無線周波数受信機で必要であったように、周波数が変更されるたびに、ラジオまたはテレビのすべての複雑なフィルターと検出器を同時に調整する必要があります。

ただし、IFではなく、たとえばベースバンド信号にすべて調整できるため、説明されている問題を解消できるため、理解できません。

私も見ます：

したがって、信号をより低いIFに変換し、その周波数でフィルタリングを実行することにより、より狭い帯域幅とより高い選択性を実現できます。

しかし、ベースバンド周波数IF = 0でのみフィルタリングを実行しないのはなぜですか。それは低いIFです。IF通過帯域ステージを追加すると、直接行うのではなく、最終通過帯域のシャープネスが向上しますか？

私が理解できる唯一の欠点は、漏れている局部発振器であり、これはより高い周波数でもっと起こりませんか？IFにより、最初のLOの発振が大幅に遅くなる可能性があります。

かなりの数の利点があります。

典型的なスーパーヘット（IFまで）を見てみましょう。

RF入力の入力信号が小さい（私が取り組んだいくつかの狭帯域音声システムでは-122dBmと低く、約6.3fW）

高RF（たとえば、数GHz）で信号を増幅することは、低周波数で増幅を行うよりもコストがかかります。通常、信号をIFステージまで処理するには、数dBのRFゲインで十分です。

入力フィルターの帯域幅は、チャネル間隔よりも小さい（通常は出力帯域幅よりも小さい）必要があるため、実装が簡単です。

イメージ除去フィルタの帯域幅は、イメージ除去が比較的容易でも行うことであることを意味するのであれば、比較的低いを選択する、局部発振器周波数（RF +/- IFで）で設定されています。

IFアンプは通常、ほとんどの信号ゲインが比較的低いコストと複雑さで実行されます（高い周波数でそれを実行しようとする場合と比較して）。フィルターは、にじみを防ぎ、信号帯域幅を情報帯域幅に設定します。

もう1つの大きな利点は、ミキサーの後のすべてが固定されていることです。通常の動作中に調整が必要ないため、ダイナミック信号範囲が広くなる可能性があります。私はAGCを示していません（ほぼ常に存在します）が、これも（動的）回路の固定部分です。

改善点は、私が数十年前に作業したダブルスーパーヘット（2 IFステージ）であり、それらはまだ非常に人気があります。

あり、ダイレクトコンバージョン受信機は、しかし、彼らは、信号の特定のダイナミックレンジで、多くの問題に苦しんでいます。

[更新]

コメントに応答して、存在している広ダイナミックレンジダイレクトコンバージョン受信機は、（一つの可能なソースがリストされています）。これらはしばらく前から存在し、SDRセットアップでよく見られます。

純粋なハードウェアアプローチは、スーパーヘトを支持します。

この回答はアナログラジオの受信に偏っていることに注意してください。ルールは、ソフトウェア無線とデジタルサービスでは異なります。

直接変換の最大の欠点は、サイドバンド抑制です。単一のミキサーを使用する場合、の信号は信号と区別できません。ここで、はキャリア、は信号周波数です。この問題は、直交ダウンコンバージョンで大幅に軽減できますが、デジタルデータの受信には十分ですが、アナログ（つまり、SSBまたはAM）には十分ではありません。$f_c + f_s$$f_c - f_s$$f_c$$f_s$

2番目に大きな欠点は、1つの周波数で必要なゲインの量です。レシーバーには多くのゲインが必要であり、通常、ミキサーは高ダイナミックレンジの制限要因です。したがって、最初のミキサーの後にすべてのゲインを置きたいと思います。最初のミキサーは、最も干渉する信号を見る傾向があるものです。敏感なSSBレシーバの場合、このゲインは120dBを超える可能性があります。振動せずにそれほど多くの利益を得るのは困難から不可能です。実際、アマチュアラジオの文献を見ると、ほとんどのダイレクトコンバージョンレシーバーにヘッドフォンが付いていることがわかります。これには理由があります。

その他の問題は、LOブリードスルーと、オーディオ周波数で低ノイズ、低インピーダンスのアンプを実現することが難しいことです。

したがって、これらの欠点のすべては、オーディオへの最終的な変換の前に、フィルタリングとゲインの少なくとも一部を配置することに対する明確な利点を残します-そのようなステップが必要であると一度仮定すると、混乱する理由は突然理解できると思います。

はい、直接変換レシーバーは存在しますが、特に特定の種類の変調に関しては、特別な注意が必要です。

たとえば、SSB変調では、不要なサイドバンドを除去するために、ベースバンド復調器が「正の周波数」と「負の周波数」を区別できる必要があります。これは簡単なことではなく、DSPを使用する場合にのみ実用的です。

同様に、FMまたはPM信号の中心周波数を0 Hzに変換する場合も、正しく復調するために正と負の周波数を区別する必要があります。

サイドバンドに同一の情報が含まれるAMまたはDSB信号を使用しても、変換が完全でない場合（LOが受信キャリア周波数と正確に一致する場合）は、歪みまたはAMキャリアからの一定のトーンが得られます。

スーパーヘテロダインは、正と負の周波数の区別はもちろん、周波数の区別がまったくない単純な包絡線検波器によって復調が行われた時代に発明されました。復調の前にすべての選択性を適用する必要があります。これにより、見つかった理由に戻ります。一定の帯域幅で搬送周波数を追跡できるフィルターが必要か、固定フィルターを使用できる固定中間周波数に変換する必要があります。

直接変換は概念的には単純ですが、正しく変換するにはかなりのエンジニアリングが必要です。DaveとTimの答えに加えて、直接変換には微妙な悪質な潜在的な問題があります...

ほとんどのミキサー（2つのバランスのとれたものでも）は、局部発振器の電力をRFポートとIFポートの両方にリークします。電力がRFポートからアンテナに逆方向に漏れると、問題が発生する可能性があります。優れたミキサーバランスがあっても、再放射されるローカルオシレーターエネルギーは、着信信号よりもはるかに大きいことがよくあります。
再放射されたLOは変更でき（位相、振幅）、受信アンテナに再び入り、ミキサーに戻ります。ミキサーのバランスに悪影響を及ぼす可能性があります。同様に、ベースバンド信号はミキサーの出力ポートで生成され、目的のベースバンド信号を妨害する可能性があります。

一部のモーションセンサー、「バグ」検出器はこのプロセスを利用しており、「偽の」ベースバンド信号が望ましい結果であり、たとえばモーションを示します。

リニアレシーバーが最もよく使用されます。その場合、局部発振器のエネルギーが信号源に戻る方法を見つけたくありません。優れたミキサーバランスを備えていることが第一歩です。良好な出力間絶縁を備えた強力なRFプリアンプを追加することも役立ちます。周波数が上がるにつれて、すべてが困難になります。

ミキサステージでの周波数オフセットの問題に言及した人は他にいません。RFミキサは、キャリアの周波数を一致させるために最善を尽くしますが、必要な周波数からのオフセットを持つIFが生じる結果になる差がまだあります。ゼロ以外の中心周波数を持つIFステージにより、PLLを使用してIF信号を追跡し、ほとんどの周波数オフセットを除去できます。

通常、RF周波数ではなくIF周波数で最高のPLLを作成する方が簡単で安価です。

2つのミキサーを使用して受信信号をIとQに変換できますが、固定の90度の位相差を持つ必要がある2つの高価なRF周波数PLLが必要になります。これは、IF周波数で行う方がはるかに簡単で安価です。

問題は、ミキサーのLO除去であり、キャリアのLO位相ノイズに近いです。20dBは箱から出して取るに足らないものです。40dBは注意して簡単です。ヒロイックとダイナミック調整で60dBが可能です。運が良ければ、ラボで短時間、スポット周波数で80dBを行うことができ、温度は変化しません。ダイレクトコンバージョンレシーバーとスーパーヘットを動作させるには、120 dB以上が必要です。

OFDMを使用している場合を除きます。そこには数十のキャリアがあり、すべてがデータに使用されるわけではありません。パイロット用とガードバンド用があり、一部の高度なシステムでは、送信機の線形性の問題を緩和するためにアンサンブルのピークRF電圧を下げるためにのみ使用されるものもあります。したがって、チャネルセンターとその周辺にデータのないキャリアをいくつか残しても（IQベースバンドの場合はDC、ダイレクトコンバージョンレシーバーのLO）、大きな非効率はありません。