1.2 射频（RF），中频（IF）和基带信号（baseband signals）

下变频和上变频是所有无线系统中的基本操作，信号频谱在其中进行下移或上移。 请注意，我们更喜欢用术语上变频器(upconverter)和下变频器(downconverter)而不是“调制器(modulator)”和“解调器(demodulator)”来表示执行频率转换的电路。 从系统级的角度来看，RF频率通常是下变频器输入端的频率，而IF频率是下变频器输出端的频率，可以在时域中使用带复指数的乘法来实现纯频移：

也即

上面的等式描述了复杂的混合。 如果信号x（t）是复数值，则需要四个实数乘法器（或混频器）来实现复数混频器。 RF和IF信号是实值并且是带通的，而基带信号是复值的，即它们由I和Q信号组成。 一方面，在RF或IF之间进行转换，另一方面在基带信号之间进行转换，这是利用利用余弦和正弦函数的正交性的正交转换器完成的。 正交转换器使用两个混频器，一个分相器和一个LO，以及一个PLL电路。 可以考虑使用正交转换器执行复杂的混合，然后丢弃虚信号。 因此，它们不需要所有四个真正的混频器。 例如，图1.1说明了一个正交上变频器，其中基带信号被上变频到某个RF载波频率上。 在图1.1中，仅保留了复数值信号的实部。

图1.1：正交上变频器的框图

接收到RF信号后，通常会将其下变频为IF或基带频率。 由于RF信号是实值，因此转换为IF需要进行实数混频（图1.2），其中输入信号与实值载波信号相乘：

图1.2：实数混频器

我们假设输入为RF，输出为IF。 在实际混频中，将频谱的两个部分转换为所需的IF：
所需的信号

并且镜像位于

在无线电接收机中，在通过滤波进行混频之前，必须充分抑制镜像频率分量。
由于混频器的非线性，所需信号以谐波输出。 在混频器之后放置预选器，以选择中频并抑制谐波。 然后，这些信号变得与关注信号不可分离。公式1-9描述了两个本振块（I和Q）产生的有害谐波。 混频器在n = 1和m = 2的条件下输出IF频率。 谐波的存在会导致所需信号的失真。 设计优质混频器的优点是消除输入和本地振荡器（LO）混合产物产生的所有谐波。 大多数有害谐波是由RF和LO信号的非线性互调引起的。

如果本地振荡器频率可调（在技术上可行的要求），则可以通过改变LO频率[1]将整个输入频率范围转换为恒定的中频。
由于基带信号是复数值，因此下变频至基带需要正交下变频，如图1.3所示。

图1.3：正交下变频框图

图1.4显示了频率转换的抽象，其中将某个RF参考频率的RF信号转换为频率，以获得IF信号作为IF参考频率。

图1.4：封装频率转换的过程

图1.5显示了天线处RF信号的频谱以及RF信号下变频后获得的IF信号的频谱。 在此示例中，作为混频器输出端的3dB带宽被视为带宽。 RF和IF中心频率位于频段的中心。 这些频率也将被称为在工作的RF和IF参考频率。

图1.5：RF和IF信号的频谱

下变频过程可以伴随频谱反转，如图1.6所示。

图1.6：下变频和上变频频谱反转的图示

如果不发生频谱反转，则转换频率是RF参考频率和IF参考频率之间的差。 发生频谱反转时，转换频率是RF参考频率与负IF参考频率之间的差。 RF和IF频率之间的关系是

其中是转换频率，而I是+1（对于同相转换）和-1（对于反相转换）。
有时希望分离出间隔很近的信号并具有非常窄的IF带宽。 当射频频率很高时，很难实现较窄的中频带宽。 因此，我们必须添加额外的混合阶段，通常是两到四个。 图1.7说明了从RF信号获得基带信号的过程中的多个频率转换。

图1.7：系统内的频率转换

整个系统的频率转换简化为图1.8所示的频率转换。

图1.8：级联系统的频率转换