三颗芯片接收CW、AM、SSB？揭秘IQ接收机的原理（树莓派pico制作的便携SDR接收机）

Aline744

在网上看到一个很神奇的电路，只需要很简单的外围电路，就实现了CW、AM、SSB的解调，那么这个电路的原理是什么呢？


1、IQ解调
高频信号可以简单表示为低频信号f(t)与高频正弦波（载波）sin(kt)的乘积，其中k为角频率

1. f(t)*sin(kt)

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我们使用一个相同频率的正弦波与之相乘，就可以得到

1. f(t)*sin(kt)*sin(kt+p)
   
2. =-0.5*f(t)*[-cos(p)+cos(2kt+p)]
   
3. =0.5*f(t)*cos(p)+0.5*f(t)*cos(2kt+p)

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其中p为相位。由此可知，如果使用一个和载波相同相位的正弦波乘以原始信号，则能完全还原原始信号。但相位完全相同是很难实现的，因此还需要使用cos信号

1. f(t)*sin(kt)*cos(kt+p)
   
2. =0.5*f(t)*[-sin(p)+sin(2kt+p)]
   
3. =-0.5*f(t)*sin(p)+0.5*f(t)*sin(2kt+p)

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由于我们使用了相位相差90度的载波信号同时相乘，因此就能避免相位差p的影响，还原出原始信号。这种解调方法被称为IQ解调。IQ解调能够完全还原原始信号的相位和幅度信息，但是其实现有两个难点：1、需要两个性能接近的混频器，2、需要正交载波。
那么工程上如何解决这两个难题呢？
2、开关混频器
正弦波的产生是很困难的，需要特殊的选频回路才能做到，但是方波就很容易产生。
方波只有01两种状态，一个信号与方波相乘，只可能有两种结果：输出0或是原始信号。因此开关其实是一种混频器，能将输入信号与方波相乘。
随着电路技术的发展，几十甚至几百MHz的模拟开关已经很容易做出来，这类开关很适合做IQ解调。
3、Tayloe detector
如何产生相位差为90度的方波呢？其实根本不用产生！我们只需要一个单刀四掷的开关即可。其原理如下：

1. 假设有两个相位差90度的方波，那么这两个方波的状态为：
   
2. 001100110011
   
3. 011001100110
   
4. 可以看出，这两个方波只有四种状态：00 01 10 11，且四种状态的时长一样
   
5. 因此，相位差90度的两路方波，其实可以看成一种四符号序列。每个符号对应一种状态

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这样，我们只需要一个2倍频率的方波，就模拟了两个正交方波。



至此，我们就搭建了一个极其简单的接收机。这个接收机没有任何传统的解调器件，却能解码许多不同种类的信号。