Гетеродинный приемник: принцип работы, устройство и характеристики — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое гетеродинный приемник. Как работает гетеродинный приемник. Каковы основные элементы гетеродинного приемника. В чем преимущества гетеродинного приема. Какие существуют разновидности гетеродинных приемников.

Содержание

Принцип работы гетеродинного приемника

Гетеродинный приемник — это тип радиоприемника, в котором используется принцип преобразования частоты принимаемого сигнала путем его смешивания с сигналом вспомогательного генератора (гетеродина). Основная идея заключается в переносе спектра входного высокочастотного сигнала в область более низких частот для упрощения его дальнейшей обработки.

Как работает гетеродинный приемник:

Входной радиосигнал с частотой f_c принимается антенной.
Гетеродин генерирует колебания с частотой f_г, близкой к f_c.
Сигналы смешиваются в смесителе, образуя сумму и разность частот.
Фильтр выделяет разностную частоту f_пч = |f_c — f_г|, называемую промежуточной.

Сигнал промежуточной частоты усиливается и детектируется.

Таким образом, высокочастотный входной сигнал преобразуется в сигнал фиксированной более низкой частоты, что упрощает его дальнейшую обработку.

Основные элементы гетеродинного приемника

В состав гетеродинного приемника входят следующие ключевые элементы:

Входной высокочастотный усилитель (ВЧ-усилитель)
Гетеродин — генератор вспомогательных колебаний
Смеситель для преобразования частоты
Фильтр промежуточной частоты
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
Детектор
Усилитель низкой частоты (УНЧ)

Гетеродин и смеситель являются ключевыми узлами, обеспечивающими преобразование частоты входного сигнала. От их характеристик во многом зависят параметры всего приемника.

Преимущества гетеродинного приема

Гетеродинный принцип приема имеет ряд важных преимуществ по сравнению с прямым усилением:

Высокая чувствительность и избирательность
Стабильность настройки при смене диапазонов
Возможность приема сигналов с различными видами модуляции
Упрощение высокочастотных цепей приемника
Эффективное подавление зеркального канала приема

Эти преимущества обеспечили широкое применение гетеродинных приемников в профессиональной и бытовой радиоаппаратуре.

Супергетеродинный приемник

Наиболее распространенной разновидностью гетеродинного приемника является супергетеродинный приемник. Его отличительные особенности:

Использование двойного преобразования частоты
Применение кварцевых фильтров в тракте ПЧ
Высокая стабильность настройки
Эффективное подавление помех по зеркальному каналу

Супергетеродинные приемники обеспечивают наилучшие параметры по чувствительности и избирательности, поэтому получили наибольшее распространение в современной радиоаппаратуре.

Особенности настройки гетеродинных приемников

При настройке гетеродинных приемников необходимо учитывать следующие важные моменты:

Согласование частот гетеродина и входных цепей
Выбор оптимального значения промежуточной частоты
Подавление побочных каналов приема
Обеспечение высокой стабильности частоты гетеродина
Минимизация шумов преобразователя частоты

Правильная настройка всех узлов позволяет реализовать потенциальные преимущества гетеродинного принципа и получить высокие параметры приемника.

Применение гетеродинных приемников

Гетеродинные приемники нашли широкое применение в различных областях радиотехники:

Профессиональная связная аппаратура
Бытовая радиоприемная техника
Телевизионные приемники
Радиолокационные станции
Измерительная аппаратура

Особенно эффективно использование гетеродинного принципа в коротковолновом диапазоне, где он позволяет получить высокую чувствительность и избирательность.

Перспективы развития гетеродинных приемников

Основные направления совершенствования гетеродинных приемников:

Применение цифровых методов обработки сигналов
Использование прямого цифрового синтеза частот гетеродинов
Разработка многодиапазонных приемников с автоматической перестройкой
Создание приемников с программно-определяемой архитектурой (SDR)
Интеграция узлов приемника в специализированные микросхемы

Развитие элементной базы и цифровых технологий открывает новые возможности для улучшения параметров и расширения функциональности гетеродинных приемников.

Сравнение гетеродинных и других типов приемников

По сравнению с приемниками прямого усиления гетеродинные приемники имеют следующие преимущества:

Более высокая чувствительность (на 20-30 дБ)
Лучшая избирательность по соседнему каналу
Меньшая зависимость параметров от частоты настройки
Возможность эффективного приема AM и FM сигналов

При этом гетеродинные приемники несколько сложнее по конструкции и настройке. Однако их преимущества обеспечили им доминирующее положение в современной радиоаппаратуре.

Особенности гетеродинных приемников УКВ диапазона

В диапазоне УКВ гетеродинные приемники имеют ряд особенностей:

Применение высокой промежуточной частоты (10,7 МГц)
Использование варикапов для электронной настройки
Применение систем АПЧ для стабилизации настройки
Использование частотных детекторов
Применение малошумящих входных усилителей

Это позволяет реализовать высокие параметры при приеме сигналов с частотной модуляцией в УКВ диапазоне.

Супергетеродинный приемник . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Давайте познакомимся и со вторым знаменитым детищем Э. Армстронга, предложенным им еще в 1920 г. — супергетеродинным радиоприемником. «Супергетеродин» — это уже более сложный тип приемника, получивший в наши дни наибольшее распространение. Супергетеродинная схема используется и в профессиональной аппаратуре, и в бытовой технике, производимой промышленностью. Она обладает высокими показателями селективности, чувствительности к слабым сигналам, временной стабильностью, качеством звука.

Вас интересует, чем было вызвано появление такого популярного и сегодня вида радиоприемников? Оказывается, на заре развития радиотехники причиной тому стало несовершенство элементной базы, а точнее — усилительных ламп. Мало того, что они обладали низким коэффициентом усиления, это усиление еще сильно снижалось с увеличением частоты сигнала. Если же ставить много высокочастотных усилительных каскадов, то схема становилась склонна к самовозбуждению из-за емкостных паразитных связей между элементами.

То есть проще было усилить сигнал с более низкой (промежуточной) частотой, что и позволяла сделать данная схема, перенося туда спектр полезного модулированного сигнала.

Итак, давайте вместе попытаемся понять основы работы супергетеродинного приемника. Посмотрите на рис. 11.55: сигнал с антенны через усилитель высокой частоты (УВЧ) поступает на смеситель. Роль УВЧ может выполнять транзистор с колебательным контуром. Мы встречали такие схемы в разделе, рассказывающем о приемниках прямого усиления. Другое — профессиональное — название этого узла: преселектор. Роль преселектора, кстати, может выполнять и обычный, перестраиваемый колебательный контур, который мы встречали в детекторном приемнике, если условия приема позволяют отказаться от предварительного усиления. Имеется также гетеродин, сигнал которого подводится к смесителю. Знакомая схема, не правда ли? Мы видели ее в разделе, посвященном гетеродинному приему.

Рис. 11.55. Структура супергетеродинного приемника Э. Армстронга

Взгляните также на рис. 11.56 и убедитесь, что память вас не подвела. На выходе смесителя мы получим разностную и суммарную составляющие частот гетеродина и входного сигнала.

Рис. 11.56. Пояснение принципа работы супергетеродинного радиоприемника

Получается, что «супергетеродин» ничем не отличается от гетеродинного приемника? Зачем тогда «городить огород»? На самом деле отличия последуют после смесителя. Обратите внимание — далее стоит не ФНЧ и телефон, а фильтр промежуточной частоты (ФПЧ). Селективная кривая этого фильтра чем-то напоминает селективную кривую одиночного колебательного контура, но имеет резкие скаты и почти пологую вершину в полосе пропускания. Полоса пропускания этого фильтра лежит в диапазоне, намного превышающем диапазон частот, слышимых человеческим ухом, например около 465 кГц, или 10,7 МГц.

Соответственно преобразование спектра происходит для этого частотного диапазона, а не для диапазона звуковых частот. Несущая частота займет значение, например 465 кГц, а боковые полосы расположатся, чуть левее и чуть правее. Затем этот сигнал можно детектировать простейшим амплитудным или частотным детектором, не опасаясь биений спектров НБП и ВБП, усиливать и воспроизводить динамической головкой.

К чему такие сложности? Вспомнив недостатки изготовленных ранее приемников, мы можем сказать, что одиночный входной колебательный контур в условиях плотного радиовещания не обеспечивает необходимой селективности, регенерация контура неустойчива и часто искажает принимаемый сигнал.

Чтобы обеспечить высокие показатели селективности при минимуме искажений сигнала, нужно усложнять входной, контур радиоприемника, делать его многокаскадным. Если вспомнить, что этот контур нужно также перестраивать, задача создания такого узла превращается в очень сложную. Гораздо проще создать неперестраиваемый по частоте селективный узел и все сигналы преобразовывать к этой частоте. Именно здесь и заключается «изюминка» супергетеродинного приемника. Повышая частоту настройки УВЧ, мы одновременно повышаем и частоту гетеродина, а их разность остается постоянной, хорошо, фильтруется УПЧ. В данном случае эта частота называется промежуточной. Таким образом, селективность супергетеродинного приемника формирует не УВЧ, а ФПЧ, и именно к ФПЧ предъявляют жесткие требования (рис. 11.57).

Рис. 11.57. Сравнение характеристик УВЧ и УПЧ

«Нельзя ли сократить преселектор, превратив его в обычный широкополосный усилитель?» — спросит читатель. К сожалению, нельзя. И вот почему. Если УВЧ будет широкополосным или даже обладать недостаточно хорошими селективными свойствами (рис. 11.58), на выходе смесителя, благодаря его свойствам, появится не только преобразованный полезный сигнал (f₁ — f_G), но также и сигнал мешающий (f_G — f₂), отстоящий от полезного сигнала на удвоенное значение промежуточной частоты.

Рис. 11.58. Зеркальный канал в супергетеродинном приемнике

Что такое мешающий сигнал? Им может быть, например, соседняя радиостанция. Поэтому преселектор должен отсекать лишь зеркальный канал. Более высокие требования к нему предъявлять бессмысленно — они уже предъявлены к ФПЧ. А УВЧ «супергетеродина» состоит обычно из 1–2 колебательных контуров. Супергетеродинный приемник обладает еще рядом недостатков, о которых мы здесь не будем упоминать.

Поговорим теперь о ФПЧ. Если одиночный контур не может обеспечить требуемую селективность, то что делать? На помощь приходят так называемые системы связанных контуров, показанные на рис. 11.59.

При соответствующем выборе его элементов и настройке частотные характеристики этих систем, называемых фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС), приобретут характер, показанный на рис. 11.59, а, б, в. Двухконтурные ФСС используются очень редко, наиболее часто можно встретить трехконтурные и четырехконтурные фильтры. Пятиконтурные ФСС в радиоприемной аппаратуре использовать нет смысла — ощутимого прироста качества не получить.

Рис. 11.59, а,б,в. Селективные характеристики ФСС:

_{а — двухконтурного; б— трехконтурного; в — четырехконтурного}

В диапазонах ДВ, СВ, КВ значение промежуточной частоты радиовещательных приемников стандартизовано и составляет: у нас в стране 465 кГц, за рубежном — 455 кГц. Значение ПЧ в УКВ диапазоне — 10,7 МГц. Чем выше частота ПЧ, тем легче бороться с зеркальным каналом.

ФСС, построенные на основе контуров, настраивать трудно, и именно поэтому супергетеродинные приемники до настоящего времени были мало популярны у начинающих. Но сегодня разработаны и активно используются пьезокерамические фильтры (рис. 11.59, г), которые полностью заменяют ФСС. Что представляет собой пьезокерамический ФСС? Это пластинка с тремя выводами — вход, выход, общий контакт. На основе такого фильтра мы и построим супергетеродинный приемник УКВ станций.

Рис. 11.59, г. Селективные характеристики ФСС:

_{г — пьезокерамического}

Внутри пьезокерамического фильтра размещена пластинка из титаната бария или другого вещества, превращающего электрические колебания в механические и наоборот. Важно сказать, что пьезокерамические фильтры обладают существенным недостатком — за границами полосы пропускания они не бесконечно ослабляют сигналы, а пропускают их с ослаблением примерно 50…60 дБ (типичное значение). Этот недостаток чаще всего устраняется включением на входе дополнительного резонансного контура либо последовательным включением нескольких фильтров.

Указанный недостаток устранен в электромеханических фильтрах (ЭМФП). Этот фильтр представляет собой круглый стержень с несколькими утолщениями, на концы которого намотаны катушки. Работает фильтр на основе магнитострикционного эффекта, который напоминает пьезоэлектрический эффект, но связан не с электрическим, а с магнитным воздействием. На одну из катушек подастся сигнал, и магнитное поле вызывает механические колебания в стержне. На его выходе, во второй катушке, образуется ЭДС. Требуемую селективную характеристику формирует конфигурация стержня. Электромеханические фильтры имеют постоянный спад характеристики за полосой пропускания, но из-за внушительных размеров и дорогого изготовления, применяются только в профессиональной связной аппаратуре (рис. 11.59, д).

Идеальная селективная характеристика ФСС показана на рис. 11.59, е). Она имеет идеально плоскую вершину в полосе пропускания и бесконечное затухание за полосой пропускания. Конечно, идеальных фильтров не бывает, и все приведенные реальные конструкции в какой-то мере приближаются к идеалу.

Рис. 11.59. Селективные характеристики ФСС:

_{д — электромеханического; е — идеального}

Классический супергетеродинный приемник трудно изготовить начинающим радиолюбителям — настройка некоторых его элементов сопряжена с массой сложностей, которые под силу преодолеть только людям с опытом. Однако современная элементная база позволяет обойти львиную долю этих сложностей, и мы все же попробуем сделать несложный «супергетеродин» на микросхемах.

Этот приемник построен на импортной микросхеме ТА8164 и предназначен для приема станций УКВ диапазона в отечественном (64…73 МГц) и импортном (88…108 МГц) диапазонах. Переключение диапазонов осуществляется электронным способом. Если читателя устроит радиоприемник на один диапазон, он может не устанавливать некоторых деталей, о которых скажем ниже.

Схема простого супергетеродинного приемника, публикуемая впервые, представлена на рис. 11, 60, а структурная схема — на рис. 11.61.

Рис. 11.60. Супергетеродинный УКВ ЧМ радиоприемник

Рис. 11.61. Структурная схема микросхемы ТА8164

Как утверждает производитель микросхем фирма «Тошиба», чувствительность по входу высокой частоты находится на уровне 4 мкВ, то есть соответствует приемнику высокого класса. Внутри микросхемы имеется как тракт ЧМ, так и тракт AM, но мы не будем работать с амплитудной модуляцией. Итак, сигнал с антенны WA1, представляющей собой любой из вариантов, описанных выше, — полуволновой вибратор, петлевой вибратор, отрезок медного провода длиной 1,0…1,5 м, поступает на вывод I микросхемы DA1. К этому выводу подключен вход преселектора, селективную характеристику которого формирует резонансный контур, подключенный к выводу 15. На схеме рис. 11.60 гетеродинный контур соединен с выводом 13 через разделительный конденсатор С8, отсекающий постоянную составляющую напряжения.

Нагрузкой частотного детектора служит контур L6, С12, добротность которого искусственно снижена резистором R11. Тракт ПЧ имеет внешние выводы 3 и 8, к которым подключен пьезокерамический фильтр Z1 на частоту 10,7 МГц, а также согласующий контур L5, С10 с катушкой связи. Конденсатор С11 — фильтр амплитудного детектора. Далее сигнал через дополнительный ФНЧ R9, С13 поступает на регулятор громкости R10 и с него — на простой УНЧ, который практически ничем не отличается от приведенного в предыдущей конструкции.

Особое внимание читателя хочется обратить на узел переключения диапазонов (S1). Зачем нужно такое построение схемы? Дело в том, что коэффициента перестройки варикапов VD5—VD8 не хватает для одновременного (однодиапазонного) приема 64…108 МГц, поэтому возникла необходимость введения разбивки диапазона на прием от 64 до 73 и от 88 до 108 МГц. Самая простая коммутация может быть выполнена подключением или отключением дополнительного конденсатора в контуры преселектора и гетеродина. Однако намного интереснее реализовать электронное переключение, которое при дальнейшей модернизации приемника можно использовать, чтобы управлять приемником с помощью микроконтроллера [7]. Итак, с помощью транзисторных ключей VT1 и VT2, коммутируемых переключателем S1, к приемнику подключаются катушки L1 и L4 либо — L2 и L3. Емкостной элемент контура преселектора составляют варикапы VD5 и VD6, конденсатор С2, а емкостный элемент контура гетеродина — варикапы VD7 и VD8 и конденсатор С5. Элементы R2, R3, СЗ — цепи подачи напряжения смещения на варикапы. Настройка осуществляется резистором R1.

Переключение катушек осуществляется так. Ток от источника питания через открытый транзистор, например VT1, через катушки L2 и L3, прямо смещенные диоды VD2 и VD3 стекает на общий провод. Закрытый же транзистор VT2 заставляет находиться в обратно смещенном состоянии диоды VD1 и VD4, а значит, катушки L1 и L4 не подключены к контуру. При переключении переключателя S1 в другое положение картина меняется на противоположную.

Приемник питается от напряжения 6 В, источником которого может быть и сетевой блок питания, и гальванические элементы. Неполярные конденсаторы — любые керамические, полярные — любого типа. Важно только, чтобы они не были слишком старыми и вписывались в размеры, отведенные им на печатной плате. Транзисторы могут быть с любым буквенным индексом, но предпочтительнее использовать с индексами «Б» и «Г». Резистор R1 — многооборотный. Диоды VD1—VD4 типа КД409А можно найти в селекторах каналов от старых цветных телевизоров.

Катушки L1 и L2 намотаны на каркасах диаметром 5 мм, виток к витку, проводами ПЭВ, ПЭЛ, ПЭТВ диаметром 0,4…0,5 мм. Количество витков: L1 — 4, L2 — 5. Катушки L3 и L4 — аналогичны, но L3 имеет 6,5 витка, L4 — 5 витков. Во все катушки ввернуты резьбовые подстроечники длиной 6 мм: катушки L1 и L4 имеют подстроечники из латуни, a L2 и L3 — из феррита марки 9ВЧ или 13ВЧ с резьбой М4. Латунные подстроечники можно приобрести, но можно изготовить и самостоятельно, нарезав резьбу на контакте штепсельной вилки; или раздобыть латунные винты любого вида и срезать с них ножовкой шляпку, после чего пропилить шлиц для отвертки.

Печатная плата приведена на рис. 11.62, монтажный чертеж — на рис. 11.63.

Рис. 11.62. Печатная плата

Рис. 11.63. Сборочный чертеж и внешний вид монтажа

Катушки L5 и L6 наматываются на унифицированных трех- или четырехсекционных каркасах с внутренним диаметром 3,5 мм. Эти катушки имеют цилиндрические подстроечные сердечники из феррита 100НН. Количество витков: L5.1 — 13, L5.2–2, L6 — 12. Провод диаметром 0,1…0,12 мм, намотка внавал. Выводы необходимо аккуратно зачистить и припаять к выводам каркаса так, чтобы его не расплавить.

Прежде чем начать настройку приемника, не поленитесь и изготовьте из кусочка диэлектрика (например, стеклотекстолита) отвертку для подстройки катушек L1…L4. Включив питание, переведя переключатель S1 в правое (по схеме) положение и установив движок резистора R1 примерно в среднее положение, попробуйте «поймать» какую-нибудь УКВ станцию FM диапазона 88… 108 МГц вращением сердечника катушки L4. После этого вращением резистора R1 добейтесь максимальной громкости приема.

Переходим к первой операции — настройке тракта ПЧ. Вращением подстроечника катушки L5 нужно добиться максимального качества звука и максимальной его громкости. Вторая операция — настройка частотного детектора — производится по тем же критериям, но вращением сердечника катушки L6. Третья операция — настройка границ диапазона — производится при установке резистора R1 в нижнее (по схеме) положение. В этом положении вращением сердечника катушки L4 устанавливаем самую «нижнюю» по частоте станцию диапазона, контролируя ее по промышленному радиоприемнику.

Установка «нижней» станции в диапазоне 64…73 МГц производится при переводе переключателя S1 в левое положение. Последняя операция — добиться приема станций без характерного шипения вращением подстроечников катушек L1 и L2.

Как показывает практика, настройка даже такого до предела облегченного варианта супергетеродинного приемника занимает не один час времени. Однако это вознаградит вас за труды потрясающим качеством звучания и стабильностью установленных настроек.

Обращаем ваше внимание, что усилитель низкой частоты, установленный на плату приемника, предназначен для демонстрации работоспособности схемы. Если вы захотите использовать этот приемник повседневно, подключите хороший усилитель низкой частоты на транзисторах или на микросхеме, которые приведены в первой книге.

Следующая конструкция УКВ радиоприемника основана на той же микросхеме, но настройка его осуществляется двухсекционным конденсатором переменной емкости КПЕ-2, который можно найти в старой отечественной аппаратуре (в блоках УКВ), выпущенной в 70—80-х гг. XX в. Двухсекционная конструкция, как мы успели заметить, является принципиальным моментом, так как одновременно нужно перестраивать и преселектор, и гетеродин. Конденсатор снабжен редуктором и большим шкивом, который можно связать капроновым тросиком с ручкой и плавно настраивать приемник.

Схема приемника приведена на рис. 11.64, печатная плата — на рис. 11.65, а сборочный рисунок — на рис. 11.66.

Рис. 11.64. Схема приемника

Рис. 11.65. Печатная плата

Рис. 11.66. Сборочный чертеж и внешний вид монтажа

Радиоприемная часть практически ничем не отличается от описанной в предыдущей конструкции. Нет особенностей и в усилителе низкой частоты.

Его схема отдельно была приведена в главе «Усиливаем сигналы» (книга 1). Единственная особенность кроется в наличии стабилизатора напряжения D2. Зачем он нужен? Как видно из схемы, напряжение питания составляет 9 В — им нельзя питать микросхему. Поэтому стабилизатор и понижает напряжение до безопасного для микросхемы TA8164 уровня 5 В.

Намоточные данные катушек: L1 — 5 витков, L2 — 6 витков провода типа ПЭВ диаметром 0,4…0,5 мм. Каркасы диаметром 5 мм с резьбовыми подстроечниками М4. Намоточные данные остальных катушек можно взять из предыдущей схемы. Так как приемник может работать только в одном из УКВ-диапазонов (отечественном или зарубежном), надо заранее выбрать диапазон. Конденсаторы С6 и С7 можно использовать для установки границ принимаемого диапазона, если не хватит хода катушек L1 и L2. Но скорее всего, что в зарубежном диапазоне установка конденсаторов С6 и С7 не потребуется. Для перестройки приемника на прием передач отечественного УКВ-диапазона нужно вывернуть латунные подстроечники и ввернуть вместо них подстроечные сердечники из феррита 13ВЧ или 9ВЧ (материал этих сердечников имеет характерный темно-бордовый цвет, они достаточно хрупки, так что обращаться с ними при настройке надо осторожно, без усилий). Конденсаторы С6 и С7 в этом случае должны быть по 10 пФ. Возможно, что при настройке для минимизации искажений звука потребуется увеличить номинал R1 до 5,6 кОм.

Принципы работы супергетеродинного приемника

В схемах приемников прямого усиления применяется только один тип преобразователя колебаний — детектор, выделяющий из модулированных колебаний высокой частоты колебания низкой частоты. В соответствии с этим в таких приемниках осуществляется усиление колебаний высокой частоты (частоты принимаемой станции) и усиление колебаний низкой (звуковой) частоты.

Но возможность усиления колебаний высокой частоты ограничена сравнительно небольшими пределами (из-за опасности возникновения паразитных колебаний), особенно если частота лежит в коротковолновой части радиовещательного диапазона, а тем более в области коротких волн.

С другой стороны, единственный пригодный для высоких частот тип усилителя — резонансный. Но необходимость перестройки всех контуров при переходе от одной станции к другой очень усложняет конструкцию усилителя и обращение с ним.

Обе эти трудности могут быть устранены одним и тем же методом— преобразованием принимаемых колебаний любой частоты в колебания одной и той же фиксированной частоты. Эта частота выбирается пониженной, чтобы можно было получить достаточно большое усиление, и на нее настраивается резонансный усилитель.

Такой метод применен в супергетеродинных приемниках. Фиксированная частота, которая получается в супергетеродине, называется обычно промежуточной частотой.

Способ, который применяется для преобразования колебаний любой принимаемой частоты в колебание одной промежуточной частоты, состоит в следующем.

Если взять два колебания различной частоты и сложить их, то в результате получаются сложные колебания, так называемые биения. Графически этоі процесс сложения колебаний изображен на рис. 1.

Кривые А и Б соответствуют двум гармоническим колебаниям разной частоты, а кривая В изображает биения, полученные в результате сложения этих двух колебаний: А и Б.

У кривой В легко заметить новый период, а именно период биений, который на рисунке отмечен буквами Т. Сразу видно, что период этих биений больше, чем период каждого из слагаемых колебаний, и, следовательно, частота биений меньше, чем частота каждого из слагаемых колебаний.

Рис. 1. При сложении двух колебаний с разными частотами амплитуда результирующего колебания периодически изменяется.

Частота биений равна разности частот двух слагаемых колебаний. Чем больше разность между этими частотами, тем больше частота биений; поэтому, выбрав достаточно большую разницу между слагаемыми частотами, мы можем получить биения высокой частоты.

Так, если мы возьмем слагаемые колебания с частотами 1 000 кгц (волна 300 м) и 1460 кгц (волна 205 м), то биения, полученные в результате сложения этих колебаний, будут иметь частоту 460 кгц 1460—1000= 460), что соответствует волне 652 м.

Однако хотя полученные биения и имеют уже период, соответствующий промежуточной частоте, они не представляют собой гармонических колебаний промежуточной частоты.

Чтобы получить эти колебания, нужно биения продетектировать. Так же. как из модулированных колебаний при детектировании выделяются колебания с частотой модуляции, из биений при детектировании выделяются колебания разностной частоты (равной разности двух слагаемых частот). Этот метод преобразования частоты называют методом смешения или методом гетеродинирования.

Как же осуществить этот метод при приеме радиостанций?

Пусть кривая А (рис. 1) изображает колебания, приходящие в контур приемника от передающей станции. Создадим в нашем приемнике вспомогательные колебания высокой частоты (кривая Б на рис. 1) при помощи специального гетеродина и подберем частоту гетеродина так, чтобы разность частот колебаний А и Б составляла, например, 460 кгц.

Сложим полученные колебания и пропустим их через детекторную лампу. Тогда в контуре, включенном в анодную цепь лампы и настроенном на разностную частоту, мы получим колебания этой разностной частоты 460 кгц.

Полученные колебания промежуточной частоты можно усилить с помощью усилителя высокой частоты, который в этом случае называется усилителем промежуточной частоты.

Для осуществления процесса преобразования частоты может служить схема, изображенная на рис 2 Приходящие колебания улавливаютя приемной антенной и через катушку L1 попадают на сетку детекторной лампы.

Но предварительно в катушке L_c на них накладываются вспомогательные колебания от катушки гетеродина Lr Контур L₂C₂ в анодной цепи детекторной лампы настроен на разностную частоту.

Полученные в результате детектирования колебания разностной частоты направляются из этого контура для дальнейшего усиления в усилитель промежуточной частоты.

Рис. 2. Упрощенная схема преобразователя частоты супергетеродина.

Рассмотренная упрощенная схема преобразователя частоты супергетеродина сейчас редко применяется на практике. В современных супергетеродинах возбуждение вспомогательных колебаний и детектирование биений обычно выполняет одна и та же многосеточная лампа, называемая преобразователем. В качестве преобразователя применяют пентод, гептод и триод-гептод.

Схема преобразователя частоты с гептодом приведена на рис. 3. Гептод в этой схеме смесителя представляет собой как бы две отдельные лампы, помещенные в один баллон и связанные общим электронным потоком.

Первая из этих ламп служит для возбуждения колебаний и заменяет отдельный гетеродин. Во второй лампе смешиваются приходящие колебания с колебаниями гетеродина и из полученных биений выделяются колебания разностной частоты. Для наглядности эти две «отдельные лампы» разделены на схеме пунктиром.

Первые две сетки, считая от катода, служат собственно сеткой и «анодом» гетеродина и включаются как обычный триод в схему с обратной связью. Сетка, играющая роль управляющей сетки гетеродина, присоединена к колебательному контуру гетеродина L₂C₂.

Вторая сетка («анод» гетеродина) присоединена к катушке обратной связи L₃. Благодаря наличию обратной связи в лампе возникают колебания и электронный ток, проникающий через вторую сетку, переносит эти колебания в область «второй лампы».

Приходящие сигналы подводятся к четвертой сетке.

Третья и пятая сетки лампы соединены и находятся под постоянным положительным напряжением. Они играют роль экранов между «первой и второй лампами», с одной стороны, а также между управляющей сеткой и анодом «второй лампы»—с другой. Таким образом, «вторая лампа» работает, как экранированная лампа.

Рис. 3. Схема преобразователя частоты с гептодом.

Колебания электронного тока, созданные «первой лампой», изменяют параметры «второй лампы» и в ней происходят смешение приходящих колебаний с колебаниями гетеродина и образование колебаний разностной частоты.

Контур в цепи анода, настроенный на эту частоту, выделяет из анодного тока колебания разностной частоты. Дальше эти колебания подаются на вход усилителя промежуточной частоты.

Применение специальной преобразовательной лампы не только упрощает конструкцию супергетеродина тем, что сокращает число ламп, но и устраняет ряд трудностей, которые возникают при работе схем с отдельным гетеродином.

Мы рассмотрели преобразование немодулированных приходящих колебаний; сделано это было для упрощения. При приеме модулированных колебаний, поскольку колебания гетеродина имеют постоянную амплитуду, биения, а также колебания промежуточной частоты промодулированьі так же, как и приходящие колебания.

Чтобы превратить эти модулированные колебания в звуковые, их нужно еще раз пропустить через детектор. Поэтому колебания промежуточной частоты после усиления подводятся ко второму детектору и уже после второго детектора полученные колебания звуковой частоты направляются в телефон или усилитель низкой частоты.

Усилитель промежуточной частоты содержит один, а иногда и два каскада резонансного усиления, обычно на настроенных трансформаторах. Как правило, настраивается не одна, а обе обмотки трансформаторов, чем достигается более выгодная в отношении избирательности форма резонансных кривых. Такие трансформаторы с обеими настроенными обмотками получили название полосовых фильтров.

Все фильтры при помощи «полупеременных» конденсаторов или магнетитовых сердечников раз навсегда настраиваются на промежуточную частоту, чтобы весь усилитель промежуточной частоты давал достаточное усиление и возможно большую избирательность.

Частота колебаний гетеродина может изменяться в нужных пределах, и всякий раз она подбирается так, чтобы вместе с приходящими колебаниями получалась одна и та же фиксированная промежуточная частота.

Таким образом, при настройке супергетеродина частота усиливаемых колебаний «подгоняется» под постоянную настройку резонансного усилителя промежуточной частоты.

В этом заключается одно из важнейших преимуществ супергетеродина, так как вместо настройки многих междуламповых контуров приходится настраивать только контур гетеродина и входной контур приемника, т. е. настройка очень упрощается.

Для того чтобы получить фиксированную промежуточную частоту при любой волне, лежащей в диапазоне приемника, очевидно, нужно, чтобы диапазон гетеродина был сдвинут по отношению к диапазону входного контура приемника на частоту, равную промежуточной частоте.

Промежуточная частота выбирается обычно около 460 кгц, реже 110 кгц, и на эту величину диапазон гетеродина должен отличаться от диапазона входного контура приемника.

Резонансное усиление промежуточной частоты само по себе обеспечивает большую чувствительность и избирательность супергетеродина, а преобразование частоты приходящих колебаний еще более повышает его избирательность, потому что близко лежащие волны принимаемой и мешающей станций после преобразования частоты «раздвигаются». Поясним на примере, как это происходит.

Пусть промежуточная частота равна 460 кгц, частота принимаемой станции 1 000 кгц, а частота мешающей станции 1010 кгц, т. е. принимаемая и мешающая станции различаются по частоте на 1%.

Чтобы получить в данном случае промежуточную частоту 460 кгц, нужно настроить гетеродин на частоту 1 460 кгц. Тогда мешающая станция даст колебания промежуточной частоты 450 кгц, так как 1460—1010 = 450.

Теперь сигналы мешающей станции отличаются по частоте от сигналов принимаемой станции уже больше чем на 2%. Благодаря преобразованию частоты волны принимаемой и мешающей станций «разошлись», относительная расстройка увеличилась и отстройка от мешающей станции облегчилась.

Однако, повышая общую избирательность приемника, преобразование частоты открывает возможность проникновения сигналов мешающей станции, если эта станция работает на некоторой «опасной» частоте.

Дело в том, что одна и та же промежуточная частота получается, если частота приходящих сигналов на нужную величину больше или меньше частоты гетеродина. Поясним это на том же числовом примере, который рассмотрен выше.

Если гетеродин настроен на частоту 1 460 кгц, а промежуточная частота равна 460 кгц, то колебания нужной промежуточной частоты получаются как от станции, работающей на частоте 1 000 кгц, так и от станции, работающей на частоте 1920 кгц. В обоих случаях разность частот составляет 460 кгц.

Однако при приеме станции, работающей на частоте 1 000 кгц, на эту же частоту настраивается входной контур ‘приемника и поэтому сигналы мешающей станции, работающей на частоте 1 920 кгц, будут значительно слабее сигналов принимаемой станции.

Но избирательности входного контура недостаточно для того, чтобы полностью преградить путь сигналам мешающей станции к сетке первого детектора.

А после преобразования мешающая станция даст ту же промежуточную частоту, что и принимаемая, и дальше сигналы ее будут также усиливаться. Словом, супергетеродин, обладая вообще большой избирательностью, по отношению к этой так называемой зеркальной помехе обладает низкой чувствительностью.

Чтобы устранить опасность зеркальной помехи, нужно повысить избирательность приемника еще до преобразования частоты. С этой целью в супергетеродинах применяется обычно каскад предварительного усиления высокой частоты.

Таким образом, типичная скелетная схема супергетеродина имеет вид, изображенный на рис. 4. При этом, как указывалось выше, в современных супергетеродинах обычно смеситель и вспомогательный гетеродин объединены в один преобразовательный каскад.

В супергетеродине без предварительного усиления высокой частоты при настройке на станцию необходимо настраивать два контура (входной и гетеродинный).

В схеме же с предварительным усилением число настраивающих контуров увеличивается до трех, так как прибавляется настройка контура резонансного усилителя высокой частоты. Чтобы можно было осуществлять настройку одной ручкой, применяют сдвоенные и строенные конденсаторы переменной емкости.

Благодаря тому что даже при наличии предварительного усиления в супергетеродине имеются всего лишь три контура с переменной настройкой, упрощается задача перекрытия широкого диапазона волн.

Рис. 4. Развернутая скелетная схема супергетеродина.

Супергетеродин легко сделать «всеволновым», т.е. перекрыть не только весь радиовещательный диапазон средних волн, но и ту часть коротковолнового диапазона, которая отведена для радиовещательных станций.

Все отмеченные преимущества супергетеродина перед приемниками без преобразования частоты — приемниками прямого усиления — привели к тому, что все современные высококачественные ламповые приемники делаются по супергетеродинной схеме.

Общее усиление, которое может дать хороший супергетеродинный приемник, огромно. При напряжении на входе в несколько микровольт супергетеродин дает на выходе напряжение, достаточное для работы громкоговорителя, т. е. несколько вольт. Таким образом, приходящие сигналы усиливаются в супергетеродине в несколько миллионов раз!.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов RF и Wireless. На сайте представлены статьи, учебные пособия, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тесты и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и дисциплинам MBA.

Статьи о системах на основе IoT

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе IoT : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падения IoT. Подробнее➤
См. также другие статьи о системах на основе IoT:
• Система очистки туалетов AirCraft. • Система измерения удара при столкновении • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной розничной торговли • Система мониторинга качества воды • Система интеллектуальной сети • Умная система освещения на основе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Умная система парковки на базе LoRaWAN.

Радиочастотные беспроводные изделия

Этот раздел статей охватывает статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE/3GPP и т. д. , стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, посвященные испытаниям на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF/PHY. СМ. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH была рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Подробнее➤

Основные сведения о повторителях и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов повторителей, используемых в беспроводных технологиях. Подробнее➤

Основы и типы замираний : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные замирания, быстрые замирания и т. д., используемые в беспроводной связи. Подробнее➤

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Подробнее➤

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи по соседнему каналу, помехи в одном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. д. Подробнее➤

Раздел 5G NR

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (новое радио), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. д. 5G NR Краткий справочный указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • БАЗОВЫЙ НАБОР 5G NR • Форматы 5G NR DCI • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Опорные сигналы 5G NR • 5G NR m-Sequence • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • MAC-уровень 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень PDCP 5G NR

Учебники по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводным сетям. Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, беспроводная сеть, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. д. См. ИНДЕКС УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ >>

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы, посвященные технологии 5G:
Учебник по основам 5G Диапазоны частот учебник по миллиметровым волнам Рамка волны 5G мм Зондирование канала миллиметровых волн 5G 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Архитектура сети 5G Сетевые интерфейсы 5G NR звучание канала Типы каналов 5G FDD против TDD Нарезка сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G ТФ

В этом учебнике GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM или настройка вызова или процедура включения питания, Вызов MO, вызов MT, модуляция VAMOS, AMR, MSK, GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Читать дальше.

LTE Tutorial , описывающий архитектуру системы LTE, включая основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он предоставляет ссылку на обзор системы LTE, радиоинтерфейс LTE, терминологию LTE, категории LTE UE, структуру кадра LTE, физический уровень LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, Voice Over LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE advanced.➤Подробнее.

Радиочастотные технологии Материал

На этой странице мира беспроводных радиочастот описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты на примере повышающего преобразователя частоты 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, амортизирующие прокладки. ➤Читать дальше.
➤ Проектирование и разработка РЧ приемопередатчика ➤Дизайн радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковых ➤Основы волновода

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются ресурсы по контролю и измерению, контрольно-измерительное оборудование для тестирования тестируемых устройств на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE. ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для контрольно-измерительных приборов. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤ Измерения физического уровня ➤ Тестирование устройства WiMAX на соответствие ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤ Тест на соответствие TD-SCDMA

Волоконно-оптические технологии

Волоконно-оптический компонент основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д. Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. ИНДЕКС оптических компонентов >>
➤Руководство по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤Основы SONET ➤ Структура кадра SDH ➤ SONET против SDH

Поставщики беспроводных радиочастот, производители

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики ВЧ-компонентов, включая ВЧ-изолятор, ВЧ-циркулятор, ВЧ-смеситель, ВЧ-усилитель, ВЧ-адаптер, ВЧ-разъем, ВЧ-модулятор, ВЧ-трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, осциллятор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, ЭМС, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д. Поставщики радиочастотных компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤ РЧ-циркулятор ➤РЧ-изолятор ➤Кристаллический осциллятор

MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. СМОТРИТЕ ИНДЕКС ИСТОЧНИКОВ >>
➤ 3–8 код декодера VHDL ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR триггер коды labview

Общая медицинская информация

Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Мойте их часто
2. ЛОКОТЬ: кашляйте в него
3. ЛИЦО: Не прикасайтесь к нему
4. НОГИ: Держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: Болен? Оставайтесь дома

Используйте технологию отслеживания контактов >> , следуйте рекомендациям по социальному дистанцированию >> и установить систему наблюдения за данными >> спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таких стран, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19так как это заразное заболевание.

Радиочастотные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Они охватывают беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. д. СМ. КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤ 5G NR ARFCN и преобразование частоты ➤ Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤ LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Yagi ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

В разделе, посвященном IoT, рассматриваются беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT+, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие. Он также охватывает датчики IoT, компоненты IoT и компании IoT.
См. главную страницу IoT>> и следующие ссылки.
➤РЕЗЬБА ➤EnOcean ➤ Учебник LoRa ➤ Учебник по SIGFOX ➤ WHDI ➤6LoWPAN ➤Зигби RF4CE ➤NFC ➤Лонворкс ➤CEBus ➤УПБ

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Учебники по беспроводным радиочастотам

GSM ТД-СКДМА ваймакс LTE UMTS GPRS CDMA SCADA беспроводная локальная сеть 802.11ac 802.11ad GPS Зигби z-волна Bluetooth СШП Интернет вещей Т&М спутник Антенна РАДАР RFID

Различные типы датчиков

Датчик приближения Датчик присутствия против датчика движения Датчик LVDT и RVDT Датчик положения, смещения и уровня датчик силы и датчик деформации Датчик температуры датчик давления Датчик влажности датчик МЭМС Сенсорный датчик Тактильный датчик Беспроводной датчик Датчик движения Датчик LoRaWAN Световой датчик Ультразвуковой датчик Датчик массового расхода воздуха Инфразвуковой датчик Датчик скорости Датчик дыма Инфракрасный датчик Датчик ЭДС Датчик уровня Активный датчик движения против пассивного датчика движения

Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу

СТАТЬИ Раздел T&M ТЕРМИНОЛОГИИ Учебники Работа и карьера ПОСТАВЩИКИ Интернет вещей Онлайн калькуляторы исходные коды ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРИМЕЧАНИЯ Всемирный веб-сайт T&M

Принцип гетеродина и супергетеродинный приемник

Во время Первой мировой войны Эдвин Ховард Армстронг изобрел супергетеродинный приемник в качестве альтернативы приемникам с настроенной радиочастотой (TRF), которые перемещали настраиваемый фильтр на нужный сигнал. Его целью было преодолеть их ограничения в отношении избирательности и чувствительности. Чтобы понять принцип работы гетеродинного приемника, крайне важно наглядное изображение. Хотя это в целом верно для всех концепций, существуют определенные проблемы спектрального преобразования в архитектуре приемников, которые требуют красивых и четких рисунков. Вот как я поступаю ниже.

Принцип гетеродина

Вместо использования перестраиваемого полосового фильтра, сдвинутого на частоту сигнала, концепция гетеродина Rx заключается в разработке перестраиваемого гетеродина (LO), работающего на частоте $ F _ {\ text {LO}} $, который перемещает сигнал на фиксированный полосовой фильтр, как показано на рисунке ниже. Этот фильтр работает на определенной частоте, известной как промежуточная частота (ПЧ).

Итак, что именно мы здесь получили?

Преимущество такого подхода заключается в том, что независимо от выбранного канала большая часть операций усиления и фильтрации выполняется на фиксированной промежуточной частоте, где сравнительно легче проектировать усилители и фильтры с высоким коэффициентом усиления, демонстрирующие резкие переходные полосы пропускания.

Теперь мы понимаем эту идею через спектры сигнала и интерференции.

Преобразование с повышением частоты на стороне передачи

Отправной точкой является спектр реальной синусоиды $\cos 2\pi F_C t$ на несущей частоте $F_C$. Этот спектр состоит из двух импульсов, один при $+F_C$, а другой при $-F_C$, как описано здесь. В точке Tx эта синусоида смешивается (т.е. перемножается) с модулированным сигналом $v(t)$ как
\begin{equation*}
s(t) = v(t)\cdot \cos 2\pi F_C t
\end{уравнение*}

Спектр модулированного сигнала $v(t)$ обозначается как $V(F)$. Теперь умножение во временной области — это свертка в частотной области. Таким образом, в частотной области происходит свертка между этими двумя спектральными импульсами (вытекающими из косинуса) и спектром $V(F)$ модулированного сигнала. В результате этой свертки $V(F)$ смещается к двум частотам, а именно к $\pm F_C$, в результате чего получается сигнал полосы пропускания $S(F)$.
\begin{equation*}
S(F) = \frac{1}{2} \left[S(F+F_C) + S(F-F_C)\right]
\end{equation*}

Полученный сигнал показан в первой строке рисунка ниже.

Давайте посмотрим, что происходит на стороне Rx.

Преобразование с понижением частоты на стороне Rx

На стороне Rx $S(F)$ смешивается с настраиваемым гетеродином с синусоидой $\cos 2\pi F_{\text{LO}} t$ на частоте $F_{ \text{LO}}$.
\begin{equation*}
x(t) = s(t)\cdot \cos 2\pi F_{\text{LO}} t = v(t) \cdot \cos 2\pi F_C t \cdot \ cos 2\pi F_{\text{LO}} t
\end{уравнение*}

Используя тождество $2\cos A\cos B$ $=$ $\cos (A+B)$ $+$ $\cos (A-B)$, эти две действительные синусоиды в точке Rx во временной области означают четыре импульса в частотной области. Свертка повторяется снова, на этот раз создавая копии $V(F)$ на следующих четырех частотах.
\begin{equation}
\begin{align} \label{eqNoTitleFCflo}
+F_C +F_{\text{LO}} &\qquad -F_C -F_{\text{LO}}\\
+F_C -F_ {\text{LO}} &\qquad -F_C +F_{\text{LO}}
\end{выровнено}
\end{уравнение}

Этот принцип спектральных трансляций посредством свертки с $F_{\text{LO}}$ показан на рисунке выше. Поскольку полосовой фильтр в Rx расположен на промежуточной частоте (ПЧ), одна из приведенных выше спектральных копий должна приходиться на ту же частоту. Предполагая, что эта копия $F_C-F_{\text{LO}}$ из четырех, показанных на этом рисунке, сигнал преобразуется с понижением частоты в ПЧ, равную
\begin{equation*}
F_{\text{IF} } = +F_C – F_{\text{LO}}
\end{уравнение*}

При фиксированном $F_{\text{IF}}$ и переменной $F_{\text{LO}}$ мы можем захватить любой канал, настроив $F_{\text{LO}}$ в соответствии с приведенным выше соотношением.

\begin{equation}\label{eqNoTitleFLO}
F_{\text{LO}} = F_C -F_{\text{IF}}
\end{equation}

Так как $F_{\text{LO}} $ $$ $F_C$. Далее мы исследуем проблему частоты изображения в гетеродинном Rx.

Частота изображения

Объясняя принцип супергетеродина на приведенном выше рисунке, мы сделали предположение, что весь спектр состоит только из нашего полезного сигнала. На самом деле, сама концепция спектра основана на разделении пользователей в частотной области путем присвоения им разных частот, широко известном как мультиплексирование с частотным разделением (FDM). По этой причине большая часть пустого спектра здесь фактически занята другими передачами.

Этот факт оказывается вредным для приемника, работающего с реальными синусоидами, по следующей причине.

Наша спектральная трансляция выводит полезный сигнал $s(t)$ на несущей частоте $F_C$ в полосу пропускания фильтра на промежуточной частоте $F_{\text{IF}}$. Как показано на рисунке ниже, это результат свертки с импульсом в $-F_{\text{LO}}$.

Этот же перевод также приводит к $F_{\text{IF}}$ другой спектр из-за свертки с импульсом в $F_{\text{LO}}$. Из рассмотрения этого рисунка становится ясно, что спектр, мешающий полезному сигналу, исходит от частоты, расположенной на расстоянии $F_{\text{IF}}$ от $F_{\text{LO}}$. Чтобы понять этот момент, измерьте разницу частот между $F_C$ и $F_{\text{LO}}$, а затем между $F_{\text{LO}}$ и $F_{\text{image}}$ в приведенный выше рисунок.

Приведенный выше факт помогает нам рассчитать положение частоты изображения $F_{\text{image}}$ для инжекции в нижнюю сторону как

\begin{equation}\label{eqNoTitleFimage}
F_{\text{image} } = F_C -2F_{\text{IF}}
\end{equation}

Интуитивно это соотношение имеет смысл, поскольку с учетом сложения и вычитания синусоидальных частот $F_{\text{IF}}$ равно достигается с одной стороны сигналом на частоте $F_C$, а с другой стороны сигналом с разницей частот в $F_{\text{IF}}$, как показано в верхней части рисунка выше. Как только частота изображения находится в микшере, ее невозможно удалить, поскольку теперь она гетеродинируется в тот же диапазон ПЧ, что и желаемая станция.

Архитектура супергетеродина

Супергетеродин Rx решает проблему частоты изображения, вставляя фильтр подавления изображения (IR) перед микшером. Это приводит к супергетеродинной архитектуре Rx, показанной на рисунке ниже.

Супергетеродинный приемник работает на следующих этапах.

ВЧ-фильтр предварительной селекции служит для удаления внеполосной энергии сигнала, а также для частичного подавления сигнала, расположенного на частоте изображения.
Затем сигнал усиливается малошумящим усилителем (МШУ).
Затем сигнал частоты изображения очищается фильтром подавления изображения (IR). Является ли ИК-фильтр фиксированным или настраиваемым, зависит от диапазона полезных сигналов, который определяет, где расположены частоты изображения. В любом случае требования к ИК-фильтру намного мягче, чем к TRF Rx, поскольку его единственная цель — отфильтровать сигнал изображения (в отличие от фильтрации всего вокруг желаемого диапазона), а частоты изображения лежат далеко от центральной частоты. . Это приводит к большой полосе пропускания и низкой стоимости ИК-фильтра.
Сигнал на выходе ИК-фильтра умножается или смешивается с выходным сигналом перестраиваемого гетеродина (LO) для преобразования желаемого диапазона с понижением частоты в фиксированную промежуточную частоту (ПЧ).
В конце концов выходной сигнал может быть смещен непосредственно в полосу модулирующих частот отсюда или далее преобразован с понижением частоты в более низкие ПЧ перед окончательной демодуляцией. Если используется другой этап преобразования с понижением частоты, такая архитектура известна как приемник с двойной ПЧ.

На данном этапе обязательно нужно взглянуть на выходные сигналы на различных этапах этого процесса, чтобы получить представление о конструкции ИК-фильтра. Это показано на рисунке ниже, на котором особое внимание уделяется разнице между переходными полосами ИК-фильтра и фиксированного BPF.

Мы видели в уравнении (\ref{eqNoTitleFimage}), что полезный сигнал и сигнал изображения разделены удвоенной ПЧ.

Вспоминая, что большая полоса пропускания накладывает более ослабляющие ограничения на фильтр, привлекательно выбрать высокую ПЧ, чтобы частотный интервал между полезным сигналом и сигналом изображения был как можно больше. Это показано верхними стрелками и широким ИК-фильтром на рисунке выше.
С другой стороны, низкая ПЧ позволяет использовать высококачественные фильтры выбора канала с лучшей селективностью или подавлением внеполосных помех.

Следовательно, выбор ПЧ зависит от компромисса между отклонением изображения и качеством выбора канала. Поскольку изображение падает прямо на предполагаемый канал, это ухудшает чувствительность Rx. Затем это приводит к более привычному компромиссу между чувствительностью и избирательностью в коммуникационном приемнике.

На протяжении многих лет гетеродинная архитектура широко использовалась в коммуникационных приемниках из-за ее хороших характеристик, достигаемых за счет достижения баланса в упомянутых выше компромиссах.