Что такое гетеродин и как он работает. Какие бывают виды гетеродинов. Где применяются гетеродины в современной радиотехнике. Каковы преимущества и недостатки гетеродинных приемников.
Принцип работы гетеродина: смешение частот
Гетеродин — это устройство, используемое в радиотехнике для преобразования частоты сигнала путем смешения его с сигналом от вспомогательного генератора. Принцип работы гетеродина основан на явлении биений — возникновении колебаний с разностной частотой при сложении двух сигналов близкой частоты.
Как работает гетеродин?
- На вход поступает входной радиосигнал с частотой f1.
- Вспомогательный генератор (собственно гетеродин) вырабатывает колебания с частотой f2, близкой к f1.
- Сигналы смешиваются в нелинейном элементе (смесителе).
- На выходе смесителя образуются колебания с суммарной (f1+f2) и разностной (|f1-f2|) частотами.
- Разностная частота выделяется фильтром и используется в дальнейшей обработке.
Виды гетеродинов в радиоприемниках
Какие бывают основные типы гетеродинов?
- Простой гетеродин — содержит один смеситель и гетеродин фиксированной частоты.
- Супергетеродин — имеет несколько каскадов преобразования частоты для повышения избирательности.
- Инфрадин — гетеродин с частотой ниже частоты принимаемого сигнала.
- Прямое преобразование — гетеродин настроен точно на частоту сигнала.
- Квадратурный гетеродин — использует два смесителя со сдвигом фаз 90°.
Наиболее распространенным является супергетеродинный приемник, обеспечивающий высокую чувствительность и избирательность.
Применение гетеродинов в современной радиотехнике
Где используются гетеродины в настоящее время?
- Радиоприемники различного назначения
- Радиолокационные станции
- Системы спутниковой связи
- Измерительное оборудование (анализаторы спектра, векторные анализаторы цепей)
- Приемники систем радионавигации (GPS, ГЛОНАСС)
- Синтезаторы частот
Гетеродинный принцип остается основой построения большинства современных радиоприемных устройств благодаря своим преимуществам.
Преимущества и недостатки гетеродинных приемников
Каковы плюсы и минусы использования гетеродинов?
Преимущества:
- Высокая чувствительность
- Хорошая избирательность
- Стабильность настройки
- Возможность приема сигналов в широком диапазоне частот
Недостатки:
- Наличие зеркального канала приема
- Возможность возникновения помех на гармониках гетеродина
- Относительная сложность схемы
Несмотря на некоторые недостатки, преимущества гетеродинного приема обеспечили его широкое применение в радиотехнике.
Квадратурный гетеродин: принцип работы и применение
Квадратурный гетеродин — это разновидность гетеродина, использующая два смесителя со сдвигом фаз гетеродинного сигнала на 90°. Как работает квадратурный гетеродин?
- Входной сигнал подается на два идентичных смесителя.
- Сигнал гетеродина разветвляется и подается на смесители со сдвигом 90°.
- На выходе получаются два сигнала промежуточной частоты, сдвинутые по фазе на 90°.
- Эти сигналы образуют синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие.
Квадратурный гетеродин позволяет выделить комплексную огибающую сигнала и используется в системах с квадратурной модуляцией (QAM, QPSK и др.).
Гетеродинные приемники в системах радиосвязи
Каково применение гетеродинных приемников в современных системах радиосвязи?
- Сотовая связь (GSM, UMTS, LTE)
- Спутниковая связь
- Цифровое телевидение и радиовещание
- Системы беспроводной передачи данных (Wi-Fi, Bluetooth)
- Профессиональная радиосвязь
Гетеродинный принцип позволяет создавать высокочувствительные приемники для работы в различных частотных диапазонах. В современных устройствах часто применяется прямое цифровое преобразование сигнала после гетеродинирования.
Синтезаторы частот на основе гетеродинного принципа
Синтезатор частот — это устройство для формирования сигналов с заданной частотой. Как используется гетеродинный принцип в синтезаторах частот?
- Опорный генератор вырабатывает стабильный сигнал фиксированной частоты.
- Делители частоты формируют набор опорных частот.
- Управляемый генератор (ГУН) вырабатывает выходной сигнал.
- Смеситель и фазовый детектор сравнивают частоту ГУН с опорной.
- Система ФАПЧ подстраивает частоту ГУН.
Такая схема позволяет синтезировать сигналы с высокой точностью и малым шагом по частоте. Синтезаторы на основе гетеродинного принципа широко применяются в современной радиоаппаратуре.
СВЧ гетеродины · ИПА РАН
Комплекс СВЧ гетеродинов на частоты 1,26 ГГц, 2.02 ГГц, 8.08 ГГц, 4.5 ГГц, 21.92 ГГц изготовлен на ННИПИ «Кварц», по техническому заданию ИПА РАН.
Комплекс СВЧ гетеродинов
Гетеродин 2.02/8.08 ГГц со снятой нижней крышкой
Гетеродины предназначены для генерирования высокостабильных по частоте СВЧ сигналов с низким уровнем фазовых шумов. Гетеродины применяется в малошумящих приемных устройствах радио интерферометрического комплекса со сверхдлинной базой. Предусмотрено дистанционное включение питания и дистанционный контроль работоспособности, что позволяет применять его в автоматизированных системах, работающих круглосуточно без участия оператора.
Основные технические характеристики гетеродинов
| № | Параметр | Значение параметра |
| 1 | мощность, мВт, не менее | 10 |
| 2 | ослабление мощности выходного сигнала, дБ, не менее | 10 |
| 3 | относительная СПМ фазовых шумов при отстройке 100 Гц, дБ/Гц, не более | -60 |
| 4 | относительный уровень дискретных составляющих, дБ, не более | -45 |
| 5 | сдвиг фазы на интервале до 1000 с от изменения температуры окружающей среды, пс/°С, не более | 3 |
Принцип действия гетеродина основан на умножении частоты внешнего опорного сигнала 5 МГц до частоты 100 МГц и последующем преобразовании ее в выходную частоту.
Для умножения и преобразования частот используются элементы с нелинейной вольтамперной характеристикой и кольца ФАПЧ.
Электрическая структурная схема гетеродина 4.5 ГГц
Генератор 100МГц вырабатывает высокостабильные колебания частотой 100МГц с низким уровнем фазовых шумов. Для повышения стабильности частоты генератор синхронизируется системой ФАПЧ по внешнему опорному сигналу 5 МГц.
Затем в умножителе из сигнала 100 МГц с помощью умножителей и фильтров формируется сигнал 400 МГц (200 МГц в гетеродине 21,92ГГц), который используется в качестве опорного сигнала для блока СВЧ. Часть входного сигнала умножителей ответвляется в нем и через перемычку на задней панели подается на второй вход блока СВЧ.
Блок СВЧ содержит генератор на диэлектрическом резонаторе, частота которого
системой ФАПЧ синхронизируется по m гармонике опорного сигнала 400 (200) МГц и n
гармонике сигнала 10 МГц, получаемого делением частоты сигнала 100 МГц. Выходной
сигнал генератора усиливается до требуемого уровня мощности двухканальным
усилителем.
Каждый канал усилителя содержит встроенные pin-аттенюаторы,
позволяющие потенциометрами на передней панели регулировать мощность на выходах
гетеродина не менее чем на 10 дБ.
Электрическая функциональная схема блока СВЧ
| № | Выходная частота | m | n |
| 1 | 1,26 ГГц | 3 | 6 |
| 2 | 2.02 ГГц / 8.08ГГц | 5 | 2 |
| 3 | 4.5 ГГц | 11 | 10 |
| 4 | 21.92 ГГц | 55 | 4 |
m и n — целые числа, их величина зависит от требуемой выходной частоты
Комплекты гетеродинов установлены на радиотелескопах комплекса «Квазар-КВО» и обеспечивают стабильную работу приемного комплекса во время радиоинтерферометрических и радиометрических наблюдений.
Квадратурный гетеродин
Содержание
Введение Выделение комплексной огибающей радиосигнала Структурная схема квадратурного гетеродина Выводы | DSPL-2. Распространяется под лицензией LGPL v3 Страница проекта на SourceForge |
0 — свободная библиотека алгоритмов цифровой обработки сигналовОбнаружили ошибку? Выделите ее мышью и нажмите
Введение
Ранее было введено понятие полосового радиосигнала , а также понятие комплексной огибающей
При этом говорилось, что полосовой радиосигнал может быть представлен как реальная часть комплексного сигнала
| (1) |
При этом было сказано, что изменяя параметры синфазной и квадратурной составляющих комплексной огибающей сигнала можно получить любой из известных видов модуляции при помощи универсального квадратурного модулятора. Таким образом, научившись выделять из полосового радиосигнала комплексную огибающую, мы сможем произвести демодуляцию сигнала.
Прежде чем
приступить к выделению комплексной
огибающей приведем ряд тригонометрических
соотношений, которые потребуются нам
при анализе.
| (2) |
Выделение комплексной огибающей радиосигнала
Итак приступим. Для того, чтобы выделить комплексную огибающую радиосигнала необходимо избавится от несущей частоты в выражении (1). Поскольку модуляция сигнала, то есть перенос на несущую частоту осуществлялся умножением комплексной огибающей на комплексную экспоненту, то повторное умножение на привело бы к взаимной компенсации комплексных экспонент и выделению . Однако на входе нет комплексного сигнала , так как берется его реальная часть, поэтому при умножении на получим другой комплексный сигнал:
| (3) |
Раскроем скобки в выражении (3) с учетом тригонометрических соотношений (2), получим:
| (4) |
В выражении для
реальной и мнимой частей комплексного
сигнала присутствуют члены на удвоенной частоте
несущей которые появляются из за того что входной
сигнал чисто вещественный.
Для пояснения
этого обратимся к рисунку 1.
Рисунок 1: Формирование и выделение комплексной огибающей полосового радиосигнала
На верхнем
графике рисунка 1 представлен спектр комплексной огибающей
,
а также спектр
комплексной экспоненты представляющий собой дельта-импульс
на частоте При модуляции формируется комплексный
сигнал чей спектр показан на среднем графике черным
цветом. Спектр получается параллельным переносом
спектра на частоту что показано серыми стрелочками. Таким
образом умножение на комплексную
экспоненту просто смещает весь спектр на вправо. Затем берется реальная часть
комплексного сигнала и получается чисто вещественный полосовой
радиосигнал а его спектр становится симметричным относительно
нуля (раздваивается),
причем каждая из половин по форме
повторяет но в два раза меньшей амплитуды. На
среднем графике спектр показан красным, а его уменьшение по
амплитуде и раздвоение отображено
красными стрелочками.
Теперь мы полосовой
радиосигнал умножаем на комплексную
экспоненту чей спектр представляет собой дельта
импульс на частоте Спектр полученного сигнала формируется путем сдвига всего спектра на влево (это показано серыми стрелочками
от среднего графика к нижнему). В
результате спектр показан красным на нижнем графике. Спектр
содержит составляющие в районе нуля, а
также на удвоенной несущей в отрицательной
области, амплитуды которых в
два раза ниже комплексной огибающей. Это собственно то, что мы
получили математически в выражении
(4), причем множители показывают уменьшение амплитуды в 2
раза.
Устранение составляющих на удвоенной несущей при помощи фильтра нижних частот с частотной характеристикой показанной на нижнем графике рисунка 1 синим цветом приведет к тому, что:
| (5) |
Таким образом,
мы произвели выделение комплексной
огибающей радиосигнала при помощи
умножения входного сигнала на комплексную
экспоненту с последующим устранением
удвоенной несущей при помощи ФНЧ.
Устройство выделяющее комплексную
огибающую сигнала в соответствии с (4)
называется квадратурным гетеродином.
Структурная схема квадратурного гетеродина
Структурная схема квадратурного гетеродина представлена на рисунке 2.
Рисунок2: Структурная схема квадратурного гетеродина
Если учесть, что то можно получить схему квадратурного гетеродина с фазовращателем, представленную на рисунке 3.
Рисунок3: Структурная схема квадратурного гетеродина с фазовращателем
Требования к ФНЧ квадратурного гетеродина. Подавление по зеркальному и соседнему каналам
Нам необходимо сформулировать требования к фильтрам нижних частот, входящих в квадратурный гетеродин. Для этого рассмотрим спектр комплексного сигнала а также амплитудно-частотную характеристику ФНЧ, представленные на рисунке 4 черной и синей линиями соответственно.
Рисунок4: Требование к частотной характеристике фильтра квадратурного гетеродина
Пусть исходный полосовой сигнал имел полосу
тогда спектр будет иметь 2 составляющие с полосой с центральными частотами равными 0 и Для того чтобы сформулировать требования к ФНЧ необходимо задать четыре параметра: частоту пропускания (или частота среза) ниже которой сигнал будет пропускаться с минимальными искажениями (светло-зеленая область), частоту заграждения выше которой все спектральные составляющие будут подавлятся (оранжевая область), неравномерность в полосе пропускания
задает
максимально допустимый уровень искажений
сигнала в полосе пропускания, и наконец
коэффициент подавления в полосе
заграждения
задает
во сколько раз будет подавлен сигнал в
полосе заграждения.
Переходная полоса
между полосой пропускания и полосой
заграждения обозначена на рисунке
желтым цветом. Неравномерность в полосе
пропускания ФНЧ задается как отношение
максимального и минимального значений АЧХ ФНЧ в полосе пропускания:
| (6) |
Для того чтобы пропустить сигнал с полосой в районе нулевой частоты, необходимо чтобы частота пропускания при этом искажения в полосе пропускания должны быть как можно меньше или должен стремиться к Для подавления сигнала на частоте необходимо чтобы частота заграждения была а коэффициент подавления При наличии шумов и соседних каналов целесообразно уменьшать переходную полосу ФНЧ, т.е. частоту заграждения выбирать как можно ближе к частоте пропускания. В этом случае ФНЧ задает селективные свойства приемника по соседнему и зеркальному каналам. Покажем это на примере приведенном на рисунке 5.
Рисунок 5: Выбор ФНЧ для обеспечения избирательности приемника по соседнему и зеркальному каналам при квадратурном гетеродинировании
Пусть входной сигнал
представляет собой сумму полосового
сигнала на несущей частоте с симметричным относительно нуля
спектром обозначенным черной линией,
нескольких соседних каналов, спектры
которых обозначены зеленым, и аддитивного
шума, спектральная плотность мощности
которого показана красной линией.
Входной сигнал подается на квадратурный
гетеродин, настроенный на несущую
частоту в результате производится перенос
спектра на влево, как это показано серыми стрелочками
от верхнего графика к среднему. Далее
ставится ФНЧ (АЧХ показана синей линией),
который выделяет комплексную огибающую
в районе нулевой частоты. Сигнал на
выходе ФНЧ показан на нижнем графике.
Видно, что произведено выделение
комплексной огибающей сигнала, шум за
пределами полосы пропускания фильтра
подавлен, как и подавлены соседние
каналы и зеркальный канал на частоте Степень подавления соседних каналов
(избирательность по соседнему каналу)
равна коэффициенту передачи фильтра
на частоте соседнего канала, а подавление
составляющих на частоте (избирательность по зеркальному каналу)
равно коэффициенту передачи ФНЧ на
частоте Таким образом можно сделать вывод, чем
более прямоугольная характеристика
ФНЧ тем выше селективные свойства
приемника.
В конце необходимо
сделать замечание. Поскольку в каждом
из каналов квадратурного гетеродина
присутствует свой ФНЧ, то для качественного
приема необходима высокая степень
идентичности характеристик обоих ФНЧ.
Выводы
Таким образом, можно подвести итог. Комплексная огибающая полосового радиосигнала может быть выделена из полосового радиосигнала при помощи квадратурного гетеродина. Приведены требования к частотной характеристике ФНЧ квадратурного гетеродина. Показано, что входящие в квадратурный гетеродин ФНЧ определяют селективные свойства приемника как по зеркальному, так и по соседнему каналам.
Последнее изменение страницы: 12.05.2022 (19:43:14)
Страница создана Latex to HTML translator ver. 5.20.11.14
Гетеродин Определение и значение — Merriam-Webster
1 из 2
гетеро · дина ˈhe-tə-rə-ˌdīn
ˈhe-trə-
: или связанные с производством электрических импульсов между двумя радиочастотами, одна из которых обычно является частотой принимаемого сигнала, несущего ток, а другая — частотой непрерывного тока, подаваемого в аппаратуру
также : производства биений между двумя оптическими частотами или относящихся к ним
гетеродин
2 из 2
переходный глагол
: сочетать (что-то, например, радиочастоту) с другой частотой так, чтобы производился удар heter- + -dyne , модификация грека dynamis мощность — больше при динамике
Первое известное использование
Прилагательное
1908, в значении, определенном выше
Глагол
1923, в значении, определенном выше
Путешественник во времени
Первое известное использование гетеродина было в 1908 году
Посмотреть другие слова того же года
Словарные статьи Рядом с
гетеродингетеродуплекс
гетеродин
разнополый
Посмотреть другие записи поблизости
Процитировать эту запись «Гетеродин».
Словарь Merriam-Webster.com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/heterodyne. По состоянию на 24 апреля 2023 г.Copy Citation
Больше от Merriam-Webster на
гетеродинАнглийский: перевод гетеродин для говорящих на испанском языке
Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите тысячи других определений и расширенный поиск без рекламы!
Merriam-Webster без сокращений
Можете ли вы решить 4 слова сразу?
Можете ли вы решить 4 слова сразу?
предосудительный
См. Определения и примеры »
Получайте ежедневно по электронной почте Слово дня!
Гетеродин Определение и значение | Dictionary.com
- Лучшие определения
- Викторина
- Примеры
- Британский
Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.
[ het-er-uh-dahyn ]
/ ˈhɛt ər əˌdaɪn /
Радио.
Сохрани это слово!
Показывает уровень сложности слова.
прилагательное
обозначающее или относящееся к методу изменения частоты входящего радиосигнала путем добавления его к сигналу, генерируемому в приемнике, для создания колебаний или биений с частотой, равной разнице между двумя сигналами.
глагол (используется без дополнения), het·er·o·dyned, het·er·o·dyn·ing.
для получения гетеродинного эффекта.
глагол (используется с дополнением), het·er·o·dyned, he·er·o·dyn·ing.
для смешивания (частоты) с другой частотой для достижения гетеродинного эффекта.
ТЕСТ
МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ ОТВЕЧАТЬ НА ЭТИ ОБЫЧНЫЕ ГРАММАТИЧЕСКИЕ СПОРЫ?
Есть грамматические дебаты, которые никогда не умирают; и те, которые выделены в вопросах этой викторины, наверняка снова всех разозлят.
Знаете ли вы, как отвечать на вопросы, которые вызывают самые ожесточенные споры по грамматике?
Вопрос 1 из 7
Какое предложение верно?
Происхождение гетеродина
1905–10; гетеро- + -дин<греч. динамис мощность
Слова рядом с гетеродин
гетеродактильный, гетеродактильный, гетеродонт, гетеродоксальный, гетеродокси, гетеродин, гетероэцизм, гетерогибкий, гетерогаметный, гетерогаметный
Dictionary.com Unabridged На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2023
Как использовать гетеродин в предложении
Этот метод получения непрерывных волновых сигналов называется «гетеродинным».
Письма радиоинженера своему сыну | Джону Миллсу
Об этом говорят либо как о «супергетеродинном», либо как о способе приема с «усилением промежуточной частоты».
Письма радиоинженера своему сыну|Джону Миллсу
Соединения для автодинного или самогетеродинного приемного устройства показаны на рис.
