Приемник волна к схема: Радиоприемник «Волна-К»

Первая мобильная волна / Хабр

«Omnia mea mecum porto» (Все свое ношу с собой)

Как то попытался подсчитать, функции скольких же устройств может выполнять современный смартфон. Насчитал около тридцати и, наверняка, что-то упустил. И все это у Вас в кармане, мобильный вариант. Мобильность это очень привлекательное свойство. Потребность постоянно иметь при себе нечто электронное, небольшое и полезное зародилась давно, лет так 60 назад. Тогда и поднялась эта первая волна мобильных устройств. И конечно, первыми были портативные радиоприемники. Лэптопы, ноутбуки, палмтопы, планшеты, смартфоны все это было уже потом.



На фотографии для привлечения внимания расчудесный японский карманный радиоприемник середины 50-х годов United Deluxe RN-5. Его габариты 167х97х45 мм. Да, теплый, да ламповый. Питание – две батареи, анодная на 67,5 Вольт и накальная – 1,5 Вольт. Для нашей северной страны – то, что надо. К сожалению, что либо подобное отечественная промышленность не освоила.

Зато освоила многое другое. Про это и хочется рассказать. В статье использованы фотографии с замечательного сайта посвященного отечественной радиотехнике www.rw6ase.narod.ru.
Вспоминать будем самые популярные и экзотические первые отечественные портативные (ну или в современном прочтении – мобильные) устройства.

В середине 50-х годов в СССР появились первые ламповые переносные радиоприемники. Пожалуй первый из них — радиоприемник «Дорожный». Такой эбонитовый чемоданчик весом 4,5 Кг. Год выпуска 1954. Честно говоря, видеть его в живую не пришлось. Новый, необычный товар. Похоже популярности не сыскал и упомянут только потому, что был первым.

Следующий ламповый радиоприемник «Турист», который выпускался на знаменитом рижском заводе «ВЭФ», был очень популярен до момента появления транзисторных приемников. Год выпуска — 1955. Весил он 2,4 Кг и мог работать от батарей до 30 часов. Имелась у него и «док-станция» в которой располагался выпрямитель для питания от сети.

Работал в диапазоне ДВ и СВ.

С 1956 года начался выпуск отечественных транзисторных радиоприемников. До 1959 года это были в основном опытные партии в несколько тысяч штук и погоды, так сказать, не делали. Первый массовый приемник — это пожалуй «Атмосфера», воронежского радиозавода. В продажу поступил в 1959 году. Параметры, примерно, как у ранее описанных ламповых собратьев, но вес еще в 2 раза сократился — 1,3 Кг. С легкой руки потребителей, особо не вникающих в особенности наименования изделий, такие радиоприемники получили простое название — «Транзистор». Вполне нормальные словосочетания тех лет — «слушать транзистор», «захвати транзистор», «сели батарейки в транзисторе» и т.д. Надо сказать, что дефицит «транзисторов» в те годы породил процесс их массового самостоятельного изготовления. Очень была популярна схема приемника «Москва» на 5 транзисторах конструкции В. Плотникова. Схема была опубликована в журнале «Радио» в 1958 году. Самым популярным корпусом для таких изделий были пластмассовые мыльницы.

Так что такой приемник часто называли просто «Мыльница». Много лет спустя «мыльницей» стали называть малогабаритные пленочные фотоаппараты.

Редкий радиоприемник 1960 года — «Ленинград». Схема и конструкция — попытка повторить »Trans-Oceanic Royal-1000» — 1957 года выпуска, американской фирмы «Zenith». Собран на 10 транзисторах. Здесь уже 7 диапазонов — ДВ, СВ, и 5 поддиапазонов КВ. Барабанный переключатель диапазонов, стабилизатор питания, позволяющий сохранить работоспособность при снижении питания с 12В до 8В.

Наверное самый популярный в СССР переносной приемник — «Спидола». Выпускался с 1960 года рижским радиозаводом ВЭФ и славился своей высокой надежностью. В последующие годы было выпущено множество его модификаций (ВЭФ-Спидола, ВЭФ-Спидола10, ВЭФ-Транзистор, ВЭФ12). Обладание этим чудом техники было мечтой очень многих. Владелец «Спидолы», прогуливающийся по улице со своим любимцем, выглядел почти как современный мажор за рулем кабриолета Mercedes SLK. Надо сказать, что до появления портативных магнитофонов променад с включенным «транзистором» был распространенным явлением.

И не важно, что там из приемника звучит — русские народные песни, сводка новостей или радиопьеса.

Другое популярное изделие завода ВЭФ — карманный радиоприемник «Селга». Отметим гордую надпись — «7 transistor» на передней панели. Чем больше — тем круче. Представьте такую надпись на смартфоне, например «4567732512 transistor».

Настоящий palmtop 1963 года — радиоприемник «Космос». Габариты приёмника — 27х60х70 мм. Его масса — 150 г. Кстати, приемник экспортировался во множество стран (Куба, Греция, Ливия, Болгария, Югославия, Афганистан, Бельгия, Англия).

Первая попытка объединения разных устройств в одно целое — карманный радиоприемник «Сигнал». Выпуск 1964 года. Кроме собственно приемника в корпусе имеются часы. Они позволяли включать его в заданное время. Проснись и пой.

Миниатюрный транзисторный радиоприёмник «Микро» с 1965 года выпускал Зеленоградский завод «Ангстрем». Можно сказать, что выполнен он ну почти на интегральных схемах. В радиоприёмнике на плату из ситалла через специальные трафареты нанесены шесть слоев разных материалов из которых образуются сопротивления, проводники, контактные площадки, обкладки конденсаторов и изоляция. Транзисторы в приемнике дискретные.

Следующий оригинальный экспонат — настоящий ноутбук, в изначальном смысле этого слова. Записная книжка, а в ней радиоприемник. Радиоприемник «Сюрприз» 1967 года выпуска. Этого удалось добиться благодаря применению специально созданного миниатюрного громкоговорителя высотой 4 мм. Габариты приемника вместе с записной книжкой 135х88х17 мм. Как видим, маркетинговые стенания о толщине смартфонов — хорошо забытое старое.

Сегодня существуют целые линейки продуктов (ноутбуков, планшетов, смартфонов) специального назначения. Для военных, для промышленных условий и т.д. Радиоприемник МП-64 (Синичка) 1967 года выпуска предназначен в основном для политруков всех рангов в военных училищах и в действующей армии для отслеживания новостей и событий происходящих в мире и для последующей передачи информации на политзанятиях. Диапазоны — ДВ, СВ, КВ. Внешнее оформление сразу дает возможность понять, что перед Вами нечто сугубо специальное и идеологически выдержанное.

Заглянем сразу в 1974 год и познакомимся еще с одним мобильным устройством — первым переносным радиоприемником высшего класса «Ленинград-002». Его деревянный корпус облицован шпоном ценных пород дерева. Диапазоны ДВ, СВ, КВ и УКВ. Единственный недостаток — вес с элементами питания около 10 Кг. Правда, прогулки с «транзистором» к этому времени, уже отошли в прошлое. А жаль, неплохой был спортивный снаряд для меломанов.

А что, если Вам совершенно необходима свобода выбора, что слушать и когда слушать? Тогда, конечно, «Мрия» — это устройство для Вас. Первая и единственная переносная радиола (радиоприемник+проигрыватель пластинок). Выпущена в 1967 году. В левой руке — стопка пластинок, в правой «Мрия». Остановился, нашел ровную поверхность, установил «Мрию», поставил пластинку фирмы «Мелодия» и наслаждайся свободой выбора.

Переносной магнитофон — это полное раскрепощение. Ты уже не просто слушатель радиостанции «Маяк» и клиент фирмы «Мелодия», а по-настоящему свободный человек.

Первый отечественный массовый переносной магнитофон «Весна», выпуск 1963 года. Ёмкость кассет с магнитной лентой типа 2 или 6 около 100 метров. Скорость движения магнитной ленты 9,53 см/сек. Время записи на каждой дорожке 17 минут.
Вес 5,5 Кг. Второй концерт Рахманинова для фортепиано с оркестром (длительность 35 минут), к сожалению, потребует 2-х кассет и двойной их перестановки. Но несколько песен Элвиса Пресли можно прослушать не отвлекаясь на манипуляции с лентой.

Магнитофон «Романтик» 1965 года выпуска весил с элементами питания 5 Кг. Время непрерывной записи при применении катушек вмещающих 180 метров магнитной ленты 2х30 минут.

Первый отечественный кассетный магнитофон «Десна» появился в 1969 году. Эта была почти точная копия магнитофона «Philips EL-3300» — 1967 года выпуска. Вес 1,8 Кг — это радиально! В комплекте, к сожалению, не прилагался карандаш с гранями. Пользователь сам должен был озаботиться покупкой карандаша чешской фирмы „Koh-i-Noor“ для ручной перемотки заевшей кассеты.

Я сознательно ограничил „первую мобильную волну“ периодом 50х-60х годов. Тогда это было по-настоящему ново и свежо. Восприятие времени вещь субъективная. Для кого то описанное — »седая старина», а для кого то это было просто вчера.

РАДИОПРИЕМНИКИ: ВИДЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Растущая популярность технологии беспроводной связи, модулей SDR и всех современных радиоинтерфейсов, вызвала желание вспомнить характеристики и свойства базовых конфигураций радиоприемников.

Окончательный выбор схемы конечно зависит от типа, сложности и объема передаваемых данных. Методы проектирования радиоприемников тоже изменились с годами. В основном это произошло за счет увеличения возможностей имеющихся интегральных микросхем, за счет разработки новых технологий их производства.

Также важно снизить затраты, увеличивая при этом функциональность систем обработки сигналов (процессоров DSP). Однако независимо от архитектуры схемы приемников, они должны отвечать определенным неизменным требованиям в отношении частотного диапазона, эффективности и основных параметров: селективности и чувствительности. Начнём краткий обзор.

Приемник AM

Одной из основных, базовых исторически схем является приемник, предназначенный для обработки амплитудно-модулированного сигнала, то есть несущей волны, в которой изменение значения амплитуды отражает передаваемую информацию. Демодуляции такого сигнала можно добиться с помощью простого диодного детектора. Принципиальная схема базового AM-приемника включает в себя: антенну, фильтр, диодный детектор и усилитель, обеспечивающий соответствующий уровень демодулированного (уже звукового) сигнала. Диодный детектор в простейших решениях AM-приемников работает как односторонний выпрямитель, который отслеживает изменения огибающей модулированного сигнала путем зарядки и разрядки конденсатора.

Есть различные модификации амплитудной модуляции, возникшие из-за недостатков базовой версии. Спектр амплитудно-модулированного сигнала, помимо несущей частоты, также включает компоненты, частоты которых являются суммой и разностью частоты несущей волны и частоты информационного сигнала. Это так называемые боковые полосы, они называются так потому, что на самом деле сигнал, которым модулируется несущая волна, может содержать множество компонентов с разными частотами. Для воссоздания исходного сигнала нужна только одна полоса. Получение узкой полосы излучения и высокой энергоэффективности достигается за счет подавления одной боковой полосы и несущей волны – технология SSB.

Приемник с прямым усилением

Следующим шагом в развитии радиотехники стало внедрение приемников прямого усиления, создание которых было связано с распространением усилителей на электронных лампах. Это решение широко использовалось в первых радио. В отличие от более поздних решений, приемники с прямым усилением не использовали преобразование частоты, поэтому задача детектора заключалась в демодуляции непосредственно принятого радиочастотного сигнала. Достоинством этой простой конструкции было, прежде всего, отсутствие влияния так называемого зеркального сигнала.

В приемниках, использующих смешение частот, это серьезная проблема, поскольку случайно принятый зеркальный сигнал ухудшает качество полезного. Каждый дополнительный резонансный контур увеличивает избирательность приемника. Но недостатком этого решения была необходимость одновременной перенастройки всех схем, что было сложной задачей при проектировании.

Другая проблема заключалась в том, что избирательность приемника снижалась с увеличением частоты. Недостатки этого решения способствовали быстрому распространению преобразователей частоты с прямым преобразованием и супергетеродинных приемников.

Прямое преобразование

Способ избежать необходимости использовать множество индивидуально настраиваемых фильтров заключался в передаче радиочастотного сигнала в полосе частот низкой частоты. Приемник с прямым преобразованием, также известный как гомодин, состоит из следующих модулей: входной цепи, смесителя, то есть элемента в котором принимаемый в антенне сигнал передается в низкочастотный диапазон, генератора, фильтра и усилителя.

Характерной особенностью этого решения является двойная роль смесителя, который также действует как детектор. Другой конфигурацией выступают так называемые супергетеродинные приемники, в которых каскад преобразования частоты отделен от блока детекторов. В группе приемников этого типа есть две основных конструкции: супергетеродинный приемник с одинарным и двойным преобразованием частоты.

Супергетеродинный приёмник

В супергетеродинной схеме – модулированный радиочастотный сигнал преобразуется в сигнал более низкой частоты путем смешивания входного радиочастотного сигнала с сигналом другой частоты, вырабатываемой отдельной схемой генератора, так называемого гетеродина. Частотное смешение выполняется в компоненте с нелинейной характеристикой (диод, транзистор). В результате этой операции создается искаженный сигнал, который кроме составляющих с частотой ВЧ, и гетеродинных частот, также содержит компоненты, частоты которых являются их суммой и разностью.

После смесителя вводится фильтр, настроенный на один из этих компонентов, например f h – f w.cz, называемый промежуточной частотой ПЧ. Промежуточная частота фиксированная. Перестраиваемый элемент – гетеродин. Частота местного генератора меняется в зависимости от принимаемого сигнала.

Зеркальный радиосигнал

Недостатком приемников с преобразованием частоты является необходимость подавления так называемого зеркального сигнала. Объяснение неблагоприятного влияния зеркального сигнала можно увидеть на примере. Предполагаем, что модулированный сигнал имеет частоту 100 МГц, а гетеродин генерирует сигнал с частотой 110,7 МГц. В результате смешивания обоих сигналов создается сигнал с частотой f h – f RF = 10,7 МГц. Фильтр ПЧ настроен на эту частоту, но сигнал с частотой 121,4 МГц также достигает антенны. Это зеркальный сигнал, то есть форма волны с частотой, которая отличается от частоты полезного сигнала на величину, равную удвоенной промежуточной частоте.

Если сигнал этот не подавляется входными цепями, то смешивание этого сигнала и сигнала от генератора также даст форму волны 10,7 МГц. Это будет мешать правильному приему полезного сигнала. Решением проблемы помех при приеме зеркальных сигналов является использование супергетеродинного приемника с двойным преобразованием.

Двойное преобразование частоты

Чем выше промежуточная частота, тем больше частотное разделение полезного радиочастотного сигнала и частота зеркального сигнала. Это увеличивает вероятность подавления мешающего сигнала во входной цепи. Следовательно, в супергетеродинном приемнике с двойным преобразованием промежуточная частота на первом этапе преобразования намного выше, чем ПЧ во втором каскаде. Из-за меньшего значения вторая ступень преобразования обеспечивает лучшую селективность.

Работу описанного супергетеродинного приемника следует проследить на таком примере. Предположим, что сигнал с частотой 25 МГц достигает антенны, а промежуточная частота первого каскада преобразования составляет 20 МГц. Отсюда следует, что гетеродин должен генерировать сигнал с частотой 45 МГц. Мешающий сигнал в таком случае будет зеркальной волной, которая может быть легко устранена во входных цепях из-за ее почти в три раза более высокой частоты (65 МГц) по сравнению с частотой полезного сигнала.

Входные цепи и гетеродин

Основным элементом каждого тракта обработки приемника являются входные цепи, а в случае конфигурации преобразователя частоты также гетеродин и смеситель. Основная задача входных цепей – отделить форму волны определенной частоты от сигналов, достигающих антенны, привести ее к следующему этапу обработки с минимально возможными потерями и подавить все мешающие сигналы, достигающие антенны. Поэтому важнейшим параметром входных цепей является избирательность. Также важны диапазон настройки и частотная характеристика.

В последние годы были разработаны многие другие методы, включая прямой цифровой синтез (DDS), которые используются для генерации сигналов на желаемой частоте. Гетеродин должен обеспечивать генерацию сигналов в определенной полосе и настройку с соответствующим шагом частот. Кроме того, он должен характеризоваться достаточно низким уровнем фазового шума в заданной полосе, совпадающим с шириной канала. Выходной сигнал генератора также должен иметь соответствующий уровень, необходимый для управления смесителем.

Часто бывает необходимо использовать дополнительный усилитель. Его задача – обеспечить приемлемый уровень сигнала для потерь преобразования в смесителе. В случае портативных устройств дополнительным важным параметром гетеродина является питание и потребляемая мощность.

Смесители и усилители

Смесители построены в основном на основе нелинейных полупроводниковых элементов (диодов, транзисторов). Из-за простоты конструкции, среди беспроводных устройств преобладают решения с диодными смесителями. Самыми популярными конфигурациями схем этого типа являются односторонние и одно- или двухбалансные смесители.

Возможны различные дополнительные модификации схем, например смесители с подавлением, которые используются в основном в диапазоне высоких частот (ГГц). Простейший диодный смеситель – одиночный, относящийся к группе суммирующих усилителей. Эта схема состоит из трансформаторов, которые соединяют входные сигналы (ВЧ и гетеродин) со смесителем, одним диодом и выходным фильтром, настроенным на желаемую частоту.

Второй тип смесителей – это смесители в которых входной сигнал и сигнал от гетеродина подаются на два независимых входа. Примером системы такого типа является сбалансированный. Он используется для устранения нежелательных гетеродинных частот, проникающих в выходной усилитель промежуточной частоты.

Схема состоит из двух диодов, соединенных таким образом, чтобы на выходе смесителя не появлялось напряжение частоты гетеродина. Модификация этой схемы, двухбалансный смеситель, содержит четыре диода, а также позволяет исключить влияние составляющих принимаемого сигнала. Потери преобразования в смесителях обоих типов сопоставимы. 

Существуют также активные смесители, которые обычно изготавливаются в виде интегральных микросхем и позволяют снизить потери преобразования и даже усилить обработанный сигнал. Благодаря этому они могут взаимодействовать с генераторами с более низким уровнем выходного сигнала.

Усилители приемника должны быть малошумящими и устойчивыми к искажениям. Также важно, чтобы входной малошумящий усилитель мог обеспечить адекватное усиление сигнала. Соответствующий параметр SNR (сигнал/шум) на входе следующего каскада приемника должен достичь уровня, позволяющего в дальнейшем корректную обработку сигнала.

Наиболее важными параметрами усилителей являются полоса пропускания, коэффициент шума, усиление, напряжение питания, потребляемая мощность и линейность. В идеале усилитель должен обеспечивать достаточное усиление для воспроизведения слабых сигналов, но не вносить чрезмерных искажений в сигналы с большой амплитудой.

Цифровые радиоприёмники

В настоящее время большинство аналоговых элементов тракта промежуточной частоты могут быть реализованы в цифровой технологии, это решение называется SDR – Software Defined Radio. Это связано с тем, что все больше и больше операций, таких как фильтрация сигналов и преобразование частоты, которые до сих пор были областью аналоговой электроники, выполняются с использованием цифровых фильтров и процессоров. Также бывает что сигналы промежуточной частоты преобразуются в цифровую форму в схемах аналого-цифрового преобразователя и только затем демодулируются в процессоре DSP.

В этом случае выбор аналого-цифрового преобразователя в основном определяется типом архитектуры приемника. На это влияют селективность фильтров, динамический диапазон усилителей, а также ширина полосы и тип используемой модуляции.

Уровень сигнала, подаваемого на аналого-цифровой преобразователь, требует использования соответствующего разрешения. Например, в случае приемника с двойным преобразованием, предназначенного для приложения стандарта IEEE 802.16 для обработки радиочастотных сигналов используются 12-битные преобразователи. В случае использования одиночного преобразования, когда промежуточная частота выше, используются преобразователи с более высоким 14-битным разрешением. Это связано с меньшей избирательностью приемников этого типа.

Из-за преобладания цифровых схем решение о том, какие функции приемника должны быть аналоговыми, а какие – цифровыми, зависит от таких факторов как производительность, стоимость, размер и потребляемая мощность. Практически в каждом устройстве, работа которого основана на беспроводной передаче, есть интегральные микросхемы, состоящие из модулей, выполняющих большинство функций обработки аналоговых сигналов, включая фильтрацию, демодуляцию и усиление.

В принципе сейчас идёт повсеместная тенденция к миниатюризации, что и влияет на конструкцию приемников. Интеграция все большего числа функций в единую микросхему влияет на свойства готового устройства, которые важны с точки зрения пользователя (низкая стоимость, низкое энергопотребление, небольшие размеры). Но независимо от уровня интеграции, основные элементы архитектуры приемника и основные этапы обработки принятого сигнала остаются неизменными.

   Форум по приёмной аппаратуре

Радиоэлектроника: передатчики и приемники

Авторы: Дуг Лоу и

Обновлено: 26 марта 2016 г.

Сборка схем своими руками для чайников

Исследуйте книгу Купить на Amazon

Есть много естественных источники радиоволн. Но в конце 19-го века ученые выяснили, как электронным способом генерировать радиоволны с помощью электрических токов. Для радиосвязи требуются два компонента: передатчик и приемник .

Радиопередатчики

Радиопередатчик состоит из нескольких элементов, которые работают вместе для генерации радиоволн, содержащих полезную информацию, такую ​​как аудио, видео или цифровые данные.

  • Источник питания: Обеспечивает необходимое электропитание для работы преобразователя.

  • Генератор: Создает переменный ток на частоте, на которой будет передавать передатчик. Осциллятор обычно генерирует синусоидальную волну, которая называется 9.0015 несущая волна.

  • Модулятор: Добавляет полезную информацию к несущей. Есть два основных способа добавить эту информацию. Первый, называемый амплитудной модуляцией или АМ, незначительно увеличивает или уменьшает интенсивность несущей волны. Второй, называемый частотной модуляцией или FM, слегка увеличивает или уменьшает частоту несущей волны.

  • Усилитель: Усиливает модулированную несущую волну для увеличения ее мощности. Чем мощнее усилитель, тем мощнее трансляция.

  • Антенна: Преобразует усиленный сигнал в радиоволны.

Радиоприемники

Радиоприемник — это противоположность радиопередатчику. Он использует антенну для захвата радиоволн, обрабатывает эти волны, чтобы выделить только те волны, которые вибрируют на нужной частоте, извлекает аудиосигналы, которые были добавлены к этим волнам, усиливает аудиосигналы и, наконец, воспроизводит их на динамике.

  • Антенна: Захватывает радиоволны. Как правило, антенна представляет собой просто отрезок провода. Когда этот провод подвергается воздействию радиоволн, волны индуцируют в антенне очень слабый переменный ток.

  • РЧ-усилитель: Чувствительный усилитель, который усиливает очень слабый радиочастотный (РЧ) сигнал от антенны, чтобы сигнал мог быть обработан тюнером.

  • Тюнер: Схема, которая может извлекать сигналы определенной частоты из смеси сигналов разных частот. Сама по себе антенна улавливает радиоволны всех частот и направляет их на ВЧ-усилитель, который все их усиливает.

    Если вы не хотите слушать все радиоканалы одновременно, вам нужна схема, которая может выбирать сигналы только для того канала, который вы хотите слушать. Это роль тюнера.

    В тюнере обычно используется комбинация катушки индуктивности (например, катушки) и конденсатора для формирования цепи, резонирующей на определенной частоте. Эта частота, называемая резонансной частотой, определяется значениями, выбранными для катушки и конденсатора. Этот тип схемы имеет тенденцию блокировать любые сигналы переменного тока на частоте выше или ниже резонансной частоты.

    Вы можете регулировать резонансную частоту, изменяя величину индуктивности в катушке или емкость конденсатора. В простых схемах радиоприемника настройка регулируется изменением числа витков провода в катушке. Более сложные тюнеры используют переменный конденсатор (также называемый настроечным конденсатором ) для изменения частоты.

  • Детектор: Отвечает за отделение звуковой информации от несущей. Для сигналов AM это можно сделать с помощью диода, который просто выпрямляет сигнал переменного тока. То, что остается после того, как диод проложит путь к сигналу переменного тока, — это сигнал постоянного тока, который можно подать на схему аудиоусилителя. Для ЧМ сигналов схема детектора немного сложнее.

  • Аудиоусилитель: Задача этого компонента — усиливать слабый сигнал, поступающий от детектора, чтобы его можно было услышать. Это можно сделать с помощью простой схемы транзисторного усилителя.

Конечно, существует множество вариаций этой базовой конструкции радиоприемника. Многие приемники включают в себя дополнительные схемы фильтрации и настройки для лучшего захвата заданной частоты или для получения более качественного аудиовыхода и исключения других сигналов. Тем не менее, эти основные элементы присутствуют в большинстве схем приемников.

Об этой статье

Эту статью можно найти в категории:

  • Схема ,

Антенна — Как схемы приемника различают несущие/сигнальные волны?

Я думаю об этом с точки зрения пересечения фотонных волн и движения электронов по всей антенне, резонирующих туда-сюда.

Начнем с фотонных волн и движения отдельных электронов. Это действительно точные модели радиочастотных явлений, но они слишком детализированы и затрудняют просмотр происходящей обработки сигнала. Мы можем просто иметь дело с самими сигналами либо как с явным описанием синусоидальных волн, либо как со спектром в частотной области.

Например, у меня есть волна 6,7 кГц и несущая волна 100 кГц вместе. Как электроника определяет разницу между этой парой сигнал/несущая и просто волнами 6,7 кГц и 100 кГц, которые воспроизводятся одновременно? Есть ли способ сказать?

Носители не «несут» волну через пространство в определенном направлении. Вместо этого они в некотором смысле «переносят» волну через частотную область.

Предположим, вы используете амплитудную модуляцию. Если вы передаете сигнал 6,7 кГц с несущей 100 кГц, вы не излучаете 6,7 кГц и 100 кГц одновременно через одну и ту же антенну.

Вместо этого вы взяли бы свой 100-кГц гетеродин и сигнал 6,7 кГц и подали бы их на ВЧ-микшер , который представляет собой просто схему, хорошо умножающую ВЧ-сигналы.

Проведя небольшой математический анализ, мы можем показать, что умножение двух синусоид на частотах \$f_1\$ и \$f_2\$ дает составляющие синуса на частотах \$f_1 + f_2\$ и \$f_1 — f_2\$ . В самом простом случае (двухполосный сигнал с передаваемой несущей) смеситель излучает частоты 106,7 кГц и 93,3 кГц, а также несущую частоту 100 кГц. Это похоже на «классическую» AM-волну:

Ivan Akira под CC-BY-SA 3.0, источник

В частотной области боковые полосы выглядят следующим образом (оригинальная работа). Обратите внимание, что исходный сигнал (на частоте 6,7 кГц) был смещен на до несущей 1 :

Приемник, настроенный на 100 кГц, будет обнаруживать сигналы на 100 кГц +/- некоторая полоса пропускания. В самом простом случае двухполосная + передаваемая несущая это может быть так же просто, как кристаллический радиоприемник с полосовым фильтром и выпрямителем.

Более современные системы часто подавляют либо верхнюю, либо нижнюю боковую полосу и могут даже подавлять саму несущую, чтобы быть более эффективными с доступной полосой пропускания и мощностью. Например, если бы передатчик имел верхнюю боковую полосу с подавленной несущей, у него был бы более совершенный микшер, который в вашем примере излучал бы только 106,7 кГц. На практике интересующий сигнал имеет более богатый спектр 2 , чем одиночный синус, и смеситель излучает тот же самый спектр, сдвинутый вверх в верхнюю боковую полосу выше 100 кГц.

Ваш приемник должен иметь собственный гетеродин, работающий на частоте 100 кГц 3 , и микшер (т. е. приемник в стиле кварцевого радио больше не будет работать). Он принимает 106,7 кГц и микширует его со своим собственным тоном 100 кГц. Как мы помним ранее, микшер излучает сумму и разность частот, поэтому микшер приемника излучает два сигнала: сигнал 6,7 кГц, отправленный передатчиком, и сигнал 206,7 кГц, который мы отбрасываем (например, с помощью фильтра нижних частот).

две совершенно разные несущие волны (скажем, 100 кГц и 102 кГц), передающие одну и ту же частоту 6,7 кГц, будут мешать.

Они мешают, но не по той причине, о которой вы думаете. Станция, передающая тон 6,7 кГц с использованием AM на несущей 100 кГц, излучает синусоиду на частоте 106,7 кГц, которая выглядит так же, как сигнал на частоте 4,7 кГц, исходящий от станции 102 кГц. Боковые полосы двух станций не могут безопасно перекрываться 4, 5 , поэтому двум станциям придется использовать несущие с более широким разнесением частот.

Примечания:

  1. Использование отрицательных частот здесь может сбивать с толку. Для целей этого ответа они не более чем математический формализм. Однако, если вы углубитесь в математику, лежащую в основе методов однополосной и модуляции, отличных от AM, они станут важными.

  2. Если вы выполняете AM-модуляцию звука, это будет звуковой спектр. Для цифровых систем это будет спектр какой-либо схемы модуляции, например BPSK или QAM. Это также может быть из системы, такой как OFDM, которая упаковывает несколько одновременных сигналов BPSK или QAM в один блок частот.

  3. Если гетеродин приемника неточен, принимаемый сигнал может быть искажен, поскольку он преобразуется с понижением частоты до неправильной частоты. Многие практические радиосистемы (например, WiFi) включают преамбулы, которые очень легко декодировать и которые дают приемнику возможность правильно откалибровать свой гетеродин.

  4. Некоторые системы, такие как WiFi или 4G/5G, должны справляться с перекрытием. Это делается несколькими способами: Частичные или кратковременные помехи (а также простой шум) можно обрабатывать с помощью кодов с исправлением ошибок, а координированное совместное использование перекрывающихся частот можно обрабатывать с помощью протокола множественного доступа, такого как CSMA, или других протоколов множественного доступа. .

    Для некоторых радиосистем можно использовать одну и ту же частоту, посылая радиоволны с разной круговой поляризацией.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *