Как работает супергетеродинный приемник: Супергетеродинный приемник принцип работы

Супергетеродинный приемник принцип работы

Существует несколько схем построения радиоприемных устройств. Существуют супергетеродинные приемники и прямого усиления. 

Особенности супергетеродинов

Вследствие того, что могут возникать паразитные колебания, происходит ограничение возможности усиления высокочастотных колебаний в небольших пределах. Особенно это актуально при построении коротковолновых приемников. В качестве усилителя высоких частот лучше всего использовать резонансные конструкции. Но в них нужно производить полную перенастройку всех колебательных контуров, которые имеются в конструкции, при смене частоты.

Вследствие этого существенно усложняется конструкция радиоприемника.

Но недостатки эти можно устранить, используя метод преобразования принимаемых колебаний в одну стабильную и фиксированную частоту. Причем частота обычно пониженная, это позволяет добиться высокого уровня усиления. Именно на эту частоту происходит настройка резонансного усилителя.

Такая методика используется в современных супергетеродинных приемниках. 

Способ преобразования частоты

А теперь нужно рассмотреть упомянутый выше способ преобразования частоты в радиоприемниках.

Допустим, есть два вида колебаний, частоты у них различные. При сложении этих колебаний появляется биение.

Сигнал при сложении то увеличивается по амплитуде, то уменьшается.

Если обратить внимание на график, который характеризует это явление, то можно увидеть совершенно другой период.

И это период совершения биений. Причем этот период намного больше, чем аналогичная характеристика любого из колебаний, которые складывались.

Соответственно, с частотами все наоборот – у суммы колебаний она меньше.

Частоту биений вычислить достаточно просто. Она равна разности частот колебаний, которые складывались. Причем с увеличением разности повышается частота биений. Отсюда следует, что при выборе относительно большой разницы слагаемых частот получаются высокочастотные биения. Например, есть два колебания – 300 метров (это 1 МГц) и 205 метров (это 1, 46 МГц). При сложении окажется, что частота биения будет 460 кГц или 652 метра.

Детектирование

Но в приемниках супергетеродинного типа обязательно имеется детектор. Биения, которые получаются в результате сложения двух различных колебаний, имеют период. И он полностью соответствует промежуточной частоте. Но это не гармонические колебания промежуточной частоты, чтобы их получить, необходимо осуществить процедуру детектирования. Обратите внимание на то, что из модулированного сигнала детектор выделяет только колебания с модуляционной частотой. А вот в случае с биениями все немного иначе – происходит выделение колебаний так называемой разностной частоты. Она равна разности частот, которые складываются. Такой способ преобразований именуется методом гетеродинирования или смешения.

Реализация метода при работе приемника

Допустим, в контур радиоприемника приходят колебания от радиостанции. Чтобы осуществить преобразования, необходимо создать несколько вспомогательных высокочастотных колебаний. Далее подбирается частота гетеродина. При этом разность слагаемых частот должна быть, например, 460 кГц. Далее нужно произвести сложение колебаний и подать их на лампу-детектор (или полупроводник). При этом получаются разностной частоты колебания (значение 460 кГц) в контуре, соединенном с анодной цепью. Нужно обратить внимание на то, что этот контур настраивается на работу при разностной частоте.

Используя усилитель высоких частот, можно произвести преобразование сигнала. Амплитуда его существенно увеличивается. Усилитель, используемый для этого, сокращенно называют УПЧ (усилитель промежуточной частоты). Его можно встретить во всех приемниках супергетеродинного типа.

Практическая схема на триоде

Для того чтобы произвести преобразование частоты, можно использовать простейшую схему на одной лампе-триоде. Колебания, которые приходят с антенны, посредством катушки попадают на управляющую сетку лампы-детектора. От гетеродина поступает отдельный сигнал, он накладывается поверх основного. В анодной цепи детекторной лампы устанавливается колебательный контур – он настраивается на разностную частоту. При детектировании получаются колебания, которые в дальнейшем усиливаются в УПЧ.

ПЧ на гептодах

Гептод – это лампа с несколькими сетками, катодами и анодами. По сути, это две радиолампы, заключенные в один стеклянный баллон. Электронный поток у этих ламп также общий. В первой лампе происходит возбуждение колебаний – это позволяет избавиться от использования отдельного гетеродина. А вот во второй смешиваются колебания, поступающие от антенны, и гетеродинные. Получаются биения, из них происходит выделение колебаний с разностной частотой.

Обычно лампы на схемах разделяются пунктирной линией. Две нижние сетки соединяются с катодом посредством нескольких элементов – получается классическая схема с обратной связью. А вот управляющая сетка непосредственно гетеродина соединяется с колебательным контуром. При наличии обратной связи происходит возникновение тока и колебаний.

Ток проникает через вторую сетку и происходит перенос колебаний во вторую лампу. Все сигналы, которые приходят от антенны, поступают на четвертую сетку. Сетки № 3 и № 5 между собой соединены внутри цоколя и на них постоянное напряжение. Это своеобразные экраны, расположенные между двумя лампами. В результате получается, что вторая лампа является полностью экранированной. Настройка супергетеродинного приемника, как правило, не требуется. Главное — произвести настройку полосовых фильтров.

Процессы, протекающие в схеме

Ток совершает колебания, создаются они первой лампой. При этом происходит изменение всех параметров второй радиолампы. Именно в ней смешиваются все колебания – от антенны и гетеродина. Происходит генерация колебаний с разностной частотой. В цепь анода включается колебательный контур – он настраивается именно на эту частоту. Далее происходит выделение из тока анода колебаний. И уже после этих процессов происходит подача сигнала на вход УПЧ.

При помощи специальных преобразовательных ламп происходит существенное упрощение конструкции супергетеродина. Количество ламп уменьшается, устраняется несколько трудностей, которые могут возникнуть при работе схемы с использованием отдельного гетеродина. Все, рассмотренное выше, относится к преобразованиям немодулированного колебания (без речи и музыки). Так намного проще рассматривать принцип работы устройства.

Модулированные сигналы

В том случае, когда происходит преобразование модулированного колебания, все делается немного иначе. У колебаний гетеродина постоянная амплитуда. Колебания ПЧ и биения промодулированы, равно как и у несущей. Для превращения модулированного сигнала в звук необходимо произвести еще одно детектирование. Именно по этой причине в супергетеродинных КВ приемниках после осуществления усиления происходит подача сигнала на второй детектор. И только после него сигнал модуляции подается на головной телефон или вход УНЧ (усилителя низкой частоты).

В конструкции УПЧ присутствует один или два каскада резонансного типа. Как правило, применяются настроенные трансформаторы. Причем производится настройка сразу двух обмоток, а не одной. Благодаря этому можно достичь более выгодной формы кривой резонанса. Повышается чувствительность и избирательность приемного устройства. Эти трансформаторы, у которых обмотки настроены, называются полосовыми фильтрами. Они настраиваются при помощи регулируемого сердечника или подстроечного конденсатора. Они настраиваются один раз и в процессе эксплуатации приемника их трогать не нужно.

Частота гетеродина

А теперь давайте рассмотрим простой супергетеродинный приемник на лампе или транзисторе. Можно изменить частоты гетеродина в необходимом диапазоне. И ее нужно подбирать таким образом, чтобы с любыми по частоте колебаниями, которые приходят из антенны, получалось одинаковое значение промежуточной частоты. Когда осуществляется настройка супергетеродина, происходит подгонка частоты усиливаемого колебания под конкретный резонансный усилитель. Получается явное преимущество – нет необходимости настраивать большое количество междуламповых колебательных контуров. Достаточно настроить гетеродинный контур и входной. Происходит существенное упрощение настройки.

Промежуточная частота

Для получения фиксированной ПЧ при работе на любой частоте, которая находится в рабочем диапазоне приемника, необходимо сдвигать колебания гетеродина. Как правило, в супергетеродинных радиоприемниках используется ПЧ, равная 460 кГц. Намного реже используется 110 кГц. Эта частота показывает, на какое значение отличаются диапазоны гетеродина и входного контура.

При помощи резонансного усиления происходит увеличение чувствительности и избирательности устройства. И благодаря использованию преобразования приходящего колебания удается улучшить показатель избирательности. Очень часто две радиостанции, работающие относительно близко (по частоте), мешают друг другу. Такие свойства нужно учитывать, если планируете собрать самодельный супергетеродинный приемник.

Как происходит прием станций

Теперь можно рассмотреть конкретный пример, чтобы понять принцип работы супергетеродинного приемника. Допустим, используется ПЧ, равная 460 кГц. А станция работает на частоте 1 МГц (1000 кГц). И ей мешает слабая станция, которая вещает на частоте 1010 кГц. Разница частот у них 1 %. Для того чтобы добиться ПЧ, равной 460 кГц, необходимо произвести настройку гетеродина на 1,46 МГц. В этом случае мешающая радиостанция выдаст ПЧ, равное всего 450 кГц.

И вот теперь можно увидеть, что сигналы двух станций различаются более чем на 2 %. Два сигнала разбежались, это произошло с помощью применения преобразователей частоты. Прием основной станции упростился, улучшилась избирательность радиоприемника.

Теперь вы знаете все принципы супергетеродинных приемников. В современных радиоприемниках все намного проще — нужно использовать для построения всего одну микросхему. И в ней на кристалле полупроводника собрано несколько устройств — детекторы, гетеродины, усилители ВЧ, НЧ, ПЧ. Остается только добавить колебательный контур и несколько конденсаторов, резисторов. И полноценный приемник собран.

Структурная схема супергетеродинного радиоприемника. Принцип действия схемы

Основным недостатком приемника прямого усиления является сложность перестройки с одной частоты на другую. Выполнить фильтр со стабильными параметрами при его перестройке в диапазоне частот практически невозможно.

При усилении высокочастотного сигнала тоже возникают определенные трудности. Чем выше частота принимаемого сигнала, тем сложнее выполнить усилитель высокой частоты. Его широкополосность тоже приводит к определенным трудностям. Естественно, при развитии микроэлектроники цена этих затрат постепенно снижается, но одновременно осваиваются все более высокочастотные диапазоны.

В качестве второго и основного недостатка приемника прямого усиления можно назвать необходимость построения перестраиваемого узкополосного фильтра, настраиваемого на рабочий сигнал. Требования к этому фильтру получаются противоречивыми. С одной стороны, этот фильтр должен ослаблять соседний канал приема, а с другой стороны не искажать принимаемый сигнал. В результате при необходимости перестройки частоты требуется изменять относительную полосу пропускания фильтра.

где — полоса частот полезного сигнала

fпс — несущая частота полезного сигнала

При увеличении центральной частоты настройки фильтра для сохранения той же самой абсолютной полосы частот приходится одновременно уменьшать относительную полосу пропускания фильтра. Это достигается увеличением добротности входящих в состав фильтра контуров. Учитывая, что при этом необходимо строго следить за соотношением добротностей этих контуров между собой, а также то, что чем выше частота, тем труднее реализовать высокую добротность резонансной цепи, задача становится практически невыполнимой.

Даже в том случае, когда приемник разрабатывается на одну фиксированную частоту, очень трудно обеспечить параметры узкополосного фильтра. На частоте 450 МГц очень трудно (практически невозможно) обеспечить полосу пропускания фильтра, равную 10 кГц при полосе непропускания 25 кГц. При этом минимальная добротность требуется:

Но это для фильтра первого порядка! А нужно как минимум фильтр 8-го порядка. Естественно, что добротность избирательной цепи, равную нескольким сотням тысяч единиц технически выполнить невозможно!

Для того чтобы решить эту проблему, стали разбивать задачу на два этапа — перестройка по диапазону частот, и обеспечение избирательности по соседнему каналу. Для перестройки по частотному диапазону стали использовать перенос спектра на определенную (обычно достаточно низкую) промежуточную частоту. Перенос спектра принимаемых частот осуществляется при помощи следующего тригонометрического преобразования:

тогда напряжение на выходе перемножителя, который часто называется смесителем будет записываться:

Узкополосный фильтр на выходе умножителя легко подавляет одну из этих компонент. Оставшаяся частотная компонента выходного сигнала называется промежуточной частотой. Радиоприемник, работающий по данному принципу получил название супергетеродин. Обычно на выходе смесителя такого радиоприемника выделяется разностная компонента. В этом случае на входе усилителя промежуточной частоты (УПЧ) формируется сигнал, с частотой:

Получается, что при помощи смесителя можно легко перемещать спектр входного сигнала по частоте, изменяя частоту местного генератора — гетеродина.

Процесс перемещения частоты входного сигнала на промежуточную частоту в супергетеродине иллюстрируется рисунком 1.

Рисунок 1 Перенос спектра принимаемого сигнала на промежуточною частоту.

На данном рисунке трапецией показан спектр сигнала, передаваемого в радиоканале. Число, изображенное в трапеции означает номер радиоканала, принятый в системе мобильной радиосвязи. Приемники, выполненные по схеме с переносом полосы радиочастот на промежуточную частоту, получили название супергетеродинов или супергетеродинных приемников. Если перенос осуществляется на нулевую частоту, то такой приемник будет уже называться приемником прямого преобразования. Структурная схема радиоприемника, построенного по схеме супергетеродина с одним преобразованием частоты, приведена на рисунке 2

Рисунок 2. Структурная схема супергетеродинного радиоприемника

В этой схеме гетеродин осуществляет перестройку в диапазоне частот, поэтому его часто выполняют в виде синтезатора частоты, который может настраиваться на ряд фиксированных частот и обладает стабильностью частоты, соответствующей кварцевому генератору или в особенно ответственных случаях атомному эталону частоты.

Для уменьшения требований к фильтру основной избирательности тракт промежуточной частоты выбирается достаточно низкочастотным. Это позволяет обеспечить значительную относительную расстройку частоты соседнего канала по отношению к полосе принимаемого сигнала.

То, что промежуточная частота супергетеродинного приемника является фиксированной, позволяет применить в качестве фильтра промежуточной частоты кварцевый, электромеханический или пьезоэлектрический фильтр. Это обеспечивает высокие электрические характеристики фильтра основной избирательности и высокую стабильность характеристик во времени и в диапазоне температур. Кроме того, такие фильтры в настоящее время являются высокотехнологическими, что позволяет снизить стоимость и уменьшить габариты приемника в целом.

К сожалению, промежуточная частота может быть образована при помощи двух уравнений. При этом результат невозможно отличить друг от друга:

Это приводит к тому, что супергетеродинным приемником могут одновременно приниматься сразу два частотных канала, отстоящих друг от друга на величину 2fпч. Один из этих каналов называется рабочим каналом, а другой — зеркальным. Описанная ситуация иллюстрируется рисунком 3.

Рисунок 3 Процесс образования зеркального канала в супергетеродинном приемнике

Основной способ избавиться от зеркального канала — это подавить его сигнал во входной цепи радиоприемника, иначе говоря, подавление зеркального канала зависит от избирательности входной цепи супергетеродина и относитеьлной расстройки частоты зеркального канала:

Дополнительное подавление зеркального канала может быть обеспечено в смесителе с подавлением зеркального канала. Этот преобразователь частоты реализует одну из следующих тригонометрических формул:

В ряде случаев это схемотехническое решение может позволить уменьшить конкретное значение промежуточной частоты, увеличить глубину подавления зеркального канала или расширить диапазон частот, в котором может быть применена схема супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты.

Требования к избирательности полосового фильтра входной цепи супергетеродинного приемника значительно ниже требований к полосовому фильтру приемника прямого усиления. Это связано с тем, что зеркальный канал отстроен от принимаемой частоты значительно дальше соседнего канала. Чем выше выбирается значение промежуточной частоты, тем ниже будут требования к полосовому фильтру входной цепи. При этом будут возрастать требования к полосовому фильтру промежуточной частоты. Конкретный выбор значения промежуточной частоты позволяет оптимизировать требования, как к тракту промежуточной частоты, так и требования к входной частоте.

При расчете структурной схемы очень важно правильно распределить коэффициенты усиления каждого блока. Как это уже обсуждалось выше, чувствительность приемника определяется уровнем шума каждого из каскадов, однако наибольшее влияние на этот параметр оказывает первый каскад приемника. Для того чтобы последующие каскады не оказывали существенного влияния на чувствительность приемника, можно поднять усиление первого каскада, однако это приведет к возрастанию интермодуляционных искажений, поэтому в большинстве случаев приходится ограничиваться компенсацией потерь в последующих каскадах. Пример распределения коэффициента усиления по каскадам супергетеродинного приемника приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 Пример распределения уровней сигнала в структурной схеме супергетеродинного приемника

Разработка структурной схемы является ответственным этапом проектирования радиоприемного устройства. В каждом конкретном случае приходится учитывать особенности принимаемого сигнала и требования к параметрам устройства в целом.

Мы рассматриваем схему приемника цифровых методов модуляции, поэтому при разработке супергетеродинного приемника цифровых видов модуляции следует учитывать особенности переноса полезного сигнала на промежуточную частоту. Полезная информация цифрового сигнала обычно содержится в относительном изменении фазы несущего колебания, но оно приводит к соответствующему приращению частоты:

При этом положительное приращение фазы будет увеличивать частоту принимаемого сигнала, а отрицательное — уменьшать. При преобразовании частоты в супергетеродинном приемнике приращение частоты может, как не изменяться — при преобразовании , так и становиться противоположным — при преобразовании . Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. На нем стрелочкой показано, что верхняя и нижняя боковые частоты принимаемого сигнала при переносе на промежуточную частоту меняются местами. При этом знак приращения фазы становится противоположным и передаваемое сообщение искажается. Восстановление переданного сообщения на выходе такого радиоприемника становится невозможным.

Рассмотренное явление может быть учтено на выходе супергетеродинного приемника в квадратурном детекторе. Если поменять местами квадратурные сигналы I и Q, то вращение вектора частоты на выходе квадратурного детектора меняется на прямо противоположное. Теперь переданное сообщение будет принято правильно.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Приемник — супергетеродин, что это такое

Большая часть предыдущих практикумов была посвящена приемнику прямого усиления. Именно с него обычно и начинается практическое знакомство с радиоприемной техникой. Затем наступает следующий, более сложный этап радиолюбительского творчества — изучение и конструирование супергетеродинного приемника, обладающего лучшими, чем приемник прямого усиления, чувствительностью и селективностью.

Структурная схема супергетеродина

Супергетеродин от приемника прямого усиления отличается в основном методом усиления модулированных колебаний высокой частоты. В приемнике прямого усиления высокочастотный сигнал радиостанции усиливается без какого-либо изменения его частоты.

В супергетеродине же принятый сигнал преобразуется в колебания так называемой промежуточной частоты, равной обычно 465 кГц, на которой и происходит основное усиление сигнала. Что же касается детектирования, усиления колебаний низкой частоты и .преобразования их в звуковые колебания, то эти процессы в приемниках обоих типов происходят принципиально одинаково.

Структурную схему супергетеродина и упрощенные графики, иллюстрирующие процессы, происходящие в основных узлах и блоках приемника этого типа, ты видишь на рис. 81. Его входной контур, с помощью которого осуществляется настройка на радиостанции, такой же, как в приемнике прямого усиления. С «(его принятый сигнал радиостанции поступает в смеситель.

Сюда же, в смеситель, подается еще сигнал от местного маломощного генератора колебаний высокой частоты, называемого гетеродином. В смесителе они преобразуются в колебания промежуточной частоты (ПЧ), равной разности частот гетеродина и принятого сигнала, которые далее усиливаются и детектируются. В большинстве случаев промежуточная частота равна 465 кГц. Колебания низкой частоты, выделенные детектором, тоже усиливаются и динамической головкой громкоговорителя преобразуются в звуковые колебания.

Смеситель вместе с гетеродином выполняет функцию преобразования частоты, поэтому этот каскад супергетеродина называют преобразователем.

В данном случае, это преобразователь с отдельным гетеродином. В выходную цепь преобразователя включены колебательные контуры, настроенные на частоту 465 кГц. Они образуют фильтр промежуточной частоты (ФПЧ), выделяющий колебания промежуточной частоты и отфильтровывающий колебания частот входного сигнала, гетеродина и их комбинаций.

Запомни: при любой настройке радиовещательного супергетеродина частота его гетеродина должна превышать частоту входного сигнала на 465 кГц, то есть на значение промежуточной частоты. Так, например, при настройке приемника на радиостанцию, несущая частота которой 200 кГц (длина волны 1500 м), частота гетеродина должна быть 665 кГц (665 — 200 =465 кГц), для приема радиостанции, частота которой 1 МГц (длина волны 300 м), частота гетеродина должна быть 1465 кГц (1465 кГц-1 МГц = 465 кГц) и т. д.

Чтобы получить постоянную промежуточную частоту  при настройке приемника на радиоволну любой длины, нужно диапазон частот гетеродина сдвинуть по отношению к диапазону частот, перекрываемому входным контуром, на частоту, равную промежуточной. Достигается это соответствующим подбором чисел витков катушек входного и гетеродинного контуров, включением в контуры так называемых сопрягающих конденсаторов и одновременной настройкой этих контуров двухсекционным блоком конденсаторов переменной емкости.

Преобразователь частоты

Преобразователи частоты подавляющего большинства любительских и массовых промышленных супергетеродинов однотранзисторные. Их называют преобразователями с совмещенными гетеродинами, так как один и тот же транзистор выполняет одновременно роль гетеродина и смесителя.

Упрощенная схема такого преобразователя частоты показана на рис. 82. Сигнал радиостанции, на частоту которой настроен входной контур LKCKl через катушку связи LСВ подается на базу транзистора V. Через ту же катушку связи на базу того же транзистора подается и сигнал гетеродина. В результате в коллекторной цепи транзистора возникают колебания промежуточной частоты.

Сигнал гетеродина, частота колебаний «которого определяет настройку приемника, можно также подавать в эмиттерную цепь транзистора. Результат будет таким же.

Схема возможного варианта однотранзисторного преобразователя частоты

Полную принципиальную схему возможного варианта однотранзисторного преобразователя частоты, опыты с которым мы предлагаем провести, изображена на рис. 83.

Колебательный контур гетеродина образуют: ка-лушка L3, индуктивность которой можно изменять в небольших пределах ферритовым подстроечным сердечником, конденсатор переменной емкости С4, сопрягающий конденсатор С5 и подстроечный конденсатор Сб. Входной контур состоит из катушки L1, конденсатора переменной емкости С2 и подстроечного конденсатора C3. Контур связан с внешней антенной с помощью конденсатора небольшой емкости С1.

Какова роль сопрягающего конденсатора С5 в гетеродинном контуре? Это конденсатор обеспечивает настройку гетеродинного и входного контуров в середине диапазона, соответствующую разности их частот, равной 465 кГц.

В низкочастотном участке диапазона,- когда емкости конденсаторов настройки С4 и С2 наибольшие, контуры подстраивают подбором индуктивностей катушек L3 и L7, а в высокочастотном участке диапазона — подстроечными конденсаторами С6 и C3. Высокочастотный участок диапазона, перекрываемого приемником, часто называют началом, а низкочастотный — концом диапазона.

Катушка L3 гетеродинного контура имеет два отвода, превращающих ее в высокочастотный автотрансформатор. Ее нижняя (по схеме) секция, включенная через конденсатор С8 в эмиттерную цепь транзистора, выполняет роль катушки обратной связи, благодаря которой гетеродин возбуждается и генерирует колебания высокой частоты.

При включении питания в контуре L3C4C5C6 возникают очень слабые высокочастотные колебания, из которых наиболее сильными являются колебания, частота; которых равна резонансной частоте контура.

Через верхний (по схеме) отвод катушки L3, катушку L2 и конденсатор С7 часть напряжения высокой частоты с контура подается на базу транзистора.

Возникающие в результате этого изменения базового тока вызывают в несколько раз более мощные колебания эмиттерного тока, значительная часть которого через конденсатор С8 и нижний (по схеме) отвод катушки L3 поступает в контур гетеродина. Это приводит к увеличению амплитуды высокочастотных колебаний в контуре гетеродина.

Часть их снова подается на базу транзистора и т. д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится равновесие, когда энергия высокочастотных колебаний, вводимых в контур, станет равной энергии потерь в контуре и цепи базы.

Сигналы радиостанции, принятые антенной, поступают в цепь базы транзистора (как и в приемнике прямого усиления) через катушку связи L2 и конденсатор 07.

В результате совместного воздействия колебаний гетеродина и высокочастотного сигнала радиостанции в коллекторной цепи транзистора преобразовательного каскада возникают колебани-я.многих частот, из которых контур L4C9, настроенный на частоту 465 кГц, выделяет в основном колебания этой промежуточной частоты и отсеивает колебания всех других частот. С контура L5C10, индуктивно связанного с контуром L4C9, сигнал промежуточной частоты подается на вход усилителя ПЧ.

Какова роль резисторов Rl — R31 Они стабилизируют режим работы транзистора VI преобразовательного каскада. Осуществляется это следующим образом.

Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения источника питания, с которого на базу транзистора подается отрицательное напряжение смещения. При этом эмиттерный ток транзистора автоматически устанавливается такого значения, что на базе по отношению к эмиттеру оказывается напряжение смещения, равное 0,1 — 0,2 В, которое и открывает транзистор.

Если по какой-либо причине ток эмиттера начнет увеличиваться, например из-за повышения окружающей температуры, то и падение напряжения на резисторе R3 станет увеличиваться, а смещение на базе транзистора, наоборот, уменьшаться, что уменьшит ток эмиттера до первоначального значения. Аналогично происходит стабилизация режима работы транзистора при уменьшении тока в эмиттерной цепи.

Каскад на транзисторе V2 с головными телефонами В1 в коллекторной цепи выполняет роль пробника — детектора и усилителя колебаний НЧ. Резистор R4 обеспечивает необходимый режим работы транзистора по постоянному току. Такой каскад ты уже использовал в простейших транзисторных приемниках. Чуть позже этот транзистор будет работать в усилителе ПЧ опытного супергетеродина.

Для опытов с преобразовательным каскадом супергетеродина (по схеме рис. 83) потребуются: два высокочастотных маломощных транзистора серий П403, П416, П422, ГТ308, КТ326, КТ361 с коэффициентом h31э не менее 50, двухсекционный блок конденсаторов переменной емкости (КПЕ), желательно малогабаритный, головные телефоны и источник постоянного напряжения 9 В. Источником питания могут быть две батареи 3336Л, соединенные последовательно, или сетевой блок питания, смонтированный тобой ранее.

Катушки входной цепи, контуров гетеродина и ФПЧ сделай сам, используя для их намотки провод ПЭВ-1 или ПЭЛ 0,12…0,14. Роль высокочастотного сердечника катушек L1 и L2 будет выполнять отрезок ферритового стержня марки 400НН или 600НН диаметром 8 и длиной 40…50 мм (рис. 84, а). Контурная катушка L1 должна содержать 70…75 витков, а катушка связи L2 — 6…8 витков. Намотай их на бумажных гильзах, которые бы с небольшим трением можно было перемещать по стержню.

Для катушек контуров гетеродина и ФПЧ можно ис-пользрвать готовые унифицированные каркасы с фер-ритовыми кольцами и под-строечными сердечниками (рис. 84, б), аналогичные им самодельные каркасы с такими же кольцами и под-строечными сердечниками (рис. 85, 0) или отрезки ферритового стержня 400НН диаметром 8 и длиной 15…20 мм (рис. 84, г).

Каркас конструкции второго варианта можно сделать так: склеить из бумаги тонкостенную гильзу, затем насадить на нее с клеем БФ-2 ферритовые кольца марки 600НН с внешним диаметром 8 мм и хорошо просушить. Внутрь каркаса должен входить ферритовый стержень той же марки диаметром 2,8 и длиной 12 мм.

Гетеродинная катушка L3, намотанная на готовом или самодельном каркасе с ферритовыми кольцами (по рис. 84, в), должна содержать 105 витков с отводами, считая от начала (на схеме начало катушки обозначено точкой), от 6-го и 15-го витков, а катушки L4 и L5 контуров ФПЧ — по 110 витков. Отвод в катушке L5, тоже считая от начала, сделай от 15…20 витка. Если использовать отрезки ферритового стержня (по рис. 85, г), то катушка L3 должна содержать 60 витков с отводами от 3-го и 8-го витков, L4 — 65 витков, L5 — тоже 65 витков, но с отводом от 8… 10 витка.

При таких данных контурных катушек супергетеродин будет перекрывать диапазон средних волн, а контуры ФПЧ могут быть настроены на частоту 465 кГц.

Детали опытного приемника можно монтировать на макетной панели, но лучше на специально сделанном шасси, рис. 84. Общая длина . шасси, с учетом постепенного добавления к преобразователю частоты усилителя ПЧ, детектора и однокаскадного усилителя НЧ, около 240 мм, ширина 80 мм.

Расстояние между поперечными рядами монтажных стоек — 20 мм, между продольными — -15 мм. Блок КПЕ (от любого малогабаритного супергетеродина) укрепи на шасси с помощью -кронштейна из листового металла, лицевая сторона которого будет одновременно и шкалой настройки.

Ферритовый сердечник катушек L1 и L2 закрепи в отверстии, просверленном в панели шасси. Каркасы катушек L3, L4 и L5, сделанные по рис. 84, в, могут удерживаться на панели пластилином (чтобы их можно было перемещать). Расстояние между осями катушек L4 и L5 ФПЧ — около 2 мм. Подстроенные конденсаторы C3 и С6 типа ПК-М или КПК-1 с наибольшей емкостью 20…30 пФ. Постоянные конденсаторы — типа КЛС, КСО, КДК, КТК. Емкости С7, С8 и СП не должны быть меньше 3000 пФ.

Монтируя гетеродинную катушку L3, не перепутай выводы: ее начало должно соединяться с плюсовым проводником источника питания, первый (от начала) отвод — через конденсатор С8 с эмиттером транзистора VI, второй — с катушкой связи L2, конец — с точкой соединения конденсаторов С5 и Сб.

Включив питание, сразу же измерь и, если надо, подбором резисторов R1 и R4 установи рекомендуемые коллекторные токи покоя транзисторов. Затем, замкнув накоротко катушку L3, чтобы сорвать генерацию гетеродина, проверь, работает ли гетеродин. При замыкании катушки L3 коллекторный ток транзистора и напряжение на резисторе R3, измеренное высокоомным вольтметром, должны резко изменяться. Если изменений тока или напряжения нет, значит, гетеродин не самовозбуждается.

Чтобы проверить пробник, достаточно коснуться пальцем вывода базы транзистора V2. При этом, в телефонах должен появиться звук низкого тона, являющийся признаком работоспособности этого каскада.

Теперь замкни катушку L3, а к верхнему (по схеме) выводу катушки связи L2 (на рис. 83 — точка .а), предварительно отпаяв его от конденсатора С7, подключи транзисторный пробник. У тебя получится простейший однотранзисторный приемник. Присоедини к нему антенну и заземление, ротор подстроечного конденсатора C3 поставь в положение наименьшей емкости, катушку L1 сдвинь на середину сердечника, а затем, вращая ось блока КПЕ, настраивай приемник на радиостанции средневолнового диапазона, прием которых в вашей местности возможен.

На кронштейне блока КПЕ сделай отметки, соответствующие настройке на эти станции. Таким образом ты узнаешь диапазон волн, перекрываемый входным контуром преемника. Если катушку L1 сдвинуть ближе к краю сердечника, чтобы уменьшить ее индуктивность, диапазон немного сдвинется в сторону более коротких волн.

После этого восстанови соединение катушки связи L2 с конденсатором С7, удали перемычку, замыкающую катушку L3, пробник подключи к коллектору транзистора VI (на рис. 84 — точка б), а подстроечный сердечник катушки L4 введи внутрь каркаса примерно на две трети. Теперь колебания промежуточной частоты, выделяемые контуром L4C9 ФПЧ, будут преобразовываться пробником в звуковые колебания.

Теперь установи ось блока КПЕ-в положение; соответствующее приему наиболее длинноволновой станций диапазона и настрой на нее приемник только изменением индуктивности катушки гетеродина подстроечным сердечником.

После этого установи ось блока КПЕ в положение приема наиболее коротковолновой станции и настрой на нee только подстроечным конденсатором С6. Затем, настраивая приемник на те же радиостанции, добейся наиболее громкого их приема: в конце.диапазона — смещением по сердечнику- катушки L1, в начале — подстроечным конденсатором C3 входного контура.

Остается настроить на промежуточную частоту второй контур ФПЧ — контур L5C10. Для этого подключи пробник к отводу катушки L5 (на рис. 83 — точка в).

Усилитель ПЧ

Принципиально усилитель ПЧ супергетеродина работает так же, как и усилитель ВЧ приемника прямого усиления.. Но он усиливает сравнительно узкую полосу модулированных колебаний промежуточной частоты, неизменной при любой настройке приемника.

Схема опытного усилителя ПЧ и монтаж его деталей на том же шасси, на котором испытан преобразователь частоты, показаны на рис. 86. Транзистор V2, используемый во время предыдущих опытов в пробнике, здесь работает усилителем ПЧ, а пробником стал V3 (любой высокочастотный малой мощности с h31э 40…60).

В коллекторную цепь транзистора включен одноконтурный фильтр ПЧ L6C12, a катушка L7 является катушкой связи усилителя ПЧ со следующим каскадом приемника. Данные контура L6C12 точно такие, как и контура L4C9 первого ФПЧ. Катушку L7, которая должна содержать 70…80 витков провода ПЭВ-1 О, t…0,12, намотай поверх катушки L6. Отвод сделай от 15…20-го витка, считая от начала.

Монтируя усилитель и пробник, между ними на плате оставь место для деталей детекторного каскада.

Включив питание, сразу же измерь и, если надо, подбором резисторов R4 и R7 установи рекомендуемые токи покоя коллекторных цепей транзисторов. Чтобы проверить, работает ли преобразователь частоты и подается ли сигнал радиостанции на вход усилителя ПЧ, подключи пробник к базовой цепи транзйстора V2 (на рис. 86 — точка а).

Затем пробник переключи на коллектор транзистора V2 (на рис. 86 — точка б) и подстрой контур L6C12 на промежуточную частоту. После этого пробник переключи на отвод катушки связи L7 (на рис. 86 — отвод в) и снова, добиваясь наибольшей громкости звука в телефонах, подстрой дополнительно контур L6C12. Итак, преобразователь частоты дополнен усилителем ПЧ. Можно заняться следующим узлом супергетеродина.

 

Детектор и предварительный усилитель НЧ

Чтобы пробник превратить в диодный детектор и предварительный усилитель НЧ, в его входную цепь надо ввести точечный диод, например, серии Д9 или Д2 (с любым буквенным индексом), а транзистор перевести на работу в режиме усиления. Схема этой части опытного супергетеродина показана на рис. 87.

Она тебе хорошо знакома по приемникам прямого усиления. Только там детектируется непосредственно сигнал радиостанции, здесь же детектируется сигнал промежуточной частоты. Низкочастотный сигнал снимается с нагрузочного резистора R7 диода V3 и через разделительный конденсатор С15 подается на базу транзистора V4, который теперь работает в каскаде усиления НЧ.

Детали детекторного каскада монтируй на шасси между транзисторами V2 и V4. Какова должна быть громкость приема? Примерно такой же, как с пробником. Но качество звука должно улучшиться, так как диодный детектор меньше, чем транзисторный, искажает детектируемый сигнал.

Три коротких эксперимента

Отключи заземление. Приемник должен продолжать работать, хотя несколько тише.

Отключи и внешнюю антенну, а прием веди на магнитную антенну, роль которой 6удет выполнять катушка входного контура с ее ферритовым стержнем. При этом шасси придется расположить вертикально, чтобы магнитная антенна была в горизонтальном положении. Учти и ее направленные свойства.

В выходную цепь приемника вместо телефонов включи абонентский громкоговоритель, используя его согласующий трансформатор в качестве выходного. Он должен работать,, но не так громко, как хотелось бы. Чтобы он звучал громче, надо, следовательно, дополнить приемник усилителем НЧ. Как это сделать, ты уже знаешь.

В заключение — небольшой совет. Начерти полную схему супергетеродина, соединив вместе ее участки, по которым монтировал опытные цепи и каскады. Она поможет закрепить в памяти основные принципы работы приемника этого типа и стать исходной при конструировании супергетеродина.

Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.

Сравнение аппаратных архитектур приемников на основе новых компонентов

Введение

Супергетеродинная схема распространена в базовых станциях сотовой связи, а прямое преобразование завоевало популярность в программно-конфигурируемой радиоаппаратуре, например в муниципальных радиостанциях. Простота аппаратной части схемы прямого преобразования теоретически должна приводить к экономии средств, электроэнергии и места на плате по сравнению с супергетеродинной схемой, что представляет интерес для операторов сотовой связи. Но расплачиваться за эту простоту приходится сложностью программного решения характерных проблем, связанных с постоянным смещением. В этой статье мы рассмотрим кажущиеся и действительные различия между двумя упомянутыми аппаратными структурами, пойдя легким путем и оставив без внимания вопросы программного обеспечения.

Громадные объемы данных, передаваемые сегодня по сотовым сетям, — результат стремительного технического совершенствования смартфонов, планшетных ПК и других устройств с доступом к Интернету в этих частотных диапазонах. Технические требования возросли, а перед поставщиками оборудования встала задача снижения себестоимости. Существует множество видов современных базовых станций, начиная от традиционных стоек до небольших модулей, потребляющих считаные ватты. Схемные решения, необходимые для реализации миниатюрной базовой станции с множеством каналов, предполагают разнообразные подходы к интеграции. Возникает вопрос: насколько существенны аппаратные различия супергетеродинной схемы и схемы прямого преобразования с учетом последних достижений техники?

Две структуры построения приемников

По преобладающему мнению, супергетеродинную схему приемника изобрел Эдвин Армстронг (Edwin Armstrong) в 1918 г. В этом распространенном типе приемника радиосигнал смешивается с сигналом гетеродина, в результате чего возникает сигнал промежуточной частоты (ПЧ), который затем демодулируется. Частота гетеродина смещена относительно несущей частоты радиосигнала, поэтому образуются так называемые зеркальные каналы. Сигнал ПЧ пропускается, а сигналы зеркальных каналов отфильтровываются. В современных приемниках сигнал ПЧ преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и в этой же форме демодулируется (рис. 1).

Рис. 1. Схема супергетеродинного приемника

Приемник прямого преобразования был разработан несколькими годами позже как альтернатива супергетеродинному приемнику. В нем, в отличие от супергетеродинной схемы, частота гетеродина равняется несущей частоте радиосигнала. Вместо одного смесителя имеется два: на одном радиосигнал смешивается с синфазным сигналом гетеродина, а на другой — с квадратурным сигналом гетеродина. Результатом является демодулированный низкочастотный выходной сигнал, который оцифровывается двумя АЦП (рис. 2). Иными словами, промежуточная частота равняется нулю. Требования к фильтрации упрощаются, так как необходим только фильтр нижних частот (ФНЧ), в отличие от супергетеродинов, где нужен еще полосовой фильтр.

Рис. 2. Схема приемника прямого преобразования

Развитие аппаратной части

Прошедшие десятилетия были отмечены устойчивым прогрессом: характеристики всех интегральных компонентов (ИС) непрерывно улучшаются с одновременным снижением энергопотребления и уменьшением размеров. Рост разрешения и частоты дискретизации АЦП дал возможность работать с более широкополосными сигналами и более высокими входными частотами.

На ранних этапах привлекательной чертой приемника с прямым преобразованием было однократное частотное преобразование. В прошлом в супергетеродинных приемниках применялось несколько каскадов понижения частоты. Постепенно по мере технического совершенствования смесителей и фильтров число каскадов сокращалось, и в конечном итоге в типичном супергетеродинном приемнике остались всего один аналоговый частотно-преобразовательный каскад и один цифровой каскад понижения частоты, реализованный в цифровом сигнальном процессоре.

Еще одно преимущество схемы с прямым преобразованием — фильтрация только нижних частот. В супергетеродине необходим еще полосовой фильтр на промежуточной частоте. Во многих случаях полосовой фильтр имеет высокий порядок или принадлежит к типу фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). ПАВ-фильтрам требуется герметичный корпус, и зачастую они довольно громоздки и дороги. Хотя технологии ПАВ-фильтров и корпусов претерпели изменения к лучшему, ФНЧ до сих пор считается более привлекательным вариантом.

Сравнение новейших компонентов

Чтобы попытаться корректно сравнить себестоимость, энергопотребление и занимаемую на плате площадь, необходимо выбрать компоненты для реализации четырехканального приемника небольшой базовой станции, рассчитанной на полосу пропускания сигнала 20 МГц. В каждом канале супергетеродинного приемника используются одиночный смеситель, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, ПАВ-фильтр, второй каскад УПЧ и быстродействующий АЦП. В каждом канале приемника прямого усиления — синфазно-квадратурный демодулятор, два УНЧ и два быстродействующих АЦП. Для сравнения площади на плате, занимаемой этими компонентами, используется примерная компоновка печатной платы, а номинальное энергопотребление рассчитывается по паспортным характеристикам. Ожидается, что схема с прямым преобразованием окажется существенно лучше в обоих отношениях.

Пример супергетеродинного приемника

Для четырехканального супергетеродинного приемника можно взять серийно выпускаемые двухканальные смесители в корпусах QFN размерами 5×5 мм; в общей сложности потребуется два двухканальных смесителя. Благодаря наличию встроенных симметрирующих трансформаторов и внутренних согласующих компонентов на входах радиосигнала и гетеродина число пассивных компонентов оказывается минимальным, а их типоразмеры — в основном 0201 и 0402; этими компонентами мы пренебрегаем в данном сравнении, поскольку они требуются и в случае прямого преобразования. В продаже имеются также двухканальные цифровые усилители с регулируемым коэффициентом усиления на соответствующие диапазоны частот. Эти усилители также выпускаются в корпусах QFN размерами 5×5 мм, и, опять-таки, для реализации четырех каналов необходимо две такие ИС.

После смесительных каскадов потребуется, возможно, некоторая фильтрация, поэтому следует взять несколько дросселей 0402 и конденсаторов 0201. Для получения требуемой избирательности в супергетеродинном приемнике нужны полосовые ПАВ-фильтры — по одному на каждый из четырех каналов. На радиочастотах ПАВ-фильтры могут быть компактными. В распространенном диапазоне ПЧ от 70 до 192 МГц можно найти ПАВ-фильтры в корпусах размерами 5×7 мм.

В дополнение к ПАВ-фильтру потребуется несколько согласующих компонентов, даже если выходное сопротивление регулируемого усилителя и входное сопротивление последующего усилителя равняется 50 Ом. Обычно для компенсации вносимых потерь фильтра нужен еще один усилительный каскад. Однако в ассортименте компании Linear Technology имеется новый четырехканальный АЦП со встроенными усилителями серии µModule, изготовленный по технологии «система в корпусе» (System in Package, SiP) LTM9012-AB. Имея размеры 15×11,25 мм, он занимает меньше места, чем эквивалентный четырехканальный АЦП с четырьмя дифференциальными усилителями плюс сопутствующие блокировочные конденсаторы и компоненты фильтров побочных частот. При коэффициенте усиления 20 дБ микросхема LTM9012 позволяет получить отношение сигнал/шум 68,5 дБ и динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR) 79 дБ. Усилители и фильтры LTM9012-AB ограничивают частоту входного сигнала значением около 90 МГц. Поэтому нам подходит промежуточная частота 70 МГц, но не более высокие значения ПЧ, часто применяемые в супергетеродинных приемниках базовых станций. Тем не менее это дает самую компактную реализацию.

Микросхема LTM9012 отражает альтернативный подход к интеграции. Технология корпусирования µModule, или SiP, позволяет смонтировать несколько отдельных кристаллов вместе с различными пассивными компонентами на ламинированной подложке и герметизировать всю систему так, чтобы она выглядела как обыкновенная ИС в корпусе BGA. В данном случае АЦП оптимизирован для низкого энергопотребления и высоких характеристик на переменном токе с использованием «тонкой» КМОП-технологии. Усилители выполнены по кремний-германиевой (SiGe) технологии для получения наилучших их характеристик. Это традиционные дифференциальные усилители, поэтому коэффициент усиления устанавливается при помощи резисторов равным 10 В/В, или 20 дБ.

Вход на реальном ОУ упрощает согласование, изолируя сигнальный тракт от высокочастотных импульсных помех дискретизации, а также обеспечивает возможность внутреннего сопряжения несимметричных сигналов с дифференциальными входами АЦП. Большинство монолитных АЦП с буферизованным входом вовсе не имеют усиления, являются при этом дифференциальными и обеспечивают только изоляцию от помех. Также полезна и фильтрация побочных частот, ограничивающая широкополосный шум усилителя. Благодаря тому что все опорные и блокировочные конденсаторы располагаются в корпусе ИС, систему в целом можно очень компактно расположить на плате, не жертвуя характеристиками. Необходимость в компромиссах подобного рода часто возникает, когда опорные и блокировочные конденсаторы находятся на слишком большом или слишком малом расстоянии от цифровых сигнальных линий, что может привести к ошибкам в процессе преобразования данных. И кроме того, выводы на подложке расположены логично: аналоговый с одной стороны, цифровые с другой.

В этом примере имеется пять активных компонентов, четыре ПАВ-фильтра и 80 других мелких пассивных компонентов (рис. 3). Общая площадь составляет примерно 43×21 = 903 мм2, но это пространство задействуется не полностью, поэтому эффективная площадь равна примерно 700 мм2. Конечно, здесь предполагается монтаж на одной стороне платы, и возможно еще более компактное расположение. Для расчета потребляемой мощности в данном примере используются LT5569 в качестве двухканального смесителя, AD8376 в роли двухканального усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и LTM9012-AB в качестве второго усилительного каскада каждого канала и четырехканального АЦП.

Рис. 3. Пример компоновки печатной платы супергетеродинного приемника

Смеситель относится к активному типу и работает в широком диапазоне частот (от 300 МГц до 4 ГГц), поэтому один компонент можно приспособить для работы в любом диапазоне сотовой связи от 700 МГц до 2,7 ГГц. При самом низком в своем классе энергопотреблении он также имеет устойчивые входы, способные выдержать сильные внутриполосные блокирующие помехи без существенного ухудшения коэффициента шума. Общая потребляемая мощность четырехканальной системы равна 4,9 Вт без учета возможного рассеяния мощности в резистивных делителях.

Пример приемника с прямым преобразованием

Для реализации четырехканального приемника с прямым преобразованием единственный вариант — это отдельные синфазно-квадратурные демодуляторы, поэтому потребуется четыре таких компонента в корпусах QFN размерами 5×5 мм. Некоторые из них, например LT5575, имеют встроенные симметрирующие трансформаторы на входах радиосигнала и гетеродина для минимизации числа внешних компонентов. Понадобится некоторая фильтрация и, разумеется, несколько малогабаритных блокировочных конденсаторов. Для фильтра нижних частот выполняется несколько LC- и RC-цепочек. В качестве усилительного каскада можно снова взять ИС LTM9012-AB. Будучи четырехканальной, она обеспечивает только два канала прямого преобразования, поэтому потребуется вторая такая микросхема.

В данном примере имеется шесть активных компонентов и 84 малогабаритных пассивных компонента (рис. 4). Общая площадь примерно равна 27×24 мм = 648 мм2. Для расчета потребляемой мощности здесь используется синфазно-квадратурный демодулятор LT5575 и два АЦП LTM9012-AB. Общая потребляемая мощность четырехканальной системы равна 5,1 Вт без учета возможного рассеяния мощности в резистивных делителях. При этом частота дискретизации АЦП равна 125 МГц, что является распространенным вариантом, но, вероятно, больше, чем необходимо для сигнала 10 МГц. На частоте дискретизации 65 МГц те же функции можно было бы выполнять при гораздо меньшем энергопотреблении со стороны АЦП. Если пересчитать потребляемую мощность для этой частоты, результат будет равен 4,6 Вт.

Рис. 4. Пример компоновки печатной платы приемника прямого преобразования

Ожидания и реальность

Не так уж много лет назад в супергетеродинном приемнике использовалось несколько смесителей и несколько ПАВ-фильтров на канал, причем размеры ПАВ-фильтров того времени могли достигать 25×9 мм. Пассивные смесители требовали дополнительных усилительных каскадов для компенсации вносимых потерь. Эти воспоминания из недавней истории искажают восприятие сравнительной аппаратной сложности супергетеродинных приемников и приемников прямого преобразования. Супергетеродинный приемник занимает на 39% больше места на плате, чем приемник прямого усиления; в процентах это немало, но на реальных печатных платах разница оказывается не столь велика. 39% от 903 мм2 — это 352 мм2, что примерно равняется площади отпечатка большого пальца. Относительная разница в энергопотреблении вообще незначительна.

Представление о значительно больших размерах и энергопотреблении супергетеродинного приемника зависит, конечно, от общих габаритов приемника базовой станции. В форм-факторе традиционной монтажной стойки участок на печатной плате размером с большой палец может не играть роли, а для крошечной базовой станции, которая умещается на ладони, тот же участок будет весьма существенным.

Реальность заключается в том, что степень интеграции растет — иногда медленно, а иногда огромными скачками. Может случиться, что в одной из архитектур сокращение занимаемой площади или уменьшение энергопотребления будет значительнее, чем в другой. Недавний тому пример, относящийся к супергетеродинному приемнику, — двухканальный активный смеситель LT5569. Двухканальные синфазно-квадратурные демодуляторы для базовых станций сотовой связи автору неизвестны, хотя такие устройства и существуют для других применений в более низких диапазонах частот.

Примером интеграции, распространяющейся на обе структуры, может служить четырехканальный АЦП со встроенными усилителями LTM9012. Последовательный интерфейс LVDS этого устройства позволяет не только миниатюризировать АЦП, но и, возможно, создать программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA) или цифровой сигнальный процессор, которые по своим размерам будут меньше четырех АЦП с параллельными интерфейсами. Вместе с тем схема с прямым преобразованием требует вдвое большего количества АЦП.

Рассмотренный выше пример приведен, если мы предполагаем, что требования к характеристикам базовой станции сотовой связи обязывают применять высококачественные компоненты во всей сигнальной цепочке. При изготовлении продуктов, задействованных в этом примере, используются оптимизированные технологические процессы, такие как кремний-германиевая (SiGe) и КМОП-технологии, которые в общем случае не благоприятствуют взаимной интеграции — по крайней мере, без ухудшения характеристик. Требования к характеристикам базовых станций определенного размера могут допускать применение однокристальных приемопередатчиков высокой степени интеграции, например фемтоячеек. Усовершенствования в интегрированных блоках таких ИС позволят использовать их в более крупных базовых станциях. И на этом этапе рассмотрения двух структур мы столкнемся с проблемами, связанными с сигнальным фильтром.

ФНЧ приемника прямого преобразования можно реализовать в полупроводнике, но сделать то же самое с полосовым фильтром, который используется в супергетеродинном приемнике, оказалось чрезвычайно трудной задачей. Это реальность дня, а не обязательно какой-то принципиально неустранимый барьер. Может быть, когда-нибудь произойдет технический прорыв, который сделает возможной реализацию высокоизбирательных полосовых фильтров на кристалле. А пока схема с прямым преобразованием будет иметь преимущество в части потенциальной интеграции всей приемной цепи там, где это допускается техническими характеристиками.

Заключение

Приемник прямого преобразования для базовых станций имеет более простую структуру, чем супергетеродинный приемник, по крайней мере с точки зрения аппаратной части. Вместе с тем новые серийные компоненты позволяют создавать гораздо более компактные, чем прежде, многоканальные супергетеродинные приемники. И хотя их размер по-прежнему больше в процентном отношении, на практике разница может оказаться незначительной. Поэтому ожидается, что супергетеродинная архитектура останется предпочтительной для приемников базовых станций сотовой связи.

Супергетеродинный приемник на 40 метров • HamRadio

Супергетеродинный приемник на 40 метров предназначен для приема любительских радиостанций работающих в диапазоне 40 метров SSB или CW модуляцией. Выполнен по классической суперегетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Диапазон принимаемых частот лежит в пределах 7 -7,3 МГц.

Сигнал от антенной системы поступает на входной контур L1-C1-C2 настроенный на середину диапазона принимаемых частот. Преобразователь частоты выполнен на двухзатворном полевом транзисторе VT1 по схеме с совмещенным гетеродином, то есть, и смеситель и гетеродин выполнены на одном этом транзисторе. На его второй затвор поступает сигнал от входного контура, а первый затвор и истоковая цепь образуют генератор гетеродина. Его частота определяется частотой настройки контура L6-C15-C17. Этот генератор работает на частотах от 2,5 до 2,8 МГц.

Таким образом, как генератор гетеродина транзистор VT1 работает по схеме с общим стоком, а как смеситель — по схеме с общим истоком. Конденсаторы С13 и С14 создают необходимую ПОС для работы гетеродина. В транзисторе VT1 происходит преобразование частот. На его стоке возникает комплекс частот, содержащий суммарную и разностную частоту. Промежуточной частотой является суммарная частота. Она определена как 9,8 МГц. На эту частоту настроен стоковый контур L2-C5. А разностную частоту он эффективно подавляет.

С катушки связи L3 сигнал ПЧ поступает на кварцевый фильтр Z1 с центральной частотой 9785 кГц и полосой пропускания 2,4 кГц. В приемнике используется готовый кварцевый фильтр промышленного производства, но при необходимости можно использовать и самодельный, сделанный из резонаторов на соответствующую частоту. Впрочем, частоту ПЧ можно изменить, если придется использовать кварцевый фильтр на другую частоту. Это потребует соответствующей перестройки ГПД и контуров ПЧ.

С выхода кварцевого фильтра сигнал ПЧ поступает на усилитель ПЧ выполненный на микросхеме А1. Здесь используется ИМС типа МС1350, предназначенная для работы в качестве усилителя ПЧ или ВЧ на частоте до 45 МГц. Микросхема имеет встроенную систему АРУ, которая здесь не используется. При желании ввести систему АРУ или ручную регулировку усиления нужно напряжение АРУ подавать на её 5-й вывод. Это напряжение может быть до 5V, причем, с увеличением постоянного напряжения на выводе 5 коэффициент усиления снижается. Выходной каскад А1 имеет симметричную схему. К его выходам подключен выходной контур ПЧ L4-C11. Отвод катушки данного контура подключается к источнику питания микросхемы.

С катушки связи L5 усиленный сигнал ПЧ поступает на демодулятор на полевом транзисторе VT2. Этот каскад сделан по схеме, аналогичной схеме преобразователя частоты на транзисторе VT1. И одновременно на нем сделан как собственно демодулятор, так и генератор опорной частоты. На второй затвор транзистора поступает сигнал ПЧ, а а первый затвор и истоковая цепь образуют генератор опорной частоты. Опорная частота задается частотой резонанса кварцевого резонатора Q1. При помощи конденсатора С19 частоту генерации можно немного отклонить, чтобы обеспечить оптимальный режим демодуляции.

Демодулированный сигнал НЧ выделяется на его стоке транзистора VT2, и через простейший ФНЧ на элементах С22-R13-C24 поступает через регулятор громкости R14 на выходной УНЧ, схема которого здесь не приводится. В качестве УНЧ можно использовать любой доступный УНЧ, например, от карманного приемника, либо сделать одно-двухкаскадный УНЧ с выходом на головные телефоны.

Для намотки катушек колебательных контуров использована наиболее доступная, на мой взгляд, база, — каркасы от контуров блоков цветности советских полупроводниковых телевизоров 3-УСЦТ. Напомню, что это пластмассовые каркасы диаметром 5 мм с подстроечными сердечниками из феррита, диаметром 2,8 мм и длиной 14 мм. Каркасы цилиндрические, гладкие (без секций).

Все катушки намотаны проводом ПЭВ диаметром 0,23 мм.

Катушка L1 содержит 4+10 витков.

Катушка L2 — 15 витков.

Катушка L3 намотана на поверхность L2 ближе к верхнему краю каркаса, она содержит 4 витка.

Катушка L4 — 7,5 + 7,5 витков.

Катушка L5 намотана на поверхность L4 ближе к верхнему краю каркаса, она содержит 4 витка.

Катушка L6 — 22 витка.

Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 10V. Контурные конденсаторы должны иметь минимальную ТКЕ (температурный коэффициент нестабильности емкости). Переменный конденсатор С17 — одна секция переменного конденсатора с воздушным диэлектриком от старой радиолы. Такой конденсатор сейчас уже редко встречается в продаже, и скорее доступен на радиорынке, чем в магазине. При его отсутствии можно использовать более современный конденсатор, например, конденсатор с твердым диэлектриком от карманных приемников. Если максимальная емкость этого конденсатора составляет 230-250 пФ, то конденсатор С15 не нужен.

Конструктивно супергетеродинный приемник на 40 метров выполнен в корпусе, спаянном из листов двухсторонне фольгированного стеклотекстолита. Монтаж ведется на внутренней донной части корпуса, объемным способом на «пятачках», вырезанных в фольге. Переменный конденсатор, переменный резистор, а так же разъемы устанавливаются на переднюю панель.

2279095 — Супергетеродинный приемник-частотомер — PatentDB.ru

Супергетеродинный приемник-частотомер

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве панорамного супергетеродинного приемника с частотным анализом, работающим в условиях приема в широком динамическом и частотном диапазонах. Супергетеродинный приемник-частотомер содержит усилитель входных сигналов, к выходу которого подсоединены два приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителя, полосового фильтра промежуточной частоты, усилителя промежуточной частоты и измерителя промежуточной частоты, два гетеродина на основе цифрового синтезатора частоты, схему управления частотой гетеродинов, схему сравнения кодов и решающее устройство. Использование гетеродинов с фиксированным сдвигом по частоте при их перестройке, выбор соотношения полос фильтров промежуточной частоты позволяет отказаться от использования специализированного канала защиты от приема на зеркальной частоте и осуществить прием и измерение параметров сигнала одновременно как в основной, так и зеркальной полосе частот. Технический результат — увеличение полосы одновременного приема и измерения параметров сигналов при заданной полосе тракта промежуточной частоты. 4 ил.

Реферат

Предлагаемый супергетеродинный приемник-частотомер относится к радиотехнике и может использоваться в качестве панорамного супергетеродинного приемника с частотным анализом, работающим в условиях приема в широком динамическом и частотном диапазонах.

Известные супергетеродинные приемники, осуществляющие перенос сигналов в полосу промежуточных частот с помощью смесителя и гетеродина, помимо измерительного канала, как правило, формируют специальный канал защиты от приема на зеркальной частоте, поскольку прием сигналов в зеркальной полосе частот вносит неопределенность и грубую ошибку в измерение таких основных параметров сигнала, как частота и фаза. Сложность канала защиты от приема на зеркальной частоте возрастает по мере расширения диапазона частот и динамического диапазона принимаемых сигналов, см. Ball D.M., Disman R.I., Receiver system including spurious signal detector, патент США 3396395, 06.08.1968 г.

Известен супергетеродинный приемник, см. патент США 3936753, 03.02.1976 г., в котором реализован фазовый способ защиты от приема на зеркальной частоте. Устройство содержит измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя, смесителя, ко второму входу которого подключен гетеродин, усилителя промежуточной частоты и измерителя промежуточной частоты, дополнительный фазовый канал защиты от приема на зеркальной частоте и решающее устройство, запрещающее прием при попадании сигнала в зеркальную полосу частот.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является супергетеродинный приемник мгновенного измерения частоты (МИЧ), приведенный в статье Щербак В.И. и Водянина И.И. «Приемные устройства систем радиоэлектронной борьбы». Зарубежная радиоэлектроника, 1987 г., №5. Устройство содержит последовательно соединенные усилитель, смеситель (преобразователь), ко второму входу которого подключен гетеродин, измеритель промежуточной частоты, дополнительный амплитудный канал защиты от приема на зеркальной и комбинационных частотах и решающее устройство — формирователь выходного сигнала.

Недостатком устройства, кроме сложного канала защиты, является прием и измерение параметров сигнала только в основной полосе приема, образующейся на выходе преобразователя.

Задачей изобретения является упрощение супергетеродинного приемника моноимпульсного измерения частоты и удвоение широкой полосы одновременного приема и измерения параметров сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый измеритель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, причем ко второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, третий выход которой соединен со вторым входом решающего устройства, введены второй гетеродин и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй измеритель промежуточной частоты и схема сравнения кодов, второй вход которой соединен с выходом второго измерителя промежуточной частоты, первый вход схемы сравнения кодов подсоединен к выходу первого измерителя промежуточной частоты, а выход схемы сравнения кодов подключен к третьему входу решающего устройства, вход второго гетеродина соединен со вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, а выход подключен ко второму входу второго смесителя.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема цифрового синтезатора частоты гетеродина; на фиг.3 — частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной и зеркальной полосе; на фиг.4 — структурная схема моноимпульсного измерителя частоты.

Супергетеродинный приемник-частотомер содержит усилитель 1 входных сигналов, первый 2 и второй 3 смесители, первый 4 и второй 5 гетеродины, первый 6 и второй 7 полосовые фильтры промежуточной частоты, первый 8 и второй 9 усилители промежуточной частоты, первый 10 и второй 11 измерители промежуточной частоты, схему сравнения кодов 12, схему управления частотой гетеродинов 13 и решающее устройство 14. Причем к выходу усилителя входных сигналов 1 последовательно подключены первый смеситель 2, ко второму входу которого подключен первый гетеродин 4, первый полосовой фильтр промежуточной частоты 6, первый усилитель промежуточной частоты 8, первый измеритель промежуточной частоты 10 и первый вход схемы сравнения кодов 12. Дополнительно к выходу усилителя 1 последовательно подключены второй смеситель 3, ко второму входу которого подсоединен второй гетеродин 5, второй полосовой фильтр промежуточной частоты 7, второй усилитель промежуточной частоты 9, второй измеритель промежуточной частоты 11 и второй вход схемы сравнения кодов 12. Ко входу первого гетеродина 4 подключен первый выход схемы управления частотой гетеродинов 13, второй выход которой подключен ко входу второго гетеродина 5. К выходу схемы сравнения кодов 12 подключен третий вход решающего устройства 14, первый вход которого подсоединен к выходу первого измерителя частоты 10, а второй вход решающего устройства 14 подсоединен к третьему выходу схемы управления частотой гетеродинов 13.

Супергетеродинный приемник-частотомер работает следующим образом. Сигнал с антенны А поступает на вход усилителя 1, с выхода усилителя 1 сигнал подается на вход смесителя 2 (3), на второй вход которого подается сигнал гетеродина 4 (5). На выходе смесителя 2 (3) выделяется сигнал разностной (промежуточной) частоты с помощью полосового фильтра промежуточной частоты 6 (7). Поиск входных сигналов в полосе приема

где fВ — верхняя частота приема;

fН — нижняя частота приема;

осуществляется за счет перестройки гетеродина 4 (5), на вход которого поступает сигнал управления из схемы управления частотой гетеродинов 13. Гетеродин 4 (5) выполняется как цифровой синтезатор частоты, структурная схема которого показана на фиг.2. Сигнал частотой fОБР с выхода генератора образцовой частоты 15 поступает на первый вход интегральной схемы 16, выход которой через фильтр низкой частоты 17 поступает на вход генератора, управляемого напряжением (ГУН) 18. Второй вход интегральной схемы 16 подсоединен к выходу ГУН 18, который является выходом гетеродина 4 (5). На третий вход интегральной схемы 16 поступает сигнал управления с коэффициентом деления, соответствующим заданной частоте гетеродина fГ. Тип интегральной схемы (ИС) 16, которая включает в себя частотно-фазовый детектор, делитель образцовой частоты и программируемый делитель частоты гетеродина, выбирается в зависимости от диапазона входных частот приемника ΔfС. При работе в диапазоне частот до нескольких ГГц удовлетворяет, например, ИС типа AD4153 фирмы Analog Devices. Работу до 900 МГц обеспечивает отечественная ИС типа КН1015ПЛ5А (см. Радио, 1999, №5, с.45-46).

Полоса одновременного приема (ΔF) всего устройства формируется с помощью полосового фильтра 6 (7), ширина полосы (ΔFПЧ) которого равна

Ширина спектра (ΔFc) любого из входных сигналов не превышает полосы пропускания тракта промежуточной частоты, т.е.

Частота f1 первого гетеродина 4 выбирается выше частоты fГ2 второго гетеродина 5, так что при поиске сигналов в полосе ΔfС всегда сохраняется условие fГ1>fГ2 и

На фиг.3 представлена частотная диаграмма, иллюстрирующая прием в основной полосе, когда выполняется условие

и в зеркальной полосе приема, когда выполняется условие

В рассматриваемом случае широкополосного приема выполняется также условие

Как следует из диаграммы на фиг.3, при приеме сигналов в основной полосе с частотой fOCH величина промежуточной частоты в первом канале

получается меньше величины промежуточной частоты во втором канале

т.е. fПЧ1<fПЧ2. При этом справедливо равенство

При приеме сигналов в зеркальной полосе с частотой fЗЕРК, наоборот, fПЧ1>fПЧ2 и выполняется равенство

Сравнение промежуточных частот на выходе первого и второго каналов позволяет определить полосу приема (основная или зеркальная) и найти частоту сигнала при приеме в основной полосе как

а при приеме в зеркальной полосе как

Полосовые фильтры 6 и 7 промежуточной частоты выполняются практически одинаковыми. Средняя частота этих фильтров одна и та же. Ширина полосы фильтра 7 второго канала делается на величину 2ΔfГ больше, чем ширина полосы (ΔFПЧ) фильтра 6 первого канала. Сигнал с выхода фильтра 6 (7) усиливается усилителем промежуточной частоты 8 (9) и поступает на измеритель промежуточной частоты 10 (11).

Измеритель промежуточной частоты 10 (11) выполняется по известной схеме приемника мгновенного (моноимпульсного) измерения частоты (см. Stein К.J. — Aviation Week & Space Technology, 1981, v.115, №1).

На фиг.4 изображена структурная схема моноимпульсного измерителя промежуточной частоты с одной линией задержки (с однобазовым измерителем разности фаз), реализация которого значительно проще, чем реализация приемника МИЧ на основной частоте сигнала. Сигнал промежуточной частоты fПЧ1(2) разветвляется на два синфазных сигнала с помощью разветвителя 19. Первый выход разветвителя 19 поступает на первый вход моноимпульсного измерителя разности фаз 21, а второй выход разветвителя 19 подается на второй вход измерителя разности фаз 21 через широкополосную линию задержки 20. С выхода измерителя разности фаз 21 параллельный двоичный код разности фаз (ϕ) подается на преобразователь 22 кода ϕ в код частоты (fПЧ). С выхода преобразователя 22 код промежуточной частоты (код ПЧ) подается дальше на первый вход решающего устройства 14. Величина разности фаз ϕ сигналов, подаваемых на входы измерителя разности фаз 21, при заданной (постоянной) величине задержки второго сигнала по времени, создаваемой линией задержки 20, прямо пропорционально зависит от величины промежуточной частоты FПЧ сигнала на выходе первого усилителя промежуточной частоты 8.

На второй вход решающего устройства 14 поступает текущий код частоты первого гетеродина 4 с третьего выхода схемы управления (контроллера) 13. Решающее устройство осуществляет сложение этих кодов согласно уравнению (12), если на третий вход решающего устройства поступает команда с выхода схемы сравнения кодов 12, соответствующая приему сигнала fС в основной полосе, когда выполняется условие (5). Когда выполняется условие (6) и осуществляется прием сигнала в зеркальной полосе частот, соответствующая команда с выхода схемы сравнения кодов 12 приводит к вычитанию кодов согласно уравнению (13), выполняемому решающим устройством 14. На выходе решающего устройства получаем код частоты сигнала fС, независимо от того, в какой полосе (основной или зеркальной) осуществляется прием сигнала в данный момент.

Таким образом, вместо использования сложного канала защиты от приема на зеркальной частоте предлагаемое устройство путем введения второго гетеродина и последовательно соединенных второго смесителя, второго полосового фильтра, второго усилителя промежуточной частоты, второго измерителя промежуточной частоты и схемы сравнения кодов позволяет осуществлять прием одновременно как в основной, так и в зеркальной полосе частот, что приводит при заданной полосе промчастотного тракта к увеличению полосы одновременного приема и измерения параметров сигналов в два раза по сравнению с традиционной схемой супергетеродинного приемника.

Супергетеродинный приемник-частотомер, содержащий последовательно соединенные усилитель входных сигналов, первый смеситель, первый полосовой фильтр промежуточной частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый измеритель промежуточной частоты, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, к второму входу смесителя подсоединен выход первого гетеродина, вход которого соединен с первым выходом схемы управления частотой гетеродинов, отличающийся тем, что введены второй гетеродин, вход которого соединен с вторым выходом схемы управления частотой гетеродинов, и последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр промежуточной частоты, второй усилитель промежуточной частоты и второй измеритель промежуточной частоты и схема сравнения кодов, первый и второй входы схемы сравнения подключены к выходам первого и второго измерителей промежуточной частоты соответственно, а ее выход — к третьему входу решающего устройства, второй вход которой подключен к выходу второго измерителя промежуточной частоты, при этом решающее устройство выполнено с возможностью при поступлении на третий вход команды с выхода схемы сравнения, соответствующей приему сигнала в основной полосе, вычислить код частоты принимаемого сигнала в основной полосе приема по формуле где fг1 — текущий код частоты первого гетеродина, fпч1 — текущий код промежуточной частоты на выходе первого измерителя частоты, а при поступлении на третий вход команды с выхода схемы сравнения, соответствующей приему сигнала в зеркальной полосе, вычислить код частоты принимаемого сигнала в зеркальной полосе приема по формуле частота первого гетеродина выбрана выше частоты второго гетеродина, разнос частот Δfг гетеродинов при их перестройке сохраняется постоянным по величине и знаку, а ширина полосы второго фильтра промежуточной частоты превышает ширину полосы первого полосового фильтра промежуточной частоты на величину 2Δfг.

Супергетеродинный радиоприемник Учебное пособие-Новости-FMUSER FM / TV вещание универсальный поставщик

Date:2014/9/26 10:39:16 Hits:

Введение или учебник об основах, как работает Superhet или супергетеродинного радиоприемника и как это можно использовать в системах радиосвязи.

Superhet радио или дать ему его полное имя приемника супергетеродинного является одним из самых популярных форм приемника, используемых сегодня в различных приложениях от радиовещательных приемников до двухстороннее радио линий связи, а также многих систем мобильной радиосвязи.


Хотя другие формы радиоприемника используются, приемник супергетеродинного является одним из наиболее широко используемых форм. Хотя первоначально разработан в первые дни радио или беспроводной технологии, Superhet или супергетеродинного приемника обеспечивает значительные преимущества во многих областях применения. Естественно основная концепция была разработана с первых дней, и более сложные и изощренные версии используются, но основная концепция остается той же.

Супергетеродин история приемник
Эта форма приемника основан на идее смешения сигналов в нелинейно. Эта идея была впервые заметил, когда удары были обнаружены между двумя сигналами. РА Fessenden был первым, кто заметил это, и он запатентовал идею в 1901.

Однако идея дремала в течение нескольких лет, как большинство приемников состоял из детекторов и настроенных схем. Диод термоионная клапан или вакуумная трубка была изобретена Амвросий Флемингом в 1904, а затем третий сетки был добавлен Ли де Форест. Хотя ранние ламп или трубок были в использовании, они были очень нестабильны, и было трудно получить много полезной производительности от них.

Молодой инженер по имени Эдвин Армстронг начал использовать силу вакуумной трубки или термоэлектронной клапана, изобретая регенеративной приемник вокруг 1910. Это обеспечило значительное увеличение полезной усиления над тем, что ранее достигнуты.

Это было начало Великой войны в 1914, который дал новый импульс разработке радиоприемник. Был требование для чувствительных радиоприемников для различных задач. Первый крупный шаг был сделан французом по имени Люсьен Леви. В то время производительность клапанов был очень беден на частотах выше 100 кГц или около того, и он разработал систему для снижения частоты входного сигнала с использованием системы ударов — сигнал может быть настроен и усиливаются более эффективно при более низкой Частота.

Эдвин Армстронг вышел на первый план снова, развивая Superhet или супергетеродинную приемник, как мы его знаем сегодня с фиксированной частоте промежуточного фильтра частоты и переменной локального генератора. Его идея была разработана в 1918, в самом конце войны, и в результате он не был широко использован.

После войны выяснилось, что подобные приемники были постулируется немцами, но ни один не был на самом деле сделал. В результате, Эдвин Армстронг был приписывают изобретение.

Приемник супергетеродин не использовался изначально, поскольку было сочтено, что многие клапаны в наборе не способствовать обеспечению усиления сигнала, и клапаны были дорогими. Тем не менее, как количество широковещательных станций увеличивается, и селективность стало проблемой, вместе с падением стоимости электронных ламп, использование приемника супергетеродинный начали расти в конце 1920s и в начале 1930s. С тех пор он был широко распространен.

Смешивание и приемник супергетеродинный

Идея приемника супергетеродинного вращается вокруг процессе перемешивания. Здесь РЧ смесители используются для умножения двух сигналов вместе. (Это не то же самое, как смесители, используемые в аудио-парты, где сигналы суммируются). Когда два сигнала перемножаются выход является продуктом мгновенного уровня сигнала на один вход и мгновенный уровень сигнала на другой вход. Установлено, что выход содержит сигналы на другие, чем двух входных частот частот. Новые сигналы видно на частотах, суммы и разности двух входных сигналов, то есть, если два входных частот f1 и f2, то новые сигналы видно на частотах (f1 + f2) и (f1-f2). Возьмем пример, если два сигнала, один на частоте 5 МГц и другой на частоте 6 МГц смешиваются вместе, то новые сигналы на частотах 11 МГц и 1 МГц генерируются.

Концепция приемника супергетеродинного

В супергетеродинный радио, принимаемый сигнал поступает один из входов смесителя. Локально сгенерированный сигнал (сигнал гетеродина) подают в другой. Результатом является то, что новые сигналы генерируются. Они применяются к фиксированной частоте промежуточной частоты (ПЧ) усилителя и фильтра. Любые сигналы, которые преобразуются вниз, а затем попадают в полосы пропускания УПЧ будет усиливаться и передаваться на следующих этапах. Те, что выходят за полосой пропускания ПЧ отвергаются. Тюнинг осуществляется очень просто, изменяя частоту гетеродина. Преимущество этого процесса является то, что очень селективные фиксированные частоты фильтры могут быть использованы и они далеко выполнять любые переменные из них частот. Кроме того, они обычно при более низкой частоте, чем поступающего сигнала и снова это позволяет их производительность будет лучше и менее дорогостоящим.

Чтобы увидеть, как это работает в реальности взять пример двух сигналов, один в 6 МГц и другое в 6.1 МГц. Также возьмите пример IF расположенный в 1 МГц. Если локальный генератор установлен в 5 МГц, то две сигналов, генерируемых в смеситель, в результате падения сигнала 6 МГц в 1 МГц и 11 МГц. Естественно сигнал 11 МГц отвергается, но тот в 1 МГц проходит стадии IF. Сигнал на 6.1 МГц выдает сигнал на 1.1 МГц (и 11.1 МГц), и это выходит за пределы полосы пропускания Если это так единственный сигнал проходит через IF в том, что от сигнала на 6 МГц.

Если частота гетеродина перемещается вверх по 0.1 МГц до 5.1 МГц, то сигнал на 6.1 МГц приведет к сигналу в 1 МГц, и это будет проходить через IF. Сигнал на 6 МГц приведет к сигналу 0.9 МГц на IF и будут отклонены. Таким образом, приемник выступает в качестве переменной частоты фильтра, и настройка выполняется.

Ответы Image
Основная концепция приемника супергетеродинного кажется, хорошо, но есть проблема. Есть два сигнала, которые могут войти в IF. С гетеродина, установленным в 5 МГц и, если оно уже было видно, что сигнал на 6 МГц смешивается с гетеродином для формирования сигнала на 1 МГц, который будет проходить через фильтр ПЧ. Однако, если сигнал на 4 МГц поступает в смеситель она производит два продукта микса, а именно одну на суммарной частоте, которая 10 МГц, в то время как разница частоты появляется в 1 МГц. Это окажется проблемой, потому что это вполне возможно в течение двух сигналов на совершенно разных частотах, чтобы войти в IF. Нежелательных частот называется изображением. К счастью, можно поместить контура перед смесителем, чтобы предотвратить сигнал поступающих в смеситель, или более правильно уменьшить ее уровень до приемлемой величины.

К счастью, в этом колебательный контур не должны быть очень резкими. Она не требует, чтобы отклонить сигналы на соседних каналов, но вместо этого он должен отвергнуть сигналы на частоте изображения. Они будут отделены от полезного канала с частотой, равной удвоенной ПЧ. Другими словами с ПЧ на 1 МГц, изображение будет 2 МГц от разыскиваемого частоты.

В то время как радиосвязь передовые технологии чрезвычайно с момента первой высадки приемника супергетеродинного радио, это все еще очень широко используется для многих приложений радиосвязи.


Оставить сообщение 

Список сообщений

Принципы теории » Заметки по электронике

Супергетеродинный радиоприемник использует принцип нелинейного смешения или умножения в качестве ключа к теории своей работы.


Учебное пособие по Superhet Radio Включает:
Superhet Radio Теория супергетеродинамики Изображение ответа Блок-схема / общий приемник Эволюция дизайна Двойной и мультиконверсионный супергетеродин Характеристики
См. также:   Типы радио


Основные принципы и теория супергетеродинного радио относительно просты и понятны.

Ключевым методом, использованным при разработке теории супергетеродинного приемника, является микширование. Это не аналоговое микширование, используемое в аудиоаддитивных микшерах, а нелинейное микширование или умножение частот, которое позволяет изменять или переводить частоты.

Поскольку многие радиостанции используются для приема радиопередач, а также для двусторонней радиосвязи, использующей этот принцип, полезно иметь базовое понимание, чтобы эти радиостанции можно было использовать наилучшим образом, или можно было разработать схему радиочастоты для обеспечения оптимальных характеристик.

Супергетеродинный приемник используется во многих элементах оборудования для профессиональных радиоприложений.
Изображение предоставлено Icom UK

Базовая теория супергетеродинного приемника

Супергетеродинный приемник работает, принимая сигнал на входящей частоте, смешивая его с локально генерируемым сигналом переменной частоты, чтобы преобразовать его до частоты, на которой он может пройти через высокоэффективный фильтр с фиксированной частотой перед демодуляцией для извлечения требуемой модуляции или сигнал.

Очевидно, необходимо рассмотреть это более подробно, чтобы понять принцип происходящего, но основным процессом в супергетеродинном радио является микширование.

Примечание по ВЧ микшированию/умножению:

РЧ микширование или умножение является ключевым РЧ методом. Используя гетеродин, он позволяет преобразовывать сигналы по частоте, тем самым позволяя преобразовывать сигналы вверх и вниз по частоте.

Подробнее о РЧ микширование/умножение

Как работает супергетеродинный приемник

Чтобы посмотреть, как работает супергетеродинный или супергетеродинный радиоприемник, а также как работает РЧ-схема, необходимо проследить за сигналом, проходящим через него.Таким образом, процессы, которым он подвергается, могут быть рассмотрены более подробно.



Краткое описание радиоприемника Superhet и принципа его работы

Сигнал, улавливаемый антенной, проходит в приемник и поступает в микшер. На микшере есть три сигнальных порта: сигнал, гетеродин и промежуточная частота. Очевидно, сигнал подается на сигнальный порт, который предназначен для приема сигналов более низкого уровня, чем порт гетеродина.

Символ схемы радиочастотного смесителя, показывающий схему преобразования частоты, которая является целью хороших смесителей

Другой локально генерируемый сигнал, часто называемый гетеродином, или гетеродином, подается на другой порт смесителя, и два сигнала смешиваются.

Действие микшера заключается в перемножении мгновенных уровней двух сигналов. Нелинейное действие микшера генерирует сигналы на частотах, равных сумме и разности поступающих сигналов.

Смешивание двух РЧ-сигналов
Генерируются сигналы на сумме и разности частот

Многие микшеры являются так называемыми сбалансированными, и это означает, что два входящих сигнала отсутствуют или, по крайней мере, сильно ослаблены на выходе.

Выходной сигнал микшера передается на так называемые каскады промежуточной частоты или промежуточной частоты, где сигнал усиливается и фильтруется.Любой из преобразованных сигналов, попадающих в полосу пропускания фильтра ПЧ, сможет пройти через фильтр и также будет усилен каскадами усилителя. Любые сигналы, выходящие за пределы полосы пропускания фильтра, будут отклонены.

Настройка приемника осуществляется простым изменением частоты гетеродина. Это изменяет частоту входящего сигнала, для которой сигналы преобразуются с понижением частоты и могут проходить через фильтр.

Часто бывает полезно посмотреть на реальный пример, чтобы проиллюстрировать, как работает процесс.Чтобы увидеть, как это работает в действительности, возьмем в качестве примера два сигнала, один на частоте 1,0 МГц, а другой на частоте 1,1 МГц.

Если фильтр ПЧ отцентрирован на 0,25 МГц, а гетеродин настроен на 0,75 МГц, то два сигнала, генерируемых смесителем в результате сигнала 1,0 МГц, приходятся на частоты 0,25 МГц и 1,75 МГц. Естественно, сигнал 1,75 МГц отбрасывается, а сигнал 0,25 МГц проходит через каскады ПЧ. Сигнал на частоте 1,1 МГц создает сигнал на частоте 0,35 МГц, а другой — на частоте 1,85 МГц. Оба они выходят за пределы полосы пропускания фильтра ПЧ, поэтому единственный сигнал, проходящий через ПЧ, — это сигнал на 1.0 МГц.

Основной принцип работы супергетеродинного радиоприемника
с использованием смесителя для преобразования частоты входящего сигнала

. Если частоту гетеродина поднять на 0,1 МГц до 0,85 МГц, то сигнал на частоте 1,1 МГц даст сигнал на частоте 0,25 МГц. и еще один на 1,95 МГц. В результате сигнал на частоте 1,1 МГц, дающий после микширования сигнал на частоте 0,25 МГц, будет проходить через фильтр. Сигнал на частоте 1,0 МГц приведет к возникновению сигнала на частоте 0,15 МГц на ПЧ и еще одного сигнала на частоте 1,85 МГц, и оба они будут отклонены.Таким образом, приемник действует как фильтр с переменной частотой, а настройка осуществляется путем изменения частоты гетеродина в супергетеродинном или супергетеродинном приемнике.

Преимущество супергетеродинного процесса радиосвязи заключается в том, что можно использовать очень избирательные фильтры с фиксированной частотой, которые значительно превосходят любые фильтры с переменной частотой. Они также обычно имеют более низкую частоту, чем входящий сигнал, и опять же это позволяет повысить их производительность и снизить затраты.

Дополнительные возможности и принципы супергетеродина

В то время как основная теория супергетеродинного радиоприемника сосредоточена вокруг процесса микширования с переменным гетеродином, радио также содержит ряд других схемных блоков. Они обеспечивают дополнительные функции, которые необходимы для всего радио, будь то прием широковещательных передач, двусторонняя радиосвязь или что-то еще.

Добавлен ВЧ-усилитель и настройка для выбора правильного входного сигнала и подавления изображения, а также добавлены демодуляторы в соответствии с тем, какие сигналы необходимо обнаружить приемнику.

Блок-схема базового супергетеродинного приемника

Теория и концепция супергетеродинного радио основываются на идее микширования сигнала в нелинейном умножителе или смесителе для изменения частоты входящей частоты до более низкой промежуточной частоты, где имеется фиксированная усилитель частоты и фильтр. При изменении частоты гетеродина изменяется частота принимаемых сигналов.

Концепция и теория просты, хотя реальная конструкция радиочастотной схемы может быть требовательной, если необходимо получить максимальную производительность.

Другие основные темы радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частоты Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы ВЧ-фильтры РЧ циркулятор Типы радиоприемников Суперхет радио Избирательность приемника Чувствительность приемника Приемник с сильным сигналом Динамический диапазон приемника
    Вернуться в меню тем радио.. .

Основы Superhet » Примечания по электронике

Супергетеродинное радио было одной из самых успешных форм радио, которое до недавнего времени использовалось почти исключительно в качестве предпочтительной топологии проектирования радиочастотных цепей.


Учебное пособие по Superhet Radio Включает:
Superhet Radio Теория супергетеродинамики Изображение ответа Блок-схема / общий приемник Эволюция дизайна Двойной и мультиконверсионный супергетеродин Характеристики
См. также:   Типы радио


Одной из наиболее распространенных форм радиоприемника является супергетеродинный радиоприемник.Практически все вещательные радиоприемники, а также телевизоры, коротковолновые приемники и коммерческие радиоприемники использовали супергетеродинный принцип в качестве основы своей работы.

Изобретенные в 1918 году для преодоления проблем с отсутствием избирательности, супергетеродинные схемы уже почти 100 лет находятся в центре радиокоммуникационных технологий, и лишь недавно на смену им пришли другие топологии.

Несмотря на это, супергетеродинная радиосвязь по-прежнему используется во многих приложениях, а используемые методы проектирования радиочастот все еще применимы во многих приложениях радиосвязи.



Краткое описание радиоприемника Superhet и принципа его работы

Супергетеродинный радиоприемник, несмотря на то, что конструкция радиочастотной схемы более сложна, чем у некоторых других форм радиоприемников, предлагает множество преимуществ с точки зрения производительности, особенно его селективности. Супергетеродинное радио преобразует сигналы в промежуточную частоту с фиксированной частотой, и это позволяет ему более эффективно удалять нежелательные сигналы, чем другие формы, такие как наборы TRF (настроенная радиочастота) или даже регенеративные радиоприемники, которые использовались, в частности, на заре радио.

Радиоприложения и использование Superhet

Супергетеродинное радио было бесспорным предпочтительным методом радиоприемника. Он использовался почти повсеместно. Однако в настоящее время, когда радиоприемники, определяемые программным обеспечением, захватывают супергетеродин, используются менее широко.

Радиоприемники, подобные этой рации, использовали принцип супергетеродина

Супергетеродин использовался во всех формах радиовещания, от домашних радиостанций до раций, телевизоров, тюнеров Hi-Fi и профессиональных радиостанций, спутниковых базовых станций и многого другого.

История радио Superhet

История разработки и технологии проектирования радиочастотных схем супергетеродинного радиоприемника восходит к самым ранним дням радио. Реджинальд Фессенден заметил, что сигналы на соседних длинах волн вместе создают ноту доли. Позже, во время Первой мировой войны, стали осознаваться преимущества использования радиотехнологий, и возникла потребность в селективных радиоприемниках, обеспечивающих достаточное усиление и чувствительность.

Несколько инженеров взялись за решение проблемы: Люсьен Леви во Франции, Вальтер Шоттки в Германии и, наконец, человек, которому приписывают супергетеродинную технику, Эдвин Армстронг, построивший первый работающий супергетеродинный радиоприемник.

Заметка об истории супергетеродинного радио:

Супергетеродинное радио было изобретено в эпоху, когда радиотехнологии были очень примитивными, а характеристики радиоприемника не соответствовали тому, что сегодня мы считаем само собой разумеющимся. Супергетеродинный радиоприемник, или, если дать ему полное название, сверхзвуковой гетеродинный беспроводной приемник, представлял собой большой шаг вперед в производительности, но первоначально он не получил широкого распространения, отчасти потому, что был изобретен в конце Первой мировой войны, а во-вторых, потому, что в нем использовалось много клапанов / трубок, и в то время они были очень дорогими.

Узнайте больше об увлекательной истории изобретения супергетеродинного радиоприемника .

Ключевые технологии и методы супергетеродинного приемника

В приемнике используется несколько методов и технологий.

  • Общая теория:  Основная концепция и ВЧ-дизайн супергетеродинного радиоприемника включают процесс микширования. Это позволяет преобразовывать сигналы с одной частоты на другую.Входную частоту часто называют РЧ-входом, в то время как локально генерируемый сигнал генератора называют гетеродином, а выходную частоту называют промежуточной частотой, поскольку она находится между РЧ и звуковыми частотами.

    Блок-схема базового супергетеродинного приемника

    В смесителе мгновенная амплитуда двух входных сигналов (f 1 и f 2 ) умножается, в результате чего на выходе получаются сигналы с частотами (f 1 + f 2 ) и (ф 1 — ф 2 ).Это позволяет преобразовывать входящую частоту в фиксированную частоту, где ее можно эффективно отфильтровать. Изменение частоты гетеродина позволяет настроить приемник на разные частоты.


  • Ответ изображения:  Одной из ключевых проблем суперсетевого радио является ответ изображения. Сигналы на двух разных частотах могут поступать на каскады промежуточных частот.Настройка RF удаляет одно и принимает другое.

    Когда присутствуют сигналы изображения, они могут вызывать нежелательные помехи, маскируя полезные сигналы, если они оба появляются в одном и том же месте в пределах участка промежуточной частоты. Часто в недорогих радиоприемниках гармоники гетеродина могут отслеживаться на разных частотах, что приводит к изменению гетеродинов при настройке приемника. Хорошее подавление изображения является одним из ключей к высокопроизводительному радиоприемнику.


  • Блок-схема:   На общей блок-схеме супергетеродинного приемника показаны основные блоки, которые можно использовать в приемнике.Базовая блок-схема супергетеродинного приемника позволяет понять общую работу радио.

    В более сложных радиомодулях к базовой блок-схеме добавляются дополнительные блоки. Могут быть дополнительные блоки для дополнительных демодуляторов или могут быть дополнительные блоки схемы внутри гетеродина, в зависимости от требуемого уровня детализации. В дополнение к этому некоторые супергетеродинные радиостанции могут иметь два или более преобразователя, чтобы обеспечить улучшенную производительность во многих отношениях.


  • Двойное преобразование:  Для улучшения элементов производительности, включая отклонение изображения, можно использовать два или даже три преобразования.

Радиолюбительский трансивер, использующий принцип супергетеродина

Преимущества супергетеродинного приемника

Супергетеродинное радио имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами радио.

Его гибкость и возможности означают, что он был адаптирован для очень многих применений, таких как прием вещания, использование в качестве тестового приемника для тестирования EMI / EMC, двусторонней радиосвязи, приема для научных приложений, приема спутникового сигнала и многих других.

Очень простая схема супергетеродинного радиоприемника

Благодаря своим преимуществам супергетеродинный приемник остается одним из передовых методов, используемых в радиотехнологиях.

Хотя сегодня на первый план все чаще выходят другие технологии, тем не менее супергетеродинный приемник по-прежнему очень широко используется ввиду тех преимуществ, которые он может предложить.

Некоторые из ключевых преимуществ, предлагаемых супергетеродинным приемником, включают:

  • Хорошая избирательность по соседнему каналу:  Одним из основных преимуществ супергетеродинного приемника является обеспечиваемая им избирательность по соседнему или близкому каналу.Используя фильтры с фиксированной частотой, он может обеспечить превосходное подавление соседних каналов.

    При использовании промежуточного каскада с фиксированной частотой можно использовать фильтры с фиксированной частотой. Поскольку они имеют фиксированную частоту, их производительность одинакова при любой частоте входящего сигнала. Проектирование ВЧ-схемы для фильтров с фиксированной частотой не только намного проще, но и обеспечивает постоянную производительность. Это также позволяет разрабатывать фильтры с очень высокими характеристиками, что было бы невозможно, если бы они были переменными по частоте.

  • Возможность приема в нескольких режимах:   Ввиду своей топологии это суперсетевое радио может включать различные типы демодуляторов, которые можно легко выбрать в соответствии с требованиями.

    Добавление возможности для новой формы модуляции просто означает, что к концу усилителя промежуточной частоты добавляется еще один демодулятор. Обычно используемые режимы включают AM, FM, SSB, Morse/CW и различные режимы передачи данных с использованием форм фазовой манипуляции или квадратурной амплитудной модуляции.Во время проектирования радиочастотной схемы для приемника может быть добавлена ​​новая форма модулятора, и их можно переключать или выбирать по мере необходимости.

  • Возможность приема очень высокочастотных сигналов:   Тот факт, что супергетеродинный приемник использует технологию микширования, означает, что большая часть обработки приемника выполняется на более низких частотах, что позволяет принимать сигналы чрезвычайно высокой частоты.

    Если нужны сигналы на УКВ, УВЧ или где-то еще, то можно преобразовать сигнал до нужной промежуточной частоты в несколько этапов.Конструкция РЧ-схемы допускает добавление дополнительных преобразований, и, соответственно, супергетеродинный радиоприемник можно использовать для многих приложений двусторонней радиосвязи на всех частотах, а также для приема радиопередач и т. д.

  • Хорошая чувствительность:   По сравнению с некоторыми другими формами радиоприемников, супергетеродинный формат позволяет достичь хорошего уровня чувствительности. Хотя в наши дни другие форматы обеспечивают эквивалентные уровни чувствительности, на заре беспроводной связи суперсет был намного впереди других, таких как TRF и т. д.

Эти и многие другие преимущества означают, что супергетеродинный приемник использовался с первых дней существования радио и, вероятно, останется таковым еще много лет.

Другие основные темы радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частоты Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы ВЧ-фильтры РЧ циркулятор Типы радиоприемников Суперхет радио Избирательность приемника Чувствительность приемника Приемник с сильным сигналом Динамический диапазон приемника
    Вернуться в меню тем радио.. .

Поставщики и ресурсы RF Wireless

О компании RF Wireless World

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➤
Также см. 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.


Изделия для беспроводных радиочастот

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 интерференции и типы интерференции: В этой статье рассматриваются интерференция по соседнему каналу, 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 справочник 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


Руководства 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:
Учебное пособие 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 учебном пособии 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.➤Читать дальше.


Радиочастотные технологии

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 радиочастотного трансивера ➤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 >>
➤Учебное пособие 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. СМ. УКАЗАТЕЛЬ ИСТОЧНИКОВ >>
➤ Код VHDL декодера от 3 до 8 ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR коды лабораторного просмотра триггеров


*Общая медицинская информация*

Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙ ПЯТЬ
1. РУКИ: чаще мойте их
2. ЛОКОТЬ: Кашляй в него
3. ЛИЦО: Не трогай
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 1 метра друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: заболели? 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-19, поскольку 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



Различные типы датчиков


Поделиться этой страницей

Перевести эту страницу

Супергетеродинная концепция и прием

Первые телевизионные приемники были разработаны для приема передач BBC с передатчика Хрустального дворца в Лондоне.Между прочим, это было полностью электронное телевидение с 405 строками, которое те, кто его видел, тогда считали HDTV. Поскольку во всем Соединенном Королевстве был только один передатчик, практичными были очень простые приемники. Эта простая топология приемника побудила домашних строителей сделать это самостоятельно, и многие так и сделали.

Все более поздние телевизионные приемники были супергетеродинного типа. На самом деле, все радиоприемники, телевизионные приемники, наземные и спутниковые, а также все радары используют этот супергетеродинный принцип, изобретенный в 1916 году Эдвином Говардом Армстронгом, когда он служил в США.С. Армия во Франции. Эта концепция появилась как решение проблемы усиления слабых «беспроводных» сигналов с помощью доступных в то время примитивных триодных электронных ламп. Он надеялся обнаружить приближающийся самолет, услышав импульсный шум систем зажигания; это потребовало бы большой чувствительности перед детекторной трубкой. Лампы в те дни плохо подходили для усиления высокочастотных сигналов, поэтому Армстронг рассуждал: «Почему бы не гетеродинировать высокочастотный сигнал на гораздо более низкую частоту, где его можно было бы эффективно усилить настолько, насколько хотелось бы?»

Это основная концепция всех супергетеродинных приемников.

Идея могла бы сработать, если бы прошло больше времени, но Первая мировая война закончилась слишком рано. Майор Армстронг вернулся домой и изобрел супергетеродинный радиоприемник, а также изобрел суперрегенеративный детектор (схема бесконтактного взрывателя, использовавшаяся во время Второй мировой войны), а в 1933 году — широкополосное радиовещание с частотной модуляцией.

Его FM-передающая вышка все еще используется в Альпайне, штат Нью-Джерси, на вершине палисадов Джерси. После 11 сентября телестанции работали с этой исторической башни, чтобы обслуживать район Нью-Йорка.

Сегодня мы не используем электронные лампы в приемниках, но все радио- и телеприемники используют принцип супергетеродинного приемника Армстронга. Сильные и слабые стороны этого изобретения важны для будущего наземного телевизионного вещания, поэтому, пожалуйста, читайте дальше; Вы можете быстро стать экспертом по супергетеродинным приемникам и удивить своего босса.

ОБЗОР ПОМЕХ

В этой колонке много говорилось об искажении сигнала, особенно IM3 (интермодуляционное искажение третьего порядка).Это связано с тем, что искажения третьего порядка являются причиной большинства помех между сигналами; это присуще и всегда плохо в усилительных устройствах. Но есть очень полезный порядок — искажение второго порядка — который также присущ активным устройствам, и без него у нас не было бы ни радио, ни телевидения.

Искажение второго порядка производит сумму и разность частот пар частот, присутствующих на входе. Назовем частоту сигнала Fs, а частоту гетеродина (LO) будем использовать Fo.Искажение второго порядка дает две новые частоты: Fo + Fs и LO — Fs.

Разностная частота обычно является полезным компонентом на выходе смесителя частоты. Вы можете задаться вопросом, как слабый радиосигнал может создавать какие-либо искажения? В одиночку не может. Гораздо более мощная мощность от гетеродина приводит к нелинейности смесителя и заставляет его генерировать суммарную и разностную частоты. Несущая сигнала и ее боковые полосы смещаются по частоте, но никаким другим образом не изменяются микшером.Процесс преобразования частоты не влияет на модуляцию сигнала.

Супергетеродинные приемники Армстронга были революционными в 1923 году. Они были настолько чувствительными, что их можно было использовать с рамочной антенной вместо обычной антенны с длинным проводом, необходимой для TRF и регенеративных приемников. Единственными доступными лампами были триоды, и они могли усиливать только сигналы намного ниже частот радиовещания. Ранние супергетры использовали промежуточную частоту (ПЧ) от 30 кГц до 90 кГц.И в этом кроется проблема.

Предположим, что приемник был настроен на 800 кГц путем настройки гетеродина на 845 кГц. Полезный выход микшера был на частоте 45 кГц, и он был усилен каскадом настроенных усилителей ПЧ.

Но увы, а если бы была вторая станция на 890 кГц? Это также было бы гетеродинировано на ПЧ, и это тоже было бы слышно. Единственный способ обойти это — обеспечить радиочастотную избирательность перед микшером. Радиочастотный фильтр будет настроен на полезный сигнал, и, таким образом, нежелательный сигнал будет ослаблен.

Чем выше ПЧ, тем больше затухание нежелательного сигнала. Но до тех пор, пока не были введены пентодные усилители, частота ПЧ выше 90 кГц была нецелесообразна. Эта форма интерференции была названа «визуальной реакцией». Это, естественно, вызывает много путаницы в мире телевидения, но это имя все еще используется.

ДОБАВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Переходя от радио к телевидению, первые телевизионные приемники RCA до Второй мировой войны были супергетеродинами с ПЧ 12.75 МГц. Звуковая ПЧ была 8,25 МГц.

Для телевизионного вещания использовались частоты от 44 до 90 МГц.

Несущая изображения располагалась на 1,25 МГц выше нижнего края канала, звуковая несущая — на 0,25 МГц выше верхнего края канала, а ширина каждого канала составляла 6 МГц. Самая низкая несущая частота изображения составляла 45,25 МГц. ПЧ изображения была 12,75 МГц, поэтому гетеродин был настроен на 58 МГц. Такие приемники были уязвимы к помехам изображения от сигнала на частоте 58 + 12,75 МГц = 71,00 МГц (тогда не было телеканалов между 72 и 78 МГц).Ушная несущая на частоте 71,75 МГц произвела бы сигнал сразу за пределами полосы пропускания ПЧ на частоте 13,75 МГц, который не достиг бы второго детектора.

После Второй мировой войны и до 1952 года телевизионные приемники использовали более высокую ПЧ около 26 МГц для изображения и опускались на 4,5 МГц ниже для слуховой ПЧ, которая к тому времени использовала частотную модуляцию Армстронга. Это увеличение ПЧ приемника было вызвано введением диапазона высоких ОВЧ от 174 до 216 МГц. Предположим, что прежний IF был сохранен в период после Второй мировой войны.Несущая изображения Канала 7, 175,25 МГц плюс ПЧ изображения 12,75 МГц будет равняться частоте гетеродина 188 МГц. Приемник также отреагировал бы на мешающий сигнал на частоте 188 + 12,75 МГц = 200,75 МГц, но это на канале 11, поэтому помехи возникли бы из-за такой низкой ПЧ. ПЧ приемника пришлось снова поднять. При ПЧ изображения = 25,75 МГц, гетеродин на приемный канал 7 = 201,00 МГц и частота изображения 201,00 + 25,75 = 226,75 МГц, поэтому диапазон высоких УКВ не мог быть расширен.

Когда в 1952 году был открыт диапазон УВЧ, ПЧ приемника пришлось снова увеличить, на этот раз до 45,75 МГц для изображения. Можно показать, что канал 29 будет вызывать помехи изображения для приемников с этой новой ПЧ, поэтому табу УВЧ, n+14 и n+15, были приняты FCC для предотвращения помех ПЧ. FCC не предписывала новую IF, но все производители добровольно приняли ее, чтобы избежать рыночных катастроф.

Вы можете спросить: «Почему в 1952 году они не достигли достаточно высокого IF, как в 1946 году?» Займемся цифрами.

Диапазон УВЧ в 1952 году расширен до 83 канала (884-890 МГц). ПЧ должен быть выше канала 13, например, 230 МГц. Ограничения технологии электронных ламп в то время не позволяли получить достаточно высокую ПЧ, за исключением военных радаров, некоторые из которых имели ПЧ 200 МГц в конце Второй мировой войны.

Даже сегодня стоимость усилителя ПЧ, фиксированная на частоте более 6 МГц и сосредоточенная на частоте около 230 МГц, была бы неприемлемой. Таким образом, Федеральная комиссия по связи США сделала то, что должна была сделать, установив табу на UHF-изображения, которые мы до сих пор знаем как n+14 и n+15.

КОНСТРУКЦИИ С ДВУМЯ ТЮНЕРАМИ

Это приводит нас к тюнерам с двойным преобразованием, таким как Zenith, разработанным для тестирования технологии модуляции 8-VSB DTV. Именно выдающееся подавление помех этого тюнера с двойным преобразованием привело FCC к выводу, что табу UHF не применяются к DTV. Производительность этого тюнера с двойным преобразованием стала основой для факторов планирования DTV, которые позволяют осуществлять вещание DTV на тех свободных каналах в пределах существующего спектра вещания.

Тюнер с двойным преобразованием представляет собой каскад из двух тюнеров с одинарным преобразованием. Первое преобразование частоты приводит к преобразованию полезного сигнала с повышением частоты до первой ПЧ. Первый сигнал ПЧ фильтруется, чтобы исключить частотные помехи изображения. Zenith выбрала для своей первой ПЧ частоту 915 МГц, что выше диапазона вещания УВЧ.

Для настройки 2-го канала (54-60 МГц) первый гетеродин был настроен на 915 + 57 = 969 МГц. Частота изображения будет 969 + 57 = 1884 МГц там, в микроволновом диапазоне.Это было легко отфильтровано фильтром нижних частот на входном порту тюнера из-за разницы 2: 1 в частоте изображения и частоте среза фильтра (800 МГц).

После первого фильтра ПЧ полезный сигнал гетеродинировался на вторую ПЧ приемника 44 МГц вторым гетеродином, работающим на фиксированной частоте 915 + 44 МГц. Большая часть усиления сигнала осуществляется на нижней ПЧ.

Однако, насколько мне известно, ни один производитель телевизоров не использует тюнер с двойным преобразованием, вероятно, из-за стоимости и того факта, что потребность в таком подавлении помех еще не стала очевидной на рынке.

Честно говоря, разработчики тюнеров знают, что выбор первой частоты ПЧ всегда является компромиссом. Он должен быть выше диапазона УВЧ, но какая бы частота не была выбрана, таится опасность, что где-то эта частота используется, но не вещателями, и что нежелательный сигнал пройдет через первый фильтр ПЧ и вызовет помехи.

СНИЖЕНИЕ РАСХОДОВ НА ТЮНЕР

Единственный способ снизить затраты на тюнер – это интегрировать схему. В случае тюнера активные элементы, транзисторы для усиления и диоды для смесителей, легко интегрируются вместе с межсоединениями.Что не может быть интегрировано, так это катушки индуктивности для настроенных схем, поэтому разработчики тюнеров ищут подходы к схемам без катушек индуктивности.

Первым фильтром ПЧ в тюнере Zenith с двойным преобразованием был полосовой фильтр на 915 МГц, реализованный как фильтр поверхностных акустических волн, который можно изготовить в виде ИС на пьезоэлектрической подложке, обычно из ниобата лития. Это двухчиповое решение проблемы тюнера, но рынок требует решения «тюнер-на-чипе» из соображений стоимости. Известны однокристальные решения.

Один из них называется супергетеродином с нулевой ПЧ, также известным как приемник прямого преобразования. Сигналы DTV не могут быть обнаружены простым детектором огибающей; они должны быть обнаружены синхронно. Требуется зафиксировать частоту и фазу гетеродина относительно несущей пилот-сигнала принимаемого сигнала.

Компания Tektronix впервые применила синхронное детектирование телевизионных сигналов в своих знаменитых демодуляторах измерительного класса NTSC в 1973 году. Все приемники DTV имеют схему для создания необходимой несущей, синхронизированной с контрольной несущей, так почему бы не подавать в смеситель локально генерируемую контрольную несущую частоту?

На выходе этого микшера будет основной (демодулированный) сигнал DTV.Его спектр будет простираться от постоянного тока до 5,38 МГц.

А фильтр ПЧ? Нет нужды! Его функция заменена фильтром нижних частот (сглаживающим фильтром), используемым для фильтрации модулирующего сигнала до того, как он достигнет аналого-цифрового преобразователя. Но как насчет сигналов первого соседнего канала без фильтра ПЧ? Что их отклоняет? Во-первых, давайте разберемся с проблемой помех в верхнем соседнем канале.

Контрольная частота этого нежелательного сигнала DTV будет равна 6 МГц в сигнале основной полосы частот.Фильтр нижних частот должен ослабить этот нежелательный пилот-сигнал на частоте 6 МГц и все его боковые полосы, которые простираются до 11,38 МГц.

Нижний соседний канал представляет совсем другую проблему. Его пилот-сигнал на 6 МГц ниже частоты гетеродина, поэтому он появляется на частоте 6 МГц в сигнале основной полосы частот. Фильтр нижних частот должен удалять пилот-сигналы обоих соседних каналов, но боковые полосы сигнала DTV нижнего соседнего канала появятся в спектре демодулированного сигнала и не могут быть удалены.Это критический недостаток топологии прямого преобразования для нашего сигнала DTV 8-VSB, на который обратил мое внимание мой друг, доктор Одед Бендов.

Но зачем волноваться? Для европейского сигнала DVB-T имеется по крайней мере одна микросхема тюнера-на-чипе с прямым преобразованием. Является ли это только вопросом времени, когда кто-то представит микросхему тюнера на кристалле прямого преобразования для использования в Северной Америке? Будет ли это работать?

Да, за исключением случаев, когда в данной местности также используется нижний соседний канал.Будет ли такой тюнер DTV соответствовать требованиям, установленным FCC? Понятия не имею; Я не юрист. Возможно, эта колонка предупредит некоторых людей, которые могут работать над таким тюнером-на-чипе для 8-VSB на основе прямого преобразования.

Есть ли другой способ построить тюнер DTV на микросхеме, который бы устранял помехи изображения? Я верю, что есть! Специальные смесители были построены в виде микроволнового монолитного ИС устройства со схемой смесителя подавления изображения на кристалле. В обычном преобразователе частоты частота гетеродина выше частоты полезного сигнала, поэтому она ниже частоты изображения.

Таким образом, спектр разностных частот на ПЧ инвертирован, т. е. пилот-сигнал находится в верхней части спектра ПЧ, а боковые полосы теперь также инвертированы, поэтому на ПЧ вы получаете сигнал с более низкой боковой полосой плюс смещение пилот-сигнала в частота.

Однако сигнал частоты изображения на выходе смесителя не инвертируется, поэтому должна быть возможность отделить полезный сигнал на ПЧ от помех частоты изображения. ИС, разработанная для нашей системы 8-VSB, могла бы предложить мощное решение по очень низкой цене, стоимость, которая по закону Мура должна уменьшаться на 2:1 за 18 месяцев.

Кто-нибудь работает над тюнером отклонения изображения для 8-VSB? Я надеюсь, что это так. Кто-нибудь работает над тюнером с нулевой ПЧ или прямым преобразованием для 8-VSB? Надеюсь нет.

Что такое блок-схема супергетеродинного приемника? — Первый законкомик

Что такое блок-схема супергетеродинного приемника?

Объяснение блок-схемы супергетеродинного приемника Сигналы поступают в приемник от антенны и подаются на ВЧ-усилитель, где они настраиваются для удаления сигнала изображения, а также для снижения общего уровня нежелательных сигналов на других частотах, которые не требуются.

Что такое супергетеродинный FM-приемник?

Супергетеродинный приемник, часто сокращаемый до супергетеродинного, представляет собой тип радиоприемника, в котором используется микширование частот для преобразования принятого сигнала в фиксированную промежуточную частоту (ПЧ), которую можно более удобно обрабатывать, чем исходную несущую частоту.

Как работает супергетеродинный приемник?

Супергетеродинный приемник работает, принимая сигнал на входящей частоте, смешивая его с локально генерируемым сигналом переменной частоты, чтобы преобразовать его до частоты, на которой он может пройти через высокоэффективный фильтр с фиксированной частотой перед демодуляцией для извлечения требуемой модуляции или сигнал.

Какова основная функция ВЧ каскада супергетеродинного приемника?

ВЧ-усилитель в супергетеродине обеспечивает селективность за счет подавления нежелательных сигналов. Это также помогает различать сигнал частоты изображения и сигнал ПЧ.

Какова роль гетеродина в блок-схеме?

В электронике гетеродин (LO) представляет собой электронный генератор, используемый со смесителем для изменения частоты сигнала. Этот процесс преобразования частоты, также называемый гетеродинированием, производит сумму и разность частот из частоты гетеродина и частоты входного сигнала.

Что такое АМ-передатчик и приемник?

Введение. Передатчик с амплитудной модуляцией (AM) создает электромагнитную несущую волну, амплитуда которой модулируется (изменяется со скоростью звука) и которая проходит через другую к радиоприемнику.

Почему приемник называется супергетеродинным?

Определение: Супергетеродинный приемник работает по принципу гетеродинирования, что означает просто микширование. Эти приемники называются супергетеродинными приемниками, так как частота сигнала, генерируемого гетеродином, больше, чем частота принимаемого сигнала.…

Как работает FM-приемник?

Приемник использует электронные фильтры для отделения полезного сигнала от всех других сигналов, улавливаемых антенной, электронный усилитель для увеличения мощности сигнала для дальнейшей обработки и, наконец, восстанавливает нужную информацию посредством демодуляции. Из радиоволн наиболее популярен FM.

Супергетеродинный приемник — Radartutorial

Супергетеродинный приемник

Полученные РЧ-сигналы должны быть преобразованы в видеосигнал для получения необходимой информации. от эха.Это преобразование осуществляется с помощью супергетеродинный приемник. Основные компоненты типичного супергетеродинного приемника показаны на следующем рисунке:

РФ

ЕСЛИ

Видео

Ло

Рисунок 1: Блок-схема супергетеродина

РФ

ЕСЛИ

Видео

Ло

Рисунок 1: Блок-схема супергетеродина

РФ

ЕСЛИ

Видео

Ло

Рисунок 1: Блок-схема супергетеродина

Супергетеродинный приемник изменяет радиочастоту на более легкую для обработки более низкую ПЧ-частоту.Эта ПЧ-частота будет усиливаться и демодулироваться для получения видеосигнала.

На рисунке показана блок-схема типичного супергетеродинного приемника. Приходит RF-носитель от антенны и применяется к фильтру. На выходе фильтра только частоты желаемой полосы частот. Эти частоты применяются к каскаду микшера. Смеситель также получает сигнал от гетеродина. Эти два сигнала бьются вместе, чтобы получить ПЧ через процесс гетеродинирования.Существует фиксированная разница в частоте между гетеродин и ВЧ-сигнал в любое время путем настройки гетеродина. Эта разница в частоте и есть ПЧ. эта фиксированная разница групповая настройка обеспечивает постоянная ПЧ во всем диапазоне частот приемника. Несущая ПЧ подается на усилитель ПЧ. Затем усиленная ПЧ отправляется на детектор. Выход детектора — видеокомпонент входного сигнала.

Фильтр частоты изображения

Малошумящий каскад ВЧ-усилителя перед каскадом преобразователя обеспечивает достаточную избирательность для снижения частотную характеристику изображения, отклоняя эти нежелательные сигналы и повышая чувствительность приемника.Границы полосы пропускания этого усилителя выбраны так, чтобы исключить частоты изображения.

Многие старые радиолокационные приемники не используют малошумящий предварительный усилитель (ВЧ-каскад) в качестве входного каскада приемника; они просто посылают эхо-сигнал прямо на кристалл стадия миксера. В этом есть какие-то недостатки. Эти приемники могут принимать две разные станции в одной и той же точке шкалы.

Смеситель

этап смесителя используется для уменьшения принимаемой частоты до промежуточной частоты.Смеситель также получает вход от гетеродина. Эти два сигнала бьются вместе, чтобы получить IF через процесс гетеродинирования.

  • ф ПЧ = ф РФ – ф гетеродин
  • ф ПЧ = ф гетеродин – ф ВЧ

Нет компонентов, которые могут отличить отрицательную частоту от положительной частоты. поэтому мы можем измерить только величину частоты: f ЕСЛИ = | f гетеродин – f RF |

Результатом является вторая частота приема в виде «зеркального изображения» вокруг промежуточная частота.

При промежуточной частоте 60 МГц гетеродин будет отслеживать частота на 60 МГц выше, чем входящий сигнал. Например, предположим, что получатель настроен на улавливание сигнала на частоте 1030 МГц. Локальный генератор будет работать на частоте частота 1090 МГц. Принятые сигналы и сигналы гетеродина смешиваются или гетеродинируются. в каскаде преобразователя и одной из частот, возникающих в результате этого действия смешения, является разность между двумя сигналами, или 60 МГц, частота ПЧ.Эта частота ПЧ затем усиливается в каскадах ПЧ и отправляется на детектор и звуковые каскады.

Любой сигнал частотой 60 МГц, появившийся на табличке схемы преобразователя, будет быть приняты усилителем ПЧ и переданы дальше.

Таким образом, на приемнике без ВЧ-усилителя вход преобразователя настроен довольно широко, и некоторые сигналы, отличные от желаемого сигнала, будут поступать на входной разъем каскада преобразователя. Обычно эти другие сигналы смешиваются с сигналом гетеродина и производят частоты. которые находятся за пределами полосы пропускания усилителя ПЧ 60 МГц и будут отклонены.Однако если есть станция, работающая на частоте 1150 МГц, и этот сигнал проходит через достаточно широкую настроенную входную цепь и появляется на входном гнезде каскада преобразователя, он также будет смешиваться с гетеродином и производить частоту 60 МГц (1150 — 1090 = 60). Этот сигнал также будет принят каскад усилителя ПЧ и переданы, таким образом, оба сигнала будут отображаться на экране. Это известно как интерференция частоты изображения .

Фильтр ПЧ

Этот фильтр должен отфильтровывать желаемую промежуточную частоту из частоты смешения, возникающие в каскаде смесителя. Он выполнен в виде одного или нескольких полос пропускания.

Обычно полоса пропускания максимально узкая, что не влияет на реальную энергию сигнала. Когда доступен выбор ширины импульса, например, короткие и длинные импульсы, полоса пропускания должен быть в состоянии согласовать ширину полосы двух разных сигналов.

Усилитель ПЧ

Усилитель ПЧ может изменять полосу пропускания и коэффициент усиления приемника. После преобразования на промежуточную частоту сигнал усиливается в несколько усилителей ПЧ. этапы. Большая часть усиления приемника развивается в каскадах усилителя ПЧ. Общий полоса пропускания приемника часто определяется полосой пропускания каскадов ПЧ. Усиление должно быть переменная для обеспечения постоянного выходного напряжения для входных сигналов различной амплитуды.

Детектор

Конверт

РЧ-частота

Рисунок 2: Скан с экрана осциллографа

Конверт

РЧ-частота

Рисунок 2: Скан с экрана осциллографа

Детектор в микроволновом приемнике служит для преобразования импульсов ПЧ в видеоимпульсы.

Рисунок 3: простой детектор

Рисунок 3: простой детектор

Самый простой вид детектора – диодный детектор.Определяет огибающую импульса:

Конденсатор имеет функцию фильтра нижних частот и блокирует ПЧ-частоту.

В дополнение к показанной амплитудной модуляции возможны и другие типы модуляции.

Видеоусилитель

Видеоусилитель принимает импульсы от детектора и усиливает эти импульсы в течение приложение к показывающему устройству. Видеоусилитель — это, по сути, усилитель с RC-связью. в котором используются транзисторы с высоким коэффициентом усиления.Однако видеоусилитель должен иметь относительно широкая частотная характеристика. Выходной каскад приемника обычно представляет собой эмиттерный повторитель. Выход эмиттерного повторителя с низким импедансом соответствует импедансу кабеля. Видеоимпульсы через кабель подаются на индикатор для отображения видео на ЭЛТ.

Гетеродин

Гетеродин возбуждает частоту для смешивания с поступающим сигналом для получения промежуточная частота.

Большинство радиолокационных приемников используют промежуточную частоту (ПЧ) в мегагерцах со значением между 30 и 75 мегагерц. ПЧ создается путем смешивания сигнала гетеродина с входным сигналом. сигнал. Таким образом, гетеродин необходим для эффективной работы и должен настраиваемый и очень стабильный. Например, если частота гетеродина составляет 3000 мегагерц, изменение частоты на 0,1 процента приведет к сдвигу частоты на 3 мегагерца. Это равно ширине полосы пропускания большинства приемников и значительно уменьшит усиление приемника.

Требуемая выходная мощность для большинства гетеродинов невелика (от 20 до 50 мВт). потому что в большинстве приемников используются кварцевые смесители, которые требуют очень мало энергии.

Выходная частота гетеродина должна быть перестраиваемой в диапазоне нескольких мегагерц в области 4000 мегагерц. Гетеродин должен компенсировать любые изменения в передаваемой частоте и поддерживать постоянную разницу в 30 или 75 мегагерц между генератора и частоты передатчика.Гетеродин, который можно настроить, изменяя приложенное напряжение является наиболее желательным.

Исходящая частота выше или ниже входящей частоты. Ан Каскад ВЧ-усилителя перед каскадом преобразователя обеспечивает достаточную избирательность, чтобы уменьшить частотную характеристику изображения, отклоняя эти нежелательные сигналы и повышая чувствительность приемника.

Супергетеродинный приемник

5-ламповый супергетеродинный приемник, изготовленный в Японии примерно в 1955 году.

В электронике супергетеродинный приемник (иногда сокращенный до супергетеродин ) использует смешение частот или гетеродинирование для преобразования принятого сигнала в фиксированную промежуточную частоту, которую можно более удобно обрабатывать, чем исходную несущую радиочастоту.Практически все современные радио- и телеприемники используют принцип супергетеродина.

История

Двухсекционный переменный конденсатор, используемый в супергетеродинных приемниках.

Слово гетеродин образовано от греческих корней гетеро- «разный» и -дин «сила». Первоначальный гетеродинный метод был впервые применен канадским изобретателем Реджинальдом Фессенденом, [1] , но он не получил широкого распространения, потому что доступные в то время гетеродины были нестабильны по своей частоте. [2] [3]

Принцип супергетеродина был пересмотрен в 1918 году майором армии США Эдвином Армстронгом во Франции во время Первой мировой войны. — усилители частоты в радиопеленгаторной аппаратуре. В отличие от простой радиосвязи, для которой нужно только сделать передаваемые сигналы слышимыми, пеленгаторы измеряют мощность принимаемого сигнала, что требует линейного усиления фактической несущей волны.

В триодном радиочастотном (РЧ) усилителе, если пластина (анод) и сетка подключены к резонансным контурам, настроенным на одну и ту же частоту, паразитная емкостная связь между сеткой и пластиной вызовет колебания усилителя, если усиление сцены намного больше единицы. В ранних конструкциях десятки (в некоторых случаях более 100) триодных каскадов с низким коэффициентом усиления должны были быть соединены каскадом, чтобы сделать работоспособное оборудование, которое потребляло огромное количество энергии в работе и требовало команды инженеров по техническому обслуживанию.Однако стратегическая ценность была настолько высока, что британское адмиралтейство сочло высокую цену оправданной.

Армстронг понял, что если бы приемники RDF могли работать на более высокой частоте, это позволило бы лучше обнаруживать корабли противника. Однако в то время практически не существовало «коротковолнового» (определяемого тогда как любая частота выше 500 кГц) усилителя из-за ограничений существующих триодов.

«Гетеродин» относится к биению или «разностной» частоте, возникающей при подаче на детектор двух или более несущих радиочастот.Этот термин был придуман канадским инженером Реджинальдом Фессенденом, описывающим предложенный им метод получения звукового сигнала из передач азбукой Морзе передатчика типа генератора переменного тока Александерсона. С использовавшимися в то время передатчиками с искровым разрядником сигнал азбуки Морзе состоял из коротких всплесков сильно модулированной несущей волны, которые можно было четко слышать как серию коротких чириканий или гудений в наушниках приемника. Однако сигнал от генератора переменного тока Александерсона не имел такой внутренней модуляции, и азбука Морзе от одного из них была бы слышна только как серия щелчков или ударов.Идея Фессендена заключалась в том, чтобы запустить два генератора переменного тока Александерсона, один из которых производил несущую частоту на 3 кГц выше, чем другой. В детекторе приемника две несущие будут биться вместе, создавая тон 3 кГц, поэтому в наушниках сигналы Морзе будут слышны в виде серии гудков 3 кГц. Для этого он ввел термин «гетеродин», означающий «Созданный разницей» (по частоте).

Позже, когда стали доступны вакуумные триоды, того же результата можно было достичь более удобно, включив в приемник «локальный генератор», который стал известен как «генератор частоты биений» (BFO).Поскольку частота BFO менялась, можно было услышать, что высота тона гетеродина меняется вместе с ней. Если частоты были слишком далеко друг от друга, гетеродин становился ультразвуковым и, следовательно, переставал быть слышимым.

Некоторое время назад было замечено, что если регенеративному приемнику позволить войти в колебание, другие близлежащие приемники внезапно начнут принимать станции на частотах, отличных от тех, на которых эти станции фактически передавались. Армстронг (и другие) в конце концов пришел к выводу, что это было вызвано «сверхзвуковым гетеродином» между несущей частотой станции и частотой генератора.Таким образом, если станция ведет передачу на частоте 300 кГц, а осциллирующий приемник настроен на 400 кГц, станцию ​​можно будет услышать не только на исходных 300 кГц, но и на 100 кГц, и на 700 кГц.

Армстронг понял, что это потенциальное решение проблемы усиления «коротких волн», поскольку частота биений по-прежнему сохраняла свою первоначальную модуляцию, но на более низкой несущей частоте. Например, для контроля частоты 1500 кГц он мог бы настроить генератор, например, на 1 560 кГц, который производил бы гетеродинную разностную частоту 60 кГц, частоту, которую затем можно было бы более удобно усиливать триодами того времени. .Он назвал это «промежуточной частотой», которую часто сокращают до «ПЧ».

В декабре 1919 года майор Э. Х. Армстронг обнародовал непрямой метод получения коротковолнового усиления, названный супергетеродинным. Идея состоит в том, чтобы уменьшить входящую частоту, которая может составлять, скажем, 1 500 000 циклов (200 метров) до некоторой подходящей сверхзвуковой частоты, которую можно эффективно усилить, затем пропустить этот ток через радиочастотный усилитель и, наконец, выпрямить и довести до одного. или два этапа усиления звуковой частоты. [4]

Ранние супергетеродинные приемники использовали ПЧ до 20 кГц, часто на основе собственного резонанса трансформаторов с железным сердечником. Это делало их чрезвычайно восприимчивыми к частотным помехам изображения, но в то время основной целью была чувствительность, а не избирательность. Используя эту технику, можно было изготовить небольшое количество триодов для выполнения работы, для которой раньше требовались десятки триодов.

В 1920-х годах коммерческие фильтры ПЧ выглядели очень похожими на межкаскадные трансформаторы связи 1920-х годов, имели очень похожую конструкцию и были подключены почти идентично, поэтому их называли «трансформаторами ПЧ».Однако к середине 1930-х годов супергетеродины использовали более высокие промежуточные частоты (обычно около 440–470 кГц) с настроенными катушками, аналогичными по конструкции катушкам антенны и генератора. Название «IF Transformer» используется до сих пор. В современных приемниках обычно используется смесь керамического резонатора или резонатора на ПАВ (поверхностно-акустическая волна), а также традиционные трансформаторы ПЧ с настроенной индуктивностью.

Армстронг смог быстро воплотить свои идеи в жизнь, и техника была быстро принята военными.Однако он был менее популярен, когда в 1920-х годах началось коммерческое радиовещание, в основном из-за необходимости в дополнительной лампе (для генератора), как правило, более высокой стоимости приемника и уровня технических навыков, необходимых для его эксплуатации. Для первых бытовых радиоприемников настроенные радиочастотные приемники («TRF»), также называемые Neutrodyne, были более популярны, потому что они были дешевле, проще в использовании для нетехнических владельцев и менее затратны в эксплуатации. В конце концов Армстронг продал свой патент на супергетеродин компании Westinghouse, которая затем продала его RCA, последняя монополизировала рынок супергетеродинных приемников до 1930 года. [5]

К 1930-м годам усовершенствования в технологии электронных ламп быстро подорвали ценовые преимущества приемника TRF, а резкое увеличение числа радиовещательных станций создало спрос на более дешевые приемники с более высокими характеристиками.

Разработка вакуумной трубки-тетрода, содержащей сетку экрана, привела к созданию многоэлементной трубки, в которой можно было совмещать функции смесителя и генератора, впервые использованной в так называемом автодинном смесителе. За этим вскоре последовало появление ламп, специально разработанных для работы в супергетеродине, в первую очередь пентагридного преобразователя.За счет уменьшения количества трубок это еще больше уменьшило преимущество предыдущих конструкций приемников.

К середине 1930-х годов коммерческое производство приемников TRF было в значительной степени заменено супергетеродинными приемниками. В конечном итоге принцип супергетеродина был использован практически во всех коммерческих радио- и телевизионных проектах.

Конструкция и принцип действия

Принцип работы супергетеродинного приемника зависит от использования гетеродинирования или смешения частот. Сигнал от антенны достаточно фильтруется, по крайней мере, для подавления частоты изображения (см. ниже) и, возможно, усиливается.Гетеродин в приемнике создает синусоидальную волну, которая смешивается с этим сигналом, сдвигая его на определенную промежуточную частоту (ПЧ), обычно более низкую частоту. Сам сигнал ПЧ фильтруется, усиливается и, возможно, обрабатывается дополнительными способами. Демодулятор использует сигнал ПЧ, а не исходную радиочастоту, чтобы воссоздать копию исходной модуляции (например, аудио).

Блок-схема типичного супергетеродинного приемника.

На схеме справа показаны минимальные требования к конструкции супергетеродинного приемника с одним преобразованием.Следующие основные элементы являются общими для всех супергетеродинных схем: [6] приемная антенна, настраиваемый каскад, который может дополнительно содержать усиление (ВЧ-усилитель), гетеродин с регулируемой частотой, смеситель частот, полосовой фильтр и промежуточную частоту. (ПЧ) усилитель и демодулятор, а также дополнительные схемы для усиления или обработки исходного аудиосигнала (или другой передаваемой информации).

Описание схемы

Для приема радиосигнала требуется подходящая антенна.Он часто встроен в приемник, особенно в случае радиостанций AM-диапазона. Выход антенны может быть очень маленьким, часто всего несколько микровольт. Сигнал от антенны настраивается и может быть усилен в так называемом радиочастотном (РЧ) усилителе, хотя этот этап часто опускается. Одна или несколько настроенных цепей на этом этапе блокируют частоты, которые сильно удалены от предполагаемой частоты приема. Чтобы настроить приемник на определенную станцию, частота гетеродина регулируется ручкой настройки (например).Для настройки гетеродина и ВЧ-каскада можно использовать переменный конденсатор или варикап. [7] Настройка одной (или нескольких) настроенных цепей в ВЧ каскаде должна соответствовать настройке гетеродина.

Ступень миксера

Затем сигнал подается в схему, где он смешивается с синусоидой от генератора переменной частоты, известного как гетеродин (LO). В микшере используется нелинейный компонент для создания сигналов суммированных и разностных частот биений, [8] , каждый из которых содержит модуляцию, содержащуюся в полезном сигнале.Вывод смесителя может включать в себя исходный RF-сигнал на F 4 D , местный сигнал осциллятора на F LO , а две новые частоты F D + f LO и f d f LO . Смеситель может непреднамеренно создавать дополнительные частоты, такие как продукты интермодуляции 3-го и более высокого порядка.Нежелательные сигналы удаляются полосовым фильтром ПЧ, оставляя только желаемый смещенный сигнал ПЧ на f IF , который содержит исходную модуляцию (передаваемую информацию), как и принятый радиосигнал на f d .

Исторически сложилось так, что вещательные AM-приемники, использующие электронные лампы, позволяли экономить средства за счет использования одной лампы в качестве смесителя, а также в качестве гетеродина. Лампа пятигранного преобразователя [9] будет генерировать колебания, а также обеспечивать усиление сигнала и сдвиг частоты.

Ступень промежуточной частоты

Каскады усилителя промежуточной частоты настроены на определенную частоту, не зависящую от частоты приема; это значительно упрощает оптимизацию схемы. [6] Усилитель ПЧ (или полоса ПЧ ) может быть сделан высокоселективным относительно его центральной частоты f ПЧ , тогда как достижение такой избирательности на гораздо более высокой частоте РЧ было бы намного сложнее.Настраивая частоту локального осциллятора F Lo , полученная разница F Lo F F D (или F D F Lo При использовании так называемых инъекций с низкой стороной ) будет соответствовать частоту усилителя F F , если для желаемой частоты приема F D .Один раздел конденсатора тюнинга будет регулировать частоту местный генератор F LO F F D D + F IF (или. Реже, до F d f IF ), а ВЧ каскад настроен на f d . Разработка многосекционных подстроечных конденсаторов (или варакторов) и катушек для выполнения этого условия во всем диапазоне перестройки известна как отслеживание .

Другие сигналы, создаваемые микшером (например, от станций на соседних частотах), могут быть очень хорошо отфильтрованы на каскаде ПЧ, что обеспечивает превосходные характеристики супергетеродинного приемника. Однако, если F LO установлен на F D + F , если , то входящий радиосигнал на F Lo + F IF будет также производить гетеродин at f IF ; это называется частотой изображения и должно быть отклонено настроенными цепями в каскаде RF.Частота изображения 2 F , если выше (или ниже), чем F D , так что используют более высокий, если частота F F , если увеличивает приемник изображение изображения без требующие дополнительной селективности в РЧ-стадии.

Обычно промежуточная частота ниже частоты приема f d , но в некоторых современных приемниках (напр.сканеры и анализаторы спектра) удобнее сначала преобразовать всю полосу на гораздо более высокую промежуточную частоту; это устраняет проблему отклонения изображения . Затем настраиваемый гетеродин и смеситель преобразуют этот сигнал во вторую гораздо более низкую промежуточную частоту, где достигается селективность приемника. Во избежание помех приемникам лицензирующие органы будут избегать присвоения передающим станциям общих частот ПЧ. Используемые стандартные промежуточные частоты: 455 кГц для средневолнового AM-радио, [10] 10.7 МГц для широковещательных FM-приемников, 38,9 МГц (Европа) или 45 МГц (США) для телевидения и 70 МГц для спутникового и наземного микроволнового оборудования.

В ранних супергетеростатах стадия ПЧ часто была регенеративной стадией, обеспечивающей чувствительность и селективность с меньшим количеством компонентов. Такие супергейнеры получили название супергейнеров или регенеродинов. [ ссылка необходима ]

Полосовой фильтр

Каскад ПЧ включает в себя фильтр и/или несколько настроенных цепей для достижения желаемой селективности.Следовательно, эта фильтрация должна иметь полосу пропускания, равную или меньшую частотного интервала между соседними широковещательными каналами. В идеале фильтр должен иметь высокое затухание по отношению к соседним каналам, но поддерживать ровную характеристику по всему спектру полезного сигнала, чтобы сохранить качество принимаемого сигнала. Этого можно добиться, используя один или несколько трансформаторов ПЧ с двойной настройкой или многополюсный керамический кристаллический фильтр. [11]

Демодуляция

Принятый сигнал теперь обрабатывается стадией демодулятора, где аудиосигнал (или другой сигнал основной полосы частот) восстанавливается, а затем дополнительно усиливается.Демодуляция AM требует простого выпрямления радиочастотного сигнала (так называемое обнаружение огибающей) и простого RC-фильтра нижних частот для удаления остатков промежуточной частоты. [12] ЧМ-сигналы могут быть обнаружены с помощью дискриминатора, детектора отношений или контура фазовой автоподстройки частоты. Для сигналов непрерывной волны (код Морзе) и сигналов с одной боковой полосой требуется детектор продукта с использованием так называемого генератора частоты биений, и существуют другие методы, используемые для различных типов модуляции. [13] Полученный аудиосигнал (например) затем усиливается и подается на громкоговоритель.

Когда используется так называемая инжекция на стороне высокого напряжения , где гетеродин находится на более высокой частоте, чем принимаемый сигнал (как это обычно бывает), тогда частотный спектр исходного сигнала будет инвертирован. Это должно учитываться демодулятором (и при фильтрации ПЧ) в случае определенных типов модуляции, таких как однополосная.

Передовой дизайн

Для преодоления препятствий, таких как отклик изображения, используется несколько ступеней ПЧ, а в некоторых случаях используется несколько ступеней с двумя ПЧ разных значений.Например, внешний интерфейс может быть чувствителен к частоте 1–30 МГц, первая половина радиочастоты — к 5 МГц, а вторая половина — к 50 кГц. Будут использоваться два преобразователя частоты, а радио будет представлять собой супергетеродин с двойным преобразованием ; [6] Типичным примером является телевизионный приемник, в котором звуковая информация получается на втором этапе преобразования промежуточной частоты. Приемники, которые настраиваются в широкой полосе частот (например, сканеры), могут использовать промежуточную частоту выше, чем сигнал, чтобы улучшить подавление изображения. [14]

Другое использование

В случае с современными телевизионными приемниками никакая другая технология не могла обеспечить точную характеристику полосы пропускания, необходимую для приема рудиментарной боковой полосы, подобно той, которая используется в системе NTSC, одобренной Федеральной комиссией по связи США (FCC) в 1953 г., [15]. ] и система PAL, одобренная BBC в 1957 году. электромеханические фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ).Изготовленные методом прецизионного лазерного фрезерования, фильтры на ПАВ дешевле в производстве, могут быть изготовлены с очень жесткими допусками и стабильны в работе. Чтобы избежать затрат на инструменты, связанные с этими компонентами, большинство производителей затем стремились проектировать свои приемники с учетом предлагаемого фиксированного диапазона частот, что привело к фактической стандартизации промежуточных частот.

Современный дизайн

Микропроцессорная технология позволяет заменить конструкцию супергетеродинного приемника архитектурой программно определяемой радиосвязи, в которой обработка ПЧ после начального фильтра ПЧ реализована программно.Этот метод уже используется в некоторых конструкциях, таких как очень недорогие FM-радиоприемники, встроенные в мобильные телефоны, поскольку в системе уже есть необходимый микропроцессор.

Радиопередатчики могут также использовать смеситель для получения выходной частоты, работая в большей или меньшей степени как обратная сторона супергетеродинного приемника.

Преимущества и недостатки конструкции супергетеродина

Супергетеродинные приемники

по существу заменили все предыдущие конструкции приемников.Развитие современной полупроводниковой электроники свело на нет преимущества конструкций (таких как регенеративный приемник), в которых использовалось меньше электронных ламп. Супергетеродинный приемник обеспечивает превосходную чувствительность, стабильность частоты и селективность. По сравнению с конструкцией настраиваемого радиочастотного приемника (TRF) супергетеродины обеспечивают лучшую стабильность, поскольку настраиваемый генератор легче реализовать, чем настраиваемый усилитель. Работая на более низкой частоте, фильтры ПЧ могут давать более узкую полосу пропускания при той же добротности, что и эквивалентный ВЧ-фильтр.Фиксированная ПЧ также позволяет использовать кварцевый фильтр [6] или аналогичные технологии, которые нельзя настроить. Регенеративные и сверхрегенеративные приемники обладают высокой чувствительностью, но часто имеют проблемы со стабильностью, что затрудняет их эксплуатацию.

Хотя преимущества конструкции супергетеростата огромны, мы отмечаем несколько недостатков, которые необходимо устранить на практике.

Частота изображения (

f изображение )

Одним из основных недостатков супергетеродинного приемника является проблема частоты изображения.В гетеродинных приемниках частота изображения представляет собой нежелательную входную частоту, равную частоте станции плюс удвоенная промежуточная частота. Частота изображения приводит к тому, что две станции принимаются одновременно, что создает помехи. Частоты изображения могут быть устранены за счет достаточного ослабления входящего сигнала фильтром ВЧ-усилителя супергетеродинного приемника.

Например, вещательная АМ-станция на частоте 580 кГц настроена на приемник с ПЧ на 455 кГц.Гетеродин настроен на 580+455 = 1035 кГц. Но сигнал с частотой 580+455+455=1490 кГц также находится на расстоянии 455 кГц от гетеродина; поэтому и полезный сигнал, и изображение при смешивании с гетеродином тоже будут появляться на промежуточной частоте. Эта частота изображения находится в диапазоне AM-вещания. Практические приемники имеют каскад настройки перед преобразователем, чтобы значительно уменьшить амплитуду сигналов частоты изображения; кроме того, радиовещательным станциям в том же районе назначены частоты, чтобы избежать таких изображений.

Ранние приемники Autodyne

обычно использовали ПЧ только 150 кГц или около того, так как было трудно поддерживать надежную генерацию при использовании более высоких частот. Как следствие, большинству приемников Autodyne требовались довольно сложные схемы настройки антенн, часто с использованием катушек с двойной настройкой, чтобы избежать помех изображения. В более поздних супергетеростатах использовались лампы, специально разработанные для генераторов/микшеров, которые могли надежно работать с гораздо более высокими ПЧ, уменьшая проблему интерференции изображения и, таким образом, позволяя использовать более простую и дешевую схему настройки антенны.

Нежелательная частота называется изображением желаемой частоты, потому что это «зеркальное отражение» желаемой частоты. Приемник с неадекватной фильтрацией на входе будет улавливать сигналы одновременно на двух разных частотах: желаемой частоте и частоте изображения. Любой шум или случайная радиостанция на частоте изображения могут мешать приему полезного сигнала.

Чувствительность к частоте изображения может быть минимизирована только (1) фильтром, который предшествует смесителю, или (2) более сложной схемой смесителя [1], которая подавляет изображение.В большинстве приемников это достигается полосовым фильтром во входном ВЧ-интерфейсе. Во многих настраиваемых приемниках полосовой фильтр настраивается совместно с гетеродином.

Подавление изображения является важным фактором при выборе промежуточной частоты приемника. Чем дальше друг от друга полосовая частота и частота изображения, тем больше полосовой фильтр будет ослаблять любой мешающий сигнал изображения. Поскольку частотное разделение между полосой пропускания и частотой изображения равно , более высокая промежуточная частота улучшает подавление изображения.

Способность приемника подавлять мешающие сигналы на частоте изображения измеряется коэффициентом подавления изображения. Это отношение (в децибелах) выхода приемника из сигнала на принятой частоте к его выходу для сигнала равной силы на частоте изображения.

Излучение гетеродина

Трудно удержать паразитное излучение от гетеродина ниже уровня, который может обнаружить ближайший приемник. Гетеродин приемника может работать как миниатюрный передатчик CW.Это означает, что возможны взаимные помехи при работе двух и более супергетеродинных приемников, находящихся в непосредственной близости друг от друга. В шпионаже излучение генератора дает средство для обнаружения скрытого приемника и его рабочей частоты, а в Соединенном Королевстве используется для определения того, используется ли телевизионный приемник без телевизионной лицензии. Одним из эффективных способов предотвращения излучения сигнала гетеродина от антенны приемника является добавление экранированного и развязанного по источнику питания каскада ВЧ-усилителя между антенной приемника и каскадом смесителя.

Шум боковой полосы гетеродина

Гетеродины обычно генерируют одночастотный сигнал с незначительной амплитудной модуляцией, но с некоторой случайной фазовой модуляцией. Любая из этих примесей распространяет часть энергии сигнала на боковые частоты. Это вызывает соответствующее расширение частотной характеристики приемника, что противоречит цели создания приемника с очень узкой полосой пропускания, например, для приема низкоскоростных цифровых сигналов. Необходимо позаботиться о том, чтобы свести к минимуму фазовый шум генератора, обычно гарантируя, что генератор никогда не переходит в нелинейный режим. Монохромный и цветной телевизор стр. 452 и далее . New Age International, 2007 г. http://books.google.co.uk/books?id=dRGMkQKNjccC&pg=PA458&lpg=PA458&dq=television+tunable+i.

0 comments on “Как работает супергетеродинный приемник: Супергетеродинный приемник принцип работы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.