AM radyo yalnızca istenen frekansı nasıl filtreler?

Havadaki elektromanyetik dalgaların antende alternatif bir akım indüklediğini anlıyorum. Ayrıca, istenen frekansı elde etmek için sinyali filtrelediğinizde, sinyalin zarfını nasıl alabileceğinizi ve bir hoparlörü nasıl kullanabileceğinizi de anlıyorum.

Anlamadığım şey, radyonun antenden sinyal aldığı ve sadece istenen frekansı filtrelediği ortadaki bit. Sadece tek bir frekansı önemseyen çok basit bir radyo olduğunu varsayalım. Bunun elektronikte nasıl çalıştığını ve ayrı örneklenmiş verilere dayalı yazılımlara bir radyo yazmaya çalışsaydınız bunun nasıl çalıştığını açıklayabilir misiniz?

Filtre adı verilen bir şey kullanır. Her türlü farklı şeyden filtreler oluşturabilirsiniz.

Dirençlerden ve kapasitörlerden yapılan RC filtreleri muhtemelen anlaşılması en kolay olanıdır. Temel olarak, kapasitör bir direnç görevi görür, ancak farklı frekanslarda farklı bir dirençle. Bir direnç eklediğinizde, frekansa bağlı bir voltaj bölücü oluşturabilirsiniz. Buna RC filtresi denir. Bir direnç ve bir kondansatör ile yüksek geçişli ve düşük geçişli filtreler yapabilirsiniz. Bir alçak geçiren filtre, düşük frekansları geçirecek ve yüksek frekansları engelleyecek şekilde tasarlanırken, yüksek geçiren bir filtre ise tersini yapar. Yüksek geçişli seri olarak düşük geçiş, bazı aralıklarda frekansları geçen ve diğer frekansları engelleyen bir bant geçişi oluşturur. Bir RC filtresinin (ve bu konudaki çoğu filtrenin) çalışmasının kaynağa ve yük empedansına bağlı olacağını unutmayın.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Filtreler ayrıca indüktörler gibi diğer bileşenlerle de yapılabilir. İndüktörler ayrıca dirençler gibi davranırlar, ancak kapasitörler olarak ters yönde değişirler. Düşük frekanslarda, bir indüktör kısa gibi görünürken, bir kondansatör açık gibi görünür. Yüksek frekanslarda, bir kondansatör kısa gibi görünürken bir indüktör açık gibi görünür. LC filtreleri, indüktörler ve kapasitörlerle oluşturulmuş bir filtre türüdür. Hızla kesilen ve değişken bir kapasitör ile ayarlanması kolay olan oldukça keskin bir LC filtresi yapmak mümkündür. Bu normalde kristal radyolar gibi basit radyolar için yapılır.

^{bu devreyi simüle et}

Rezonans frekansı olan herhangi bir şeyden bant geçiren filtreler yapabilirsiniz. Seri olarak veya paralel olarak bir kapasitör ve bir indüktör, tam olarak nasıl bağladığınıza bağlı olarak bir bant geçişi veya bant durdurma filtresi olarak kullanılabilen bir rezonans tankı devresi oluşturur. Anten aynı zamanda bir bant geçiren filtredir - sadece antenin büyüklüğü etrafında dalga boylarına sahip frekansları iyi alır. Çok büyük veya çok küçük ve çalışmaz. Boşluklar filtre olarak da kullanılabilir - kapalı bir metal kutu çeşitli dalga modlarına sahiptir ve bunlar filtre olarak kullanmak için kullanılabilir. Elektronik dalgalar ayrıca akustik dalgalar gibi diğer dalgalara dönüştürülebilir ve filtrelenebilir. SAW (yüzey akustik dalga) filtreleri ve kristal filtreler hem mekanik rezonansla çalışır hem de devre ile arayüz oluşturmak için piezoelektrik etkiyi kullanır. Ayrıca, doğal endüktans ve kapasitanslarını kullanarak ve yansımalardan kaynaklanan yapıcı ve yıkıcı parazitleri kullanarak iletim hatlarından filtreler oluşturmak da mümkündür. Bir PCB üzerine basılmış çılgın şekilli bir bakır parçasından yapılmış bir dizi mikrodalga bant filtresi gördüm. Bunlara denirdağıtılmış eleman filtreler . Bu arada, bu diğer filtrelerin çoğu LC veya RLC devreleri olarak modellenebilir.

Şimdi, yazılım tanımlı bir radyo tamamen farklı bir hayvandır. Dijital verilerle çalıştığınız için, sadece bazı dirençleri ve kapasitörleri probleme atamazsınız. Bunun yerine, FIR veya IIR gibi bazı standart filtre topolojilerini kullanabilirsiniz. Bunlar, çarpanlar ve toplayıcılar içeren bir kaskattan oluşur. Temel fikir, ihtiyacınız olan filtrenin bir zaman alanı temsilini oluşturmak ve daha sonra bu filtreyi verilerle birleştirmektir. Sonuç filtrelenen verilerdir. Alçak geçiren ve bant geçiren FIR filtreleri oluşturmak mümkündür.

Filtreleme, frekans dönüşümü ile el ele gider. Q adında her yerde göreceğiniz bir parametre var. Bu kalite faktörüdür. Bant geçiren filtreler için bant genişliği ve merkez frekansı ile ilgilidir. 1 GHz'de 100 Hz genişliğinde bir filtre yapmak istiyorsanız, astronomik olarak yüksek Q'ya sahip bir filtreye ihtiyacınız olacaktır. Bunun yerine, yaptığınız şey düşük Q (geniş) filtreyle filtrelemek, daha düşük bir frekansa aşağı doğru dönüştürmek ve daha sonra başka bir düşük Q filtresiyle filtrelemektir. Bununla birlikte, 1 GHz'i örneğin 10 MHz'e dönüştürürseniz, 100 Hz'lik bir filtre çok daha makul bir Q'ya sahiptir. Bu genellikle radyolarda ve muhtemelen birden fazla frekans dönüşümüyle yapılır. Bunlara ek olarak,

Dijital filtrelerde, filtre ne kadar uzun olursa, Q o kadar yüksek olur ve filtre o kadar seçici olur. İşte bir FIR bant geçiren filtre örneği:

Üst eğri filtrenin frekans cevabıdır ve alt eğri filtre katsayılarının bir grafiğidir. Bu tür filtreleri, eşleşen şekilleri aramanın bir yolu olarak düşünebilirsiniz. Filtre katsayıları belirli frekans bileşenleri içerir. Gördüğünüz gibi, tepki biraz salınıyor. Fikir, bu salınımın giriş dalga formu ile eşleşeceğidir. Yakında eşleşen frekans bileşenleri çıkışta görünmez ve iptal edilmeyen frekans bileşenleri. Bir sinyal, filtre katsayılarının giriş sinyali boyunca her seferinde bir örnek kaydırılarak filtrelenir ve her bir sapmada karşılık gelen sinyal örnekleri ve filtre katsayıları çarpılır ve toplanır. Bu temelde filtreyle eşleşmeyen sinyal bileşenlerinin ortalamasını alır.

Bu bir Heterodin ayarlama sistemi kullanılarak yapılır. Örneğin, 1200kHZ'de bir istasyonu ayarlamak istediğinizi varsayalım. Ayar kadranınızı 745kHz frekans üretmek için yerel bir osilatör ayarlayan "1200" olarak ayarladınız. Bunları karıştırdığınızda, ortaya çıkan frekanslardan biri farktır (ayarlamak istediğiniz frekans - 745kHz).

Bir sonraki aşama 455kHz'e ayarlanmış dar bir bant amplifikatörüdür. Şu anda 455kHZ'de gelen, almak istediğiniz istasyon olan 455 + 745 veya 1200kHZ idi. Bu (455kHz) güçlendirilir ve algılanır, böylece o istasyonun sesi duyulur.
Elbette diğer frekanslar da alınır. Ancak ortaya çıkan frekansları 455kHz'den farklı olacaktır, bu nedenle amplifiye edilmeyecektir.

455kHZ ara frekansı (ABD'de) kullanılmasına, standart AM bandının (535kHZ ila 1610kHz) altında olduğu için karar verildi, böylece almaya çalıştığınız herhangi bir istasyonla etkileşim olmayacaktı.

Bu analog radyo sinyali alımı içindir. Ek ayrıntılar için Heterodin , Neden Ara Frekansa dönüşüm? ve Ara frekans .

Bir radyonun anteni eşit sayıda sinyal alır. istediğimiz diğer istasyonları filtrelemek ve sadece ayarladığımız istasyonun sinyaline izin vermektir. bunun başlangıçta yapılma şekli hem bir indüktör hem de bir değişken kapasitör kullanmaktı. Bazı frekanslarda, endüktif reaktans, bu sinyale en az empedans veren, Xl = Xc kapasitif reaktansına eşit olacaktır. daha sonra bu sinyal, radyodaki geri kalan devre tarafından yükseltilmek üzere gönderilirken, diğer frekanslar bastırılır, çünkü bu rezonans frekansında değildirler. Filtrenin Q değeri yeterince yüksek olduğu sürece, diğer istasyonların amplifiye edilmesini önleyebilirsiniz. Ayrıca ilgi çeken bu endüktif / kapasitif devre, gerçek osilatörler anlamında salınır ... yani 1'in üzerinde bir kazancı vardır ve bir akım tarafından yönlendirilir.

Bence AMPLITUDE MODULATED dalgası (taşıyıcı dalga ve veri (ses) içeren, faz dışı 180 derece ara frekansla karıştırılır, böylece (ses) bilgisini uzatır. faz çıkarımı ve dalgaların faziletsizliği buraya aynı fikri ekler.