Neden Ara Frekansa dönüşüm?

Çeşitli iletişim sistemleri (Süperheterodin alıcıları ve Televizyon alıcıları) üzerinde çalışırken, birkaçını belirtmek gerekirse, genellikle RF sinyallerini Ara Frekans (IF) sinyallerine dönüştüren bloklarla karşılaşıyorum. Bu dönüşüme ne gerek var? RF sinyalleri IF sinyallerine dönüştürülmeden doğrudan işlenemez mi?

Ben anılacaktır bu soruyu, ama onun cevabı IF dönüşüm için ihtiyaç hakkında açıklama yapmadı.

Bu cevap AM ve FM gibi radyo alıcılarına odaklanıyor.

Yalnızca bir istasyondan sinyal almakla ilgileniyorsanız, bir ara frekansa sahip olmanız veya bir ara frekans kullanmanız gerekmeyebilir. Alıcınızı sadece bu frekansa ayarlanacak şekilde ayarlayabilirsiniz - ayarın keskin olması gerekir - istediğiniz sinyali kirletebilecek tüm diğer kaynakları reddetmeniz gerekir.

Bu, birlikte almak istediğiniz sinyalle baş edebilecek kadar geniş ancak başkalarının girmesine izin vermeyecek kadar geniş olmayan bir geçiş bandına sahip bir grup bant geçiren filtre tarafından yapılır.

Şimdi 2 istasyona ayarlamak istediğinizi söyleyin - yeni bir istasyonla çakışmak için tüm bu filtreleri yeniden hizalamanız gerekir. Tarihsel olarak telsizler basitti ve bir grup ayarlı bant geçiren filtreyi yeni bir merkez frekansa taşımak zor olurdu.

Kadranı ayarlarken onları hizalamaya çalışmak yerine, istenmeyen kanal reksiyonunun çoğunu yapan bir grup sabit bant geçiren filtreye sahip olmak çok daha kolaydı.

Böylece süperheterodin alıcıları tasarlandı. Birçok radyo istasyonunun gelen geniş yelpazesi, bir kadranla kolayca ayarlanabilen bir osilatör ile "karıştırıldı" - bu üretilen toplam ve fark frekansları ve genellikle fark frekansı yeni "aranan" frekans oldu. FM (88MHz ila 108MHz) için, IF frekansı 10.7MHz oldu ve osilatör (tipik olarak) 88MHz sinyalleri ayarlamak için 98.7MHz'de ve 108MHz sinyalleri ayarlamak için 118.7MHz'de olacaktı.

Beni buna asmayın - aynı fark frekanslarını üretmek için eşit olarak 77.3MHz'de 97.3MHz'e yükselebilir. Belki birisi cevabımı değiştirebilir veya bana bu konuda tavsiyede bulunabilir.

Ancak bu küçük bir konudur, çünkü gelen sinyalin taşıyıcı frekansını manipüle ettikten sonra, demodüle etmeden önce sonucu sıkıca ayarlanmış sabit bir bant geçiren filtre seti ile besleyebilirsiniz.

VHF FM bandı hakkında biraz daha fazla bilgi

Bu 108MHz için 88MHZ gider ve sadece biraz daha büyük (10.7MHz) olduğuna dair bir IF sahiptir yarısı frekans aralığının . Mantıklı bir neden var - osilatör tam olarak 88MHz (yani osc = 98.7MHz) almak için ayarlanmış olsaydı, 108MHz'de bandın tepesinden üreteceği fark frekansı 9.3MHz olurdu ve bu sadece bandın dışında olurdu ayar 10.7 MHz'de merkezlendi ve bu nedenle "reddedildi".

Tabii eğer birisi FM bandının hemen dışından yayın yapmaya başladıysa, bunu alabilirsiniz, ancak yasaların bunu önlediğine inanıyorum.

Bu sorudaki son aktiviteyi takiben, ara frekans kullanmak için geçerli başka bir neden olduğunu hatırladım. Bir antenden gelen sinyalin 1 uV RMS civarında olabileceğini düşünün ve daha sonra muhtemelen radyo devresinin demodülatördeki 1V RMS (el sallamasını affedin) gibi bir şeye yükseltmesini isteyeceğinizi düşünün. Bu, 1 milyon veya 120 dB'lik bir kazanç ve ne kadar zor çalışsanız da, 120 dB'lik bir kazanıma sahip bir devre kartına sahip olmak geri bildirim felaketi için bir reçetedir, yani salınacak ve bir "theramin" e dönüşecektir.

Bir IF'nin size sağladığı şey, zincir zincirinde salınımı önleyen bir kırılmadır. Böylece, 60 dB RF kazancınız olabilir ve daha sonra IF'nize dönüşebilir ve 60 dB IF kazancınız olabilir - zincirin sonundaki sinyal artık antende olanlarla frekans uyumlu değildir ve bu nedenle theramin etkisi yoktur !

Bazı radyoların iki ara frekansı olabilir - sadece bu nedenle RF kazancını 40 dB'ye düşürebilirsiniz ve her IF aşaması 40 dB ve NO theramin kazancına sahip olabilir.

IF alıcıyı hem daha ekonomik hem de daha kaliteli yapar. RF parçaları yapmak ve kullanmak için daha zordur ve devre, başıboş kapasitans, endüktans, gürültü, toprak döngüleri ve parazit sorunları ile daha da ilgilidir. Daha çok frekans yükselir. Ancak bir RF ön ucuna sahip olmalıyız çünkü anten bağlantısındaki sinyal, herhangi bir şey yapmak için çok zayıf, ancak onu yükseltiyor. Gerekli ama pahalı tasarımcılar RF devresi miktarını en aza indirmek istiyorlar.

OTOH, iyi seçicilik istiyoruz. İletimler bant genişliği olarak ayrılır ve çoklu vericiler, frekansta yan yana sıkıştırılmak üzere basınç altındadır. İstenen frekans için düz bir geçiş bandı ve bunun dışındaki frekansların tamamen tıkanmasını istiyoruz. Mükemmellik imkansızdır, ancak "yeterince iyi" bir filtre için denemeler yapılabilir. Bu, sadece düz bir LC ayarlı devre değil, gelişmiş filtre tasarımı gerektirir. Bu, RF'de yapılabilirken, teorik olarak, pratikte zor ve pahalı olacak ve sıcaklık değişikliklerine ve yaşlanmaya karşı kararlı hale getirilmesi zor olacaktır.

Onlarca MHZ veya alt MHz gibi düşük frekanslarda karmaşık yanıt gereksinimlerini karşılayan daha iyi filtreler yapabiliriz. Frekans ne kadar düşük olursa, bir dikdörtgen yanıt işlevi filtresine iyi bir yaklaşım tasarlamak o kadar kolay olur. Yerel osilatör ve mikser olan iniş dönüştürücüyü yapmanın nispeten kolay ve ekonomik olduğu ortaya çıkıyor. Genel olarak, sistem en düşük RF ön uç amplifikatörleri, bir aşağı dönüştürücü ve tüm fantezi filtrelemeyi yapan iyi tasarlanmış bir IF bölümü ile en ekonomiktir.

Ana ders noktaları şunlardır: * Frekans ne kadar yüksek olursa, o kadar pahalı ve zahmetlidir. * Ayrıntılı filtre gereksinimleri (temel ayarlı bir devrenin ötesinde herhangi bir şey) en iyi düşük frekanslarda yapılır

Bu tasarım stratejisinin, çılgınca farklı teknolojiler kullanan birçok farklı sistem için onlarca yıl boyunca devam ettiğini ilginç buluyorum. 1930'lar-1940'larda ahşap mobilyalar gibi görünen eski vakum tüplü radyolar, 1960'larda transistörlü radyolar, günümüzde küçük cep telefonları ve bluetooth cihazları, dev radyo astronomi teleskopları, uzay aracı telemetrisi ve daha fazlası.

Temel olarak demodülasyon devresinin dar bir bant genişliği ile çok hassas hale getirilmesini sağlamaktır.

Demodülasyon devresinin geniş bant olması gerekiyorsa (örneğin, FM için 88-108 MHz'den herhangi bir frekans için çalışabiliyorsa), tüm frekans aralığında düz bir yanıt tutmak zor olurdu. Bunun yerine, tuner geniş banttır ve daha sonra tek bir ara frekansa dövülür (heterodyned) ve çok optimize edilmiş bir demodülasyon devresine gönderilir.

İlk radyolar, zayıf radyo sinyallerini bir AM "dedektörü" nün sese dönüştürebileceği noktaya yükseltmek için RF aşamalarını ayarlardı. Bu TRF telsizleri bir aşamadan 12 aşamaya kadar her yere sahip olacaktır. Daha fazla aşama, zayıf sinyal alımı ve görüntü reddi (yakındaki frekansların reddedilmesi) için daha iyi olur. Bu, yalnızca birkaç radyo istasyonu olduğunda iyi çalıştı, ancak daha fazla istasyon hava dalgalarını kalabalıklaştırmaya başladığında iyi çalışmadı.

Bir TRF radyosu, kullanılan her bir ses bant genişliği için tüm frekanslara ve sinyali kullanılabilir seviyelere yükseltmek için küçük bir amplifikasyona izin vermek üzere her aşama için Q ayarlanmış olan ayarlanmış bir devre kullanır. Diğerleri işaret ve birkaç kaçırdı bu birkaç dezavantajları vardı. Aşamalar çok yüksek kazanç sağladıysa, salınım yapmaya başlayabilir ve telsiz durur. Birleşik değişken kapasitörlerde bile, frekans üzerinde kalmak için tüm aşamaları elde etmek zordu, bu nedenle bazı aşamalarda veya tüm aşamalarda sinyali "kesmek" için hükümler yapıldı. Bu yüzden erken radyo setlerinde gördüğünüz resimlerde çok fazla düğme vardı. Oldukça az sayıda "düzenleyici" değişken kapasitörler içindi ve diğerleri geri beslemeyi önlemek için kazancı ayarlamak için tüp sapma ayarlamalarıydı. Bu, tahmin edebileceğiniz gibi,

19. yüzyılın başından önce, iki osilatör birbirine yakın olsaydı, birbirlerine karşı "dövecekleri" ve aynı sahaya ayarlanmış iki oluk durumunda olduğu gibi yeni bir sinyal üretecekleri biliniyordu. Bu, 20. yüzyılın başında çeşitli ilginç şekillerde sömürüldü. İlk kullanım, bir radyo sinyalini sesli sese barikatör ve diğer kıvrık detektör cihazlarından çok daha temiz bir şekilde dönüştüren bir temel bantlı CW dedektöründeydi. Theremin, küçük bir plaka veya tel ve kullanıcıların eli tarafından sağlanan ayarlama kapasitesine sahip olduğu iki osilatörün heterodinilasyonunu kullanır.

ABD'deki büyük Armstrong ve Avrupa'daki birkaç diğer kişi, Birinci Dünya Savaşı sırasında bunun sadece çok yüksek kazanç aşamaları ve çok daha basit ayar filtreleri olan bir alıcı yapmak için kullanılabileceğini fark etti. Mikser kademesi gelen RF'yi alır, lokal osilatöre karşı heterojen hale getirir ve mikser kademesinin doğrusal olmayan davranışı nedeniyle hem bir toplam hem de bir fark frekansı üretir. Genellikle kullanılan RF veya osilatörden daha düşük olan fark frekansıdır. 1MHz'de LO, 1.455MHz için ayarlanır ve 455KHz'de (fark) ve 1.91MHz'de (toplam) bir sinyal üretilir.

Giriş ve çıkış frekansları aynı olduğundan salınımı önlemek için kazancı ayarlanmış birçok ayarlanmış aşama yerine, RF için bir veya iki daha yüksek kazanım aşamasının ardından, farklı bir sabit frekansta çalışan bir veya daha fazla özenle tasarlanmış aşama takip edilebilir. ayarlanmasına gerek yoktu.

Çok pahalı ve üretilmesi zor olan çok bölümlü bir ayar kapasitöründen, çok daha küçük bir masraf haline gelen sadece iki veya üç bölüme ihtiyacınız vardır. 455KHz'de IF'ye sahip olmanın seçiciliği, yayın bandının 540KHz ila 1650KHz olduğu için bu frekansta hiçbir radyo istasyonunun bulunmayacağı anlamına geldiği için bunu ayarlamak daha kolaydı.