Как AM-радио отфильтровывает только желаемую частоту?

Я понимаю, что электромагнитные волны в воздухе вызывают переменный ток в антенне. Я также понимаю, что, как только вы отфильтруете сигнал, чтобы получить желаемую частоту, вы можете получить огибающую сигнала и управлять динамиком.

Что я не понимаю, так это бит посередине, где радио принимает сигнал от антенны и отфильтровывает только желаемую частоту. Скажем, это очень простое радио, которое заботится только об одной частоте. Можете ли вы объяснить, как это работает в электронике, и как это будет работать, если вы пытаетесь написать радио в программном обеспечении, основанном на дискретных данных?

Он использует то, что называется фильтром. Вы можете создавать фильтры из всевозможных вещей.

Фильтры RC, сделанные из резисторов и конденсаторов, являются, вероятно, самыми простыми для понимания. По сути, конденсатор действует как резистор, но с разным сопротивлением на разных частотах. Когда вы добавляете резистор, вы можете создать делитель напряжения, который зависит от частоты. Это называется RC фильтр. Вы можете сделать фильтры верхних и нижних частот с одним резистором и одним конденсатором. Фильтр нижних частот предназначен для пропускания низких частот и блокирования высоких частот, в то время как фильтр верхних частот делает обратное. Низкочастотный сигнал в ряду с верхним частотом образует полосу пропускания, которая пропускает частоты в некотором диапазоне и блокирует другие частоты. Обратите внимание, что работа RC-фильтра (и большинства фильтров в этом отношении) будет зависеть от источника и импеданса нагрузки.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Фильтры также могут быть сделаны с другими компонентами, такими как индукторы. Индукторы также действуют как резисторы, но они изменяются в противоположном направлении как конденсаторы. На низких частотах индуктор выглядит коротким, а конденсатор - разомкнутым. На высоких частотах индуктор выглядит как разомкнутый, а конденсатор - как короткое замыкание. LC-фильтры представляют собой тип фильтра, построенный с индукторами и конденсаторами. Можно создать довольно острый LC-фильтр, который быстро отключается и легко настраивается с помощью переменного конденсатора. Это то, что обычно делается для простых радиостанций, таких как кристаллические.

^{смоделировать эту схему}

Вы можете сделать полосовые фильтры из всего, что имеет резонансную частоту. Конденсатор и индуктор последовательно или параллельно образуют резонансный контур резервуара, который можно использовать в качестве полосового или полосового фильтра, в зависимости от того, как именно вы его подключите. Антенна также является полосовым фильтром - она ​​будет хорошо принимать только те частоты, которые имеют длину волны, соответствующую размеру антенны. Слишком большой или слишком маленький, и это не сработает. Полости также могут быть использованы в качестве фильтров - запечатанный металлический ящик имеет различные режимы стоячей волны, и их можно использовать для использования в качестве фильтров. Электронные волны также могут быть преобразованы в другие волны, такие как акустические волны, и отфильтрованы. Фильтры SAW (поверхностные акустические волны) и кристаллические фильтры работают с помощью механического резонанса и используют пьезоэлектрический эффект для взаимодействия с цепью. Также возможно построить фильтры из линий передачи, используя их индуктивность и емкость, а также используя конструктивные и разрушительные помехи, которые возникают в результате отражений. Я видел несколько микроволновых фильтров, которые сделаны из сумасшедшего кусочка меди, напечатанного на печатной плате. Они называютсяфильтры распределенных элементов . Между прочим, большинство этих других фильтров могут быть смоделированы как схемы LC или RLC.

Теперь радио с программным обеспечением - это совсем другое животное. Поскольку вы работаете с цифровыми данными, вы не можете просто бросить резисторы и конденсаторы на проблему. Вместо этого вы можете использовать некоторые стандартные топологии фильтра, такие как FIR или IIR. Они построены из каскада множителей и сумматоров. Основная идея состоит в том, чтобы создать представление фильтра во временной области, в котором вы нуждаетесь, а затем свернуть этот фильтр с данными. Результатом являются отфильтрованные данные. Возможно создание низкочастотных и полосовых КИХ-фильтров.

Фильтрация идет рука об руку с преобразованием частоты. Есть параметр, который вы увидите повсюду, который называется Q. Это фактор качества. Для полосовых фильтров это связано с шириной полосы и центральной частотой. Если вы хотите сделать фильтр шириной 100 Гц с частотой 1 ГГц, вам понадобится фильтр с астрономически высоким Q. Его невозможно построить. Поэтому вместо этого вы фильтруете фильтр с низким Q (широким), преобразуете с понижением частоты на более низкую частоту, а затем фильтруете с помощью другого фильтра с низким Q. Однако, если вы преобразуете 1 ГГц, скажем, в 10 МГц, фильтр 100 Гц имеет гораздо более разумный Q. Это часто делается в радиостанциях и, возможно, с более чем одним преобразованием частоты. Дополнительно,

В случае цифровых фильтров, чем длиннее фильтр, тем выше Q и тем избирательнее становится фильтр. Вот пример FIR полосового фильтра:

Верхняя кривая представляет собой частотную характеристику фильтра, а нижняя кривая представляет собой график коэффициентов фильтра. Вы можете думать об этом типе фильтра как о способе поиска подходящих фигур. Коэффициенты фильтра содержат определенные частотные компоненты. Как видите, отклик немного колеблется. Идея состоит в том, что это колебание будет соответствовать входной форме волны. Частотные компоненты, которые близко совпадают, появятся на выходе, а частотные компоненты, которые не будут отменены. Сигнал фильтруется путем скольжения коэффициентов фильтра по входному сигналу по одной выборке за раз, и при каждом смещении соответствующие выборки сигнала и коэффициенты фильтра умножаются и суммируются. Это в итоге усредняет компоненты сигнала, которые не соответствуют фильтру.

Это делается с помощью системы настройки Heterodyne. Например, допустим, вы хотите настроиться на станцию ​​с частотой 1200 кГц. Вы устанавливаете диск настройки на «1200», который устанавливает местный генератор для генерации частоты 745 кГц. Когда вы смешиваете их, одна из результирующих частот является разницей (частота, которую вы хотите настроить - 745 кГц).

Следующий этап - узкополосный усилитель, настроенный на 455 кГц. То, что сейчас составляет 455 кГц, было 455 + 745 или 1200 кГц, то есть станция, которую вы хотели получить. Это (455 кГц) усиливается и обнаруживается, в результате чего слышен звук для этой станции.
Другие частоты все же принимаются, конечно. Но их результирующая частота будет отличаться от 455 кГц, поэтому они не будут усилены.

Было решено использовать промежуточную частоту 455 кГц (в США), поскольку она была ниже стандартной полосы АМ (от 535 кГц до 1610 кГц), поэтому не будет помех для любой станции, которую вы пытаетесь получить.

Это для приема аналогового радиосигнала. Для получения дополнительной информации вы можете проверить Heterodyne , Почему преобразование в промежуточную частоту? и промежуточная частота .

Антенна радио будет принимать много сигналов одинаково. нам нужно отфильтровать другие станции и разрешить только сигнал станции, на которую мы настроены. Первоначально это было сделано с использованием как индуктора, так и переменного конденсатора. На некоторой частоте индуктивное реактивное сопротивление будет равно емкостному реактивному сопротивлению, Xl = Xc, давая наименьшее значение импеданса для этого сигнала. этот сигнал затем передается для усиления оставшейся схемой в радио, в то время как другие частоты подавляются, потому что они не на этой резонансной частоте. Пока Q фильтра достаточно высока, вы можете исключить усиление других станций. Также интересно, что эта индуктивная / емкостная цепь колеблется, в истинном смысле осцилляторов ... это означает, что она имеет коэффициент усиления выше 1 и приводится в действие током.

по моему мнению, волна AMPLITUDE MODULATED (содержащая несущую и данные (голос), смешана с промежуточной частотой, которая не в фазе на 180 градусов, что приводит к получению информации (голоса). Помните, что в теории переменного тока волны выходят из Вычитание фазы и синфазные волны добавляют ту же идею здесь.