Почему переход на промежуточную частоту?

При изучении различных систем связи (супергетеродинных приемников и телевизионных приемников и т. Д.) Я часто сталкиваюсь с блоками, которые преобразуют радиочастотные сигналы в сигналы промежуточной частоты (ПЧ). Зачем нужна эта конверсия? Разве радиочастотные сигналы не могут быть обработаны напрямую без преобразования их в сигналы ПЧ?

Я ссылался на этот вопрос, но его ответ не объяснял необходимости преобразования IF.

Этот ответ сосредоточен на радиоприемниках, таких как AM и FM.

Если вы заинтересованы только в получении сигнала от одной станции, вам может не потребоваться иметь или использовать промежуточную частоту. Вы можете построить свой приемник так, чтобы он настраивался только на эту частоту - настройка должна быть резкой - вам нужно отклонить все возможные другие источники, которые могут загрязнять нужный вам сигнал.

Это делается с помощью группы полосовых фильтров, которые вместе имеют полосу пропускания, достаточно широкую, чтобы справиться с сигналом, который вы хотите получить, но не настолько широкую, чтобы впустить других.

Теперь предположим, что вы хотите настроиться на 2 станции - вам придется перенастроить всю эту фильтрацию, чтобы она совпадала с новой станцией. Исторически радиостанции были простыми, и было бы сложно перевести несколько настроенных полосовых фильтров на новую центральную частоту.

Было намного проще иметь набор фиксированных полосовых фильтров, которые выполняли большую часть всего нежелательного восстановления каналов, чем пытаться выровнять их при настройке циферблата.

Так были задуманы супергетеродинные приемники. Поступающий широкий диапазон многих радиостанций был «смешан» с генератором, который можно просто настроить с помощью циферблата - это создавало суммы сумм и разностей, и обычно разностная частота становилась новой «требуемой» частотой. Таким образом, для ЧМ (от 88 МГц до 108 МГц) частота ПЧ стала равной 10,7 МГц, и генератор будет (обычно) на частоте 98,7 МГц для настройки сигналов 88 МГц и на 118,7 МГц для настройки сигналов 108 МГц.

Не вешайте мне на это внимания - частота 77,3 МГц может возрасти до 97,3 МГц, чтобы получить тот же набор разностных частот. Может быть, кто-то может изменить мой ответ или посоветовать мне по этому вопросу.

Это небольшой вопрос, потому что дело в том, что, как только вы смогли манипулировать несущей частотой входящего сигнала, вы можете передать результат через тщательно настроенный фиксированный набор полосовых фильтров, прежде чем демодулировать.

Немного больше информации о диапазоне VHF FM

Он идет от 88 МГц до 108 МГц и имеет ПЧ, который немного больше (10,7 МГц), чем половина частотного диапазона, который он охватывает. Есть разумная причина - если бы генератор был точно настроен на тактовую частоту 88 МГц (то есть osc = 98,7 МГц), то разностная частота, которую он получал бы из верхней части полосы на 108 МГц, составила бы 9,3 МГц, и это было бы просто вне диапазона настройка сосредоточена на частоте 10,7 МГц и, следовательно, «отклонена».

Конечно, если кто-то начал передавать прямо за пределы FM-диапазона, вы можете поднять это, но я считаю, что законодательство препятствует этому.

После недавней активности в этом вопросе я вспомнил, что есть еще одна веская причина для использования промежуточной частоты. Предположим, что сигнал от антенны может быть порядка 1 мкВ среднеквадратичного значения, а затем учтите, что вы, вероятно, захотите, чтобы радиосхема усилила это до примерно 1В среднеквадратичного значения (простите, махнув рукой) на демодуляторе. Что ж, это усиление в 1 миллион или 120 дБ, и, как бы вы ни старались, наличие печатной платы с усилением 120 дБ - это рецепт катастрофической обратной связи, то есть она будет колебаться и превращаться в «терамин».

То, что получает IF, - это разрыв в цепочке сигналов, который предотвращает колебания. Таким образом, вы можете получить 60 дБ усиления РЧ, а затем преобразовать в свой ПЧ и получить 60 дБ усиления ПЧ - сигнал на конце цепочки больше не совместим по частоте с тем, что происходит на антенне, и, следовательно, нет эффекта терамина !

Некоторые радиостанции могут иметь две промежуточные частоты - только по этой причине вы можете уменьшить усиление РЧ до 40 дБ, и каждая ступень ПЧ может иметь усиление 40 дБ и NO терамин.

ЕСЛИ делает приемник более экономичным и качественным. РЧ части сложнее в изготовлении и использовании, а схемы больше подвержены проблемам паразитной емкости, индуктивности, шума, контуров заземления и помех. Чем больше, тем выше частота. Но у нас должен быть радиочастотный вход, потому что сигнал на соединении антенны слишком слабый, чтобы что-либо делать, кроме как усиливать его. Необходимые, но дорогие, дизайнеры хотят минимизировать количество радиочастотных схем.

ОТО, мы хотим хорошую избирательность. Передачи имеют выделенную полосу пропускания, и несколько передатчиков находятся под давлением, чтобы сжать их рядом друг с другом по частоте. Нам нужна плоская полоса пропускания для желаемой частоты и полная блокировка частот за ее пределами. Совершенство невозможно, но можно найти компромисс для «достаточно хорошего» фильтра. Это требует усовершенствованной конструкции фильтра, а не просто настроенной схемы LC. Хотя это может быть сделано в РЧ, теоретически на практике это будет сложно и дорого, и его трудно будет сделать устойчивым к изменениям температуры и старению.

Мы можем сделать более качественные фильтры, отвечающие сложным требованиям отклика на более низких частотах, например, десятки МГц или суб-МГц. Чем ниже частота, тем легче создать подходящее приближение к фильтру функции отклика прямоугольника. Оказывается, что создание понижающего преобразователя - локального генератора и смесителя - является относительно простым и экономичным. В целом, система наиболее экономична с минимальным входным радиочастотным усилителем, понижающим преобразователем и мощной, хорошо спроектированной секцией ПЧ, выполняющей всю необычную фильтрацию.

Основные пункты урока: * Чем выше частота, тем она дороже и хлопотнее. * Тщательно продуманные требования к фильтру (все, что не входит в элементарно настроенную схему) лучше всего выполнять на более низких частотах.

Мне интересно, что эта стратегия проектирования на протяжении десятилетий сохранялась для многих различных систем, использующих совершенно разные технологии. Старые вакуумные радиоприемники, похожие на деревянную мебель в 1930-1940-х годах, транзисторные радиостанции в 1960-х годах, крошечные сотовые телефоны и устройства Bluetooth сегодня, гигантские радиоастрономические телескопы, телеметрия космических кораблей и многое другое.

По сути, это позволяет сделать схему демодуляции очень чувствительной с узкой полосой пропускания.

Если бы схема демодуляции должна была быть широкополосной (скажем, способной работать на любой частоте от 88 до 108 МГц для FM), поддержание плоского отклика во всем диапазоне частот было бы затруднительным. Вместо этого тюнер является широкополосным, а затем отбивается (гетеродинируется) до одной промежуточной частоты и отправляется в очень оптимизированную схему демодуляции.

Ранние радиостанции использовали радиочастотные каскады Tune для усиления слабых радиосигналов до точки, которую AM-детектор мог преобразовать обратно в звук. Эти радиостанции TRF будут иметь от одной ступени до 12 ступеней. Чем больше ступеней, тем лучше прием слабых сигналов и тем лучше подавление изображения (подавление соседних частот). Это работало хорошо, когда было только несколько радиостанций, но не работало хорошо, когда все больше радиостанций начинали переполняться.

Радиостанция TRF использует настроенную схему, чье значение Q для каждой ступени установлено так, чтобы пропускать все частоты для используемой полосы пропускания звука, и небольшое усиление для повышения сигнала до приемлемых уровней. Это было несколько недостатков, как указали другие, и некоторые из них они пропустили. Если ступени были слишком высокими в усилении, они могли бы начать колебаться, и радио перестало работать. Даже с объединенными переменными конденсаторами заставить все ступени оставаться на частоте было сложно, поэтому на некоторых ступенях или на всех ступенях были предусмотрены «обрезки» сигнала. Вот почему на фотографиях ранних радиостанций было так много ручек. Многие из них были предназначены для переменных конденсаторов «триммера», а другие - для регулировки смещения трубки, чтобы установить усиление для предотвращения обратной связи. Это, как вы можете себе представить,

До начала XIX века было известно, что, если два осциллятора будут находиться рядом друг с другом, они будут «биться» друг против друга и генерировать новый сигнал, как в случае двух флейт, настроенных на одну и ту же высоту. Это было использовано несколькими интересными способами в начале 20-го века. Первое использование было в CW-детекторе основной полосы частот, который преобразовывал радиосигнал в слышимый звук намного чище, чем в барьере и других извилистых детекторных устройствах. Термен использует гетеродинирование двух осцилляторов, где у каждого есть его настраиваемая емкость, подаваемая маленькой пластиной или проводом и рукой пользователя.

Майор Армстронг в США и несколько других в Европе осознали во время Первой мировой войны, что это можно использовать для создания приемника, который имеет только несколько ступеней с очень высоким усилением и гораздо более простые фильтры настройки. Стадия смесителя будет принимать входящую радиочастоту, гетеродинно направлять ее к местному генератору и из-за нелинейного поведения ступени смесителя вырабатывает как суммарную, так и разностную частоту. Обычно это была разница частоты, которая была ниже, чем ВЧ или генератор, который использовался. На частоте 1 МГц гетеродин установлен на 1,485 МГц, и генерируется сигнал с частотой 455 кГц (разница) и с частотой 1,91 МГц (сумма).

Вместо многих настроенных каскадов, усиление которых было настроено для предотвращения колебаний, так как их входная и выходная частоты были одинаковыми, за одной или двумя ступенями с более высоким усилением для ВЧ могли бы следовать один или несколько тщательно спроектированных каскадов, работающих на другой фиксированной частоте, которая не нужно настраивать.

Из многих секционных настраивающих конденсаторов, которые были очень дорогими и сложными в изготовлении, вам потребуется всего две или три секции, которые станут намного меньшими затратами. Эту настройку также было легче настроить, поскольку избирательность наличия ПЧ на частоте 455 кГц означала, что радиостанции на этой частоте не существовали бы, поскольку диапазон вещания составляет от 540 кГц до 1650 кГц.