Un eterodină (oscilator de referință) într-un receptor (emițătorÎn majoritatea cazurilor, generatorul de semnal care determină frecvența de recepție se numește heterodină. Deși rolul său este descris ca fiind auxiliar, acesta are un impact foarte semnificativ asupra calității unității de recepție sau de emisie.
Cuprins
Denumirea de heterodină și principiul recepției heterodine
La începuturile recepției radio, heterodina era esențială în construcția unui circuit receptor. Semnalul preluat de circuitul de intrare oscilant a fost amplificat și apoi detectat și introdus într-un amplificator de joasă frecvență. Odată cu dezvoltarea circuitelor, a apărut problema construirii unui amplificator radio de mare câștig.
Pentru a se suprapune unei game mari, a fost proiectat cu o lățime de bandă largă, ceea ce l-a făcut predispus la autoexcitație. Amplificatoarele comutabile s-au dovedit a fi prea complicate și greoaie.
Toate acestea s-au schimbat odată cu inventarea recepției heterodine. Semnalul de la un oscilator acordabil (sau fix) este trimis la un mixer. Cealaltă intrare a mixerului este semnalul recepționat, iar ieșirea este un număr mare de frecvențe Raman, care reprezintă sumele și diferențele dintre frecvențele semnalului heterodină și cele ale semnalului recepționat în diferite combinații. În aplicații practice, există de obicei două frecvențe:
- f heterodină-f-semnal;
- semnal f - f-heterodină.
Aceste frecvențe se numesc frecvențe în oglindă una față de cealaltă. Recepția se face pe un canal, iar celălalt este filtrat de circuitele de intrare ale receptorului. Diferența se numește frecvență intermediară (FI), iar valoarea acesteia este aleasă la proiectarea receptorului sau a emițătorului. Celelalte frecvențe combinaționale sunt filtrate de filtrul de frecvență intermediară.
Pentru echipamentele industriale, există standarde pentru selectarea frecvenței FI. În echipamentele de amatori, această frecvență este selectată în diverse condiții, inclusiv disponibilitatea componentelor pentru a construi un filtru de bandă îngustă.
Frecvența intermediară filtrată este amplificată în amplificatorul FI. Deoarece această frecvență este fixă, iar lățimea de bandă este mică (2,5...3 kHz este suficientă pentru transmisia vocală), amplificatorul pentru aceasta poate fi realizat cu ușurință în bandă îngustă cu un câștig ridicat.
Există circuite care utilizează frecvența combinată - f-semnal + f-heterodină. Astfel de circuite se numesc circuite de "conversie ascendentă". Acest lucru simplifică circuitul de intrare al receptorului.
Există, de asemenea, o tehnică de conversie directă (a nu se confunda cu amplificarea directă!) în care recepția se face aproape la frecvența heterodină. Acest circuit este simplu în ceea ce privește construcția și reglajul, dar tehnicile de conversie directă au dezavantaje inerente care pot afecta performanța.
În emițător se utilizează și heterodine. Acestea au funcția inversă de a transporta un semnal modulat de frecvență joasă la frecvența de transmisie. În echipamentele de comunicații pot exista mai multe heterodine. Astfel, în cazul în care se utilizează un circuit cu două sau mai multe conversii de frecvență, se utilizează două sau mai multe heterodine. În circuit pot exista, de asemenea, heterodine care îndeplinesc funcții suplimentare - restabilirea unei purtătoare suprimate în timpul transmisiei, formarea de pachete telegrafice etc.
Puterea eterodinei în receptor este mică. În majoritatea cazurilor, câțiva miliwați sunt suficienți pentru orice aplicație. Dar semnalul heterodinic, dacă circuitul de recepție permite acest lucru, se poate scurge în antenă și poate fi recepționat la o distanță de câțiva metri.
Există o poveste populară printre radioamatorii care spune că, atunci când posturile de radio occidentale erau interzise, reprezentanții serviciilor de securitate obișnuiau să se plimbe pe la intrarea în case cu receptoare acordate pe frecvențele "vocilor inamice" (corectate pentru frecvența intermediară). Se presupune că era posibil să se determine cine asculta transmisiunile interzise prin prezența semnalelor.
Cerințe privind parametrii heterodinei
Principala cerință pentru un semnal heterodină este puritatea spectrală. În cazul în care heterodina generează o tensiune diferită de cea sinusoidală, se generează frecvențe Raman suplimentare în mixer. În cazul în care acestea se încadrează în lățimea de bandă a filtrelor de intrare, aceasta duce la canale de recepție suplimentare, precum și la "puncte de impact" - la unele frecvențe de recepție apar fluierături, care interferează cu recepția unui semnal util.
O altă cerință este stabilitatea nivelului și a frecvenței semnalului de ieșire. Cel de-al doilea este deosebit de important atunci când se procesează semnale cu purtătoare suprimată (SSB, DSB etc.) Stabilitatea nivelului de ieșire este ușor de obținut prin aplicarea regulatoarelor de tensiune pentru alimentarea oscilatoarelor master și prin selectarea corectă a modului de funcționare a elementului activ (tranzistor).
Constanța frecvenței depinde de stabilitatea elementelor de referință a frecvenței (capacitatea și inductanța circuitului oscilant) și, de asemenea, de constanța capacității instalației. Instabilitatea elementelor LC este determinată în principal de variațiile de temperatură în timpul funcționării heterodinei. Pentru a stabiliza componentele circuitului, componentele sunt plasate în termostate sau se iau măsuri speciale pentru a compensa deriva temperaturii capacității și inductanței. De obicei, se încearcă ca bobinele de inductanță să fie complet termostabile.
În acest scop, se folosesc construcții speciale - bobinele sunt înfășurate cu o tensiune puternică a firului, spirele sunt umplute cu un compus pentru a exclude deplasarea spirelor, firul este ars într-un cadru ceramic etc.
Pentru a reduce influența temperaturii asupra capacității condensatorului de referință, acesta este compus din două sau mai multe elemente, selectându-le cu valori și semne diferite ale coeficientului de temperatură al capacității, astfel încât acestea să se compenseze reciproc prin încălzire sau răcire.
Heterodinele controlate electronic, care utilizează varicele ca capacitate, nu sunt utilizate pe scară largă din cauza problemelor de stabilitate termică. Dependența de temperatură este neliniară și dificil de compensat. Prin urmare, varicele sunt utilizate doar ca elemente de dezacordare.
Capacitatea ansamblului se adaugă la capacitatea condensatorului de referință, iar instabilitatea acestuia duce, de asemenea, la o derivă de frecvență. Pentru a evita instabilitatea instalației, toate elementele heterodine trebuie să fie montate foarte rigid pentru a evita chiar și cele mai mici deplasări unele față de altele.
O adevărată descoperire în construcția oscilatoarelor a fost dezvoltarea, în anii 1930, a tehnologiei de turnare a pulberilor în Germania. Acest lucru a făcut posibilă fabricarea unor forme tridimensionale complexe pentru componentele radio, permițând obținerea unei rigidități de montare fără precedent la acea vreme. Acest lucru a dus fiabilitatea sistemelor radio Wehrmacht la un nou nivel.
În cazul în care heterodina nu este acordabilă, elementul de captare a frecvenței este de obicei un oscilator cu cristal. Acest lucru are ca rezultat o oscilație extrem de stabilă.
În ultimii ani a existat o tendință de utilizare a sintetizatoarelor de frecvență digitale în locul oscilatoarelor LC ca eterodine. Tensiunea și frecvența de ieșire stabilă sunt ușor de obținut, dar puritatea spectrală lasă mult de dorit, mai ales dacă semnalul este generat cu ajutorul unor microcipuri ieftine.
În prezent, vechile tehnologii de recepție radio sunt înlocuite de altele noi, cum ar fi DDC - digitizarea directă. Nu este departe momentul în care heterodinele din echipamentele de recepție vor dispărea ca și clasă. Acest moment nu va veni prea curând, astfel încât cunoașterea frecvențelor heterodine și a principiilor de recepție heterodină va fi solicitată pentru o perioadă lungă de timp.
Articole conexe:
