En superheterodyn radiomodtager (superheterodyne) er en af typerne af radiomodtagere baseret på princippet om at konvertere det modtagne signal til et signal med en fast mellemfrekvens (IF) med dens efterfølgende forstærkning . Den største fordel ved en superheterodyne i forhold til en radiomodtager med direkte forstærkning er, at de dele af modtagestien, der er mest kritiske for modtagekvaliteten (smalbåndsfilter, IF-forstærker og demodulator), ikke bør tunes i frekvens, hvilket giver dem mulighed for at udføres med meget bedre egenskaber.
Superheterodyne-modtageren blev opfundet næsten samtidigt af tyskeren Walter Schottky og amerikaneren Edwin Armstrong i 1918 , baseret på idéen fra franskmanden L. Levy .
Antenne
Et forenklet blokdiagram af en superheterodyn med en enkelt frekvenskonvertering er vist i figuren. Radiosignalet fra antennen føres til indgangen på en højfrekvent forstærker (i en forenklet version kan den være fraværende), og derefter til indgangen på mixeren - et specielt element med to indgange og en udgang, der udfører operation med at konvertere signalet efter frekvens. Et signal føres til mixerens anden indgang fra en lokal lav - effekt højfrekvensgenerator - en lokal oscillator . Oscillatorkredsløbet af den lokale oscillator indstilles samtidigt med indgangskredsløbet på mixeren (og kredsløbene i RF-forstærkeren) - normalt en variabel kondensator (KPI), sjældnere en variabel induktansspole ( variometer , ferrovariometer ). Således dannes signaler ved mixerens udgang med en frekvens svarende til summen og forskellen mellem lokaloscillatorens og den modtagne radiostations frekvenser. Differencesignalet for den konstante mellemfrekvens (IF) udtrækkes ved hjælp af et båndpasfilter og forstærkes i IF-forstærkeren, hvorefter det kommer ind i demodulatoren , som genopretter lav- (lyd)frekvenssignalet.
I moderne modtagere bruges en digital frekvenssynthesizer med kvartsstabilisering som lokaloscillator .
I konventionelle udsendelsesmodtagere af lange, mellem- og korte bølger er mellemfrekvensen normalt 465 eller 455 kHz, i husholdnings ultrakortbølger - 6,5 eller 10,7 MHz . TV'er bruger en mellemfrekvens på 38 MHz.
I tilsluttede og high-end broadcast-modtagere bruges dobbelt (sjældent tredobbelt) frekvenskonvertering. Fordelene ved en sådan løsning og udvælgelseskriterierne for den første og anden inverter diskuteres nedenfor.
Den væsentligste ulempe er tilstedeværelsen af den såkaldte spejlmodtagelseskanal - den anden indgangsfrekvens, som giver den samme forskel med lokaloscillatorfrekvensen som driftsfrekvensen. Signalet, der transmitteres ved denne frekvens, kan passere gennem IF-filtrene sammen med driftssignalet.
Antag for eksempel, at en 6,5 MHz IF-modtager er indstillet til en radiostation, der sender ved 70 MHz, og den lokale oscillatorfrekvens er 76,5 MHz. Ved udgangen af IF-filteret vil et signal med en frekvens på 76,5 - 70 \u003d 6,5 MHz blive tildelt. Men hvis en anden kraftfuld radiostation opererer ved en frekvens på 83 MHz, og dens signal kan lække til mixerens input, så vil differenssignalet med en frekvens på 83 - 76,5 = 6,5 MHz ikke blive undertrykt, det vil gå ind i IF forstærker og skabe interferens. Mængden af undertrykkelse af sådan interferens ( selektivitet i billedkanalen) afhænger af effektiviteten af inputfilteret og er en af superheterodynens hovedkarakteristika.
Interferensen fra spejlkanalen reduceres på to måder. For det første bruges mere komplekse og effektive input -båndpasfiltre , der består af flere oscillerende kredsløb. Dette komplicerer og øger omkostningerne ved designet, da inputfilteret også skal tunes i frekvens, desuden i koordination med tuning af lokaloscillatoren. For det andet er mellemfrekvensen valgt tilstrækkeligt højt sammenlignet med modtagefrekvensen. I dette tilfælde viser den spejlmodtagende kanal sig at være relativt langt i frekvens fra den primære, og modtagerens inputfilter kan undertrykke den mere effektivt. Nogle gange bliver IF'erne endda gjort meget højere end modtagefrekvenserne (den såkaldte "opkonvertering"), og samtidig forsvinder indgangsbåndpasfilteret for at forenkle modtageren og erstattes med et ikke- indstilleligt lavpasfilter . I tv -kanalvælgere bruges derimod et højpasfilter . I højkvalitetsmodtagere bruges metoden med dobbelt (nogle gange tredobbelt) frekvenskonvertering ofte, og hvis den første IF er valgt høj af de ovenfor beskrevne årsager, bliver den anden lavet lav (hundrede, nogle gange endda titusinder af kilohertz [ 1] ), hvilket gør det muligt mere effektivt at undertrykke interferens fra stationer tæt på frekvens, det vil sige at øge selektiviteten af modtageren i den tilstødende kanal. Sådanne modtagere, på trods af den ret høje kompleksitet af konstruktion og idriftsættelse, er meget udbredt i professionel og amatørradiokommunikation (se R-250 , UW3DI transceiver ).
Derudover er parasitisk modtagelse af stationer, der opererer ved en mellemfrekvens i superheterodynen, mulig [2] . Det forhindres ved at afskærme individuelle noder og modtageren som helhed, samt ved at bruge et rørfilter ved indgangen , indstillet til en mellemfrekvens.
Generelt kræver en superheterodyne meget mere omhu i design og idriftsættelse end en direkte forstærkermodtager. Vi er nødt til at anvende ret komplekse foranstaltninger for at sikre stabiliteten af den lokale oscillatorfrekvens, da kvaliteten af modtagelsen afhænger stærkt af den. Lokaloscillatorsignalet må ikke lække ind i antennen, så selve modtageren ikke bliver en kilde til interferens. Hvis der er mere end én lokaloscillator i modtageren, er der fare for, at slagene mellem nogle af deres harmoniske vil ligge i lydfrekvensbåndet og give interferens i form af en fløjte ved modtagerens udgang. Dette fænomen bekæmpes ved rationelt at vælge frekvenserne af lokale oscillatorer og omhyggeligt afskærme modtagerknuderne fra hinanden.
Brugen af en hjælpeoscillator i modtageren blev først foreslået af amerikaneren Fessenden i 1901. Han skabte også udtrykket "heterodyne". I Fessenden-modtageren fungerede lokaloscillatoren ved en frekvens, der var meget tæt på frekvensen af det modtagne signal, og de resulterende lydfrekvensslag gjorde det muligt at modtage et telegrafsignal (princippet, som den direkte konverteringsmodtager fungerer på ). Heterodyne-modtagere blev hurtigt forbedret med opfindelsen i 1913 af en højfrekvent rørgenerator (før det blev der brugt elektriske maskingeneratorer).
I 1917 patenterede den franske ingeniør L. Levy princippet om superheterodynmodtagelse [3] . I hans modtager blev signalfrekvensen konverteret ikke direkte til lyd, men til en mellemliggende, som blev valgt på oscillerende kredsløb og efter at den kom ind i detektoren. I 1918 supplerede W. Schottky Levy-kredsløbet med en mellemfrekvensforstærker. Superheterodyne-kredsløbet var også fordelagtigt på det tidspunkt, fordi datidens lamper ikke gav den nødvendige forstærkning ved frekvenser over flere hundrede kilohertz. Ved at skifte signalspektret til lavere frekvenser var det muligt at øge modtagerens følsomhed.
Uanset Schottky kom E. Armstrong med en lignende ordning (hans patent blev modtaget i december 1918, Schottkys patentansøgning blev indgivet i juni). Armstrong byggede og testede først en superheterodyne i praksis. Han pegede også på muligheden for konvertering af flere frekvenser.
I december 1921 modtog en engelsk radioamatør på en superheterodyne med en fem-trins IF signaler fra stationer fra USA. Fra det øjeblik opstod praktisk interesse for superheterodyner. De første superheterodyner var omfangsrige, dyre og uøkonomiske på grund af det store antal rør. Modtagelsen blev ledsaget af interferensfløjter , det lokale oscillatorsignal, der trængte ind i antennen, forstyrrede andre modtagere. I nogen tid var der et dilemma - hvad er bedre: en enklere og mere pålidelig direkte forstærkningsmodtager eller en kompleks, finurlig, men meget følsom superheterodyne, der kan fungere med en lille indendørs antenne? Superheterodynen mistede endda sin markedsposition i et stykke tid, da brugen af tetroden markant forbedrede ydeevnen af direkte forstærkningsmodtagere. [4] Men yderligere forbedring af lamperne gjorde det muligt i høj grad at forenkle og reducere omkostningerne ved superheterodyne-modtageren: multi-grid lamper dukkede op med høj forstærkning ved høj frekvens, specialiserede lamper til frekvensomformere, der fungerede samtidigt som en mixer og en lokal oscillator, samt kombinerede lamper indeholdende to eller tre elektroniske enheder. Det blev muligt at bygge en simpel superheterodyn på tre eller fire lamper, uden ensretteren [5] [6] . Takket være denne og andre forbedringer er superheterodyne-kredsløbet siden 1930'erne gradvist blevet dominerende for kommunikations- og broadcast-modtagere. Derudover udløb patentet for princippet om superheterodynmodtagelse i 1930 .
I Rusland og USSR var den første serielle superheterodyne, ifølge nogle kilder, modtageren af 71-TK tankradiostationen udviklet i 1932 [7] (fabrik nr. 203 i Moskva), ifølge andre, udsendelsen SG- 6 (senest i 1931 , Kozitsky i Leningrad), [8] , ifølge den tredje - Dozor-radiomodtageren, udviklet i slutningen af 20'erne ved Ostekhbyuro og overført til serieproduktion på samme anlæg opkaldt efter. Kozitsky. [9] Den første husstands superheterodyn produceret i store mængder var 1936 SVD . Fra omkring slutningen af 1950'erne blev husholdningsudsendelser og tv-modtagere i USSR næsten udelukkende bygget efter superheterodyne-ordningen (bortset fra nogle souvenirmodtagere , radiodesignere til begyndere og individuelle specialmodtagere).
| Radio | |
|---|---|
| Hoveddele | |
| Sorter | |