Як радіо AM відфільтровує лише потрібну частоту?


10

Я розумію, що електромагнітні хвилі у повітрі викликають змінний струм в антені. Я також розумію, як, відфільтрувавши сигнал, щоб отримати бажану частоту, ви можете отримати конверт сигналу та загнати динамік.

Я не розумію, це біт посередині, де радіо приймає сигнал з антени і фільтрує лише потрібну частоту. Скажіть, це дуже просте радіо, яке дбає лише про одну частоту. Чи можете ви пояснити, як це працює в електроніці, і як це буде працювати, якщо ви намагалися написати радіо в програмному забезпеченні на основі дискретно вибірених даних?


Будь ласка, додайте додатковий опис того, що шукаєте в "визначеному програмним забезпеченням радіо". Якщо припустити, що ви все ще маєте на увазі отримання аналогових радіостанцій, це було б більше програмним питанням, ніж питанням електроніки, в основному програмним забезпеченням, яке управляє деякими цифровими осциляторами та фільтрами.
user3169

1
@ user3169 Я просто намагаюся ввести питання у сферу, де я маю певну інтуїцію. Після того, як це буде в комп’ютері та мовою програмного забезпечення, я можу це зрозуміти. Знайдені нами ресурси приймають відповідь, називають її "фільтром пропускної смуги", можливо, показують якісь безглузді для мене схеми, і залиште це. Я намагаюся зрозуміти, що насправді відбувається, а не загублячись у деталях реалізації. Наприклад, це генерування сигналу з несучою частотою та фазою, а потім їх якось змішувати? Таке інтуїтивне пояснення.
Брайан Гордон

Я не можу пояснити з вашої точки зору, не бачачи "ресурсів", на які ви дивитесь. Я можу лише пояснити, чим займаються сучасні аналогові радіостанції AM.
користувач3169

Я хотів би торкнутися програмної частини вашого запитання, чи є у вас зразок цих дискретно відібраних даних, які ви можете опублікувати? Або я даю у своїй відповіді приклад деяких даних, які можуть бути використані для впровадження програмного радіо?
MDMoore313

Відповіді:


26

Тут використовується щось, що називається фільтром. Ви можете створювати фільтри з усіляких різних речей.

RC-фільтри, виготовлені з резисторів та конденсаторів, мабуть, найпростіші для розуміння. В основному конденсатор діє як резистор, але з різним опором на різних частотах. Коли ви додаєте резистор, ви можете побудувати дільник напруги, який залежить від частоти. Це називається RC-фільтром. Можна зробити фільтри високої та низької частоти з одним резистором та одним конденсатором. Фільтр низьких частот призначений для пропускання низьких частот і блокування високих частот, тоді як фільтр низьких частот робить навпаки. Низький прохід в серії з високим проходом утворює смугу частот, яка передає частоти в деякому діапазоні і блокує інші частоти. Зауважте, що робота RC-фільтра (і більшості фільтрів для цього питання) буде залежати від опору джерела та навантаження.

схематичний

імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab

Фільтри також можна виготовляти з іншими компонентами, такими як індуктори. Індуктори також діють як резистори, але вони змінюються у зворотному напрямку як конденсатори. На низьких частотах індуктор виглядає як короткий, тоді як конденсатор виглядає як відкритий. На високих частотах індуктор виглядає як відкритий, тоді як конденсатор виглядає як короткий. LC-фільтри - це тип фільтрів, побудованих з індукторами та конденсаторами. Можна зробити досить гострий LC-фільтр, який швидко відключається і легко настроюється зі змінним конденсатором. Це те, що зазвичай робиться для простих радіостанцій, таких як кришталеві радіо.

схематичний

моделювати цю схему

Можна робити смугові фільтри з усього, що має резонансну частоту. Конденсатор і індуктор послідовно або паралельно утворюють резонансну схему резервуара, яку можна використовувати як смуговий або смуговий фільтр, залежно від того, як саме ви підключите його. Антена - це також смуговий фільтр - вона буде приймати лише частоти, які мають довжину хвилі приблизно за розміром антени. Занадто великий або занадто малий, і він не працює. Порожнини також можна використовувати як фільтри - герметична металева коробка має різні режими стоячої хвилі, і їх можна використовувати як фільтри. Електронні хвилі також можуть бути перетворені на інші хвилі, такі як акустичні хвилі, і фільтруються. Фільтри SAW (поверхнева акустична хвиля) та фільтри кристалів працюють як механічним резонансом, так і використовують п’єзоелектричний ефект для взаємодії з ланцюгом. Можливо також побудувати фільтри з ліній електропередачі, використовуючи притаманні їм індуктивність та ємність, а також використовуючи конструктивні та руйнівні перешкоди, що виникають в результаті відображень. Я бачив низку мікрохвильових стрічкових фільтрів, які виготовлені з божевільної форми міді, надрукованої на друкованій платі. Такі називаютьсяфільтри розподілених елементів . Між іншим, більшість цих інших фільтрів можна моделювати як схеми LC або RLC.

Тепер радіо, визначене програмним забезпеченням - це зовсім інша тварина. Оскільки ви працюєте з цифровими даними, ви не можете просто кинути деякі резистори та конденсатори на проблему. Натомість ви можете використовувати деякі стандартні топології фільтрів, такі як FIR або IIR. Вони побудовані з каскаду множників і суматорів. Основна ідея - створити представлення часового домену потрібного фільтра, а потім з'єднати цей фільтр із даними. Результатом є фільтруються дані. Можлива побудова низькопрохідних та смугових фільтрів FIR.

Фільтрація йде рука об руку з перетворенням частоти. Є параметр, який ви побачите в усьому місці під назвою Q. Це коефіцієнт якості. Для смугових фільтрів він пов'язаний з пропускною здатністю та центральною частотою. Якщо ви хочете зробити фільтр шириною 100 Гц на частоті 1 ГГц, вам знадобиться фільтр з астрономічно високим Q. Що неможливо побудувати. Тож замість цього ви фільтруєте фільтр із низьким Q (широким), конвертуйте на нижню частоту, а потім фільтруйте за допомогою іншого фільтра низької Q. Однак, якщо ви перетворюєте 1 ГГц в, скажімо, 10 МГц, фільтр частотою 100 Гц має набагато більш розумний Q. Це часто робиться в радіостанціях і, можливо, з більш ніж однією частотою перетворення. Крім того,

Що стосується цифрових фільтрів, то чим довший фільтр, тим вище Q і тим більш селективним стає фільтр. Ось приклад смугового фільтра FIR:

FIR Bandpass

Верхня крива - частотна характеристика фільтра, а нижня - графік коефіцієнтів фільтра. Цей тип фільтра можна розглядати як спосіб пошуку відповідних фігур. Коефіцієнти фільтра містять компоненти частоти частоти. Як бачимо, реакція трохи коливається. Ідея полягає в тому, що це коливання буде відповідати вхідній формі хвилі. Частотні компоненти, які тісно відповідають, з’являться у вихідних та частотних компонентах, які не будуть скасовані. Сигнал фільтрується шляхом ковзання коефіцієнтів фільтра вздовж вхідного сигналу по одній вибірці за часом, і при кожному зміщенні відповідні вибіркові сигнали та коефіцієнти фільтра множуються та підсумовуються. Це в основному усереднює сигнальні компоненти, які не відповідають фільтру.

cos(A)cos(B)=12(cos(A+B)+cos(AB))

4
Basically, the capacitor acts as a resistor, but with a different resistance at different frequencies. When you add a resistor, you can build a voltage divider that is frequency dependent.+1 лише для цього. Студент EE 4 курсу, і дещо зручні ж / фільтри, і це найпростіше та найефективніше визначення, яке я чув для опису фільтра RC. Чи знає ОП, що таке роздільник напруги - це інша історія :)
MDMoore313

Я згадував змішування внизу, але, мабуть, я міг би дати ще кілька деталей.
alex.forencich

Вибачте, не читав так далеко, +1.
Метт Янг

Цей опис цифрових фільтрів дує мені на думку. Він може визначати лише частотні компоненти, правда? Тож це експлуатувати той факт, що людські вуха насправді не можуть визначити різницю у фазі? Якщо це правда, це саме той ярлик, який я шукав.
Брайан Гордон

2
Ну ... начебто. Фаза зберігається в смузі пропускання, більш-менш, але ви отримаєте фазовий зсув, коли реакція фільтра відключається. Ідея полягає в тому, що компоненти вхідного сигналу з частотами, які відповідають тим, що знаходяться у фільтрі, будуть пропускатися через мінімальну модифікацію як по амплітуді, так і по фазі, в той час як компоненти, що виходять за межі смуги пропускання, будуть ослаблені / заблоковані.
alex.forencich

13

Це робиться за допомогою системи настройки гетеродина. Наприклад, скажімо, що ви хочете налаштувати станцію на 1200 кГц. Ви встановлюєте набір регулятора на "1200", який встановлює локальний генератор для генерації частоти 745 кГц. Коли ви їх змішуєте, одна з отриманих частот - це різниця (частота, яку ви хочете налаштувати - 745 кГц).

Наступний етап - це вузькосмуговий підсилювач, налаштований на 455 кГц. Що зараз на 455 кГц було 455 + 745 або 1200 кГц, що надходить, станція, яку ви хотіли отримати. Це (455 кГц) посилюється і виявляється, в результаті чого звук для цієї станції прослуховується.
Звичайно ж, приймаються й інші частоти. Але їх результуюча частота буде різною, ніж 455 кГц, тому вони не будуть посилюватися.

Використовувати проміжну частоту 455 кГц (в США) було вирішено, оскільки вона була нижче стандартної смуги AM (від 535 кГц до 1610 кГц), тому не було б ніяких перешкод жодній станції, яку ви намагалися отримати.

Це для прийому аналогового радіосигналу. Для отримання додаткової інформації ви можете перевірити гетеродин , чому перетворення на проміжну частоту? і проміжна частота .


Це не вірно для дуже простих кристалічних радіостанцій.
alex.forencich

2
Насправді існує багато можливих конфігурацій між простим набором кристалів і складністю супергета; хоча я розумію, останній дуже часто використовується в сучасних комерційних проектах.
peterG

2

Антена радіо приймає багато сигналів однаково. що ми хочемо - це відфільтрувати інші станції, і дозволити лише сигнал станції, на яку ми налаштовані. так, як це було зроблено спочатку, було використовувати як індуктор, так і змінний конденсатор. На деякій частоті індуктивна реактивність буде дорівнює ємної реактивності, Xl = Xc, даючи найменший опір цьому сигналу. тоді сигнал надсилається для посилення в ланцюзі, що залишився в радіо, тоді як інші частоти придушуються, оскільки вони не на цій резонансній частоті. Поки Q фільтра досить високий, ви можете усунути посилення інших станцій. Також цікавий цей індуктивний / ємнісний ланцюг коливається, в істинному розумінні осциляторів ... це означає, що він має коефіцієнт підсилення вище 1 і керується струмом.


-7

на мій погляд, МОДУЛЬНІ МОДУЛИРОВАНА хвиля (що містить несучу хвилю та дані (голос), змішується з проміжною частотою, яка перебуває поза фазою на 180 градусів, таким чином вигукуючи (голосову) інформацію. Пам'ятайте в теорії змінного струму, яка хвилює з віднімання фаз і хвилі вфазі додають сюди ту саму ідею.


Проміжна частота ні з чим не змішується. Це результат змішування частоти ВЧ і частоти генератора. Говорити про відносну фазу двох різних частот абсолютно безглуздо.
користувач207421

Якщо ви не використовуєте синхронне детектування в ІЧ, в такому випадку синхронний / опорний генератор змішується з сигналом ІЧ.
Девід
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.