Чому перетворення на проміжну частоту?

Під час вивчення різних систем зв'язку (приймачів супергетеродину та телевізійних приймачів), я часто зустрічаю блоки, які перетворюють радіочастотні сигнали в сигнали середньої частоти (ІЧ). У чому необхідність цього перетворення? Чи не можна радіочастотні сигнали обробляти безпосередньо, не перетворюючи їх у сигнали IF?

Я посилався на це запитання, але його відповідь не пояснювала необхідність перетворення IF.

Ця відповідь зосереджена на радіоприймачах, таких як AM та FM.

Якщо вас цікавить лише отримання сигналу з однієї станції, можливо, вам не знадобиться мати або використовувати проміжну частоту. Ви можете побудувати свій приймач так, щоб він налаштовувався саме на таку частоту - настройка повинна бути різкою - вам потрібно відхилити всі можливі інші джерела, які можуть забруднити потрібний сигнал.

Це робиться за допомогою безлічі смугових фільтрів, які разом мають пропускну здатність, яка є достатньо широкою, щоб впоратися з сигналом, який ви бажаєте отримати, але не настільки широким, що дозволяє іншим.

Тепер скажіть, що ви хотіли налаштувати на дві станції - вам доведеться повторно вирівняти всю цю фільтрацію, щоб вона збігалася з новою станцією. Історично радіостанції були простими, і перемістити купу налаштованих смугових фільтрів на нову центральну частоту було б важко.

Набагато простіше було встановити купу фіксованих смугових фільтрів, які робили більшість усіх небажаних каналів, а не намагалися їх вирівняти під час налаштування циферблата.

Таким чином були задумані супергетеродинові приймачі. Вхідний широкий діапазон багатьох радіостанцій був "змішаний" з осцилятором, який можна просто настроїти циферблатом - це призвело до суми та різниці частот і зазвичай різницева частота стала новою "бажаною" частотою. Так для FM (від 88 МГц до 108 МГц) частота ПЧ стала 10,7 МГц, а генератор буде (як правило) на частоті 98,7 МГц для настройки сигналів 88 МГц і на 118,7 МГц для настройки сигналів 108 МГц.

Не вішайте мене на цьому - це може однаково на 77,3 МГц піднятися до 97,3 МГц, щоб створити той же набір різницевих частот. Можливо, хтось може змінити мою відповідь або порадити мене з цього приводу.

Це невелика справа, адже справа в тому, що як тільки ви змогли маніпулювати частотою несучої сигналу вхідного сигналу, ви можете подати результат через чітко налаштований фіксований набір смугових фільтрів перед демодуляцією.

Трохи більше інформації про VHF FM-діапазон

Він переходить від 88 МГц до 108 МГц і має коефіцієнт корисної дії, який трохи більший (10,7 МГц), ніж половина частотного діапазону, який він охоплює. Є обґрунтована причина - якби генератор точно налаштувався на підняття 88 МГц (тобто осс = 98,7 МГц), різниця частоти, яку він виробляв би у верхній смузі на 108 МГц, становила б 9,3 МГц, і це було б просто поза смугою настройка була зосереджена на 10,7 МГц і тому "відхилена".

Звичайно, якщо хтось почав передавати лише за межами діапазону FM, ви можете забрати це, але я вважаю, що законодавство це заважає.

Після недавньої активності у цьому питанні я згадав, що є ще одна вагома причина використання проміжної частоти. Подумайте, що сигнал від антени може бути в порядку 1 UV RMS, а потім подумайте, що ви, ймовірно, хочете, щоб радіо ланцюг підсилив це щось на зразок 1В RMS (пробачте, коли махає рукою) на демодуляторі. Ну, це виграш в 1 мільйон або 120 дБ, і, як би ви не старалися, наявність друкованої плати з коефіцієнтом посилення 120 дБ є рецептом аварійних ситуацій, тобто вона буде коливатися і перетворюватися на "терапію".

Що вам дає ІФ - це перерва в ланцюзі сигналів, що запобігає коливанню. Отже, у вас може бути 60 дБ коефіцієнта посилення радіочастот, а потім перетворитесь на ваш ІЧ і у вас 60 дБ коефіцієнта посилення IF - сигнал в кінці ланцюга вже не є частотою, сумісною з тим, що відбувається на антені, і, отже, немає терапевтичного ефекту !

Деякі радіостанції можуть мати дві проміжні частоти - тільки тільки з цієї причини ви можете зменшити посилення ВЧ до 40 дБ, і кожен етап ІФ може мати посилення в 40 дБ і NO терапії.

ЯКЩО робить приймач і більш економічним, і якіснішим. Радіочастотні частини складніші для виготовлення та використання, а мікросхема більше загрожує проблемами розбіжної ємності, індуктивності, шуму, замикань на землю та перешкод. Тим більше, що вище частота. Але у нас повинен бути RF-фронтальний кінець, тому що сигнал на антенному з'єднанні просто занадто слабкий, щоб нічого не робити, але посилювати його. Необхідне, але дороге, дизайнери хочуть мінімізувати кількість радіочастотних схем.

ОТО, ми хочемо гарної вибірковості. Передачі виділяються пропускною здатністю, і кілька передавачів знаходяться під тиском, щоб їх стискати один за одним за частотою. Ми хочемо рівну смугу пропускання на бажану частоту і повне блокування частот поза цим. Вдосконалення неможливо, але компроміси можна здійснити для "достатньо хорошого" фільтра. Для цього потрібна вдосконалена конструкція фільтра, а не просто звичайна налаштована схема LC. Хоча теоретично це можна зробити в РФ, на практиці це буде складно і дорого, і важко зробити стабільним проти перепадів температури та старіння.

Ми можемо зробити кращі фільтри, що відповідають складним вимогам відгуку на нижчих частотах, наприклад, десятки МГц або низький МГц. Чим нижча частота, тим простіше спроектувати гідне наближення до фільтра функції відповіді прямокутника. Виявляється, виготовити понижувальний перетворювач - локальний генератор і змішувач - порівняно просто та економічно. В цілому система є найбільш економічною з мінімальними підсилювачами фронтального випромінювання, перетворювачами вниз і непогано розробленою секцією IF, яка робить все фантазійне фільтрування.

Основні моменти уроку: * Чим вище частота, тим вона дорожча і клопітша. * Розробити вимоги до фільтра (все, що виходить за рамки елементарної налаштованої схеми) найкраще робити на нижчих частотах

Мені цікаво, що ця стратегія проектування протягом десятиліть проводилася для багатьох різних систем, що використовують дивовижні технології. Старі радіосистеми з вакуумною трубкою, схожі на дерев’яні меблі 1930–1940-х років, транзисторні радіосистеми 1960-х років, крихітні стільникові телефони та пристрої Bluetooth сьогодні, гігантські радіоастрономічні телескопи, телеметрія космічних кораблів тощо.

В основному це дозволяє дозволити схему демодуляції зробити дуже чутливою з вузькою пропускною здатністю.

Якщо схема демодуляції мала бути широкосмуговою (скажімо, здатною працювати на будь-якій частоті від 88-108 МГц для FM), зберігати рівну характеристику у всьому діапазоні частот було б складно. Натомість тюнер широкосмуговий, а потім битий (гетеродинований) до єдиної проміжної частоти і направляється в дуже оптимізовану схему демодуляції.

Ранні радіостанції використовували радіостанції Tune RF для посилення слабких радіосигналів до моменту, коли «детектор» АМ може перетворити їх назад у звук. Ці радіостанції TRF мали б місце від однієї стадії до цілих 12 етапів. Чим більше етапів, тим кращий прийом слабких сигналів і краще відхилення зображення (відхилення довколишніх частот). Це спрацювало добре, коли було лише декілька радіостанцій, але не спрацювало добре, коли більше станцій почало переповнювати повітряні хвилі.

Радіо TRF використовує налаштовану схему, Q якої для кожного етапу встановлена ​​таким чином, щоб всі частоти для пропускної здатності аудіо, що використовується, пройшли через невелике посилення для підвищення сигналу до рівня, що використовується. У цього було кілька недоліків, як вказували інші, а деякі вони пропускали. Якщо ступінь надто високого посилення, вони можуть почати коливатися, і радіо припинить роботу. Навіть із зміненими змінними конденсаторами важко отримати всі етапи перебування на частоті, тому на деяких етапах або на всіх етапах передбачалося «обрізання» сигналу. Ось чому на фотографіях, які ви бачите на ранніх радіоприймачах, було так багато ручок. Дуже небагато було для "тримера" змінних конденсаторів, а інші - регулювання зміщення трубки для встановлення посилення для запобігання зворотного зв'язку. Це, як ви можете собі уявити,

Ще до межі 19 століття було відомо, що якщо два осцилятори будуть поруч один з одним, вони будуть "битися" один про одного і видавати новий сигнал, як у випадку двох флейт, налаштованих на один і той же крок. Це було використано декількома цікавими способами на початку 20 століття. Перше використання було в базовому діапазоні детекторів CW, який перетворював радіосигнал у чутний звук набагато чистіше, ніж бартер та інші згорнуті детекторні пристрої. Теремін використовує гетеродінінг двох осциляторів, де один має настроювану ємність, що постачається невеликою пластиною або дротом і рукою користувачів.

Майор Армстронг в США та кілька інших в Європі зрозуміли під час Першої світової війни, що це може бути використане для отримання приймача, який мав лише кілька дуже високих ступенів посилення та набагато простіші настройки фільтрів. Етап змішувача приймає вхідний ВЧ, гетеродин проти локального осцилятора і завдяки нелінійній поведінці стадії змішувача виробляють як суму, так і різницю частоти. Зазвичай частота різниці була нижчою, ніж РЧ або генератор. На частоті 1 МГц задається LO для 1,45 МГц і виробляється сигнал на частоті 455 кГц (різниця) та на 1,91 МГц (сума).

Замість багатьох налаштованих ступенів, коефіцієнт підсилення яких був розроблений для запобігання коливань, оскільки їх вхідні та вихідні частоти були однаковими, один або два вищі етапи посилення для ВЧ можуть супроводжуватися одним або декількома ретельно спроектованими етапами, всі працюють на різній фіксованій частоті, не потрібно було коригувати.

З багатьох секційних конденсаторів для налаштування, які були дуже дорогими і складними у виробництві, потрібно лише дві-три секції, які стають значно меншими витратами. Це також було простіше налаштувати, оскільки вибірковість ІЧ на частоті 455 кГц означала, що радіостанції на цій частоті не існують, оскільки діапазон мовлення становить 540 кГц до 1650 кГц.