Un eterodina (oscillatore di riferimento) in un ricevitore (trasmettitoreNella maggior parte dei casi il generatore di segnali che determina la frequenza della ricezione è chiamato eterodina. Anche se il suo ruolo è descritto come ausiliario, ha un impatto molto significativo sulla qualità dell'unità ricevente o trasmittente.
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Designazione di eterodina e principio della ricezione eterodina
Nei primi tempi della ricezione radio, l'eterodina era essenziale nella costruzione di un circuito di ricezione. Il segnale raccolto dal circuito di ingresso oscillante è stato amplificato e poi rilevato e alimentato in un amplificatore a bassa frequenza. Con lo sviluppo dei circuiti, sorse il problema di costruire un amplificatore radio ad alto guadagno.
Per sovrapporre una vasta gamma, è stato progettato con un'ampia larghezza di banda, che lo ha reso incline all'autoeccitazione. Gli amplificatori commutabili si sono rivelati troppo complicati e ingombranti.
Tutto è cambiato con l'invenzione della ricezione eterodina. Il segnale di un oscillatore accordabile (o fisso) è alimentato a un mixer. L'altro ingresso del mixer è il segnale ricevuto e l'uscita è un enorme numero di frequenze Raman, che sono le somme e le differenze delle frequenze dell'eterodina e del segnale ricevuto in varie combinazioni. Nell'applicazione pratica ci sono di solito due frequenze:
- f eterodina-f-segnale;
- f-segnale - f-eterodina.
Queste frequenze sono chiamate frequenze speculari l'una rispetto all'altra. La ricezione è su un canale, l'altro è filtrato dai circuiti d'ingresso del ricevitore. La differenza è chiamata frequenza intermedia (IF), e il suo valore è scelto quando si progetta il ricevitore o il trasmettitore. Le altre frequenze combinatorie sono filtrate dal filtro a frequenza intermedia.
Per le apparecchiature industriali, esistono degli standard per la selezione della frequenza IF. Nelle apparecchiature amatoriali, questa frequenza viene selezionata in diverse condizioni, compresa la disponibilità di componenti per costruire un filtro a banda stretta.
La frequenza intermedia filtrata viene amplificata nell'amplificatore IF. Poiché questa frequenza è fissa e la larghezza di banda è piccola (2,5...3 kHz è sufficiente per le informazioni vocali), l'amplificatore per essa può essere facilmente realizzato a banda stretta con un alto guadagno.
Ci sono circuiti che usano la frequenza combinata - f-segnale + f-eterodina. Tali circuiti sono chiamati circuiti di "up-conversion". Questo semplifica il circuito d'ingresso del ricevitore.
Esiste anche una tecnica di conversione diretta (da non confondere con l'amplificazione diretta!) in cui la ricezione è quasi alla frequenza eterodina. Questo circuito è semplice nella costruzione e nella messa a punto, ma le tecniche di conversione diretta hanno degli svantaggi intrinseci che possono ridurre le prestazioni.
Le eterodirette sono anche utilizzate nel trasmettitore. Hanno la funzione inversa di portare un segnale modulato a bassa frequenza alla frequenza di trasmissione. Ci può essere più di un'eterodina nelle apparecchiature di comunicazione. Così, se si usa un circuito con due o più conversioni di frequenza, si usano rispettivamente due o più eterodirezioni. Ci possono essere anche eterodiretti nel circuito che svolgono funzioni supplementari - ripristino di una portante soppressa durante la trasmissione, formazione di pacchi telegrafici, ecc.
La potenza dell'eterodina nel ricevitore è piccola. Qualche milliwatt nella maggior parte dei casi è sufficiente per qualsiasi applicazione. Ma il segnale eterodina, se il circuito del ricevitore lo permette, può trapelare nell'antenna e può essere ricevuto a diversi metri di distanza.
C'è una storia popolare tra i radioamatori che quando le stazioni radio occidentali erano vietate, i rappresentanti dei servizi di sicurezza giravano intorno all'ingresso delle case con ricevitori sintonizzati sulle frequenze delle "voci nemiche" (corrette per la frequenza intermedia). Era presumibilmente possibile determinare chi stava ascoltando le trasmissioni vietate dalla presenza di segnali.
Requisiti dei parametri dell'eterodina
Il requisito principale per un segnale eterodina è la purezza spettrale. Se l'eterodina genera una tensione diversa da quella sinusoidale, nel mixer si generano frequenze Raman extra. Se questi cadono nella larghezza di banda dei filtri d'ingresso, porta a canali di ricezione extra così come "punti di impatto" - il fischio si verifica ad alcune frequenze di ricezione, interferendo con la ricezione di un segnale utile.
Un altro requisito è la stabilità del livello e della frequenza del segnale di uscita. La seconda è particolarmente importante quando si elaborano segnali con una portante soppressa (SSB, DSB, ecc.) La stabilità del livello di uscita si ottiene facilmente applicando dei regolatori di tensione per alimentare gli oscillatori master e selezionando correttamente il modo dell'elemento attivo (transistor).
La costanza della frequenza dipende dalla stabilità degli elementi di riferimento della frequenza (capacità e induttanza del circuito oscillante) e anche dalla costanza della capacità di installazione. L'instabilità degli elementi LC è principalmente determinata dalle variazioni di temperatura durante il funzionamento dell'eterodina. Per stabilizzare i componenti del circuito, i componenti sono collocati in termostati o si prendono misure speciali per compensare la deriva termica della capacità e dell'induttanza. Le bobine d'induttanza sono solitamente provate per essere completamente termostabili.
Per questo scopo, si usano costruzioni speciali - le bobine sono avvolte con una forte tensione del filo, le spire sono riempite di composto per escludere lo spostamento delle spire, il filo è bruciato in un telaio di ceramica, ecc.
Per ridurre l'influenza della temperatura sulla capacità del condensatore di riferimento, è composto da due o più elementi, selezionandoli con valori e segni diversi del coefficiente di temperatura della capacità in modo che si compensino reciprocamente con il riscaldamento o il raffreddamento.
Le eterodirette controllate elettronicamente, che usano i varicap come capacità, non sono molto usate a causa dei problemi di stabilità termica. La dipendenza dalla temperatura è non lineare e difficile da compensare. Pertanto i varicap sono utilizzati solo come elementi di desintonizzazione.
La capacità del gruppo si aggiunge alla capacità del condensatore di riferimento, e la sua instabilità porta anche alla deriva della frequenza. Per evitare l'instabilità dell'installazione, tutti gli elementi eterodina devono essere montati molto rigidamente per evitare anche i più piccoli spostamenti l'uno rispetto all'altro.
Una vera svolta nella costruzione degli oscillatori fu lo sviluppo negli anni '30 della tecnologia di fusione a polvere in Germania. Questo ha reso possibile la fabbricazione di forme tridimensionali complesse per i componenti radio, permettendo di ottenere una rigidità di montaggio che non aveva precedenti all'epoca. Questo portò l'affidabilità dei sistemi radio della Wehrmacht a un nuovo livello.
Se l'eterodina non è sintonizzabile, l'elemento di rilevamento della frequenza è di solito un oscillatore a cristallo. Questo si traduce in un'oscillazione estremamente stabile.
Negli ultimi anni c'è stata una tendenza a usare sintetizzatori di frequenza digitali invece di oscillatori LC come eterodiretti. La tensione e la frequenza di uscita stabili sono facili da ottenere, ma la purezza spettrale lascia molto a desiderare, soprattutto se il segnale è generato utilizzando microchip economici.
Oggi, le vecchie tecnologie di ricezione radio sono state sostituite da nuove, come la DDC - digitalizzazione diretta. Non è lontano il momento in cui gli eterodiretti negli apparecchi di ricezione scompariranno come classe. Il tempo non arriverà mai abbastanza presto, quindi la conoscenza delle frequenze eterodine e dei principi della ricezione eterodina sarà richiesta per molto tempo a venire.
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