Een heterodyne (referentie-oscillator) in een ontvanger (zenderIn de meeste gevallen wordt de signaalgenerator die de frequentie van de ontvangst bepaalt een heterodyne genoemd. Hoewel de rol ervan als ondersteunend wordt omschreven, heeft zij een zeer grote invloed op de kwaliteit van de ontvangende of zendende eenheid.
Inhoud
Benaming van heterodyne en principe van heterodyne-ontvangst
In de begindagen van de radio-ontvangst was een heterodyne van essentieel belang bij de constructie van een ontvangerschakeling. Het signaal dat door het oscillerende ingangscircuit werd opgepikt, werd versterkt en vervolgens gedetecteerd en aan een laagfrequente versterker toegevoerd. Met de ontwikkeling van de schakelingen rees het probleem van de bouw van een radioversterker met hoge versterking.
Om een groot bereik te overlappen, werd hij ontworpen met een grote bandbreedte, waardoor hij vatbaar werd voor zelfexcitatie. Omschakelbare versterkers bleken te ingewikkeld en omslachtig te zijn.
Dat veranderde allemaal met de uitvinding van de heterodyne ontvangst. Het signaal van een afstembare (of vaste) oscillator wordt aan een mixer toegevoerd. De andere ingang van de mixer is het ontvangen signaal en de uitgang is een enorm aantal Raman-frequenties, die de sommen en verschillen zijn van de heterodyne en ontvangen signaalfrequenties in diverse combinaties. In de praktijk zijn er meestal twee frequenties:
- f heterodyne-f-signaal;
- f-signaal - f-heterodyne.
Deze frequenties worden ten opzichte van elkaar spiegelfrequenties genoemd. De ontvangst vindt plaats op één kanaal, het andere wordt weggefilterd door de ingangscircuits van de ontvanger. Het verschil wordt de middenfrequentie (IF) genoemd, en de waarde ervan wordt gekozen bij het ontwerpen van de ontvanger of zender. De andere combinatiefrequenties worden uitgefilterd door het tussenfrequentiefilter.
Voor industriële apparatuur zijn er normen voor de keuze van de IF-frequentie. In amateurapparatuur wordt deze frequentie gekozen onder uiteenlopende omstandigheden, waaronder de beschikbaarheid van componenten om een smalbandfilter te bouwen.
De gefilterde middenfrequentie wordt versterkt in de IF-versterker. Aangezien deze frequentie vast ligt en de bandbreedte klein is (2,5...3 kHz is voldoende voor spraaktransmissie), kan de versterker ervoor gemakkelijk smalbandig worden gemaakt met een hoge versterking.
Er zijn schakelingen die gebruik maken van de gecombineerde frequentie - f-signaal + f-heterodyne. Dergelijke circuits worden "up-conversie"-circuits genoemd. Dit vereenvoudigt het ingangscircuit van de ontvanger.
Er is ook een directe conversietechniek (niet te verwarren met directe versterking!) waarbij de ontvangst bijna op de heterodyne frequentie is. Deze schakeling is eenvoudig van constructie en afstemming, maar directe conversietechnieken hebben inherente nadelen die afbreuk kunnen doen aan de prestaties.
Heterodynes worden ook gebruikt in de zender. Zij hebben de omgekeerde functie van het overbrengen van een laagfrequent gemoduleerd signaal naar de zendfrequentie. Er kan meer dan één heterodyne in communicatieapparatuur zitten. Indien een schakeling met twee of meer frequentieomzettingen wordt gebruikt, worden dus respectievelijk twee of meer heterodynen gebruikt. Er kunnen ook heterodynen in de schakeling zijn die aanvullende functies vervullen - herstel van een tijdens de transmissie onderdrukte draaggolf, vorming van telegrafische pakketten, enz.
Het vermogen van de heterodyne in de ontvanger is klein. Een paar milliwatt is in de meeste gevallen voldoende voor elke toepassing. Maar het heterodyne signaal kan, indien de ontvangschakeling dit toelaat, in de antenne lekken en op een afstand van enkele meters worden ontvangen.
Er bestaat een populair verhaal onder radioamateurs dat toen westerse radiostations verboden waren, vertegenwoordigers van de veiligheidsdiensten bij de ingang van huizen rondliepen met ontvangers die afgestemd waren op de frequenties van "vijandelijke stemmen" (gecorrigeerd voor de middenfrequentie). Naar verluidt was het mogelijk door de aanwezigheid van signalen vast te stellen wie naar verboden uitzendingen luisterde.
Heterodyne parameter vereisten
De belangrijkste eis voor een heterodyne signaal is spectrale zuiverheid. Als de heterodyne een andere spanning dan sinusoïdaal genereert, worden extra Raman-frequenties in de mixer opgewekt. Als deze binnen de bandbreedte van de ingangsfilters vallen, leidt dit tot extra ontvangstkanalen en ook tot "hit points" - fluiten bij sommige ontvangstfrequenties, waardoor de ontvangst van een bruikbaar signaal wordt verstoord.
Een andere vereiste is de stabiliteit van het uitgangssignaalniveau en de frequentie. Het tweede is vooral belangrijk bij de verwerking van signalen met een onderdrukte draaggolf (SSB, DSB, enz.) De stabiliteit van het uitgangsniveau kan gemakkelijk worden verkregen door spanningsregelaars toe te passen om de masteroscillatoren van stroom te voorzien en door een juiste keuze van de actieve element (transistor) modus.
De frequentiestabiliteit hangt af van de stabiliteit van de frequentiereferentie-elementen (capaciteit en inductantie van de oscillerende kring) en ook van de constantheid van de installatiecapaciteit. De instabiliteit van de LC-elementen wordt voornamelijk bepaald door temperatuurschommelingen tijdens de werking van de heterodyne. Om de circuitcomponenten te stabiliseren, worden de componenten in thermostaten geplaatst of worden speciale maatregelen genomen om de temperatuurdrift van de capaciteit en de inductantie te compenseren. Inductiespoelen worden gewoonlijk geprobeerd volledig thermostabiel te zijn.
Voor dit doel worden speciale constructies gebruikt - spoelen worden gewikkeld met een sterke draadspanning, bochten worden gevuld met compound om verschuiving van bochten uit te sluiten, draad wordt ingebrand in een keramisch frame, enz.
Om de invloed van de temperatuur op de capaciteit van de referentiecondensator te verminderen, wordt deze samengesteld uit twee of meer elementen, die worden geselecteerd met verschillende waarden en tekens van de temperatuurcoëfficiënt van de capaciteit, zodat zij wederzijds worden gecompenseerd door verwarming of afkoeling.
Elektronisch gestuurde heterodynes, waarbij varicaps als capaciteit worden gebruikt, worden niet op grote schaal gebruikt wegens problemen met de thermische stabiliteit. De temperatuurafhankelijkheid is niet-lineair en moeilijk te compenseren. Daarom worden varicaps alleen gebruikt als ontstemmingselementen.
De capaciteit van de assemblage wordt toegevoegd aan de capaciteit van de referentiecondensator, en de instabiliteit ervan leidt ook tot frequentiedrift. Om installatie-instabiliteit te voorkomen, moeten alle heterodyne-elementen zeer stijf worden gemonteerd om zelfs de kleinste verschuivingen ten opzichte van elkaar te voorkomen.
Een echte doorbraak in de bouw van oscillatoren was de ontwikkeling in de jaren dertig van de poedergiettechnologie in Duitsland. Hierdoor werd het mogelijk complexe driedimensionale vormen voor radiocomponenten te vervaardigen, waardoor een voor die tijd ongekende montagestijfheid kon worden bereikt. Dit bracht de betrouwbaarheid van Wehrmacht radiosystemen naar een nieuw niveau.
Als de heterodyne niet afstembaar is, is het frequentiepickup-element gewoonlijk een kristaloscillator. Dit resulteert in een uiterst stabiele oscillatie.
De laatste jaren is er een tendens om digitale frequentiesynthesizers te gebruiken in plaats van LC-oscillatoren als heterodynes. Stabiele uitgangsspanning en frequentie zijn gemakkelijk te bereiken, maar de spectrale zuiverheid laat veel te wensen over, vooral als het signaal wordt opgewekt met goedkope microchips.
Vandaag de dag worden oude radio-ontvangsttechnologieën vervangen door nieuwe, zoals DDC - directe digitalisering. De tijd is niet ver meer dat heterodynen in ontvangstapparatuur als klasse zullen verdwijnen. Die tijd zal niet snel genoeg komen, zodat kennis van heterodyne frequenties en van de beginselen van heterodyne ontvangst nog lange tijd nodig zal zijn.
Verwante artikelen:
