Uma heterodyne (oscilador de referência) num receptor (transmissorNa maioria dos casos, o gerador de sinal que determina a frequência da recepção é chamado heteródino. Embora o seu papel seja descrito como auxiliar, tem um impacto muito significativo na qualidade da unidade receptora ou transmissora.
Conteúdos
Designação de heterodinâmica e princípio de recepção heterodinâmica
Nos primeiros tempos da recepção de rádio, um heteródino era essencial na construção de um circuito receptor. O sinal captado pelo circuito de entrada oscilante foi amplificado e depois detectado e introduzido num amplificador de baixa frequência. Com o desenvolvimento dos circuitos, surgiu o problema da construção de um amplificador de rádio de alto ganho.
Para sobrepor uma grande variedade, foi concebido com uma grande largura de banda, o que o tornava propenso à auto-excitação. Os amplificadores comutáveis revelaram-se demasiado complicados e incómodos.
Tudo isso mudou com a invenção da recepção heterodyne. O sinal de um oscilador sintonizável (ou fixo) é alimentado a um misturador. A outra entrada do misturador é o sinal recebido e a saída é um número enorme de frequências Raman, que são as somas e diferenças das frequências de sinal heteródinas e recebidas em várias combinações. Na aplicação prática há normalmente duas frequências:
- f heterodyne-f-signal;
- f-sinal - f-heterodyne.
Estas frequências são chamadas frequências-espelho em relação umas às outras. A recepção é num canal, o outro é filtrado pelos circuitos de entrada do receptor. A diferença chama-se frequência intermédia (IF), e o seu valor é escolhido ao projectar o receptor ou transmissor. As outras frequências combinadas são filtradas pelo filtro de frequência intermédia.
Para equipamento industrial, existem normas para a selecção da frequência IF. No equipamento amador, esta frequência é seleccionada sob diversas condições, incluindo a disponibilidade de componentes para construir um filtro de banda estreita.
A frequência intermédia filtrada é amplificada no amplificador IF. Como esta frequência é fixa e a largura de banda é pequena (2,5...3 kHz é suficiente para informação de voz), o amplificador para ela pode facilmente ser feito de banda estreita com um alto ganho.
Existem circuitos que utilizam a frequência combinada - f-sinal + f-heterodyne. Tais circuitos são chamados circuitos de "up-conversion". Isto simplifica o circuito de entrada do receptor.
Existe também uma técnica de conversão directa (não confundir com a amplificação directa!) em que a recepção está quase na frequência heterodina. Este circuito é simples na construção e afinação, mas as técnicas de conversão directa têm inconvenientes inerentes que podem prejudicar o desempenho.
Os Heterodynes são também utilizados no transmissor. Têm a função inversa de transportar um sinal modulado de baixa frequência para a frequência de transmissão. Pode haver mais do que um heteródino no equipamento de comunicação. Assim, se for utilizado um circuito com duas ou mais conversões de frequência, são utilizadas duas ou mais heterodinas, respectivamente. Também pode haver heterodinas no circuito que desempenhem funções adicionais - restauração de um transportador suprimido durante a transmissão, formação de pacotes telegráficos, etc.
O poder da heterodina no receptor é pequeno. Alguns milliwatts, na maioria dos casos, são suficientes para qualquer aplicação. Mas o sinal heteródino, se o circuito do receptor o permitir, pode vazar para a antena e ser recebido a uma distância de vários metros.
Há uma história popular entre os radioamadores que quando as estações de rádio ocidentais foram proibidas, os representantes dos serviços de segurança costumavam andar à volta da entrada das casas com receptores sintonizados com as frequências das "vozes inimigas" (corrigidas para a frequência intermédia). Foi alegadamente possível determinar quem estava a ouvir as transmissões proibidas pela presença de sinais.
Requisitos dos parâmetros Heterodyne
O principal requisito para um sinal heteródino é a pureza espectral. Se a heterodyne gera uma voltagem diferente da sinusoidal, são geradas frequências Raman extra na misturadora. Se estes caírem dentro da largura de banda dos filtros de entrada, leva a canais de recepção extra, bem como a "pontos de golpe" - o assobio ocorre em algumas frequências de recepção, interferindo com a recepção de um sinal útil.
Outro requisito é a estabilidade do nível e frequência do sinal de saída. A segunda é especialmente importante no processamento de sinais com um portador suprimido (SSB, DSB, etc.) A estabilidade do nível de saída é facilmente obtida através da aplicação de reguladores de tensão para alimentar os osciladores principais e através da selecção correcta do modo do elemento activo (transistor).
A constância da frequência depende da estabilidade dos elementos de referência da frequência (capacitância e indutância do circuito oscilante) e também da constância da capacidade da instalação. A instabilidade dos elementos LC é sobretudo determinada pelas variações de temperatura durante o funcionamento do heteródino. A fim de estabilizar os componentes do circuito, os componentes são colocados em termóstatos ou são tomadas medidas especiais para compensar o desvio da temperatura da capacitância e da indutância. As bobinas de indução são normalmente tentadas para serem totalmente termoestáveis.
Para este fim, são utilizadas construções especiais - as bobinas são enroladas com uma forte tensão do fio, as voltas são preenchidas com um composto para excluir o deslocamento das voltas, o fio é queimado numa moldura cerâmica, etc.
Para reduzir a influência da temperatura na capacidade do condensador de referência, este é composto por dois ou mais elementos, seleccionando-os com diferentes valores e sinais de coeficiente de capacitância de temperatura, de modo a que sejam mutuamente compensados por aquecimento ou arrefecimento.
As heterodinas controladas electronicamente, que utilizam varicaps como capacitância, não são amplamente utilizadas devido a problemas de estabilidade térmica. A dependência da temperatura é não-linear e difícil de compensar. Portanto, as varicaps são utilizadas apenas como elementos detonantes.
A capacidade do conjunto é adicionada à capacidade do condensador de referência, e a sua instabilidade também leva ao desvio da frequência. Para evitar instabilidade de instalação, todos os elementos heteródinos têm de ser montados de forma muito rígida para evitar mesmo os menores turnos em relação uns aos outros.
Um verdadeiro avanço na construção de osciladores foi o desenvolvimento na década de 1930 da tecnologia de fundição em pó na Alemanha. Isto tornou possível o fabrico de formas tridimensionais complexas para componentes de rádio, tornando possível alcançar uma rigidez de montagem sem precedentes na altura. Isto trouxe a fiabilidade dos sistemas de rádio da Wehrmacht a um novo nível.
Se a heterodina não for sintonizável, o elemento de captação de frequência é normalmente um oscilador de cristal. Isto resulta numa oscilação extremamente estável.
Nos últimos anos tem havido uma tendência para a utilização de sintetizadores de frequência digital em vez de osciladores LC como heterodinadores. A tensão e frequência de saída estáveis são fáceis de alcançar, mas a pureza espectral deixa muito a desejar, especialmente se o sinal for gerado utilizando microchips baratos.
Actualmente, as velhas tecnologias de recepção de rádio estão a ser substituídas por novas, tais como a DDC - digitalização directa. O tempo não está muito distante quando os heterodynes em receber equipamento desaparecerão como uma classe. O tempo não chegará suficientemente cedo para que o conhecimento das frequências heteródinas e dos princípios de recepção heteródina seja exigido durante muito tempo.
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