用簡單的話來說什麼是外差,它在哪裡使用?

外差(振盪器) 在接收器中發射機在大多數情況下,確定接收頻率的信號發生器稱為外差。雖然它的作用被稱為輔助,但它對接收或發射設備的質量有非常重要的影響。

外差示意圖。

外差接收的外差函數和原理

在無線電接收的早期,所有無線電接收器的設計都沒有外差。振盪輸入電路拾取的信號被放大,然後被檢測並饋送到低頻放大器。隨著電路的發展,構建高增益射頻放大器的問題出現了。

為了覆蓋大範圍,它採用寬帶寬製成,這使其易於自激。可切換放大器被證明過於復雜和笨重。

這一切都隨著外差接收的發明而改變。來自可調諧(或固定)振盪器的信號被饋送到混頻器。混頻器的另一個輸入是接收信號,輸出是海量的拉曼頻率,這些拉曼頻率是外差和接收信號在各種組合中的頻率之和和差。實際應用中通常有兩個頻率:

  • f-外差-f-信號;
  • f-信號 - f-外差。

這些頻率相互關聯稱為鏡像頻率。接收在一個通道上進行,第二個由接收器的輸入電路過濾。這種差異稱為中頻 (IF),它的值是在設計接收或發射設備時選擇的。其他組合頻率被中頻濾波器濾除。

對於工業設備,有選擇 IF 頻率的標準。在業餘設備中,這個頻率是從不同的條件中選擇的,包括用於構建窄帶濾波器的組件的可用性。

濾波器選擇的中頻在中頻放大器中被放大。由於這個頻率是固定的並且帶寬很小(2.5...3 kHz 足以容納語音信息),它的放大器可以很容易地製成具有高增益的窄帶。

有些電路使用總頻率 - f 信號 + f 外差。這種電路稱為“上變頻”電路。該原理簡化了接收器輸入電路的結構。

還有一種直接轉換技術(不要與直接放大混淆!),其中接收幾乎以外差頻率進行。該電路的設計和調諧簡單,但直接轉換設備具有明顯降低性能質量的固有缺陷。

發射器中也使用了外差。它們執行將低頻調製信號傳輸到傳輸頻率的反函數。通信設備中可能存在多個外差。因此,如果使用具有兩個或更多個頻率轉換的電路,則分別使用兩個或更多個外差。該電路還可能包括執行附加功能的外差 - 恢復傳輸期間抑制的載波,形成電報包裹等。

接收機中的外差功率很小。在大多數情況下,幾毫瓦就足以完成任何任務。但是,如果接收器電路允許,外差信號可能會洩漏到天線中,並且可以在幾米的距離內接收到。

無線電愛好者中有一個流行的故事,在禁止收聽西方廣播電台的日子裡,特殊服務的代表過去常常在房屋入口處走動,接收器調諧到“敵人的聲音”頻率(更正為中頻)。通過信號的存在,據說可以確定誰在收聽被禁止的廣播。

外差參數要求

外差信號的主要要求是頻譜純度。如果外差產生的電壓不是正弦電壓,則混頻器中會產生額外的拉曼頻率。如果它們落在輸入濾波器的帶寬內,則會導致額外的接收通道,以及“命中點”的出現——在某些接收頻率處,會出現干擾有用信號接收的哨聲。

另一個要求是輸出信號電平和頻率的穩定性。第二個在處理帶有抑制載波(SSB (OBP)、DSB (DSB) 等)的信號時尤為重要。通過使用穩壓器為主振盪器供電和正確選擇模式,很容易獲得輸出電平的連續性有源元件(晶體管)。

頻率恆定性取決於頻率參考元件(振盪電路的電容和電感)的穩定性,以及安裝電容的恆定性。LC元件的不穩定性主要由外差運行期間的溫度變化決定。為了穩定電路元件,將它們放置在恆溫器中或採取特殊措施來補償電容和電感的溫度漂移。電感線圈通常試圖完全熱穩定。

為此,使用了特殊的結構——線圈以強線張力纏繞,線匝填充化合物以防止線匝位移,線被燒成陶瓷框架等。

為了減少溫度對參考電容器容量的影響,它由兩個或多個元件組成,選擇不同的電容溫度係數值和符號,使它們通過加熱或冷卻相互補償。

由於熱穩定性問題,使用變容二極管作為電容的電子控制外差沒有被廣泛使用。它們對加熱的依賴是非線性的,很難補償。因此,變容電容僅用作失諧元件。

組件的電容加到參考電容的電容上,它的不穩定性也會導致頻率漂移。為避免安裝不穩定性,所有外差元件必須非常牢固地安裝,以避免彼此之間發生甚至最小的偏移。

主振盪器構造的真正突破是 1930 年代德國粉末鑄造技術的發展。這使得為無線電部件生產複雜的三維形狀成為可能,這使得實現當時前所未有的組裝剛度成為可能。這將國防軍無線電通信系統的可靠性提高到了一個新的水平。

如果外差不可調,跳頻元件通常是 晶體振盪器.這允許振蕩的極高穩定性。

近年來,有一種趨勢是使用數字頻率合成器作為外差而不是 LC 振盪器。輸出電壓和頻率的穩定性很容易實現,但光譜純度還有很多不足之處,特別是如果信號是使用廉價的微芯片生成的。

今天,舊的無線電接收技術正在被新的技術所取代,例如 DDC - 直接數字化。接收設備中的外差作為一個類消失的時間不遠了。但這不會很快發生,因此外差的知識和外差接收的原理將在很長一段時間內受到需求。

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