stringtranslate.com

Промежуточная частота

Ступень ПЧ телевизора Motorola 19K1, около 1949 г.

В области связи и электронной техники промежуточная частота ( ПЧ ) — это частота , на которую несущая волна смещается в качестве промежуточного шага при передаче или приеме. [1] Промежуточная частота создается путем смешивания несущего сигнала с сигналом локального генератора в процессе, называемом гетеродинированием , в результате чего получается сигнал на разностной или биенной частоте . Промежуточные частоты используются в супергетеродинных радиоприемниках , в которых входящий сигнал смещается на ПЧ для усиления перед окончательным детектированием .

Преобразование в промежуточную частоту полезно по нескольким причинам. При использовании нескольких каскадов фильтров все они могут быть установлены на фиксированную частоту, что упрощает их сборку и настройку. Транзисторы с более низкой частотой обычно имеют более высокие коэффициенты усиления, поэтому требуется меньше каскадов. Проще сделать резко избирательные фильтры на более низких фиксированных частотах.

Таких каскадов промежуточной частоты в супергетеродинном приемнике может быть несколько; два или три каскада называются двойным (иначе — двойным ) или тройным преобразованием соответственно.

Оправдание

Промежуточные частоты используются по трем общим причинам. [2] [3] На очень высоких ( гигагерц ) частотах схемы обработки сигнала работают плохо. Активные устройства, такие как транзисторы, не могут обеспечить большого усиления ( коэффициента усиления ). [1] Обычные схемы, использующие конденсаторы и индукторы, должны быть заменены громоздкими высокочастотными методами, такими как полосковые линии и волноводы . Поэтому высокочастотный сигнал преобразуется в более низкую ПЧ для более удобной обработки. Например, в спутниковых антеннах микроволновый сигнал нисходящей линии связи, принимаемый антенной, преобразуется в гораздо более низкую ПЧ на антенне, так что относительно недорогой коаксиальный кабель может передавать сигнал к приемнику внутри здания. Для подачи сигнала на исходной микроволновой частоте потребуется дорогой волновод .

В приемниках, которые можно настраивать на разные частоты, вторая причина заключается в преобразовании различных частот станций в общую частоту для обработки. Трудно построить многокаскадные усилители , фильтры и детекторы , которые могут иметь все каскады, отслеживающие настройку разных частот, но сравнительно легко построить настраиваемые генераторы . Супергетеродинные приемники настраиваются на разные частоты, регулируя частоту местного генератора на входном каскаде, и вся обработка после этого выполняется на одной и той же фиксированной частоте: ПЧ. Без использования ПЧ все сложные фильтры и детекторы в радио или телевизоре должны были бы настраиваться синхронно каждый раз, когда частота менялась, как это было необходимо в ранних настраиваемых радиочастотных приемниках (TRF). Более важным преимуществом является то, что он дает приемнику постоянную полосу пропускания в его диапазоне настройки. Полоса пропускания фильтра пропорциональна его центральной частоте. В приемниках, таких как TRF, в которых фильтрация выполняется на входящей частоте РЧ, по мере того, как приемник настраивается на более высокие частоты, его полоса пропускания увеличивается.

Основная причина использования промежуточной частоты — улучшение избирательности по частоте . [1] В цепях связи очень распространенной задачей является выделение или извлечение сигналов или компонентов сигнала, которые близки по частоте. Это называется фильтрацией . Вот несколько примеров: выбор радиостанции среди нескольких, которые близки по частоте, или извлечение поднесущей цветности из телевизионного сигнала. При использовании всех известных методов фильтрации полоса пропускания фильтра увеличивается пропорционально частоте. Таким образом, более узкая полоса пропускания и большая избирательность могут быть достигнуты путем преобразования сигнала в более низкую ПЧ и выполнения фильтрации на этой частоте. FM- вещание и телевизионное вещание с их узкой шириной канала, а также более современные телекоммуникационные услуги, такие как сотовые телефоны и кабельное телевидение , были бы невозможны без использования преобразования частоты. [4]

Использует

Возможно, наиболее часто используемые промежуточные частоты для вещательных приемников составляют около 455 кГц для AM-приемников и 10,7 МГц для FM-приемников. В приемниках специального назначения могут использоваться и другие частоты. Приемник с двойным преобразованием может иметь две промежуточные частоты: более высокую для улучшения подавления изображения и вторую, более низкую, для желаемой селективности. Первая промежуточная частота может быть даже выше входного сигнала, так что все нежелательные отклики можно легко отфильтровать фиксированно настроенным каскадом РЧ. [5]

В цифровом приемнике аналого-цифровой преобразователь (АЦП) работает на низких частотах дискретизации, поэтому входной РЧ должен быть смешан с ПЧ для обработки. Промежуточная частота, как правило, находится в более низком диапазоне частот по сравнению с передаваемой частотой РЧ. Однако выбор ПЧ в основном зависит от доступных компонентов, таких как смеситель , фильтры, усилители и другие, которые могут работать на более низкой частоте. Существуют и другие факторы, участвующие в принятии решения о ПЧ, поскольку более низкая ПЧ восприимчива к шуму, а более высокая ПЧ может вызвать дрожание тактовой частоты.

Современные спутниковые телевизионные приемники используют несколько промежуточных частот. [6] 500 телевизионных каналов типичной системы передаются со спутника абонентам в диапазоне Ku -волн в двух поддиапазонах 10,7–11,7 и 11,7–12,75 ГГц. Сигнал нисходящей линии связи принимается спутниковой антенной . В коробке в фокусе антенны, называемой малошумящим блочным понижающим преобразователем (LNB), каждый блок частот преобразуется в диапазон ПЧ 950–2150 МГц двумя фиксированными частотными гетеродинами на 9,75 и 10,6 ГГц. Один из двух блоков выбирается управляющим сигналом от приставки внутри, который включает один из гетеродинов. Эта ПЧ переносится в здание к телевизионному приемнику по коаксиальному кабелю. В приставке кабельной компании сигнал преобразуется в более низкую ПЧ 480 МГц для фильтрации с помощью гетеродина переменной частоты. [6] Это передается через полосовой фильтр 30 МГц, который выбирает сигнал с одного из транспондеров на спутнике, который несет несколько каналов. Дальнейшая обработка выбирает нужный канал, демодулирует его и отправляет сигнал на телевизор.

История

Промежуточная частота была впервые использована в супергетеродинном радиоприемнике, изобретенном американским ученым майором Эдвином Армстронгом в 1918 году во время Первой мировой войны . [7] [8] Будучи членом Корпуса связи , Армстронг создавал радиопеленгаторное оборудование для отслеживания немецких военных сигналов на очень высоких тогда частотах от 500 до 3500 кГц. Триодные ламповые усилители того времени не могли стабильно усиливать сигнал выше 500 кГц; однако их было легко заставить колебаться выше этой частоты. Решение Армстронга состояло в том, чтобы установить лампу генератора, которая создавала бы частоту, близкую к входящему сигналу, и смешивала бы ее с входящим сигналом в смесительной лампе, создавая гетеродин или сигнал на более низкой разностной частоте, где его можно было бы легко усилить. Например, чтобы уловить сигнал на частоте 1500 кГц, локальный генератор настраивался на 1450 кГц. Смешение этих двух частот создавало промежуточную частоту 50 кГц, что вполне соответствовало возможностям ламп. Название «супергетеродин» произошло от сокращения от « сверхзвуковой гетеродин» , чтобы отличать его от приемников, в которых частота гетеродина была достаточно низкой, чтобы быть непосредственно слышимой, и которые использовались для приема непрерывной волны (CW) с помощью кода Морзе (не речи или музыки).

После войны, в 1920 году, Армстронг продал патент на супергетеродин компании Westinghouse , которая впоследствии продала его компании RCA . Возросшая сложность схемы супергетеродина по сравнению с более ранними конструкциями регенеративных или настроенных радиочастотных приемников замедлила ее использование, но преимущества промежуточной частоты для избирательности и статического отклонения в конечном итоге победили; к 1930 году большинство проданных радиоприемников были «супергетеродинами». Во время разработки радаров во время Второй мировой войны принцип супергетеродина был необходим для преобразования очень высоких радиочастот в промежуточные частоты. С тех пор схема супергетеродина с ее промежуточной частотой использовалась практически во всех радиоприемниках.

Примеры

В радиоприёмнике RCA Radiola AR-812 [9] использовалось 6 триодов: смеситель, гетеродин, два каскада ПЧ и два каскада усилителя звуковой частоты с ПЧ 45 кГц.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Langford-Smith, Fritz , ed. (ноябрь 1941 г.) [1940]. "Глава 15. Преобразование частоты: принцип супергетеродина / Глава 17. Усилители промежуточной частоты: выбор частоты". Radiotron Designer's Handbook (PDF) (4-е издание, 3-е изд.). Сидней, Австралия / Харрисон, Нью-Джерси, США: Wireless Press for AWA / RCA . стр. 90, 99–100, 104, 158–159 [100, 159]. Архивировано (PDF) из оригинала 2021-02-03 . Получено 2021-07-10 . стр. 100, 158–159: […] можно предположить, что желаемая промежуточная частота составляет 465  Кц/с […] по этой причине частоты в районе 450–465 Кц/с очень широко используются […] Супергетеродинные приемники , разработанные специально для работы в области коротковолновой связи, обычно имеют более высокую частоту для ПЧ, примерно от 1600 до 3000 Кц/с, и могут также включать двойное изменение частоты. Например, приемник может изменить входящий сигнал сначала до 3000 Кц/с, а затем до 465 Кц/с или ниже. […] Различные частоты используются для усилителей ПЧ радиоприемников. Частота 110 Кц/с. широко используется в Европе, где используется диапазон длинных волн . Дает чрезвычайно хорошую селективность, но серьезное обрезание боковой полосы. Частота 175 Кц/с. использовался для приема вещательного диапазона как в Америке, так и в Австралии в течение ряда лет, но его использование в диапазоне коротких волн не очень удовлетворительно. Частота в районе 250–270 Кц/с также использовалась в ограниченной степени как компромисс между 175 и 465 Кц/с. Наиболее распространенные частоты для двухволновых приемников находятся в диапазоне от 450 до 465 Кц. […] и, особенно если используются трансформаторы промежуточной частоты с железным сердечником, этот частотный диапазон является очень хорошим компромиссом. Для коротковолновых приемников, которые не предназначены для работы на более низких частотах, может использоваться промежуточная частота 1600 Кц/с. или выше. […] Частота 455 Кц/с. получает всеобщее признание в качестве стандартной частоты, и прилагаются усилия для поддержания этой частоты свободной от радиопомех. […](См. также: Справочник конструктора радиотронов )
  2. ↑ Техническое руководство армии TM 11-665: Радиопередатчики и приемники CW и AM. Министерство армии США . 1952. С. 195–197.
  3. ^ Рембовский, Анатолий; Ашихмин, Александр; Козьмин, Владимир; и др. (2009). Радиомониторинг: проблемы, методы и оборудование. Springer Science and Business Media. стр. 26. ISBN 978-0387981000.
  4. ^ Диксон, Роберт (1998). Проектирование радиоприемника. CRC Press . С. 57–61. ISBN 0-82470161-5.
  5. ^ Хейворд, Уэс (1977). Де Мо, Дуг (ред.). Твердотельная конструкция для радиолюбителей . Американская лига радиорелейной связи . С. 82–87.
  6. ^ ab Lundstrom, Lars-Ingemar (2006). Понимание цифрового телевидения: введение в системы DVB со спутником, кабелем, широкополосным и наземным вещанием. США: Taylor & Francis . стр. 81–83. ISBN 0-24080906-8.
  7. ^ Редфорд, Джон (февраль 1996). «Эдвин Говард Армстронг». Doomed Engineers . Персональный сайт Джона Редфорда. Архивировано из оригинала 2008-05-09 . Получено 2008-05-10 .
  8. ^ ab Wiccanpiper (2004-01-08). "Superheterodyne". everything.com . Архивировано из оригинала 2021-07-09 . Получено 2008-05-10 .
  9. ^ ab Malanowski, Gregory (2011). Гонка за беспроводную связь: как было изобретено (или открыто?) радио. Authorhouse. стр. 69. ISBN 978-1-46343750-3.
  10. ^ abcdef Bussey, Gorden (1990). Wireless: the critical December 1924 - History of the British wireless industry 1924–34. IEE History of Technology Series. Vol. 13. London, UK: Peter Peregrinus Ltd. / Institution of Electrical Engineers . pp. 18–19, 78. ISBN 0-86341-188-6. ISBN 978-0-86341-188-5 . Архивировано из оригинала 2021-07-11 . Получено 2021-07-11 . (136 страниц)
  11. ^ abcdefghi Sandel, Bill; Hansen, Ian C.; et al. (январь 1960 г.) [1953, 1952, 1940, 1935, 1934]. "Глава 26. Усилители промежуточной частоты. Раздел 1. Выбор частоты (ii) Общепринятые промежуточные частоты / Раздел 2: Количество каскадов / Глава 34. Типы AM-приемников. Раздел 2: Супергетеродин / Глава 38. Таблицы, диаграммы и прочие данные. Раздел 4. Стандартные частоты (iii) Стандартные промежуточные частоты". В Langford-Smith, Fritz (ред.). Radiotron Designer's Handbook (PDF) (4-е изд.). Сидней, Австралия / Харрисон, Нью-Джерси, США: Wireless Press for AWA / RCA , Electron Tube Division. стр. 1021–1022, 1226, 1293–1295, 1361. Архивировано (PDF) из оригинала 2021-07-08 . Получено 2021-07-09 . стр. 1021–1022, 1226, 1361: […] В результате опыта, накопленного за несколько лет, в дополнение к ранее изложенным соображениям значения, выбранные для промежуточных частот большинства коммерческих приемников, стали довольно хорошо стандартизированными. Для большинства вещательных приемников, настраивающих диапазоны 540–1600  Кц/с и 6–18  МГц , обычным является ПЧ около 455 Кц/с. Частота 110 Кц/с широко используется в Европе, где действует длинноволновый диапазон 150–350 Кц/с. Приемники, предназначенные только для коротковолнового диапазона , обычно 40–50 МГц/с, обычно используют 4,3 МГц/с, а для диапазона 88–108 МГц/с они используют 10,7 МГц/с. ​​Последнее значение было принято в качестве стандарта в США и некоторых других странах для приемников VHF . […] Коротковолновые приемники, использующие трансформаторы 1600 Кц/с, обычно используют два каскада (3 трансформатора), хотя часто используется один каскад […] В широкополосных и коммуникационных приемниках обычно используются два или более каскадов. Промежуточная частота в общем случае составляет 455 Кц/с. Более ранние приемники использовали 175 Кц/с, но с появлением сердечников из порошкового железа и разработкой усилительных ламп с высоким крутизной предыдущее возражение против использования более высоких промежуточных частот, т. е. более низкого усиления, было аннулировано. […] Рекомендуется, чтобы супергетеродинные приемники , работающие в диапазоне средних частот вещания, использовали промежуточную частоту 455 Кц/с. Эта частота зарезервирована как свободный канал для этой цели в большинстве стран мира. […] Европейское « Копенгагенское распределение частот » предусматривает следующие два промежуточных диапазона частот: 415–490 Кц/с и 510–525 Кц/с. […] Также используется промежуточная частота 175 Кц/с. […] Американская RTMA стандартизировал следующие промежуточные частоты (REC-109-B, март 1950 г.): Стандартные вещательные приёмники — 260 или 455 Кц/с. вещательные приёмники УКВ — 10,7 МГц.[1][2] (См. также: Справочник конструктора радиотронов )
  12. ^ Равалико, Доменико Э. (1992). Радиоэлементы (на итальянском языке). Милан, Италия: Хоэпли.
  13. ^ Радиостанции-сканеры Electra Bearcat
  14. ^ "11. Описание схемы - 11.1. Принцип новой системы ПЧ". Тюнер цифрового синтезатора FM/AM F-91 - Руководство по техническому обслуживанию (PDF) (на английском, французском и испанском языках). Токио, Япония / Лонг-Бич, США: Pioneer Electronic Corporation . Август 1987 г. стр. 35–38 [37–38]. Номер заказа ARP1465. Архивировано (PDF) из оригинала 11.04.2021 г. Получено 10.06.2021 г. стр. 37: […] Смеситель […] выполняет изменение частоты так, чтобы умножить входной сигнал FM на выход VCO . F-91 вводит вторичную ПЧ как 13,45 МГц. Полосовой фильтр […] имеет ту же узкую полосу пропускания, что и полосовой фильтр […] Входной сигнал […], прошедший через полосовой фильтр […], умножается на выход VCO на смесителе […], затем изменяется[d] на исходную частоту. Исходный сигнал обнаруживается детектором FM […] получается аудиовыход. […] несмотря на использование фильтра с фиксированной центральной частотой, F-91 работает с переменным фильтром, так что центральная частота следует за входным сигналом как эквивалент. […][3][4] (4 из 40 страниц) (Примечание. Pioneer Elite F-91 и очень похожий Pioneer Reference Digital Synthesizer Tuner F-717 (продававшийся в Японии) поддерживали систему Active Real-time Tracing System (ARTS) в 1987 году, тогда как совершенно другие, но почти идентичные по названию Pioneer Digital Synthesizer Tuner F-717 и F-717L (продававшиеся по всему миру в 1987 году) были основаны на F-77 и не поддерживали ARTS.)
  15. ^ "U4292B - FM-IF IC для системы DYNAS" (PDF) (техническое описание). A1 (предварительное издание). Хайльбронн, Германия: Telefunken Semiconductors  [de] / TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH  [de] . 1996-08-19. Архивировано из оригинала 2020-03-15 . Получено 2021-06-07 . стр. 1: […] Система DYNAS […] для автомобильных радиоприемников и домашних приемников […] система обработки FM -IF […] полосовые фильтры с полосой пропускания примерно до 20 кГц по сравнению со 160 кГц для обычного […] фильтра […] отслеживает резонансную частоту до фактической частоты […][5] (13+1 страниц)
  16. ^ ab ICS - In-Channel-Select - das Empfangssystem der Zukunft / ICS-Restsignalverstärker (листовка о продукте и руководство) (на немецком языке). Берлин, Германия: HuC Elektronik / Hansen & Co. Архивировано из оригинала 11 июня 2021 г. Проверено 11 июня 2021 г.(3+7 страниц, отсутствует страница 6)