Приемник прямого преобразования ( DCR ), также известный как гомодин , синхродин или приемник с нулевой ПЧ , представляет собой конструкцию радиоприемника , который демодулирует входящий радиосигнал с помощью синхронного детектирования , управляемого локальным генератором , частота которого идентична или очень близка к несущей частоте предполагаемого сигнала. Это отличается от стандартного супергетеродинного приемника, где это достигается только после начального преобразования в промежуточную частоту . [1]
Упрощение выполнения только одного преобразования частоты снижает сложность базовой схемы, но возникают другие проблемы, например, касающиеся динамического диапазона. В своей первоначальной форме он был непригоден для приема сигналов AM и FM без внедрения сложной петли фазовой автоподстройки частоты. Хотя эти и другие технические проблемы сделали эту технику довольно непрактичной во времена ее изобретения (1930-е годы), современные технологии, и программное радио в частности, возродили ее использование в определенных областях, включая некоторые потребительские товары.
Преобразование модулированного сигнала в полосу частот выполняется за одно преобразование частоты. Это позволяет избежать сложности двух (или более) преобразований частоты супергетеродина , каскада(ов) ПЧ и проблем с подавлением изображения. Принятый радиочастотный сигнал подается непосредственно в смеситель частот , как в супергетеродинном приемнике. Однако, в отличие от супергетеродина, частота гетеродина не смещена относительно частоты принимаемого сигнала, а идентична ей. Результатом является демодулированный выходной сигнал, такой же, как был бы получен от супергетеродинного приемника с использованием синхронного детектирования ( детектора продукта ) после каскада промежуточной частоты (ПЧ).
Чтобы соответствовать производительности супергетеродинного приемника, ряд функций, обычно выполняемых каскадом ПЧ, должны выполняться на базовой полосе . Поскольку нет усилителя ПЧ с высоким коэффициентом усиления, использующего автоматическую регулировку усиления (АРУ), выходной уровень базовой полосы может изменяться в очень широком диапазоне в зависимости от уровня принимаемого сигнала. Это одна из основных технических проблем, которая ограничила осуществимость конструкции. Другой проблемой является невозможность этой конструкции реализовать обнаружение огибающей сигналов АМ. Таким образом, прямая демодуляция сигналов АМ или ЧМ (используемых в радиовещании) требует фазовой синхронизации гетеродина с несущей частотой , что является гораздо более сложной задачей по сравнению с более надежным детектором огибающей или детектором отношения на выходе каскада ПЧ в супергетеродинной конструкции. Однако этого можно избежать в случае конструкции с прямым преобразованием, использующей квадратурное детектирование с последующей цифровой обработкой сигнала . Используя программные радиотехнологии , два квадратурных выхода могут быть обработаны для выполнения любого вида демодуляции и фильтрации преобразованных вниз сигналов с частот, близких к частоте локального генератора. Распространение цифрового оборудования, наряду с усовершенствованиями аналоговых компонентов, участвующих в преобразовании частоты в основную полосу частот , таким образом, сделало эту более простую топологию практичной во многих приложениях.
Гомодин был разработан в 1932 году группой британских ученых, искавших конструкцию, которая превзошла бы супергетеродин ( модель двухступенчатого преобразования ). Позднее конструкция была переименована в «синхродин». Он не только обладал превосходной производительностью благодаря единственному этапу преобразования, но также имел меньшую сложность схемы и энергопотребление. Конструкция страдала от теплового дрейфа гетеродина , который со временем менял свою частоту. Чтобы противодействовать этому дрейфу, частота гетеродина сравнивалась с транслируемым входным сигналом с помощью фазового детектора . Это создавало корректирующее напряжение , которое изменяло частоту гетеродина, поддерживая ее в соответствии с желаемым сигналом. Этот тип цепи обратной связи превратился в то, что сейчас известно как фазовая автоподстройка частоты . Хотя этот метод существовал в течение нескольких десятилетий, его было трудно реализовать в основном из-за допусков компонентов , которые должны иметь небольшие отклонения для успешного функционирования этого типа схемы.
Нежелательные побочные сигналы биений от стадии смешивания не нуждаются в дальнейшей обработке, поскольку они полностью подавляются с помощью фильтра нижних частот на стадии аудиовыхода. Конструкция приемника имеет дополнительное преимущество высокой селективности и, следовательно, является точным демодулятором. Принципы конструкции могут быть расширены для обеспечения разделения сигналов вещания соседних каналов, боковые полосы которых могут перекрывать желаемую передачу. Конструкция также улучшает обнаружение сигналов режима импульсной модуляции передачи.
В приемнике могут возникнуть пути утечки сигнала. Требуемое высокое усиление звуковой частоты может привести к трудностям в подавлении сетевого шума. Энергия локального генератора может просачиваться через каскад смесителя на вход антенны , а затем отражаться обратно на каскад смесителя. Общий эффект заключается в том, что энергия локального генератора будет самосмешиваться и создавать сигнал смещения постоянного тока . Смещение может быть достаточно большим, чтобы перегрузить усилители основной полосы частот и помешать приему нужного сигнала. Существуют модификации конструкции, которые решают эту проблему, но они увеличивают сложность приемника. Дополнительная сложность конструкции часто перевешивает преимущества приемника прямого преобразования.
Статья Уэса Хейворда и Дика Бингема, опубликованная в 1968 году, вызвала новый интерес к конструкциям с прямым преобразованием. [2]
Развитие интегральной схемы и включение полных устройств фазовой автоподстройки частоты в недорогие корпуса ИС сделали эту конструкцию широко принятой. Использование больше не ограничивается приемом радиосигналов AM, но также находит применение в обработке более сложных методов модуляции. [3] Приемники прямого преобразования теперь включены во многие приложения приемников, включая мобильные телефоны , пейджеры , телевизоры , авионику , медицинские диагностические аппараты и программно-определяемые радиосистемы . [4]