外差(振荡器) 在接收器中发射机在大多数情况下,确定接收频率的信号发生器称为外差。虽然它的作用被称为辅助,但它对接收或发射设备的质量有非常重要的影响。
外差接收的外差函数和原理
在无线电接收的早期,所有无线电接收器的设计都没有外差。振荡输入电路拾取的信号被放大,然后被检测并馈送到低频放大器。随着电路的发展,构建高增益射频放大器的问题出现了。
为了覆盖大范围,它采用宽带宽制成,这使其易于自激。可切换放大器被证明过于复杂和笨重。
这一切都随着外差接收的发明而改变。来自可调谐(或固定)振荡器的信号被馈送到混频器。混频器的另一个输入是接收信号,输出是海量的拉曼频率,这些拉曼频率是外差和接收信号在各种组合中的频率之和和差。实际应用中通常有两个频率:
- f-外差-f-信号;
- f-信号 - f-外差。
这些频率相互关联称为镜像频率。接收在一个通道上进行,第二个由接收器的输入电路过滤。这种差异称为中频 (IF),它的值是在设计接收或发射设备时选择的。其他组合频率被中频滤波器滤除。
对于工业设备,有选择 IF 频率的标准。在业余设备中,这个频率是从不同的条件中选择的,包括用于构建窄带滤波器的组件的可用性。
滤波器选择的中频在中频放大器中被放大。由于这个频率是固定的并且带宽很小(2.5...3 kHz 足以容纳语音信息),它的放大器可以很容易地制成具有高增益的窄带。
有些电路使用总频率 - f 信号 + f 外差。这种电路称为“上变频”电路。该原理简化了接收器输入电路的结构。
还有一种直接转换技术(不要与直接放大混淆!),其中接收几乎以外差频率进行。该电路的设计和调谐简单,但直接转换设备具有明显降低性能质量的固有缺陷。
发射器中也使用了外差。它们执行将低频调制信号传输到传输频率的反函数。通信设备中可能存在多个外差。因此,如果使用具有两个或更多个频率转换的电路,则分别使用两个或更多个外差。该电路还可能包括执行附加功能的外差 - 恢复传输期间抑制的载波,形成电报包裹等。
接收机中的外差功率很小。在大多数情况下,几毫瓦就足以完成任何任务。但是,如果接收器电路允许,外差信号可能会泄漏到天线中,并且可以在几米的距离内接收到。
无线电爱好者中有一个流行的故事,在禁止收听西方广播电台的日子里,特殊服务的代表过去常常在房屋入口处走动,接收器调谐到“敌人的声音”频率(更正为中频)。通过信号的存在,据说可以确定谁在收听被禁止的广播。
外差参数要求
外差信号的主要要求是频谱纯度。如果外差产生的电压不是正弦电压,则混频器中会产生额外的拉曼频率。如果它们落在输入滤波器的带宽内,则会导致额外的接收通道,以及“命中点”的出现——在某些接收频率处,会出现干扰有用信号接收的哨声。
另一个要求是输出信号电平和频率的稳定性。第二个在处理带有抑制载波(SSB (OBP)、DSB (DSB) 等)的信号时尤为重要。通过使用稳压器为主振荡器供电和正确选择模式,很容易获得输出电平的连续性有源元件(晶体管)。
频率恒定性取决于频率参考元件(振荡电路的电容和电感)的稳定性,以及安装电容的恒定性。LC元件的不稳定性主要由外差运行期间的温度变化决定。为了稳定电路元件,将它们放置在恒温器中或采取特殊措施来补偿电容和电感的温度漂移。电感线圈通常试图完全热稳定。
为此,使用了特殊的结构——线圈以强线张力缠绕,线匝填充化合物以防止线匝位移,线被烧成陶瓷框架等。
为了减少温度对参考电容器容量的影响,它由两个或多个元件组成,选择不同的电容温度系数值和符号,使它们通过加热或冷却相互补偿。
由于热稳定性问题,使用变容二极管作为电容的电子控制外差没有被广泛使用。它们对加热的依赖是非线性的,很难补偿。因此,变容电容仅用作失谐元件。
组件的电容加到参考电容的电容上,它的不稳定性也会导致频率漂移。为避免安装不稳定性,所有外差元件必须非常牢固地安装,以避免彼此之间发生甚至最小的偏移。
主振荡器构造的真正突破是 1930 年代德国粉末铸造技术的发展。这使得为无线电部件生产复杂的三维形状成为可能,这使得实现当时前所未有的组装刚度成为可能。这将国防军无线电通信系统的可靠性提升到了一个新的水平。
如果外差不可调,跳频元件通常是 晶体振荡器.这允许振荡的极高稳定性。
近年来,有一种趋势是使用数字频率合成器作为外差而不是 LC 振荡器。输出电压和频率的稳定性很容易实现,但光谱纯度还有很多不足之处,特别是如果信号是使用廉价的微芯片生成的。
今天,旧的无线电接收技术正在被新的技术所取代,例如 DDC - 直接数字化。接收设备中的外差作为一个类消失的时间不远了。但这不会很快发生,因此外差的知识和外差接收的原理将在很长一段时间内受到需求。
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