Приемник прямого преобразования

Приемник с прямым преобразованием ( DCR ), также известный как гомодинный , синхродинный или приемник с нулевой ПЧ , представляет собой конструкцию радиоприемника , которая демодулирует входящий радиосигнал с использованием синхронного обнаружения, управляемого гетеродином которого , частота идентична или очень близка к ней. к несущей частоте предполагаемого сигнала. В этом отличие от стандартного супергетеродинного приемника, где это достигается только после первоначального 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 не был пригоден для приема сигналов AM и FM без реализации сложной системы фазовой автоподстройки частоты . Хотя эти и другие технические проблемы сделали этот метод довольно непрактичным во время его изобретения (1930-е годы), современные технологии и, в частности, программное обеспечение радио , возобновили его использование в определенных областях, включая некоторые потребительские товары.

Принцип работы

Преобразование модулированного сигнала в модулирующий сигнал осуществляется за одно преобразование частоты. Это позволяет избежать сложностей, связанных с двумя (или более) преобразованиями частоты супергетеродина , каскадом(ами) ПЧ и проблемами отклонения изображения. Принятый радиочастотный сигнал подается непосредственно в смеситель частот , как и в супергетеродинном приемнике. Однако в отличие от супергетеродина частота гетеродина не смещена от частоты принимаемого сигнала, а идентична ей. Результатом является демодулированный выходной сигнал, такой же, как если бы он был получен от супергетеродинного приемника с использованием синхронного обнаружения ( детектор продукта ) после каскада промежуточной частоты (ПЧ).

Технические проблемы

Чтобы соответствовать характеристикам супергетеродинного приемника, ряд функций, обычно выполняемых каскадом ПЧ, должен выполняться в основной полосе частот . Поскольку не существует усилителя ПЧ с высоким коэффициентом усиления, использующего автоматическую регулировку усиления (АРУ), выходной уровень основной полосы частот может варьироваться в очень широком диапазоне в зависимости от мощности принимаемого сигнала. Это одна из основных технических проблем, ограничивающих практичность конструкции. Другая проблема заключается в неспособности этой конструкции реализовать обнаружение огибающей AM-сигналов. Таким образом, прямая демодуляция сигналов AM или FM (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 супергетеродине. дизайн. Однако этого можно избежать в случае конструкции с прямым преобразованием с использованием квадратурного обнаружения с последующей цифровой обработкой сигнала . Используя методы программной радиосвязи , два квадратурных выхода могут быть обработаны для выполнения любого вида демодуляции и фильтрации преобразованных с понижением частоты сигналов с частот, близких к частоте гетеродина. Распространение цифрового оборудования, а также усовершенствование аналоговых компонентов, участвующих в преобразовании частоты в baseband , таким образом, сделало эту более простую топологию практичной во многих приложениях.

История и приложения

Гомодин был разработан в 1932 году группой британских учёных, стремившихся превзойти супергетеродин ( модель двухступенчатого преобразования ). Позже конструкция была переименована в «синхродайн». Он не только имел превосходные характеристики благодаря единственному каскаду преобразования, но также имел уменьшенную сложность схемы и энергопотребление. Конструкция пострадала от теплового дрейфа гетеродина , который со временем менял его частоту. Чтобы противодействовать этому дрейфу, частота гетеродина сравнивалась с входным сигналом вещания с помощью фазового детектора . Это создавало корректирующее напряжение , которое изменяло частоту гетеродина, удерживая ее в соответствии с полезным сигналом. Этот тип схемы обратной связи превратился в то, что сейчас известно как петля фазовой автоподстройки частоты . Хотя этот метод существовал уже несколько десятилетий, его было трудно реализовать, в основном из-за допусков компонентов , которые должны иметь небольшие отклонения, чтобы этот тип схемы функционировал успешно.

Преимущества

Нежелательные побочные сигналы биения со стадии микширования не нуждаются в дальнейшей обработке, поскольку они полностью отсекаются с помощью фильтра нижних частот на этапе вывода звука. Конструкция приемника имеет дополнительное преимущество высокой избирательности и, следовательно, является прецизионным демодулятором. Принципы проектирования могут быть расширены, чтобы обеспечить разделение широковещательных сигналов соседних каналов, боковые полосы которых могут перекрываться с полезной передачей. Конструкция также улучшает обнаружение сигналов импульсно-модулированного режима передачи.

Недостатки

В приемнике могут возникнуть пути утечки сигнала. Требуемый высокий коэффициент усиления звуковой частоты может привести к трудностям в подавлении шума сети. Энергия гетеродина может просачиваться через каскад смесителя на вход антенны , а затем отражаться обратно в каскад смесителя. Общий эффект заключается в том, что энергия гетеродина будет смешиваться и создавать сигнал смещения постоянного тока . Смещение может быть достаточно большим, чтобы перегрузить усилители основной полосы и помешать приему полезного сигнала. Существуют модификации конструкции, решающие эту проблему, но они усложняют ствольную коробку. Дополнительная сложность конструкции часто перевешивает преимущества приемника прямого преобразования.

Современное использование

Статья Уэса Хейворда и Дика Бингэма 1968 года вызвала новый интерес к конструкциям прямого преобразования. ^[2]

Разработка интегральной схемы и включение полных устройств с фазовой автоподстройкой частоты в недорогие корпуса ИС сделали эту конструкцию широко распространенной. Использование больше не ограничивается приемом радиосигналов AM, но также находит применение при обработке более сложных методов модуляции. ^[3] Приемники прямого преобразования теперь включены во многие приемные устройства, включая сотовые телефоны , пейджеры , телевизоры , авионику , медицинские устройства визуализации и программно-определяемые радиосистемы . ^[4]

См. также

Ссылки

^ mwrf.com: Различия между типами приемников, часть 1. Цитата: «... Приемник с прямым преобразованием, также известный как гомодинный приемник или приемник с нулевой ПЧ, представляет собой один тип архитектуры приемника (рис. 1). Конверсионные приемники преобразуют радиочастотный сигнал в сигнал 0 Гц за один этап...", резервное копирование
^ Хейворд, Уэс; Бингхэм, Дик (ноябрь 1968 г.). «Прямое преобразование — заброшенный метод». КСТ . ВАРЛ: 15–17, 156.
^ «Счетверенные демодуляторы активируют приемники прямого преобразования» . Микроволны и РФ 2004 . Проверено 9 февраля 2011 г.
^ «Приёмник прямого преобразования» . QSL-сеть . Проверено 9 февраля 2011 г.

Внешние ссылки

История гомодина и синкродина. Журнал Британского института радиоинженеров, апрель 1954 г.
Патент США 706740 «Беспроводная передача сигналов» ( гетеродинный принцип) - 12 августа 1902 г. - Реджинальд Фессенден.

[mwrf-1] wrf.com: Различия между типами приемников, часть 1. Цитата: «... Приемник с прямым преобразованием, также известный как гомодинный приемник или приемник с нулевой ПЧ, представляет собой один тип архитектуры приемника (рис. 1). Конверсионные приемники преобразуют радиочастотный сигнал в сигнал 0 Гц за один этап...", резервное копирование

[2] Хейворд, Уэс; Бингхэм, Дик (ноябрь 1968 г.). «Прямое преобразование — заброшенный метод». КСТ . ВАРЛ: 15–17, 156.

[3] «Счетверенные демодуляторы активируют приемники прямого преобразования» . Микроволны и РФ 2004 . Проверено 9 февраля 2011 г.

[4] «Приёмник прямого преобразования» . QSL-сеть . Проверено 9 февраля 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]