Keskitaajuus

Välitaajuus ( lyhenne  - IF ) - radiotekniikassa, signaalin muuntamisessa ja käsittelyssä - taajuus , joka muodostuu sekoittamalla apugeneraattorin signaali - paikallisoskillaattori signaalin kanssa [1] .

Radiovastaanottotekniikassa IF määritellään tietyksi taajuudeksi, jolle vastaanotetun radiotaajuussignaalin signaalin kantoaaltotaajuus on muutettava superheterodyne-radiovastaanottimessa , jotta se voi vahvistaa ja suodattaa tehokkaasti [2] .

Välitaajuudella prosessoidun signaalin päävahvistus ja tietyn taajuusvasteen muodostaminen suoritetaan yleensä radiovastaanottimissa, mittauslaitteissa, selektiivisissä volttimittareissa, spektrianalysaattoreissa jne.

Välitaajuus on yleensä pienempi kuin käsitellyn signaalin taajuus, mutta voi olla sitä suurempi.

Välitaajuus muodostuu taajuusmuuttaja- sekoittimen lähtöön .

Välitaajuuden vahvistus tehdään välitaajuusvahvistimella . Tarvittavan taajuusvasteen muodostus suoritetaan yleensä myös välitaajuusvahvistimella, jolloin välitaajuusvahvistinta kutsutaan resonanssivahvistimeksi , mutta on myös mahdollista muodostaa taajuusvastetta käyttämällä erilaisia ​​suodattimia , esimerkiksi sähkömekaanisia tai digitaalinen .

Elektroniikkalaitteessa, erityisesti radiovastaanottimessa, voidaan käyttää useita taajuusmuuttajia - sekoittimia käsittelemään samaa signaalia, parantamaan selektiivisyyttä , ja vastaavasti kunkin sekoittimen jälkeen saadaan useita erilaisia ​​IF:itä. Tässä tapauksessa näitä taajuuksia kutsutaan 1. IF:ksi, 2. IF:ksi ja niin edelleen.

Yleensä IF on kiinteä ja viritys signaalitaajuudelle tapahtuu muuttamalla paikallisoskillaattorin taajuutta, mutta joissain sovelluksissa, erityisesti järjestelmissä, joissa on useita välitaajuuksia, ensimmäisen paikallisoskillaattorin taajuus on muuttumaton ja sen seurauksena ensimmäinen IF riippuu signaalitaajuudella, kun taas selektiivisyys saadaan aikaan joko virittämällä välitaajuuden vahvistimen keskitaajuutta tai myöhempiä heterodynointiasteita. Joten esimerkiksi satelliittitelevisiojärjestelmissä kahdella osakaistalla 10,7–11,7 ja 11,7–12,75 GHz , joissa käytetään kahta paikallisoskillaattoria, joiden kiinteät taajuudet ovat 9,75 ja 10,6 GHz , muodostetaan IF, jonka alue on 950–2150 MHz.

Historia

Ranskalainen insinööri L. Levy (englanniksi) ehdotti ensimmäistä kertaa välitaajuisen signaalin valinnan periaatetta vuonna 1917, ja hän patentoi superheterodyne-vastaanoton periaatteen (patentti 493.660 [3] ja patentti 506.297 [4]) . vastaanottimen signaalin taajuutta ei muutettu suoraan ääneksi, vaan välitaajuudeksi, joka eristettiin värähtelypiirissä ja sen jälkeen tuli amplituditunnistimeen.

Vuonna 1918 Walter Schottky täydensi Levy-vastaanotinpiiriä välitaajuusvahvistimella [5] . Superheterodyne-piiri oli tuolloin edullinen myös, koska silloiset vastaanotto-vahvistavat lamput eivät tuottaneet tarvittavaa vahvistusta useiden satojen kilohertsien taajuuksilla. Siirtämällä signaalispektriä alemmille taajuuksille oli mahdollista lisätä vastaanottimen herkkyyttä.

Schottkysta riippumatta Edwin Armstrong [8 ] tuli samanlaiseen suunnitelmaan [6] [7] vuonna 1918 (hänen patenttinsa saatiin joulukuussa 1918, Schottkyn patenttihakemus tehtiin kesäkuussa). Armstrong rakensi ja testasi ensin superheterodyynin vahvistimella välitaajuudella käytännössä. Hän viittasi myös useiden taajuuksien muuntamisen ja vahvistuksen mahdollisuuteen eri välitaajuuksilla.

Välitaajuuden saaminen

Välitaajuus muodostetaan erityisen laitteen, jota kutsutaan mikseriksi, ulostuloon. Sekoittimena voit käyttää mitä tahansa laitetta, jolla on epälineaarinen siirtoominaisuus , esimerkiksi puolijohdediodi, tai laitetta, jonka lähetyskerroin muuttuu synkronisesti paikallisoskillaattorin taajuuden kanssa, esimerkiksi paikallisoskillaattorin ohjaama elektroninen kytkin . signaali.

Sekoittimen lähdössä yleensä signaalien summa, jonka taajuudet ovat yhtä suuria kuin signaalin ja paikallisoskillaattorin taajuuksien summa ja ero, sekä niiden kaikkien harmonisten taajuuksien summa ja ero, muodostuu niin sanotut yhdistelmätaajuudet .

Yhdistelmätaajuudet ovat usein ei-toivottuja, laite, joka pohjimmiltaan ei muodosta yhdistelmätaajuuksia lähdössä, on neljän neljänneksen kertoja, joka suorittaa signaalin ja paikallisoskillaattorin hetkellisten arvojen algebrallisen kertomisen. Hänen työnsä perustuu kahden harmonisen funktion tulon trigonometriseen identiteettiin , kuten kosiniharmonisten signaalien tuloon:

tässä  on signaalin taajuus,  on paikallisoskillaattorin taajuus.

Näin ollen, kun kaksi harmonista signaalia syötetään neljän neljänneksen kertojan sisäänmenoon, sen ulostuloon muodostuu kahden harmonisen signaalin summa, joiden taajuudet ovat yhtä suuria kuin tulosignaalien taajuuksien summa ja ero. Taajuuserosignaalia kutsutaan joskus lyöntisignaaliksi . Jos muunnettu signaali on ei-harmoninen, eli se muodostaa tietyn taajuusspektrin, niin mikseri siirtää alkuperäisen signaalin spektrin spektreiksi signaalin ja paikallisoskillaattorin taajuuksien summan ja eron kanssa menettämättä tietoa joka sisältyy alkuperäisen signaalin spektriin.

Kun sitä käytetään epälineaaristen elementtien taajuusmuuttajana, sen sekoitusominaisuudet johtuvat termeistä, joilla on korkeampia tehoja Taylor-sarjan siirtoominaisfunktion laajennuksessa .

IF-signaalina käytetään pääsääntöisesti erotaajuista signaalia, mutta joskus syystä tai toisesta käytetään myös summataajuista signaalia.

Syitä IF:n käyttöön

Pääsyy IF:n käyttöön ja signaalin vahvistamiseen IF:ssä on vastaanottimen kaistanleveyden riippumattomuus signaalitaajuudesta, koska vastaanottokaistanleveys muodostuu IF-vahvistus- ja käsittelykanavassa. Esimerkiksi, jos vastaanottimena käytetään suoravahvistinvastaanotinta , silloin kun tällainen vastaanotin on viritetty taajuudelle, sen vastaanottokaistanleveys riippuu signaalin taajuudesta, koska värähtelypiirin vakiolaatukertoimella kaistanleveys on verrannollinen taajuutta.

Jos vahvistus suoritetaan vakiotaajuudella - IF, niin vastaanottokaistanleveys riippuu vain IF-kanavan kaistanleveydestä ja kaistanleveyden muodon muodostus yksinkertaistuu, esimerkiksi voit tehdä kaistanleveydestä lähellä suorakaiteen muotoista, mikä varmistaa korkean vastaanottoa häiritsevien viereisten taajuuksien vaimennus.

Toinen syy IF:n käyttöön on aktiivisten vahvistuslaitteiden ( transistorit , tyhjiöputket ) vahvistusominaisuuksien heikkeneminen taajuuden lisääntyessä. Tietyn rajataajuuden yläpuolella aktiiviset laitteet eivät voi vahvistaa, joten käytetään heterodynointia ja vahvistus suoritetaan matalalla taajuudella - IF. Myös alhaisella taajuudella digitaalinen signaalinkäsittely on helpompaa - digitaalinen suodatus , tilastollinen käsittely digitaalisilla menetelmillä, koska tämä vähentää vaadittua näytteenottotaajuutta .

Myös taajuusspektrin siirtäminen matalataajuiselle alueelle yksinkertaistaa siirtolinjoja , mikä on erityisen tärkeää mikroaaltoalueella , jossa siirtojohdot valmistetaan kookkaina aaltoputkina tai liuskalinjoina häviöiden vähentämiseksi . Esimerkiksi satelliittitelevisiojärjestelmissä maanpäällinen satelliittisignaalin vastaanotin esisiirtää vastaanotetun satelliittisignaalin 10-12 GHz:n kaistalta suhteellisen matalataajuiseen signaaliin, jonka kaistanleveys on jopa 2,5 GHz. Tämä signaali on helppo lähettää matalalla. vaimennus halpojen koaksiaalikaapeleiden kautta . Tällaisia ​​taajuusmuuttajia käytetään myös vastaanotettaessa analogisia televisiosignaaleja desimetriaaltoalueella toimivilta maanpäällisiltä televisioasemilta metriaaltoalueen standardien TV-lähetysalueiden signaaliksi . Näitä muuntimia kutsutaan yleisesti muuntimiksi .

Lisäksi taajuusmuunnoslaitteet yksinkertaistavat vastaanotetun / käsitellyn signaalin taajuuden viritystä, mikä rajoittuu paikallisoskillaattoritaajuuden virittämiseen, erityisesti paikallisoskillaattoritaajuuden elektroniseen viritykseen, joka on tehty jänniteohjatun generaattorin (VCO) muodossa, Tätä käytetään yksikanavaisissa spektrianalysaattoreissa , joissa paikallinen oskillaattori on pyyhkäisytaajuusgeneraattori .

Vakiovälitaajuudet

Koska voimakas signaali, jonka taajuus on yhtä suuri tai lähellä IF:ää, voi tunkeutua radiovastaanottimen tulopiirien kautta IF-vahvistusreitille häiriten vastaanottoa, kansainväliset sopimukset ovat valinneet IF:lle vakiotaajuudet, joiden käyttö on kielletty. viestintään ja muihin tarkoituksiin.

Radioviestintää ja lähetystä varten amplitudimodulaatiolla (AM) IF valitaan useista seuraavista taajuuksista:

• 110 kHz; 215 kHz  - erityisissä pitkän aallon viestintävastaanottimissa; 450 kHz; 455 kHz; 460 kHz; 465 kHz; 467 kHz; 470 kHz; 475 kHz; 480 kHz  - kotiradioissa ja ammattikäyttöön tarkoitetuissa viestintälaitteissa [9] .

Radiolähetyksiin taajuusmodulaatiolla (FM, FM):

• 262 kHz; 455 kHz; 1,6 MHz; 5,5 MHz; 10,7 MHz; 10,8 MHz; 11,2 MHz; 11,7 MHz; 11,8 MHz; 21,4 MHz; 75 MHz ja 98 MHz. Kaksoismuunnos superheterodyne-vastaanottimet käyttävät usein ensimmäistä välitaajuutta 10,7 MHz ja toista välitaajuutta 470 kHz. Nykyaikaiset kuluttajaradiot, joissa on digitaalinen signaalinkäsittely (DSP), käyttävät usein 128 kHz FM IF -taajuutta vastaanottaessaan taajuusmoduloitua signaalia.

Analogisissa televisiovastaanottimissa:

• PAL - järjestelmässä  - 41,25 MHz (äänikanava) ja 45,75 MHz (kuvakanava), SEKAM- järjestelmässä 31,5 MHz (äänikanava) 38 MHz (kuvakanava).

Maanpäälliset mikroaaltoviestintälaitteet:

• 250 MHz; 70 MHz tai 75 MHz.

Tutkavastaanottimet:

• 30 MHz ja 70 MHz.

RF-mittauslaitteet:

• 310,7 MHz; 160 MHz; 21,4 MHz.

Satelliittitelevisio:

• 900-2150 MHz.

Katso myös

• Taajuusmuuttaja (radiotekniikka)
• heterodynaaminen
• Mikseri (elektroniikka)
• Superheterodyne radiovastaanotin
• Heterodyne

Muistiinpanot

1. ↑ Special Radio Systems -verkkosivuston sanasto.
2. ↑ GOST 24375-80 Radioviestintä. Termit ja määritelmät. . Haettu 12. tammikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 12. tammikuuta 2020. (määrätön)
3. ↑ Ranskalainen patentti 493660.
4. ↑ Ranskalainen patentti 506297.
5. ↑ US-patentti 1342885. Menetelmä suurtaajuisten värähtelyjen vastaanottamiseksi Edwin H. Armstrong.
6. ↑ Redford, John Edwin Howard Armstrong . Tuomitut insinöörit . John Redfordin henkilökohtainen verkkosivusto (helmikuu 1996). Haettu 10. toukokuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 9. toukokuuta 2008. (määrätön)
7. ↑ alisdair Superheterodyne . everything.com. Käyttöpäivä: 10. toukokuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 9. joulukuuta 2008. (määrätön)
8. ↑ Alan Douglas: Kuka keksi superheterodynen?. Arkistoitu 11. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa , alkuperäinen artikkeli: The Legacies of Edwin Howard Armstrong. Julkaisussa: Proceedings of the Radio Club of America Nr. 3, 1990, voi. 64.
9. ↑ Ravalico DE, Radioelementi , Milano, Hoepli, 1992.

Kirjallisuus

• Gary Breed Mikserien matematiikka: perusperiaatteet / High Frequency Electronics, tammikuu 2011, s. 34-35  _
• EECS 242: RF-sekoittimet / Ali M Niknejad, Kalifornian yliopisto, Berkeley.
• Bobrov N.V. radiovastaanottimet. Ed. 2., lisää. - M., "Energia", 1976.
• Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Fachkunde Radio-, Fernseh- und Funkelektronik . 3. Auflage. Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7
• Helmuth Wilhelms, Dieter Blank, Hans Mohn: Elektro-Fachkunde 3 Nachrichtentechnik . 1. Auflage. BG Teubner Verlag, Stuttgart 1982, ISBN 3-519-06807-9