Frecventa intermediara

Frecvență intermediară ( abreviere - IF ) - în inginerie radio, conversie și procesare a semnalului - frecvență formată prin amestecarea semnalului unui generator auxiliar - un oscilator local cu un semnal [1] .

În tehnica recepției radio, IF-ul este definit ca o frecvență dată, la care frecvența purtătoare a semnalului semnalului de radiofrecvență recepționat trebuie convertită într-un receptor radio superheterodin pentru a amplifica și filtra eficient [2] .

La o frecvență intermediară, amplificarea principală și formarea unui răspuns de frecvență dat al semnalului procesat sunt de obicei efectuate în receptoare radio, instrumente de măsură, voltmetre selective, analizoare de spectru etc.

Frecvența intermediară este de obicei mai mică decât frecvența semnalului procesat, dar poate fi mai mare decât aceasta.

Frecvența intermediară se formează la ieșirea convertizorului - mixer de frecvență .

Amplificarea frecventei intermediare se face cu ajutorul unui amplificator de frecventa intermediara . Formarea răspunsului de frecvență necesar este de obicei realizată și de un amplificator de frecvență intermediară, caz în care amplificatorul de frecvență intermediară se numește amplificator de rezonanță , dar este, de asemenea, posibil să se formeze un răspuns de frecvență folosind diferite filtre , de exemplu, electromecanice sau digital .

Într-un dispozitiv electronic, în special, într-un receptor radio, mai multe convertoare de frecvență - mixere pot fi utilizate pentru a procesa același semnal, pentru a îmbunătăți selectivitatea și, în consecință, se obțin mai multe FI diferite după fiecare dintre mixere. În acest caz, aceste frecvențe se numesc 1st IF, 2nd IF și așa mai departe.

De obicei IF-ul este fix și acordarea la frecvența semnalului se face prin modificarea frecvenței oscilatorului local, dar în unele aplicații, în special în sistemele cu mai multe frecvențe intermediare, frecvența primului oscilator local este neschimbată și ca urmare primul IF depinde pe frecvența semnalului, în timp ce selectivitatea este asigurată fie prin reglarea frecvenței centrale a amplificatorului de frecvență intermediară, fie prin etapele ulterioare de heterodyning. Deci, de exemplu, în sistemele de televiziune prin satelit în două sub-benzi de 10,7–11,7 și 11,7–12,75 GHz , folosind două oscilatoare locale cu frecvențe fixe de 9,75 și 10,6 GHz , se formează un IF cu un interval de 950–2150 MHz.

Istorie

Pentru prima dată, principiul selectării unui semnal de frecvență intermediară a fost propus de inginerul francez L. Levy (englez) în 1917 și a brevetat principiul recepției superheterodine (Patent 493.660 [3] și brevetul 506.297 [4] ) . receptor, frecvența semnalului nu a fost transformată direct în sunet, ci în cea intermediară, care a fost izolată pe circuitul oscilator și după aceea a intrat în detectorul de amplitudine.

În 1918, Walter Schottky a completat circuitul receptor Levy cu un amplificator de frecvență intermediară [5] . Circuitul superheterodin era, de asemenea, avantajos la acea vreme, deoarece lămpile de recepție-amplificare din acea vreme nu asigurau amplificarea necesară la frecvențe de peste câteva sute de kiloherți. Prin deplasarea spectrului de semnal la frecvențe mai mici, a fost posibilă creșterea sensibilității receptorului.

Indiferent de Schottky , Edwin Armstrong [8 ] a ajuns la o schemă similară [6] [7] în 1918 (brevetul său a fost obținut în decembrie 1918, cererea de brevet a lui Schottky a fost făcută în iunie). Armstrong a construit și testat mai întâi o superheterodină cu amplificare la o frecvență intermediară în practică. El a subliniat, de asemenea, posibilitatea de conversie și amplificare a frecvenței multiple la diferite frecvențe intermediare.

Obținerea unei frecvențe intermediare

Frecvența intermediară se formează la ieșirea unui dispozitiv special numit mixer. Ca mixer, puteți utiliza orice dispozitiv care are o caracteristică de transfer neliniară , de exemplu, o diodă semiconductoare sau un dispozitiv al cărui coeficient de transmisie se modifică sincron cu frecvența oscilatorului local, de exemplu, un comutator electronic controlat de un oscilator local . semnal.

La ieșirea mixerului, în cazul general, suma semnalelor cu frecvențe egale cu suma și diferența frecvențelor semnalului și oscilatorul local, precum și suma și diferența frecvențelor tuturor armonicilor lor, se formează așa-numitele frecvențe combinate .

Frecvențele combinate sunt adesea nedorite, un dispozitiv care în mod fundamental nu formează frecvențe combinate la ieșire este un multiplicator cu patru cadrane care efectuează multiplicarea algebrică a valorilor instantanee ale semnalului și ale oscilatorului local. Lucrarea sa se bazează pe identitatea trigonometrică a produsului a două funcții armonice , cum ar fi produsul semnalelor armonice cosinus:

\cos \omega _{s}t\,\cos \omega _{h}t={\frac {1}{2)}\cos(\omega _{s}t-\omega _{h }t)+{\frac {1}{2}}\cos(\omega _{s}t+\omega _{h}t),

aici este frecvența semnalului, este frecvența oscilatorului local. $\omega _{s}$ $\omega _{h)$

Astfel, atunci când două semnale armonice sunt introduse la intrarea unui multiplicator cu patru cadrane, la ieșirea acestuia se formează suma a două semnale armonice cu frecvențe egale cu suma și diferența frecvențelor semnalelor de intrare. Un semnal de diferență de frecvență este uneori denumit semnal de ritm . Dacă semnalul convertit este nearmonic, adică formează un anumit spectru de frecvență, atunci mixerul transferă spectrul semnalului original în spectre cu suma și diferența frecvențelor semnalului și oscilatorul local fără a pierde informațiile. cuprinse în spectrul semnalului original.

Când este utilizat ca un convertor de frecvență al elementelor neliniare, proprietățile sale de amestecare se datorează termenilor cu puteri de ordin superior în extinderea funcției caracteristice de transfer într- o serie Taylor .

De regulă, semnalul de diferență de frecvență este folosit ca semnal IF, dar uneori, dintr-un motiv sau altul, este utilizat și semnalul de frecvență sumară.

Motive pentru utilizarea IF

Motivul principal pentru utilizarea IF și amplificarea semnalului la IF este independența lățimii de bandă a receptorului față de frecvența semnalului, deoarece lățimea de bandă de recepție se formează în canalul de amplificare și procesare IF. De exemplu, dacă un receptor de amplificare directă este utilizat ca receptor , atunci când un astfel de receptor este reglat în frecvență, lățimea de bandă de recepție va depinde de frecvența semnalului, deoarece cu un factor de calitate constant al circuitului oscilator , lățimea de bandă este proporțională cu frecventa.

Dacă amplificarea este efectuată la o frecvență constantă - IF, atunci lățimea de bandă de recepție depinde numai de lățimea de bandă a canalului IF și formarea formei lățimii de bandă este simplificată, de exemplu, puteți face lățimea de bandă aproape dreptunghiulară, asigurând astfel un nivel ridicat. suprimarea frecvențelor învecinate care interferează cu recepția.

Un alt motiv pentru utilizarea unui IF este scăderea proprietăților de amplificare ale dispozitivelor de amplificare active ( tranzistoare , tuburi vidate ) cu o frecvență crescândă. Peste o anumită frecvență de tăiere, dispozitivele active nu se pot amplifica, prin urmare, se utilizează heterodina și amplificarea se realizează la o frecvență joasă - IF. De asemenea, la o frecvență joasă, procesarea semnalului digital este mai ușoară - filtrare digitală , procesare statistică prin metode digitale, deoarece aceasta reduce rata de eșantionare necesară .

De asemenea, deplasarea spectrului de frecvență în regiunea de joasă frecvență simplifică liniile de transmisie , acest lucru este deosebit de important în domeniul microundelor , unde liniile de transmisie sunt realizate sub formă de ghiduri de undă voluminoase sau linii de bandă pentru a reduce pierderile . De exemplu, în sistemele de televiziune prin satelit, un receptor terestru de semnal prin satelit pre-transferă semnalul primit de la satelit din banda de 10-12 GHz la un semnal de frecvență relativ joasă cu o lățime de bandă de până la 2,5 GHz, acest semnal este ușor transmis cu atenuare prin cabluri coaxiale ieftine . Astfel de convertoare de frecvență sunt, de asemenea, utilizate la recepționarea semnalelor de televiziune analogică de la stațiile de televiziune terestre care funcționează în intervalul undelor decimetrice într-un semnal din intervalele standard de difuzare TV în domeniul undelor de măsurare. Aceste convertoare sunt denumite în mod obișnuit convertoare .

În plus, dispozitivele de conversie a frecvenței simplifică reglarea frecvenței semnalului recepționat / procesat, ceea ce se reduce la reglarea frecvenței oscilatorului local, în special, reglarea electronică a frecvenței oscilatorului local realizată sub forma unui generator controlat de tensiune (VCO), acesta este utilizat în analizoarele de spectru cu un singur canal , unde oscilatorul local este un generator de frecvență de baleiaj .

Frecvențe intermediare standard

Deoarece un semnal puternic cu o frecvență egală sau apropiată de IF poate pătrunde prin circuitele de intrare ale receptorului radio în calea de amplificare IF, interferând cu recepția, acordurile internaționale au ales frecvențe standard pentru IF, care sunt interzise să fie utilizate. pentru comunicare și alte scopuri.

Pentru comunicațiile radio și difuzarea cu modulație de amplitudine (AM), IF este selectat dintr-un număr dintre următoarele frecvențe:

110 kHz; 215 kHz - în receptoare speciale de comunicație cu undă lungă; 450 kHz; 455 kHz; 460 kHz; 465 kHz; 467 kHz; 470 kHz; 475 kHz; 480 kHz - în radiouri de uz casnic și echipamente profesionale de comunicații [9] .

Pentru transmisii radio cu modulație de frecvență (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 și 98 MHz. Receptoarele superheterodine cu dublă conversie folosesc adesea o primă frecvență intermediară de 10,7 MHz și o a doua frecvență intermediară de 470 kHz. Radiourile moderne de consum cu procesare digitală a semnalului (DSP) utilizează adesea 128 kHz FM IF atunci când primesc un semnal cu frecvență modulată.

În receptoarele de televiziune analogice:

În sistemul PAL - 41,25 MHz (canal de sunet) și 45,75 MHz (canal de imagine), în sistemul SEKAM 31,5 MHz (canal de sunet) 38 MHz (canal de imagine).

Echipamente terestre de comunicații cu microunde:

250 MHz; 70 MHz sau 75 MHz.

Receptoare radar:

30 MHz și 70 MHz.

Echipamente de măsurare RF:

310,7 MHz; 160 MHz; 21,4 MHz.

Televiziune prin satelit:

900-2150 MHz.

Vezi și

Note

↑ Glosar al site-ului web Special Radio Systems.
↑ GOST 24375-80 Comunicare radio. Termeni și definiții. . Preluat la 12 ianuarie 2020. Arhivat din original la 12 ianuarie 2020. (nedefinit)
↑ Brevetul francez 493660.
↑ Brevetul francez 506297.
^ Brevetul SUA 1342885. Method of Receiving High Frequency Oscillations Edwin H. Armstrong.
↑ Redford, John Edwin Howard Armstrong . Ingineri condamnați . Site-ul personal al lui John Redford (februarie 1996). Consultat la 10 mai 2008. Arhivat din original pe 9 mai 2008. (nedefinit)
↑ alisdair Superheterodyne . totul.com. Data accesului: 10 mai 2008. Arhivat din original la 9 decembrie 2008. (nedefinit)
↑ Alan Douglas: Cine a inventat superheterodina?. Arhivat pe 11 octombrie 2011 la Wayback Machine , Articol original: The Legacies of Edwin Howard Armstrong. În: Proceedings of the Radio Club of America Nr. 3, 1990, voi. 64.
↑ Ravalico DE, Radioelementi , Milano, Hoepli, 1992.

Literatură

Gary Breed The Mathematics of Mixers: Basic Principles / High Frequency Electronics, ianuarie 2011, pp. 34-35 _
EECS 242: Mixere RF / Ali M Niknejad, Universitatea din California, Berkeley.
Bobrov N.V. receptoare radio. Ed. al 2-lea, adaugă. - M., „Energie”, 1976.
Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Fachkunde Radio-, Fernseh- und Funkelektronik . 3. Auflaj. Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten 1996, ISBN 3-8085-3263-7
Helmuth Wilhelms, Dieter Blank, Hans Mohn: Elektro-Fachkunde 3 Nachrichtentechnik . 1. Auflaj. BG Teubner Verlag, Stuttgart 1982, ISBN 3-519-06807-9

Radio
Părți principale	Antenă Hrănitor dispozitiv de potrivire Amplificator Filtru Mixer heterodină sintetizator de frecventa AHR PLL Circuite de frecvență intermediară Detector decodor stereo AGC
Soiuri	detector amplificare directă regenerativ reflex neutrodină kristadin conversie directă Superheterodină Autodyne Radio digital CAM-D SDR DRM Radio HD RDS transceiver receptor de măsurare