HeterodyneEdit
varhaiset Morsekoodiradiolähetykset tuotettiin kipinäväliin kytketyllä vaihtovirtageneraattorilla. Lähtösignaali oli aukon fysikaalisen rakenteen määrittelemällä kantoaaltotaajuudella, jota moduloi vaihtovirtageneraattorin vaihtovirtasignaali. Koska vaihtovirtageneraattorin lähtö oli yleensä kuuloalueella, tämä tuottaa äänimoduloidun (AM) signaalin. Yksinkertaiset radiotunnistimet suodattivat korkeataajuisen kantoaallon pois jättäen modulaation, joka välittyi käyttäjän kuulokkeisiin pisteiden ja viivojen äänisignaalina.
vuonna 1904 Ernst Alexanderson esitteli Alexanderson-vaihtovirtageneraattorin, laitteen, joka tuotti suoraan radiotaajuustehoa suuremmalla teholla ja paljon suuremmalla hyötysuhteella kuin vanhemmat kipinävälijärjestelmät. Toisin kuin kipinävälissä, vaihtovirtageneraattorin ulostulo oli kuitenkin puhdas kantoaalto valitulla taajuudella. Nykyisillä vastaanottimilla havaittaessa pisteet ja viivat olisivat normaalisti äänettömiä eli ”yliäänisiä”. Vastaanottimen suodatusvaikutusten vuoksi nämä signaalit tuottivat yleensä naksahduksen tai tömähdyksen, jotka olivat kuultavissa, mutta vaikeuttivat pisteen tai Dashin määrittämistä.
vuonna 1905 kanadalainen keksijä Reginald Fessenden keksi käyttää signaalien lähettämiseen kahta Alexanderson-vaihtovirtageneraattoria yhden sijasta. Tällöin vastaanotin vastaanottaisi molemmat signaalit, ja osana tunnistusprosessia vain beat-taajuus poistuisi vastaanottimesta. Valitsemalla kaksi kantajaa riittävän läheltä, että beat-taajuus oli kuultavissa, tuloksena oleva Morse-koodi voitiin jälleen helposti kuulla jopa yksinkertaisissa vastaanottimissa. Esimerkiksi, jos kaksi vaihtovirtageneraattoria toimivat taajuuksilla 3 kHz toisistaan, tuotos kuulokkeet olisivat pisteitä tai viivoja 3 kHz sävy, joten ne helposti kuultavissa.
Fessenden keksi termin” heterodyne”, joka tarkoittaa” erosta syntynyttä ” (taajuudessa) kuvaamaan tätä järjestelmää. Sana on johdettu kreikan juurista hetero – ”erilainen”, ja-dyne”voima”.
RegenerationEdit
Morsetusta käytettiin laajalti radion alkuaikoina, koska signaalin tuottaminen ja vastaanottaminen oli helppoa. Koska vahvistimen tuotoksen ei tarvitse vastata tarkasti vastaanotetun signaalin alkuperäistä modulaatiota, toisin kuin puhelähetyksissä, voitiin käyttää mitä tahansa yksinkertaisia vahvistinjärjestelmiä. Yksi johtui varhaisten triodivahvistinputkien rakentamisen mielenkiintoisesta sivuvaikutuksesta. Jos sekä levy (anodi) ja ruudukko on kytketty resonanssipiireihin, jotka on viritetty samalle taajuudelle, hajakapasitiivinen kytkentä ruudukon ja levyn välillä aiheuttaa vahvistimen mennä värähtely, jos vaiheessa voitto on paljon enemmän kuin yhtenäisyyttä.
vuonna 1913 Edwin Howard Armstrong kuvaili vastaanottojärjestelmän, joka käytti tätä efektiä tuottamaan kuuluvaa Morsekoodilähtöä yhden triodin avulla. Anodin ulostulo, lähtösignaali vahvistuksen jälkeen, kytkettiin takaisin tuloon ”ticklerin” kautta aiheuttaen palautetta, joka ajoi tulosignaalit selvästi ykseyden ulkopuolelle. Tämä sai tuotoksen värähtelemään valitulla taajuudella suurella vahvistuksella. Kun alkuperäinen signaali katkesi pisteen tai Dashin lopussa, värähtely heikkeni jälleen ja ääni katosi lyhyen viiveen jälkeen.
Armstrong viittasi tähän käsitteeseen regeneratiivisena vastaanottimena, ja siitä tuli välittömästi yksi aikakautensa käytetyimmistä järjestelmistä. Monet 1920-luvun radiojärjestelmät perustuivat regeneratiiviseen periaatteeseen, ja sitä käytettiin edelleen erikoistehtävissä 1940-luvulle, esimerkiksi IFF Mark II: ssa.
RDFEdit
oli yksi tehtävä, jossa regeneratiivinen järjestelmä ei soveltunut edes Morsetuslähteisiin, ja se oli radiosuuntauksen eli RDF: n tehtävä.
regeneratiivinen järjestelmä oli hyvin epälineaarinen, vahvistaen minkä tahansa tietyn kynnyksen ylittävän signaalin valtavalla määrällä, joskus niin suurella, että se sai sen muuttumaan lähettimeksi (joka oli koko IFF: n konsepti). RDF: ssä signaalin voimakkuutta käytetään lähettimen sijainnin määrittämiseen, joten tarvitaan lineaarista vahvistusta, jotta alkuperäisen, usein hyvin heikon signaalin voimakkuus voidaan mitata tarkasti.
tämän tarpeen täyttämiseksi aikakauden RDF-järjestelmissä käytettiin ykseyden alapuolella toimivia triodeja. Jotta tällaisesta järjestelmästä saataisiin käyttökelpoinen signaali, oli käytettävä kymmeniä tai jopa satoja triodeja, jotka oli kytketty yhteen anodista verkkoon. Nämä vahvistimet vetivät valtavia määriä virtaa ja vaativat huoltoinsinöörien ryhmän pitämään ne käynnissä. Heikkojen signaalien suunnanmäärityksen strateginen arvo oli kuitenkin niin suuri, että Britannian Amiraliteetti piti korkeita kustannuksia perusteltuina.
SuperheterodyneEdit
yksi prototyyppi superheterodyne vastaanottimet rakennettu Armstrong ’ s Signal Corps laboratory Pariisissa maailmansodan aikana I. Se on rakennettu kahdessa osassa, mikseri ja paikallinen oskillaattori (vasemmalla) ja kolme jos vahvistus vaiheissa ja ilmaisin vaiheessa (oikealla). Välitaajuus oli 75 kHz.
vaikka useat tutkijat löysivät superheterodyne käsite, patenttihakemusten vain kuukausien välein (katso alla), Armstrong on usein hyvitetään käsite. Hän löysi sen pohtiessaan parempia tapoja tuottaa RDF-vastaanottimia. Hän oli tullut siihen tulokseen, että siirtyminen korkeammille ”lyhytaaltotaajuuksille” tekisi RDF: stä hyödyllisemmän ja etsi käytännöllisiä keinoja rakentaa näille signaaleille lineaarinen vahvistin. Tuolloin lyhytaalto oli jotain yli noin 500 kHz, pidemmälle olemassa vahvistimen ominaisuuksia.
oli huomattu, että kun regeneratiivinen vastaanotin meni värähtelyyn, muut lähellä olevat vastaanottimet alkoivat poimia myös muita asemia. Armstrong (ja muut) päätteli lopulta, että tämän aiheutti aseman kantoaallon taajuuden ja regeneratiivisen vastaanottimen värähtelytaajuuden välinen ”yliääninen heterodyne”. Kun ensimmäinen vastaanotin alkoi värähtelemään suurilla lähdöillä, sen signaali virtaisi takaisin ulos antennin kautta vastaanotettavaksi missä tahansa lähellä vastaanotin. Tässä vastaanottimessa kaksi signaalia sekoittuivat aivan kuten alkuperäisessä heterodyne-konseptissa, tuottaen ulostulon, joka on kahden signaalin välinen taajuusero.
ajatellaan esimerkiksi yksinäistä vastaanottajaa, joka viritettiin asemalle 300 kHz: n taajuudella. Jos toinen vastaanotin on perustettu lähellä ja asetettu 400 kHz suuri voitto, se alkaa antaa pois 400 kHz signaali, joka saadaan ensimmäinen vastaanotin. Että vastaanotin, kaksi signaalia sekoitetaan tuottaa neljä lähtöä, yksi alkuperäisen 300 kHz, toinen vastaanotetun 400 kHz, ja kaksi muuta, ero 100 kHz ja summa 700 kHz. Tämä on sama vaikutus, että Fessenden oli ehdottanut, mutta hänen järjestelmä kaksi taajuutta oli tarkoituksella valittu niin beat taajuus oli kuultavissa. Tällöin kaikki taajuudet ovat selvästi kuuloalueen ulkopuolella ja siten ”yliäänisiä”, mistä johtuu nimi superheterodyne.
Armstrong ymmärsi, että tämä efekti oli mahdollinen ratkaisu ”lyhytaallon” vahvistusongelmaan, sillä ”differenssin” ulostulo säilytti edelleen alkuperäisen modulaationsa, mutta matalammalla kantotaajuudella. Yllä olevassa esimerkissä voidaan vahvistaa 100 kHz: n beat-signaalia ja hakea siitä alkuperäiset tiedot, vastaanottimen ei tarvitse virittää korkeampaa 300 kHz: n alkuperäistä kantajaa. Valitsemalla sopivan taajuussarjan hyvin suurtaajuisetkin signaalit voitaisiin ”vähentää” taajuudelle, jota olemassa olevat järjestelmät voisivat vahvistaa.
esimerkiksi signaalin vastaanottamiseksi 1500 kHz: n taajuudella, joka oli tuolloin paljon tehokkaamman vahvistuksen ulottumattomissa, voitiin perustaa oskillaattori esimerkiksi 1560 kHz: n taajuudelle. Armstrong viittasi tähän nimellä” local oscillator ” eli LO. Koska sen signaalia syötettiin samaan laitteeseen kuuluvaan toiseen vastaanottimeen, sen ei tarvinnut olla voimakas, vaan se tuotti vain tarpeeksi signaalia ollakseen suurin piirtein samanvahvuinen kuin vastaanotetun aseman. Kun LO: n signaali sekoittuu aseman signaalin kanssa, yksi lähdöistä on heterodynen erotaajuus, tässä tapauksessa 60 kHz. Hän kutsui tätä tuloksena ero ” väli taajuus ”usein lyhennetään”jos”.
joulukuussa 1919 majuri E. H. Armstrong antoi julkisuutta lyhytaaltovahvistuksen epäsuoralle menetelmälle, jota kutsutaan super-heterodyyniksi. Ajatuksena on vähentää saapuva taajuus, joka voi olla esimerkiksi 1 500 000 sykliä (200 metriä), jollekin sopivalle superäänitaajuudelle, joka voidaan vahvistaa tehokkaasti, sitten siirtää tämä virta välitaajuusvahvistimen kautta ja lopuksi korjata ja jatkaa yhteen tai kahteen vaiheeseen äänen taajuuden vahvistusta.
”juju” superheterodyynille on se, että LO-taajuutta muuttamalla voi virittää eri asemilla. Esimerkiksi signaalin vastaanottamiseksi 1300 kHz: ssä voisi virittää Lo: n 1360 kHz: iin, jolloin saadaan sama 60 kHz IF. Tämä tarkoittaa, että vahvistinosa voidaan virittää toimimaan yhdellä taajuudella, suunnittelu IF, joka on paljon helpompi tehdä tehokkaasti.
Kehitysedit
ensimmäinen kaupallinen superheterodyne vastaanotin, RCA Radiola AR-812, toi ulos maaliskuussa 4, 1924 hinnoiteltu $286 (vastaa $4,270 vuonna 2019). Se käytti 6 triodeja: mikseri, paikallinen oskillaattori, kaksi IF ja kaksi audio vahvistin vaiheissa, IF 45 kHz. Se oli kaupallinen menestys, ja sen suorituskyky oli parempi kuin kilpailevilla vastaanottimilla.
Armstrong toteutti ideansa käytännössä, ja tekniikka omaksuttiin pian armeijassa. Se oli vähemmän suosittu, kun kaupalliset radiolähetykset alkoivat 1920-luvulla, mikä johtui lähinnä ylimääräisen putken tarpeesta (oskillaattorille), vastaanottimen yleensä korkeammista kustannuksista ja sen käyttämiseen vaadittavasta taitotasosta. Varhaisissa kotiradioissa viritetyt radiotaajuusvastaanottimet (TRF) olivat suositumpia, koska ne olivat halvempia, ei-tekniselle omistajalle helpompia käyttää ja halvempia käyttää. Lopulta Armstrong myi superheterodyne-patenttinsa Westinghouselle, joka myi sen Radio Corporation of Americalle (RCA), joka monopolisoi superheterodyne-vastaanottimien markkinat vuoteen 1930 asti.
varhaiset superheterodynevastaanottimet käyttivät niinkin alhaista kuin 20 kHz: n IF: ää, joka perustui usein rautasydämmuuntajien itseresonanssiin. Tämä teki niistä äärimmäisen alttiita kuvantaajuisille häiriöille, mutta tuolloin päätavoitteena oli herkkyys eikä valikoivuus. Tätä tekniikkaa käyttämällä pieni määrä triodeja saattoi tehdä työtä, joka aiemmin vaati kymmeniä triodeja.
1920-luvulla kaupalliset if-suodattimet näyttivät hyvin samanlaisilta kuin 1920-luvun audio interstage-kytkinmuuntajat, niiden rakenne oli samanlainen ja ne oli kytketty lähes identtisellä tavalla, joten niitä kutsuttiin ”IF-muuntajiksi”. 1930-luvun puolivälissä superheterodynes käyttivät paljon korkeampia välitaajuuksia (tyypillisesti noin 440-470 kHz), viritetty kelat samanlainen rakentaminen antenni ja oskillaattori kelat. Nimi ”IF transformer”säilyi ja on edelleen käytössä. Nykyaikaiset vastaanottimet käyttävät tyypillisesti seosta keraaminen resonaattori tai saha (pinta-akustinen Aalto) resonaattorit sekä perinteinen viritetty-induktori jos muuntajat.
”All American Five” – tyhjiöputken superheterodyne AM-lähetysvastaanotin 1940-luvulta oli halpa valmistaa, koska siihen tarvittiin vain viisi putkea.
1930-luvulle tultaessa tyhjiöputkitekniikan parannukset heikensivät nopeasti TRF-vastaanottimen kustannusetuja, ja lähetysasemien määrän räjähdysmäinen kasvu loi kysyntää halvemmille, suorituskykyisemmille vastaanottimille.
seularuudun sisältävän tetrode-tyhjiöputken kehitys johti monielementtiputkeen, jossa sekoittimen ja oskillaattorin toiminnot voitiin yhdistää, ensin niin sanotussa autodyne-sekoittimessa. Tätä seurasi nopeasti erityisesti superheterodynen käyttöön suunniteltujen putkien, erityisesti pentagridimuuntimen, käyttöönotto. Pienentämällä putkimäärää tämä vähensi entisestään aikaisempien vastaanottimien etuja.
1930-luvun puoliväliin mennessä TRF-vastaanottimien kaupallinen tuotanto korvattiin suurelta osin superheterodyne-vastaanottimilla. 1940-luvulle mennessä tyhjiöputkien superheterodyne AM-lähetysvastaanotin jalostettiin halvalla valmistettavaksi malliksi nimeltä ”All American Five”, koska siinä käytetään viittä tyhjiöputkea: yleensä muunnin (mikseri/paikallinen oskillaattori), IF-vahvistin, ilmaisin/äänivahvistin, äänitehovahvistin ja tasasuuntaaja. Tästä lähtien superheterodyne-mallia käytettiin käytännössä kaikissa kaupallisissa radio-ja TV-vastaanottimissa.
patentti battlesEdit
ranskalainen insinööri Lucien Lévy jätti patenttihakemuksen superheterodyne-periaatteelle elokuussa 1917 brevet n° 493660: lla. Armstrong haki myös patenttiaan vuonna 1917. Levy jätti alkuperäisen ilmoituksensa noin seitsemän kuukautta ennen Armstrongia, ja myös saksalainen keksijä Walter H. Schottky haki patenttia vuonna 1918.
aluksi Yhdysvallat tunnusti Armstrongin keksijäksi, ja hänen Yhdysvaltain patenttinsa 1 342 885 myönnettiin 8.kesäkuuta 1920. Erilaisten muutosten ja oikeusistuntojen jälkeen Lévylle myönnettiin Yhdysvaltain patentti nro 1,734,938, joka sisälsi seitsemän Armstrongin hakemuksen yhdeksästä vaatimuksesta, kun taas kaksi jäljellä olevaa vaatimusta myönnettiin Alexanderson of GE: lle ja Kendall of at&T.
