HeterodyneEdit
a korai morze-kódú rádióadásokat szikraközhöz csatlakoztatott generátor segítségével készítették. A kimeneti jel a rés fizikai felépítése által meghatározott vivőfrekvencián volt, amelyet a generátor váltakozó áramú jele Modulált. Mivel a generátor kimenete általában a hallható tartományban volt, ez hallható amplitúdó modulált (AM) jelet eredményez. Az egyszerű rádióérzékelők kiszűrték a nagyfrekvenciás hordozót, így a moduláció megmaradt, amelyet pontok és kötőjelek hangjelzéseként továbbítottak a felhasználó fejhallgatójához.
1904-ben Ernst Alexanderson bemutatta az Alexanderson generátort, egy olyan eszközt, amely közvetlenül nagyobb teljesítményű és sokkal nagyobb hatékonyságú rádiófrekvenciás kimenetet produkált, mint a régebbi szikraközrendszerek. A szikraköztől eltérően azonban a generátor kimenete tiszta vivőhullám volt egy kiválasztott frekvencián. Ha a meglévő vevőkészülékeken észlelik, a pontok és kötőjelek általában nem hallhatók, vagy “szuperszonikusak”. A vevő szűrőhatásai miatt ezek a jelek általában kattanást vagy puffanást produkáltak, amelyek hallhatóak voltak, de megnehezítették a pont vagy kötőjel meghatározását.
1905-ben Reginald Fessenden kanadai feltaláló azzal az ötlettel állt elő, hogy egy helyett két Alexanderson generátort használjon a jelek sugárzására. A vevő ezután mindkét jelet fogadja, és az észlelési folyamat részeként csak a beat frekvencia lép ki a vevőből. Két olyan hordozó kiválasztásával, amelyek elég közel vannak ahhoz, hogy a beat frekvencia hallható legyen, a kapott Morse-kód még egyszerű vevőkészülékekben is könnyen hallható legyen. Például, ha a két generátor frekvencián működött 3 kHz egymástól, a fejhallgató kimenete pontok vagy kötőjelek lennének 3 kHz hang, könnyen hallhatóvá téve őket.
Fessenden megalkotta a “heterodin” kifejezést, ami azt jelenti, hogy “különbség generálja” (gyakoriságban), ennek a rendszernek a leírására. A szó származik a görög gyökerek hetero- “különböző”, and-dyne”power”.
RegenerationEdit
a morze kódot széles körben használták a rádió korai napjaiban, mert könnyű volt mind a jelet előállítani, mind fogadni. Mivel az erősítő kimenetének nem kell szorosan megfelelnie a vett jel eredeti modulációjának, a hangadásokkal ellentétben tetszőleges számú egyszerű erősítő rendszer használható. Az egyik a korai trióda erősítő csövek építésének érdekes mellékhatása volt. Ha mind a lemez (anód), mind a rács ugyanarra a frekvenciára hangolt rezonáns áramkörökhöz van csatlakoztatva, akkor a rács és a lemez közötti kóbor kapacitív csatolás az erősítőt oszcillációvá teszi, ha a színpadi erősítés sokkal több, mint az egység.
1913-ban Edwin Howard Armstrong leírt egy vevőrendszert, amely ezt a hatást használta hallható morze-kimenet előállítására egyetlen triódával. Az anód kimenetét, az erősítés utáni kimeneti jelet egy “csiklandozón” keresztül csatlakoztatták a bemenethez, visszacsatolást okozva, amely a bemeneti jeleket jóval az egységen túlra vezette. Ez azt eredményezte, hogy a kimenet egy kiválasztott frekvencián oszcillált, nagy erősítéssel. Amikor az eredeti jel a pont vagy a kötőjel végén levágódott, az oszcilláció ismét romlott, és a hang rövid késleltetés után eltűnt.
Armstrong ezt a koncepciót regeneratív vevőkészülékként említette, és azonnal korának egyik legszélesebb körben használt rendszerévé vált. Az 1920-as évek számos rádiórendszere a regeneratív elven alapult, és az 1940-es években is használták speciális szerepekben, például az IFF Mark II-ben.
RDFEdit
volt egy szerep, ahol a regeneráló rendszer nem volt alkalmas, még a morze források számára sem, és ez volt a rádiós iránykeresés, vagy az RDF feladata.
a regeneráló rendszer erősen nemlineáris volt, egy bizonyos küszöb feletti jeleket hatalmas mennyiséggel erősített meg, néha olyan nagy mértékben, hogy adóvá vált (ami az IFF mögött az egész koncepció volt). Az RDF-ben a jel erősségét használják az adó helyének meghatározására, ezért lineáris erősítésre van szükség ahhoz, hogy az eredeti, gyakran nagyon gyenge jel erősségét pontosan meg lehessen mérni.
ennek az igénynek a kielégítésére az era RDF rendszerei az unity alatt működő triódákat használtak. Ahhoz, hogy egy ilyen rendszerből használható jelet kapjunk, tíz vagy akár több száz triódát kellett használni, összekötve az anód-rácsot. Ezek az erősítők hatalmas mennyiségű energiát vettek fel, és karbantartó mérnökök csapatára volt szükség, hogy működjenek. Ennek ellenére a gyenge jelekre vonatkozó iránykeresés stratégiai értéke olyan magas volt, hogy a brit Admiralitás indokoltnak érezte a magas költségeket.
szuperheterodin
az egyik prototípus szuperheterodin vevők épült Armstrong Signal Corps laboratory Párizsban az első világháború alatt. ez épül két részből áll, a keverő és a helyi oszcillátor (balra) és három if erősítési szakaszban és egy detektor szakaszban (jobbra). A közbenső frekvencia 75 kHz volt.
bár számos kutató felfedezte a szuperheterodin koncepciót, a szabadalmak benyújtása csak hónapok különbséggel (lásd alább), Armstrongnak gyakran tulajdonítják a koncepciót. Találkozott vele, miközben fontolóra vette az RDF vevők előállításának jobb módjait. Arra a következtetésre jutott, hogy a magasabb “rövidhullámú” frekvenciákra való áttérés hasznosabbá tenné az RDF-et, és gyakorlati eszközöket keresett ezeknek a jeleknek a lineáris erősítőjének felépítéséhez. Abban az időben a rövid hullám körülbelül 500 kHz felett volt, meghaladva a meglévő erősítő képességeit.
észrevették, hogy amikor egy regeneratív vevő oszcillációba kerül, más közeli vevők más állomásokat is elkezdenek felvenni. Armstrong (és mások) végül arra a következtetésre jutottak, hogy ezt egy “szuperszonikus heterodin” okozta az állomás vivőfrekvenciája és a regeneratív vevő oszcillációs frekvenciája között. Amikor az első vevő nagy kimeneteken oszcillálni kezdett, a jele az antennán keresztül áramlik vissza, hogy bármely közeli vevőn fogadható legyen. Ezen a vevőn a két jel ugyanúgy keveredett, mint az eredeti heterodin koncepcióban, olyan kimenetet produkálva, amely a két jel frekvenciakülönbsége.
vegyünk például egy magányos vevőt, amelyet egy 300 kHz-es állomásra hangoltak. Ha a közelben egy második vevőt állítanak fel, amely nagy erősítéssel 400 kHz-re van állítva, akkor 400 kHz-es jelet kezd adni, amelyet az első vevő fog fogadni. Ebben a vevőben a két jel keveredik, hogy négy kimenetet hozzon létre, az egyik az eredeti 300 kHz-en, a másik a vett 400 kHz-en, a másik kettő pedig a különbség 100 kHz-en, az összeg pedig 700 kHz-en. Ez ugyanaz a hatás, amelyet Fessenden javasolt, de rendszerében a két frekvenciát szándékosan választották meg, így a beat frekvencia hallható volt. Ebben az esetben az összes frekvencia jóval meghaladja a hallható tartományt, így “szuperszonikus”, ami a szuperheterodin nevet eredményezi.
Armstrong rájött, hogy ez a hatás potenciális megoldás a “rövidhullámú” amplifikációs problémára, mivel a “különbség” kimenet továbbra is megőrizte eredeti modulációját, de alacsonyabb vivőfrekvencián. A fenti példában a 100 kHz-es ütemjelet felerősíthetjük, és az eredeti információt visszakereshetjük, a vevőnek nem kell a magasabb 300 kHz-es eredeti hordozót hangolnia. A megfelelő frekvenciakészlet kiválasztásával még a nagyon magas frekvenciájú jeleket is” csökkenthetik ” olyan frekvenciára, amelyet a meglévő rendszerek felerősíthetnek.
például 1500 kHz-es jel fogadásához, amely messze meghaladja az akkori hatékony erősítés tartományát, fel lehet állítani egy oszcillátort például 1560 kHz-en. Armstrong ezt “helyi oszcillátornak” vagy LO-nak nevezte. Mivel jelét ugyanazon eszköz második vevőjébe táplálták, nem kellett erősnek lennie, csak annyi jelet generált, hogy erőssége nagyjából hasonló legyen a vett állomáséhoz. Amikor a lo jele keveredik az állomással, az egyik kimenet a heterodin különbség frekvenciája lesz, ebben az esetben 60 kHz. Ezt a kapott különbséget “köztes frekvenciának” nevezte, amelyet gyakran “IF” – re rövidítettek.
1919 decemberében E. H. Armstrong őrnagy nyilvánosságra hozta a rövidhullámú amplifikáció megszerzésének közvetett módszerét, az úgynevezett szuper-heterodin. Az ötlet az, hogy csökkentse a bejövő frekvenciát, amely lehet például 1 500 000 ciklus (200 méter), valamilyen megfelelő szuper hallható frekvenciára, amelyet hatékonyan fel lehet erősíteni, majd ezt az áramot egy közbenső frekvenciaerősítőn keresztül továbbítja, végül pedig egyenirányítja és folytatja az audio frekvencia erősítésének egy vagy két szakaszát.
a szuperheterodin “trükkje” az, hogy a LO frekvencia megváltoztatásával különböző állomásokat hangolhat be. Például 1300 kHz-es jel fogadásához az LO-t 1360 kHz-re lehet hangolni, ami ugyanazt a 60 kHz-et eredményezi, ha. Ez azt jelenti, hogy az erősítő szakasz hangolható úgy, hogy egyetlen frekvencián működjön, a tervezés IF, amelyet sokkal könnyebb hatékonyan elvégezni.
Fejlesztésszerkesztés
az első kereskedelmi szuperheterodin Vevő, az RCA Radiola AR-812, 4.Március 1924-én, 286 dollár áron (4270 dollárnak felel meg 2019-ben). 6 triódát használt: keverőt, helyi oszcillátort, két if-et és két audio erősítő fokozatot, 45 kHz-es IF-vel. Kereskedelmi siker volt, jobb teljesítménnyel, mint a Versengő vevők.
Armstrong ötleteit a gyakorlatba ültette, és a technikát hamarosan átvette a katonaság. Kevésbé volt népszerű, amikor a kereskedelmi rádiós műsorszórás az 1920-as években kezdődött, főleg azért, mert szükség volt egy extra csőre (az oszcillátorhoz), a vevő általában magasabb költségeire és a működtetéséhez szükséges képzettségi szintre. A korai hazai rádiók számára a hangolt rádiófrekvenciás vevők (TRF) népszerűbbek voltak, mert olcsóbbak voltak, a nem MŰSZAKI tulajdonosok számára könnyebben használhatók és kevésbé költségesek voltak. Armstrong végül eladta szuperheterodin szabadalmát Westinghouse, aki aztán eladta Radio Corporation of America (RCA), ez utóbbi 1930-ig monopolizálta a szuperheterodin vevők piacát.
a korai szuperheterodin vevők 20 kHz-es IFs-t használtak, gyakran a vasmagos transzformátorok önrezonanciáján alapulva. Ez rendkívül fogékonnyá tette őket a képfrekvencia-interferenciára, de abban az időben a fő cél az érzékenység, nem pedig a szelektivitás volt. Ezzel a technikával kis számú trióda képes elvégezni azt a munkát, amely korábban több tucat triódát igényelt.
az 1920-as években a kereskedelmi IF szűrők nagyon hasonlítottak az 1920-as évek audio interstage tengelykapcsoló transzformátoraihoz, hasonló felépítésűek voltak és szinte azonos módon voltak bekötve, ezért “IF transformers” – nek nevezték őket. Az 1930-as évek közepére a szuperheterodinok sokkal magasabb köztes frekvenciákat használtak (jellemzően 440-470 kHz körül), a hangolt tekercsek felépítésében hasonlóak voltak az antenna és az oszcillátor tekercsekhez. Az “IF transformer” nevet megtartották és ma is használják. A Modern vevők általában kerámia rezonátor vagy fűrész (felületi-akusztikus hullám) rezonátorok, valamint hagyományos hangolt induktor IF transzformátorok keverékét használják.
“az 1940-es évektől kezdve az összes amerikai öt” vákuumcsöves szuperheterodin AM műsorszóró vevőt olcsó volt gyártani, mert csak öt csőre volt szükség.
az 1930-as évekre a vákuumcsöves technológia fejlődése gyorsan rontotta a TRF vevő költségelőnyeit, és a műsorszóró állomások számának robbanásszerű növekedése keresletet teremtett az olcsóbb, nagyobb teljesítményű vevők iránt.
a szitarácsot tartalmazó tetrode vákuumcső kifejlesztése egy többelemes csőhöz vezetett, amelyben a keverő és oszcillátor funkciók kombinálhatók voltak, először az úgynevezett autodyne keverőben. Ezt gyorsan követte a kifejezetten szuperheterodin működésre tervezett csövek bevezetése, nevezetesen a pentagrid átalakító. A csövek számának csökkentésével ez tovább csökkentette az előző vevőkészülékek előnyeit.
az 1930-as évek közepére a TRF vevőkészülékek kereskedelmi gyártását nagyrészt szuperheterodin vevőkészülékek váltották fel. Az 1940-es évekre a vákuumcsöves szuperheterodin AM sugárzott vevőt olcsón gyártható “All American Five” néven finomították, mert öt vákuumcsövet használ: általában átalakító (keverő / helyi oszcillátor), IF erősítő, detektor/audio erősítő, audio teljesítményerősítő és egyenirányító. Ettől kezdve a szuperheterodin dizájnt gyakorlatilag az összes kereskedelmi rádió-és TV-vevőhöz használták.
Patent battlesEdit
Lucien L. A. D. A. francia mérnök 1917 augusztusában nyújtott be szabadalmi bejelentést a szuperheterodin elvre, a brevet N. A. 493660. Armstrong 1917-ben is benyújtotta szabadalmát. Levy körülbelül hét hónappal Armstrong előtt nyújtotta be eredeti nyilvánosságra hozatalát.Walter H. Schottky német feltaláló szintén szabadalmat nyújtott be 1918-ban.
eleinte az Egyesült Államok elismerte Armstrong, mint a feltaláló, és az amerikai szabadalom 1,342,885 adták ki június 8-án 1920. Különböző változtatások és bírósági meghallgatások után az L 6734 938 számú amerikai szabadalmat kapott, amely Armstrong kérelmében szereplő kilenc követelés közül hetet tartalmazott, míg a fennmaradó két igényt Alexanderson a GE-től és Kendall az AT& T.
