HeterodyneEdit
Early Morse code radio-uitzendingen werden geproduceerd met behulp van een dynamo aangesloten op een spark gap. Het uitgangssignaal was op een draaggolffrequentie bepaald door de fysieke constructie van de spleet, gemoduleerd door het wisselstroomsignaal van de alternator. Aangezien het vermogen van de alternator over het algemeen in het hoorbare bereik lag, produceert dit een hoorbaar amplitude gemoduleerd (AM) signaal. Eenvoudige radio detectoren filterden de hoogfrequente drager, waardoor de modulatie, die werd doorgegeven aan de hoofdtelefoon van de gebruiker als een hoorbaar signaal van stippen en streepjes.In 1904 introduceerde Ernst Alexanderson de Alexanderson alternator, een apparaat dat direct radiofrequentieuitgang produceerde met een hoger vermogen en een veel hoger rendement dan de oudere spark gap-systemen. In tegenstelling tot de vonkspleet was het vermogen van de alternator echter een zuivere draaggolf op een geselecteerde frequentie. Wanneer gedetecteerd op bestaande ontvangers, zouden de stippen en streepjes normaal gesproken onhoorbaar zijn, of “supersonisch”. Door de filtereffecten van de ontvanger produceerden deze signalen over het algemeen een klik of dreun, die hoorbaar waren, maar het bepalen van punt of streepje moeilijk maakten.In 1905 kwam de Canadese uitvinder Reginald Fessenden met het idee om twee Alexanderson alternatoren te gebruiken die werken op zeer korte afstanden om de signalen uit te zenden, in plaats van één. De ontvanger zou dan beide signalen ontvangen, en als onderdeel van het detectieproces zou alleen de beat frequentie de ontvanger verlaten. Door het selecteren van twee dragers dicht genoeg dat de beat frequentie was hoorbaar, De resulterende Morse code kon opnieuw gemakkelijk worden gehoord, zelfs in eenvoudige ontvangers. Bijvoorbeeld, als de twee alternatoren werken op frequenties 3 kHz uit elkaar, de output in de hoofdtelefoon zou stippen of streepjes van 3 kHz toon, waardoor ze gemakkelijk hoorbaar.
Fessenden bedacht de term “heterodyne”, wat” gegenereerd door een verschil ” (in frequentie) betekent, om dit systeem te beschrijven. Het woord is afgeleid van de Griekse wortels hetero- “verschillend”, en-dyne “macht”.
RegenerationEdit
morsecode werd veel gebruikt in de vroege dagen van radio omdat het zowel gemakkelijk was om het signaal te produceren als te ontvangen. Omdat de uitgang van de versterker niet hoeft te nauw overeenkomen met de oorspronkelijke modulatie van het ontvangen signaal, in tegenstelling tot spraakuitzendingen, een aantal eenvoudige versterkingssystemen kunnen worden gebruikt. Een daarvan was te wijten aan een interessant neveneffect van de bouw van vroege triode versterkerbuizen. Als zowel de plaat (anode) en het raster zijn aangesloten op resonante circuits afgestemd op dezelfde frequentie, verdwaalde capacitieve koppeling tussen het raster en de plaat zal leiden tot de versterker te gaan in oscillatie als de fase winst is veel meer dan eenheid.In 1913 beschreef Edwin Howard Armstrong een ontvangersysteem dat dit effect gebruikte om morsecodeuitvoer te produceren met behulp van een enkele triode. De uitgang van de anode, het uitgangssignaal na versterking, werd terug aangesloten op de ingang via een “tickler”, waardoor feedback die ingangssignalen Reed ver buiten eenheid. Dit veroorzaakte de output om bij een gekozen frequentie met grote versterking te oscilleren. Toen het originele signaal aan het einde van de punt of het streepje werd afgesneden, verviel de oscillatie opnieuw en verdween het geluid na een korte vertraging.Armstrong noemde dit concept een regeneratieve ontvanger, en het werd meteen een van de meest gebruikte systemen van zijn tijd. Veel radiosystemen van de jaren 1920 waren gebaseerd op het regeneratieve principe, en het bleef worden gebruikt in gespecialiseerde rollen tot de jaren 1940, bijvoorbeeld in de IFF Mark II.
RDFEdit
er was één rol waarin het regeneratieve systeem niet geschikt was, zelfs niet voor Morsecodebronnen, en dat was de taak van radiorichtingsvinding, of RDF.
het regeneratieve systeem was zeer niet-lineair en versterkte elk signaal boven een bepaalde drempel met een enorme hoeveelheid, soms zo groot dat het veranderde in een zender (wat het hele concept achter IFF was). In RDF wordt de sterkte van het signaal gebruikt om de locatie van de zender te bepalen, zodat men lineaire versterking nodig heeft om de sterkte van het originele signaal, vaak zeer zwak, nauwkeurig te kunnen meten.
om in deze behoefte te voorzien, gebruikten RDF-systemen van het tijdperk trioden die onder unity werkten. Om een bruikbaar signaal van zo ‘ n systeem te krijgen, moesten er tientallen of zelfs honderden triodes worden gebruikt, verbonden met anode-naar-raster. Deze versterkers trokken enorm veel vermogen en hadden een team van onderhoudsmonteurs nodig om ze draaiende te houden. Niettemin was de strategische waarde van het vinden van richting op zwakke signalen zo hoog dat de Britse Admiraliteit vond dat de hoge kosten gerechtvaardigd waren.
SuperheterodyneEdit
een van de prototype supereterodyne ontvangers gebouwd in Armstrong ‘ s Signal Corps laboratory in Parijs tijdens de Eerste Wereldoorlog I. Het is gebouwd in twee secties, de mixer en lokale oscillator (links) en drie IF amplificatie stadia en een detector fase (rechts). De tussenfrequentie was 75 kHz.
hoewel een aantal onderzoekers ontdekte de supereterodyne concept, het indienen van patenten slechts maanden uit elkaar (zie hieronder), Armstrong wordt vaak gecrediteerd met het concept. Hij kwam over het terwijl het overwegen van betere manieren om RDF-ontvangers te produceren. Hij had geconcludeerd dat het verplaatsen naar hogere “korte golf” frequenties RDF nuttiger zou maken en was op zoek naar praktische middelen om een lineaire versterker voor deze signalen te bouwen. Op het moment, short wave was alles boven ongeveer 500 kHz, buiten de mogelijkheden van een bestaande versterker.
het was opgevallen dat wanneer een regeneratieve ontvanger in oscillatie ging, andere nabije ontvangers ook andere stations zouden beginnen op te pikken. Armstrong (en anderen) concludeerden uiteindelijk dat dit werd veroorzaakt door een “supersonische heterodyne” tussen de draagfrequentie van het station en de oscillatiefrequentie van de regeneratieve ontvanger. Toen de eerste ontvanger begon te oscilleren op hoge uitgangen, zou het signaal terug te stromen via de antenne te ontvangen op een nabijgelegen ontvanger. Op die ontvanger, de twee signalen gemengd net als ze deden in het oorspronkelijke heterodyne concept, het produceren van een uitgang dat is het verschil in frequentie tussen de twee signalen.
bijvoorbeeld, beschouw een eenzame ontvanger die was afgestemd op een station op 300 kHz. Als een tweede ontvanger is ingesteld in de buurt en ingesteld op 400 kHz met hoge winst, zal het beginnen met het afgeven van een 400 kHz signaal dat zal worden ontvangen in de eerste ontvanger. In die ontvanger, zullen de twee signalen mengen om vier uitgangen te produceren, één bij de oorspronkelijke 300 kHz, een andere bij de ontvangen 400 kHz, en twee meer, het verschil bij 100 kHz en de som bij 700 kHz. Dit is hetzelfde effect dat Fessenden had voorgesteld, maar in zijn systeem werden de twee frequenties bewust gekozen zodat de beat frequentie hoorbaar was. In dit geval zijn alle frequenties ver buiten het hoorbare bereik, en dus “supersonisch”, wat aanleiding geeft tot de naam supereterodyne.Armstrong realiseerde zich dat dit effect een mogelijke oplossing was voor het “korte golf” – versterkingsprobleem, omdat het “verschil” – uitgang nog steeds zijn oorspronkelijke modulatie behield, maar op een lagere draaggolffrequentie. In het bovenstaande voorbeeld kan men het 100 kHz beat signaal versterken en de originele informatie daaruit halen, de ontvanger hoeft niet af te stemmen op de hogere 300 kHz originele drager. Door een geschikte frequentieset te kiezen, kunnen zelfs zeer hoge frequentiesignalen worden “gereduceerd” tot een frequentie die door bestaande systemen kan worden versterkt.
om bijvoorbeeld een signaal te ontvangen bij 1500 kHz, ver buiten het bereik van efficiënte versterking op dat moment, zou men een oscillator kunnen opzetten bij bijvoorbeeld 1560 kHz. Armstrong noemde dit de “local oscillator” of LO. Omdat het signaal werd ingevoerd in een tweede ontvanger in hetzelfde apparaat, hoefde het niet krachtig te zijn, het genereren van slechts genoeg signaal om ongeveer gelijk te zijn aan die van het ontvangen station. Wanneer het signaal van de LO zich mengt met die van de zender, zal een van de uitgangen de heterodyne verschilfrequentie zijn, in dit geval 60 kHz. Hij noemde dit resulterende verschil de” tussenfrequentie “vaak afgekort tot”IF”.In december 1919 gaf majoor E. H. Armstrong bekendheid aan een indirecte methode voor het verkrijgen van kortegolfversterking, de super-heterodyne. Het idee is om de inkomende frequentie, die bijvoorbeeld 1.500.000 cycli (200 meter) kan zijn, te verminderen tot een geschikte super-hoorbare frequentie die efficiënt kan worden versterkt, dan deze stroom door een tussenfrequentieversterker te voeren, en ten slotte te corrigeren en door te gaan naar een of twee stadia van audiofrequentieversterking.
de” truc ” van de supermeterodyne is dat je door het veranderen van de LO frequentie in verschillende stations kunt afstemmen. Om bijvoorbeeld een signaal op 1300 kHz te ontvangen, kan men de LO afstemmen op 1360 kHz, wat resulteert in dezelfde 60 kHz IF. Dit betekent dat de versterker sectie kan worden afgestemd om te werken op een enkele frequentie, het ontwerp als, dat is veel gemakkelijker om efficiënt te doen.
Ontwikkelingsedit
de eerste commerciële supereterodyne ontvanger, de RCA Radiola AR-812, bracht 4 maart 1924 uit met een prijs van $286 (gelijk aan $ 4.270 in 2019). Het gebruikte 6 triodes: een mixer, lokale oscillator, twee IF en twee audioversterkers, met een IF van 45 kHz. Het was een commercieel succes, met betere prestaties dan concurrerende ontvangers.
Armstrong zette zijn ideeën in de praktijk, en de techniek werd al snel overgenomen door het leger. Het was minder populair toen commerciële radio-uitzendingen begonnen in de jaren 1920, voornamelijk als gevolg van de behoefte aan een extra buis (voor de oscillator), de over het algemeen hogere kosten van de ontvanger, en het niveau van vaardigheid die nodig is om het te bedienen. Voor vroege binnenlandse radio ‘ s waren tuned radio frequency receivers (TRF) populairder omdat ze goedkoper waren, gemakkelijker te gebruiken voor een niet-technische eigenaar en minder duur om te werken. Armstrong verkocht uiteindelijk zijn supereterodyne patent aan Westinghouse, die het vervolgens verkocht aan Radio Corporation of America (RCA), de laatste monopoliseerde de markt voor supereterodyne ontvangers tot 1930.
vroege supermeterodyne ontvangers gebruikten IFs tot 20 kHz, vaak gebaseerd op de zelfresonantie van ijzerkerntransformatoren. Dit maakte hen zeer gevoelig voor beeldfrequentie interferentie, maar op het moment, het belangrijkste doel was gevoeligheid in plaats van selectiviteit. Met deze techniek kon een klein aantal trioden het werk doen dat vroeger tientallen trioden nodig had.In de jaren ’20 leken commerciële IF-filters erg op die van de jaren’ 20 van de vorige eeuw, hadden ze een vergelijkbare constructie en waren ze op een bijna identieke manier bedraad, en dus werden ze aangeduid als “IF-transformatoren”. Tegen het midden van de jaren 1930 gebruikten supertherodynes veel hogere tussenfrequenties (meestal rond 440-470 kHz), met afgestelde spoelen die qua constructie vergelijkbaar waren met de antenne-en oscillatorspoelen. De naam “IF transformer” werd behouden en wordt nog steeds gebruikt vandaag. Moderne ontvangers maken meestal gebruik van een mengsel van keramische resonator of SAW (surface-acoustic wave) resonatoren evenals traditionele tuned-inductor IF transformatoren.
“alle Amerikaanse vijf” vacuum-tube supereterodyne am broadcast receiver uit de jaren 1940 was goedkoop om te produceren, omdat het slechts vijf buizen nodig.
in de jaren 1930 werden de kostenvoordelen van de TRF-ontvanger snel aangetast door verbeteringen in de vacuümbuistechnologie, en de explosie in het aantal omroepstations creëerde een vraag naar goedkopere, beter presterende ontvangers.
de ontwikkeling van de tetrode vacuümbuis met een schermrooster leidde tot een meerdelige buis waarin de menger en de oscillatorfuncties konden worden gecombineerd, die voor het eerst in de zogenaamde autodyne menger werd gebruikt. Dit werd snel gevolgd door de introductie van buizen speciaal ontworpen voor supereterodyne werking, met name de pentagrid converter. Door het verminderen van het aantal buizen, dit verder verminderd het voordeel van de vorige ontvanger ontwerpen.In het midden van de jaren dertig werd de commerciële productie van TRF-ontvangers grotendeels vervangen door supereterodyne-ontvangers. Tegen de jaren 1940 werd de vacuümbuis supereterodyne am broadcast receiver verfijnd tot een goedkoop te produceren ontwerp genaamd de “All American Five”, omdat het vijf vacuümbuizen gebruikt: meestal een converter (mixer/lokale oscillator), een IF versterker, een detector/audio versterker, audio eindversterker, en een gelijkrichter. Vanaf deze tijd werd het supereterodyne ontwerp gebruikt voor vrijwel alle commerciële radio-en TV-ontvangers.De Franse ingenieur Lucien Lévy diende in augustus 1917 bij brevet n° 493660 een octrooiaanvraag in voor het principe van de supereterodyne. Armstrong diende ook zijn patent in 1917 in. Levy diende zijn oorspronkelijke openbaarmaking ongeveer zeven maanden voor Armstrong ‘ s. Duitse uitvinder Walter H. Schottky ook een octrooi in 1918.In eerste instantie erkende de VS Armstrong als de uitvinder, en zijn Amerikaanse Patent 1342.885 werd uitgegeven op 8 juni 1920. Na verschillende wijzigingen en rechtszittingen kreeg Lévy het Amerikaanse octrooi nr. 1.734.938, dat zeven van de negen vorderingen in Armstrong ‘ s aanvraag omvatte, terwijl de twee resterende vorderingen werden toegekend aan Alexanderson van GE en Kendall van AT & T.
