Heterodynowy
wczesne Audycje radiowe z kodem Morse ’ a były produkowane przy użyciu alternatora podłączonego do iskrownika. Sygnał wyjściowy był na częstotliwości nośnej określonej przez fizyczną budowę szczeliny, modulowanej przez sygnał prądu przemiennego z alternatora. Ponieważ moc wyjściowa alternatora była zazwyczaj w zakresie słyszalnym, wytwarza to sygnał modulowany amplitudowo (am). Proste detektory radiowe odfiltrowały nośnik wysokiej częstotliwości, pozostawiając modulację, która była przekazywana do słuchawek użytkownika jako sygnał dźwiękowy kropek i kresek.
w 1904 roku Ernst Alexanderson wprowadził Alternator Alexanderson, urządzenie, które bezpośrednio wytwarzało wyjście częstotliwości radiowej o wyższej mocy i znacznie wyższej wydajności niż starsze systemy iskrowników. W przeciwieństwie do iskrownika, wyjście z alternatora było czystą falą nośną o wybranej częstotliwości. Po wykryciu na istniejących odbiornikach kropki i kreski byłyby normalnie niesłyszalne lub „naddźwiękowe”. Ze względu na efekty filtrowania odbiornika, sygnały te zwykle wytwarzały kliknięcie lub uderzenie, które były słyszalne, ale utrudniały wyznaczanie kropki lub kreski.
w 1905 roku kanadyjski wynalazca Reginald Fessenden wpadł na pomysł wykorzystania dwóch alternatorów Alexandersona pracujących z blisko oddalonymi częstotliwościami do nadawania sygnałów, zamiast jednego. Odbiornik odbierałby wtedy oba sygnały, a w ramach procesu detekcji tylko częstotliwość uderzeń opuszczałaby odbiornik. Wybierając dwa nośniki na tyle blisko, że częstotliwość uderzeń była słyszalna, otrzymany kod Morse ’ a mógł być ponownie łatwo słyszalny nawet w prostych odbiornikach. Na przykład, jeśli dwa alternatory pracowały z częstotliwością 3 kHz od siebie, wyjście w słuchawkach byłoby kropkami lub kreskami o tonie 3 kHz, co czyniłoby je łatwo słyszalnymi.
Fessenden ukuł termin „heterodyna”, oznaczający „generowany przez różnicę” (w częstotliwości), aby opisać ten system. Słowo pochodzi od greckich korzeni hetero – ” inny „i-dyne”władza”.
Regeneracjaedit
kod Morse ’ a był szeroko stosowany we wczesnych czasach radia, ponieważ łatwo było zarówno wyprodukować sygnał, jak i go odebrać. Ponieważ wyjście ze wzmacniacza nie musi być ściśle zgodne z oryginalną modulacją odbieranego sygnału, w przeciwieństwie do transmisji głosowych można użyć dowolnej liczby prostych systemów wzmacniających. Jeden wynikał z ciekawego efektu ubocznego budowy wczesnych lamp wzmacniających triodę. Jeśli zarówno płyta (anoda), jak i siatka są podłączone do obwodów rezonansowych dostrojonych do tej samej częstotliwości, bezpańskie sprzężenie pojemnościowe między siatką a płytą spowoduje, że wzmacniacz przejdzie w oscylację, jeśli wzmocnienie stopnia jest znacznie większe niż jedność.
w 1913 r.Edwin Howard Armstrong opisał system odbiorników, który wykorzystał ten efekt do wytworzenia słyszalnego kodu Morse ’ a przy użyciu pojedynczej triody. Wyjście anody, sygnał wyjściowy po wzmocnieniu, był podłączony z powrotem do wejścia przez „tickler”, powodując sprzężenie zwrotne, które napędzało sygnały wejściowe znacznie poza jedność. Spowodowało to, że wyjście oscylowało przy wybranej częstotliwości z dużym wzmocnieniem. Kiedy oryginalny sygnał odciął się na końcu kropki lub kreski, oscylacja ponownie zanikła, a dźwięk zniknął po krótkim opóźnieniu.
Armstrong określił tę koncepcję jako odbiornik regeneracyjny i od razu stał się jednym z najczęściej używanych systemów swojej epoki. Wiele systemów radiowych z lat 20. opierało się na zasadzie regeneracji i nadal było używane w specjalistycznych rolach do lat 40., na przykład w IFF Mark II.
RDFEdit
była jedna rola, w której system regeneracyjny nie był odpowiedni, nawet dla źródeł kodu Morse ’ a, a było to zadanie znajdowania kierunku radiowego, czyli RDF.
system regeneracyjny był bardzo nieliniowy, wzmacniając każdy sygnał powyżej pewnego progu o ogromną ilość, czasami tak dużą, że powodował, że zamieniał się w nadajnik (co było całą koncepcją IFF). W RDF siła sygnału jest używana do określenia położenia nadajnika, więc wymaga liniowego wzmocnienia, aby umożliwić dokładny Pomiar siły oryginalnego sygnału, często bardzo słabego.
aby zaspokoić tę potrzebę, systemy RDF epoki wykorzystywały triody działające poniżej jedności. Aby uzyskać użyteczny sygnał z takiego systemu, trzeba było użyć dziesiątek, a nawet setek triod, połączonych ze sobą anodą do sieci. Wzmacniacze te pobierały ogromną moc i wymagały zespołu inżynierów utrzymania ruchu. Niemniej jednak strategiczna wartość ustalania kierunku na słabych sygnałach była tak wysoka, że Admiralicja brytyjska uznała wysokie koszty za uzasadnione.
Superheterodyneedytuj
jeden z prototypowych odbiorników superheterodynowych zbudowanych w laboratorium Armstrong ’ s Signal Corps w Paryżu podczas I wojny światowej.zbudowany jest w dwóch sekcjach, mikserze i lokalnym oscylatorze (po lewej) oraz trzech stopniach wzmocnienia IF I stopniach detektora (po prawej). Częstotliwość pośrednia wynosiła 75 kHz.
chociaż wielu badaczy odkryło koncepcję superheterodyny, zgłaszając patenty w odstępie kilku miesięcy (patrz poniżej), Armstrong często przypisuje się tę koncepcję. Natknął się na to, rozważając lepsze sposoby produkcji odbiorników RDF. Doszedł do wniosku, że przejście na wyższe częstotliwości fal krótkich uczyni RDF bardziej użytecznym i szukał praktycznych środków do zbudowania wzmacniacza liniowego dla tych sygnałów. W tym czasie fala krótka była czymś powyżej około 500 kHz, poza możliwościami jakiegokolwiek istniejącego wzmacniacza.
zauważono, że gdy odbiornik regeneracyjny wszedł w oscylację, inne pobliskie odbiorniki zaczęły odbierać również inne stacje. Armstrong (i inni) w końcu wywnioskował, że było to spowodowane przez „naddźwiękową heterodynę” między częstotliwością nośną stacji a częstotliwością oscylacyjną odbiornika regeneracyjnego. Kiedy pierwszy odbiornik zaczął oscylować z wysokimi wyjściami, jego sygnał płynął z powrotem przez antenę, aby odebrać go w dowolnym pobliskim odbiorniku. W tym odbiorniku oba sygnały mieszały się tak samo, jak w pierwotnej koncepcji heterodyny, tworząc wyjście, które jest różnicą częstotliwości między dwoma sygnałami.
na przykład rozważmy samotny odbiornik, który był dostrojony do stacji na 300 kHz. Jeśli drugi odbiornik jest ustawiony w pobliżu i ustawiony na 400 kHz z wysokim wzmocnieniem, zacznie emitować sygnał 400 kHz, który zostanie odebrany w pierwszym odbiorniku. W tym odbiorniku dwa sygnały będą się miksować, aby uzyskać cztery wyjścia, jeden przy oryginalnym 300 kHz, drugi przy odbieranym 400 kHz i dwa kolejne, różnicę przy 100 kHz i sumę przy 700 kHz. To taki sam efekt, jaki proponował Fessenden, ale w jego systemie obie częstotliwości zostały celowo dobrane tak, aby częstotliwość uderzeń była słyszalna. W tym przypadku wszystkie częstotliwości są znacznie poza zakresem słyszalnym, a więc „naddźwiękowe”, dając początek nazwie superheterodyne.
Armstrong zdał sobie sprawę, że ten efekt był potencjalnym rozwiązaniem problemu wzmocnienia „krótkiej fali”, ponieważ wyjście „różnicowe” nadal zachowało pierwotną modulację, ale na niższej częstotliwości nośnej. W powyższym przykładzie można wzmocnić sygnał beatu 100 kHz i pobrać z niego oryginalną informację, odbiornik nie musi stroić wyższego oryginalnego nośnika 300 kHz. Wybierając odpowiedni zestaw częstotliwości, nawet sygnały o bardzo wysokiej częstotliwości można „zredukować” do częstotliwości, która może być wzmocniona przez istniejące systemy.
na przykład, aby odbierać sygnał przy 1500 kHz, daleko poza zakres efektywnego wzmocnienia w tym czasie, można ustawić oscylator Przy, na przykład, 1560 kHz. Armstrong określił to mianem „lokalnego oscylatora” lub LO. Ponieważ jego sygnał był podawany do drugiego odbiornika w tym samym urządzeniu, nie musiał być potężny, generując tylko tyle sygnału, aby był mniej więcej podobny do siły odbieranej stacji. Kiedy sygnał z LO miesza się ze stacją, jednym z wyjść będzie różnica heterodynowa, w tym przypadku 60 kHz. Tę wynikającą z tego różnicę nazwał „częstotliwością pośrednią” często skracaną do „IF”.
w grudniu 1919 roku Major E. H. Armstrong dał rozgłos pośredniej metodzie otrzymywania amplifikacji fal krótkich, zwanej super-heterodyną. Chodzi o to, aby zmniejszyć częstotliwość przychodzącą, która może wynosić na przykład 1 500 000 cykli (200 metrów), do odpowiedniej Super-słyszalnej częstotliwości, która może być skutecznie wzmocniona, następnie przepuszczając ten prąd przez wzmacniacz częstotliwości pośredniej, a na koniec prostując i przenosząc do jednego lub dwóch stopni wzmocnienia częstotliwości audio.
„trick” do superheterodyny polega na tym, że zmieniając częstotliwość LO można dostroić w różnych stacjach. Na przykład, aby otrzymać sygnał przy 1300 kHz, można dostroić LO do 1360 kHz, co daje to samo 60 kHz jeśli. Oznacza to, że sekcja wzmacniacza może być dostrojona do pracy na jednej częstotliwości, konstrukcja IF, co jest znacznie łatwiejsze do wykonania efektywnie.
Rozwójedytuj
pierwszy komercyjny odbiornik superheterodynowy, Radiola RCA AR-812, wypuszczony 4 marca 1924 w cenie 286 USD (równowartość 4270 USD w 2019). Zastosowano w nim 6 triod: mikser, lokalny oscylator, dwa IF I dwa stopnie Wzmacniacza audio, Z IF 45 kHz. Był to sukces komercyjny, z lepszymi osiągami niż konkurencyjne odbiorniki.
Armstrong wcielił swoje pomysły w życie, a technika została wkrótce przyjęta przez wojsko. Był mniej popularny, gdy komercyjna transmisja radiowa rozpoczęła się w 1920 roku, głównie ze względu na potrzebę dodatkowej lampy (dla oscylatora), ogólnie wyższy koszt odbiornika i poziom umiejętności wymaganych do jego obsługi. We wczesnych domowych radiotelefonach, dostrojone odbiorniki częstotliwości radiowych (TRF) były bardziej popularne, ponieważ były tańsze, łatwiejsze w użyciu dla nietechnicznych właścicieli i mniej kosztowne w obsłudze. Armstrong ostatecznie sprzedał swój patent na superheterodynę Westinghouse’ owi, który następnie sprzedał go Radio Corporation of America (RCA), która zmonopolizowała rynek odbiorników superheterodynowych do 1930 roku.
wczesne odbiorniki superheterodynowe wykorzystywały IFs tak niskie, jak 20 kHz, często oparte na samonansie transformatorów żelaznych. To czyniło je niezwykle podatnymi na zakłócenia częstotliwości obrazu, ale w tamtym czasie głównym celem była wrażliwość, a nie selektywność. Używając tej techniki, niewielka liczba triod mogła wykonać pracę, która wcześniej wymagała dziesiątek triod.
w latach 20.XX wieku komercyjne filtry IF wyglądały bardzo podobnie do transformatorów międzystopniowych audio z lat 20., miały podobną konstrukcję i były podłączone w niemal identyczny sposób, dlatego nazywano je „transformatorami IF”. Do połowy lat 30. superheterodyny używały znacznie wyższych częstotliwości pośrednich (zwykle około 440-470 kHz), z dostrojonymi cewkami podobnymi do cewek antenowych i oscylacyjnych. NAZWA „IF transformer” została zachowana i jest używana do dziś. Nowoczesne odbiorniki zwykle używają mieszaniny rezonatorów ceramicznych lub rezonatorów SAW (fala powierzchniowo-akustyczna), a także tradycyjnych transformatorów indukcyjnych if.
„All American Five-tube superheterodine AM broadcast receiver z 1940 roku był tani w produkcji, ponieważ wymagał tylko pięciu lamp.
XX wieku, ulepszenia w technologii lamp próżniowych szybko pogorszyły korzyści kosztowe odbiornika TRF, a eksplozja liczby stacji nadawczych spowodowała zapotrzebowanie na tańsze odbiorniki o wyższej wydajności.
rozwój tetrodowej rury próżniowej zawierającej siatkę sitową doprowadził do powstania wieloelementowej rury, w której można było łączyć funkcje mieszalnika i oscylatora, po raz pierwszy zastosowanej w tak zwanym mieszalniku autodynowym. Wkrótce potem wprowadzono lampy specjalnie zaprojektowane do pracy w superheterodynie, w szczególności przetwornik pentagrid. Zmniejszając liczbę lamp, dodatkowo zmniejszyło to przewagę poprzednich konstrukcji odbiornika.
do połowy lat trzydziestych XX wieku komercyjna produkcja odbiorników TRF została w dużej mierze zastąpiona odbiornikami superheterodynowymi. XX wieku superheterodynowy odbiornik radiowy AM z lampą próżniową został udoskonalony w tanią w produkcji konstrukcję o nazwie „All American Five” , ponieważ wykorzystuje pięć lamp próżniowych: zazwyczaj konwerter (mikser / lokalny oscylator), wzmacniacz IF, detektor/Wzmacniacz audio, Wzmacniacz Mocy audio i prostownik. Od tego czasu konstrukcja superheterodyny była stosowana w praktycznie wszystkich komercyjnych odbiornikach radiowych i telewizyjnych.
walki Patentoweedit
francuski inżynier Lucien Lévy złożył wniosek patentowy na zasadę superheterodyny w sierpniu 1917 roku z numerem brevet 493660. Armstrong również złożył swój patent w 1917 roku. Levy zgłosił swoje pierwotne ujawnienie około siedem miesięcy przed Armstrongiem. niemiecki wynalazca Walter H. Schottky również złożył patent w 1918 roku.
początkowo USA uznały Armstronga za wynalazcę, a jego patent Amerykański 1 342 885 został wydany 8 czerwca 1920 roku. Po różnych zmianach i rozprawach sądowych Lévy otrzymał patent USA nr 1,734,938, który obejmował siedem z dziewięciu roszczeń we wniosku Armstronga, podczas gdy dwa pozostałe roszczenia zostały przyznane Alexandersonowi z GE i Kendallowi z AT& T.
