HeterodyneEdit
as primeiras transmissões de rádio de código Morse foram produzidas usando um alternador conectado a uma abertura de faísca. O sinal de saída estava em uma frequência portadora definida pela construção física do gap, modulada pelo sinal de corrente alternada do alternador. Uma vez que a saída do alternador estava geralmente na faixa audível, isso produz um sinal modulado de amplitude audível (AM). Detectores de rádio simples filtraram o porta-aviões de alta frequência, deixando a modulação, que foi passada para os auscultadores do usuário como um sinal audível de pontos e traços.Em 1904, Ernst Alexanderson introduziu o alternador Alexanderson, um dispositivo que produzia diretamente a saída de radiofrequências com maior potência e eficiência do que os sistemas mais antigos do spark gap. Em contraste com o gap spark, no entanto, a saída do alternador era uma onda portadora pura em uma frequência selecionada. Quando detectados em receptores existentes, os pontos e traços seriam normalmente inaudíveis, ou”supersônicos”. Devido aos efeitos de filtragem do receptor, estes sinais geralmente produziam um clique ou um tambor, que eram audíveis, mas dificultavam a determinação do ponto ou traço.
em 1905, o inventor Canadense Reginald Fessenden surgiu com a ideia de usar dois alternadores Alexanderson operando em frequências muito espaçadas para transmitir os sinais, em vez de um. O receptor receberia então ambos os sinais, e como parte do processo de detecção, apenas a frequência de batida sairia do receptor. Ao selecionar duas portadoras próximas o suficiente para que a frequência de batida fosse audível, o código Morse resultante poderia mais uma vez ser facilmente ouvido, mesmo em receptores simples. Por exemplo, se os dois alternadores operassem a frequências de 3 kHz separados, a saída nos auscultadores seriam pontos ou traços de 3 kHz tone, tornando-os facilmente audíveis.
Fessenden cunhou o termo “heteródino”, que significa “gerado por uma diferença” (em frequência), para descrever este sistema. A palavra é derivada das raízes gregas hetero – “diferente”, e-dyne”poder”.
RegenerationEdit
Morse code was widely used in the early days of radio because it was easy both to produce the signal as well as receive it. Uma vez que a saída do amplificador não tem que coincidir de perto com a modulação original do sinal recebido, em contraste com as transmissões de Voz, qualquer número de sistemas de amplificação simples poderia ser usado. Um foi devido a um efeito colateral interessante da construção dos primeiros tubos Amplificadores triódicos. Se tanto a placa (ânodo) quanto a grade forem conectadas a circuitos ressonantes sintonizados com a mesma frequência, o acoplamento capacitivo perdido entre a grade e a placa fará com que o amplificador entre em oscilação se o ganho do estágio for muito mais do que a unidade.
In 1913, Edwin Howard Armstrong described a receiver system that used this effect to produce audible Morse code output using a single triode. A saída do ânodo, o sinal de saída após a amplificação, foi conectado de volta à entrada através de um “tickler”, causando feedback que levou sinais de entrada bem além da unidade. Isto fez com que a saída oscilasse em uma frequência escolhida com grande amplificação. Quando o sinal original foi cortado no final do ponto ou TRAÇO, a oscilação se deteriorou novamente e o som desapareceu após um curto atraso.Armstrong referiu-se a este conceito como um receptor regenerativo, e imediatamente se tornou um dos sistemas mais amplamente utilizados de sua época. Muitos sistemas de rádio da década de 1920 foram baseados no princípio regenerativo, e continuou a ser usado em papéis especializados na década de 1940, por exemplo, no IFF Mark II.
RDFEdit
havia um papel onde o sistema regenerativo não era adequado, mesmo para Fontes de código Morse, e que era a tarefa de encontrar direção de rádio, ou RDF.
o sistema regenerativo era altamente não-linear, amplificando qualquer sinal acima de um determinado limiar por uma quantidade enorme, às vezes tão grande que fez com que se transformasse em um transmissor (que era todo o conceito por trás do IFF). Em RDF, a força do sinal é usada para determinar a localização do transmissor, por isso é necessário amplificação linear para permitir que a força do sinal original, muitas vezes muito fraco, seja medida com precisão.
para atender a esta necessidade, os sistemas FTR da era usavam Triodos operando abaixo da unidade. Para obter um sinal utilizável de tal sistema, dezenas ou mesmo centenas de Triodos tiveram que ser usados, conectados entre ânodo e grade. Estes amplificadores atraíram enormes quantidades de energia e exigiram uma equipe de engenheiros de manutenção para mantê-los funcionando. No entanto, o valor estratégico de encontrar uma direção em sinais fracos era tão alto que o Almirantado Britânico sentiu que o alto custo era justificado.
SuperheterodyneEdit
um dos protótipos de receptores superheterodyne construídos no laboratório do corpo de sinais de Armstrong em Paris durante a Primeira Guerra Mundial é construído em duas seções, O misturador e oscilador local (esquerda) e três fases de amplificação IF e um estágio de detector (direita). A frequência intermediária era de 75 kHz.
embora vários pesquisadores tenham descoberto o conceito superheterodyne, registrando patentes com apenas meses de diferença (veja abaixo), Armstrong é muitas vezes creditado com o conceito. Ele deparou-se com ele enquanto pensava em melhores maneiras de produzir receptores RDF. He had concluded that moving to higher “short wave” frequencies would make RDF more useful and was looking for practical means to build a linear amplifier for these signals. Na época, a onda curta era qualquer coisa acima de 500 kHz, além de qualquer capacidade de amplificador existente.
tinha sido notado que quando um receptor regenerativo entrou em oscilação, outros receptores próximos começariam a pegar outras estações também. Armstrong (e outros) eventualmente deduziu que isso foi causado por um “heteródino supersônico” entre a frequência portadora da estação e a frequência de oscilação do receptor regenerativo. Quando o primeiro receptor começou a oscilar em altas Saídas, seu sinal fluiria de volta através da antena para ser recebido em qualquer receptor próximo. Nesse receptor, os dois sinais misturaram-se tal como no conceito heteródino original, produzindo uma saída que é a diferença de frequência entre os dois sinais.Por exemplo, considere um receptor solitário que foi sintonizado para uma estação a 300 kHz. Se um segundo receptor estiver configurado nas proximidades e configurado para 400 kHz com alto ganho, ele começará a emitir um sinal de 400 kHz que será recebido no primeiro receptor. Nesse receptor, os dois sinais se misturarão para produzir quatro saídas, uma no original 300 kHz, outra no recebido 400 kHz, e mais duas, a diferença em 100 kHz e a soma em 700 kHz. Este é o mesmo efeito que Fessenden havia proposto, mas em seu sistema as duas frequências foram deliberadamente escolhidas para que a frequência de batida fosse audível. Neste caso, todas as frequências estão bem além do alcance audível, e assim “supersônico”, dando origem ao nome superheterodyne.Armstrong percebeu que este efeito era uma solução potencial para o problema de amplificação de “onda curta”, pois a saída “diferença” ainda mantinha sua modulação original, mas em uma frequência portadora mais baixa. No exemplo acima, pode-se amplificar o sinal de batida de 100 kHz e recuperar a informação original a partir disso, o receptor não tem que sintonizar o portador original de mais 300 kHz. Ao selecionar um conjunto apropriado de frequências, mesmo sinais de alta frequência poderiam ser “reduzidos” a uma frequência que poderia ser amplificada por sistemas existentes.
por exemplo, para receber um sinal a 1500 kHz, muito além da Gama de amplificação eficiente na época, poderia-se configurar um oscilador a, por exemplo, 1560 kHz. Armstrong referiu-se a isso como o “oscilador local” ou LO. Como seu sinal estava sendo alimentado em um segundo receptor no mesmo dispositivo, ele não tinha que ser poderoso, gerando apenas sinal suficiente para ser aproximadamente similar em força ao da estação recebida. Quando o sinal do LO se mistura com o da estação, uma das saídas será a frequência de diferença heteródina, neste caso, 60 kHz. He termed this resulting difference the “intermediate frequency” often abbreviated to “IF”.Em dezembro de 1919, o Major E. H. Armstrong deu publicidade a um método indireto de obtenção de amplificação de ondas curtas, chamado super-heteródino. A idéia é reduzir a frequência de entrada, que pode ser, por exemplo, 1.500.000 ciclos (200 metros), para alguma frequência super-audível adequada que pode ser amplificada de forma eficiente, então passando esta corrente através de um amplificador de frequência intermediária, e finalmente corrigindo e continuando para um ou dois estágios de amplificação de frequência de áudio.
the “trick” to the superheterodyne is that by changing the LO frequency you can tune in different stations. Por exemplo, para receber um sinal a 1300 kHz, pode-se sintonizar o LO para 1360 kHz, resultando no mesmo 60 kHz IF. Isto significa que a seção amplificador pode ser sintonizada para operar em uma única frequência, o design IF, que é muito mais fácil de fazer eficientemente.
desenvolvimento
o primeiro receptor comercial superheterodyne, o RCA Radiola AR-812, trouxe para fora 4 de Março de 1924, com o preço de US $ 286 (equivalente a US $4,270 em 2019). Ele usou 6 Triodos: um misturador, oscilador local, dois amplificadores IF e dois estágios de áudio, com um IF de 45 kHz. Foi um sucesso comercial, com melhor desempenho do que receptores concorrentes.
Armstrong pôs suas ideias em prática, e a técnica foi logo adotada pelos militares. Foi menos popular quando a radiodifusão comercial começou na década de 1920, principalmente devido à necessidade de um tubo extra (para o oscilador), o custo geralmente maior do receptor, e o nível de habilidade necessária para operá-lo. Para os primeiros rádios domésticos, receptores de frequência de rádio sintonizados (TRF) eram mais populares porque eram mais baratos, mais fáceis para um proprietário não-técnico para usar, e menos dispendiosos para operar. Armstrong eventualmente vendeu sua patente superheterodyne para Westinghouse, que então a vendeu para a Radio Corporation of America (RCA), A última monopolizando o mercado de receptores superheterodyne até 1930.Os receptores superheterodinos iniciais usavam IFs tão baixos quanto 20 kHz, muitas vezes baseados na auto-ressonância dos transformadores de núcleo de ferro. Isso os tornou extremamente suscetíveis à interferência da frequência de imagem, mas na época, o principal objetivo era a sensibilidade e não a seletividade. Usando esta técnica, um pequeno número de Triodos poderia fazer o trabalho que anteriormente necessitava de dezenas de Triodos.
na década de 1920, os filtros comerciais se pareciam muito semelhantes aos transformadores de audio interstage da década de 1920, tinham construção semelhante e eram conectados de uma forma quase idêntica, e assim eles foram referidos como “If transformers”. Em meados da década de 1930, superheterodines estavam usando frequências intermediárias muito mais altas, (tipicamente em torno de 440-470 kHz), com bobinas sintonizadas semelhantes em construção às bobinas aéreas e osciladoras. O nome “if transformer” foi mantido e ainda é usado hoje. Receptores modernos normalmente usam uma mistura de ressonadores cerâmicos ou serras (onda superfície-acústica), bem como os tradicionais indutores sintonizados se transformers.
“All American Five” vacuum-tube superheterodyne AM broadcast receiver from 1940 was cheap to manufacture because it only required five tubes.
na década de 1930, melhorias na tecnologia do tubo de vácuo rapidamente corroeram as vantagens de custo do receptor TRF, e a explosão no número de estações de radiodifusão criou uma demanda por receptores mais baratos e de maior desempenho.
The development of the tetrode vacuum tube containing a screen grid led to a multi-element tube in which the mixer and oscillator functions could be combined, first used in the so called autodyne mixer. A isto seguiu-se rapidamente a introdução de tubos especificamente concebidos para o funcionamento do superheterodyne, mais notavelmente o Conversor pentagrid. Ao reduzir a contagem dos tubos, isso reduziu ainda mais a vantagem dos projetos anteriores do receptor.
em meados da década de 1930, a produção comercial de receptores TRF foi em grande parte substituída por receptores superheterodyne. Na década de 1940, o receptor de transmissão superheterodyne AM foi refinado em um projeto barato de fabricação chamado de “All American Five”, porque ele usa cinco tubos de vácuo.: geralmente um conversor (mixer / oscilador local), um amplificador IF, um detector/amplificador de áudio, amplificador de potência de áudio e um retificador. A partir deste momento, o design superheterodyne foi usado para virtualmente todos os receptores comerciais de rádio e TV.
Patent battlesEdit
o engenheiro francês Lucien Lévy apresentou um pedido de patente para o princípio superheterodyne em agosto de 1917 com brevet n° 493660. Armstrong também apresentou sua patente em 1917. Levy apresentou sua divulgação original cerca de sete meses antes de Armstrong.o inventor alemão Walter H. Schottky também apresentou uma patente em 1918.
no início, os EUA reconheceram Armstrong como o inventor, e sua patente dos EUA 1342.885 foi emitida em 8 de junho de 1920. Após várias alterações e audiências judiciais, Lévy recebeu a patente dos EUA nº 1734.938 que incluía sete das nove reivindicações no pedido de Armstrong, enquanto as duas reivindicações restantes foram concedidas a Alexanderson de GE e Kendall de &T.
