HeterodyneEdit
emisiunile radio cu cod Morse timpurii au fost produse folosind un alternator conectat la un decalaj de scânteie. Semnalul de ieșire a fost la o frecvență purtătoare definită de construcția fizică a decalajului, modulată de semnalul de curent alternativ de la alternator. Deoarece ieșirea alternatorului a fost în general în domeniul sonor, aceasta produce un semnal modulat de amplitudine sonoră (am). Detectoarele radio Simple au filtrat purtătorul de înaltă frecvență, lăsând modularea, care a fost transmisă căștilor utilizatorului ca un semnal sonor de puncte și liniuțe.
în 1904, Ernst Alexanderson a introdus alternatorul Alexanderson, un dispozitiv care producea direct ieșire de frecvență radio cu o putere mai mare și o eficiență mult mai mare decât sistemele mai vechi de scânteie. Spre deosebire de diferența de scânteie, totuși, ieșirea de la alternator a fost o undă purtătoare pură la o frecvență selectată. Când sunt detectate pe receptoarele existente, punctele și liniuțele ar fi în mod normal inaudibile sau „supersonice”. Datorită efectelor de filtrare ale receptorului, aceste semnale au produs, în general, un clic sau o lovitură, care au fost audibile, dar au făcut dificilă determinarea punctului sau a liniei.
în 1905, inventatorul Canadian Reginald Fessenden a venit cu ideea de a folosi două Alternatoare Alexanderson care funcționează la frecvențe apropiate pentru a transmite semnalele, în loc de unul. Receptorul ar primi apoi ambele semnale și, ca parte a procesului de detectare, numai frecvența de bătăi ar ieși din receptor. Prin selectarea a doi purtători suficient de aproape încât frecvența bătăilor să fie audibilă, codul Morse rezultat ar putea fi din nou ușor auzit chiar și în receptoare simple. De exemplu, dacă cele două alternatoare ar funcționa la frecvențe de 3 kHz, ieșirea în căști ar fi puncte sau liniuțe de ton de 3 kHz, făcându-le ușor audibile.
Fessenden a inventat termenul „heterodin”, care înseamnă „generat de o diferență” (în frecvență), pentru a descrie acest sistem. Cuvântul este derivat din rădăcinile grecești hetero- „diferite”, și-dyne „putere”.
RegenerationEdit
codul Morse a fost utilizat pe scară largă în primele zile ale radioului, deoarece a fost ușor atât să producă semnalul, cât și să îl primească. Deoarece ieșirea de la amplificator nu trebuie să se potrivească îndeaproape cu modularea inițială a semnalului recepționat, spre deosebire de emisiunile vocale, ar putea fi utilizat orice număr de sisteme simple de amplificare. Unul s-a datorat unui efect secundar interesant al construcției tuburilor Amplificatoare triode timpurii. Dacă atât placa (anodul), cât și grila sunt conectate la circuite rezonante reglate la aceeași frecvență, cuplarea capacitivă rătăcită între grilă și placă va determina amplificatorul să intre în oscilație dacă câștigul de etapă este mult mai mult decât unitatea.
în 1913, Edwin Howard Armstrong a descris un sistem receptor care a folosit acest efect pentru a produce o ieșire sonoră a codului Morse folosind un singur triod. Ieșirea anodului, semnalul de ieșire după amplificare, a fost conectată înapoi la intrare printr-un „tickler”, provocând feedback care a condus semnalele de intrare mult dincolo de unitate. Acest lucru a făcut ca ieșirea să oscileze la o frecvență aleasă cu o amplificare mare. Când semnalul original a fost întrerupt la capătul punctului sau al liniei, oscilația s-a descompus din nou și sunetul a dispărut după o scurtă întârziere.
Armstrong s-a referit la acest concept ca un receptor regenerativ și a devenit imediat unul dintre cele mai utilizate sisteme din epoca sa. Multe sisteme radio din anii 1920 s-au bazat pe principiul regenerativ și a continuat să fie utilizat în roluri specializate în anii 1940, de exemplu în IFF Mark II.
RDFEdit
a existat un rol în care sistemul regenerativ nu era potrivit, chiar și pentru sursele codului Morse, și aceasta era sarcina găsirii Direcției radio sau RDF.
sistemul regenerativ a fost extrem de neliniar, amplificând orice semnal peste un anumit prag cu o cantitate imensă, uneori atât de mare încât l-a determinat să se transforme într-un emițător (care a fost întregul concept din spatele IFF). În RDF, puterea semnalului este utilizată pentru a determina locația emițătorului, deci este necesară amplificarea liniară pentru a permite măsurarea exactă a puterii semnalului original, adesea foarte slab.
pentru a răspunde acestei nevoi, sistemele RDF din era au folosit triode care funcționează sub unitate. Pentru a obține un semnal utilizabil de la un astfel de sistem, trebuiau utilizate zeci sau chiar sute de triode, conectate împreună anod-la-rețea. Aceste amplificatoare au atras cantități enorme de energie și au necesitat o echipă de ingineri de întreținere pentru a le menține în funcțiune. Cu toate acestea, valoarea strategică a găsirii direcției pe semnale slabe a fost atât de mare încât Amiralitatea Britanică a considerat că costul ridicat este justificat.
Superheterodynemodificare
unul dintre receptoarele prototip superheterodyne construit la Armstrong ‘ s Signal Corps laboratory din Paris în timpul Primului Război Mondial. este construit în două secțiuni, mixerul și oscilatorul local (stânga) și trei etape de amplificare IF și o etapă de detector (dreapta). Frecvența intermediară a fost de 75 kHz.
deși un număr de cercetători au descoperit conceptul de superheterodină, depunând brevete la doar câteva luni distanță (Vezi mai jos), Armstrong este adesea creditat cu conceptul. El a dat peste el în timp ce lua în considerare modalități mai bune de a produce receptoare RDF. El a concluzionat că trecerea la frecvențe mai mari de „undă scurtă” ar face RDF mai util și căuta mijloace practice pentru a construi un amplificator liniar pentru aceste semnale. La acea vreme, short wave era ceva peste aproximativ 500 kHz, dincolo de capacitățile oricărui amplificator existent.
s-a observat că atunci când un receptor regenerativ intra în oscilație, alte receptoare din apropiere începeau să preia și alte stații. Armstrong (și alții) au dedus în cele din urmă că acest lucru a fost cauzat de un „heterodin supersonic” între frecvența purtătoare a stației și frecvența de oscilație a receptorului regenerativ. Când primul receptor a început să oscileze la ieșiri mari, semnalul său ar curge înapoi prin antenă pentru a fi recepționat pe orice receptor din apropiere. Pe acel receptor, cele două semnale s-au amestecat la fel cum au făcut-o în conceptul heterodin original, producând o ieșire care este diferența de frecvență dintre cele două semnale.
de exemplu, luați în considerare un receptor singuratic care a fost reglat la o stație la 300 kHz. Dacă un al doilea receptor este configurat în apropiere și setat la 400 kHz cu câștig mare, acesta va începe să emită un semnal de 400 kHz care va fi primit în primul receptor. În acel receptor, cele două semnale se vor amesteca pentru a produce patru ieșiri, unul la 300 kHz original, altul la 400 kHz primit și încă două, diferența la 100 kHz și suma la 700 kHz. Acesta este același efect pe care Fessenden îl propusese, dar în sistemul său cele două frecvențe au fost alese în mod deliberat, astfel încât frecvența bătăilor să fie audibilă. În acest caz, toate frecvențele sunt cu mult dincolo de domeniul sonor și, prin urmare, „supersonice”, dând naștere numelui superheterodyne.
Armstrong și-a dat seama că acest efect a fost o soluție potențială la problema de amplificare a „undelor scurte”, deoarece ieșirea „diferenței” și-a păstrat încă modularea inițială, dar pe o frecvență purtătoare mai mică. În exemplul de mai sus, se poate amplifica semnalul beat 100 kHz și de a prelua informațiile originale de la care, receptorul nu trebuie să tune în mai mare 300 kHz transportatorul original. Prin selectarea unui set adecvat de frecvențe, chiar și semnalele de înaltă frecvență ar putea fi „reduse” la o frecvență care ar putea fi amplificată de sistemele existente.
de exemplu, pentru a primi un semnal la 1500 kHz, mult dincolo de gama de amplificare eficientă la momentul respectiv, s-ar putea configura un oscilator la, de exemplu, 1560 kHz. Armstrong s-a referit la acest lucru drept „oscilatorul local” sau LO. Deoarece semnalul său era alimentat într-un al doilea receptor din același dispozitiv, nu trebuia să fie puternic, generând doar suficient semnal pentru a avea o putere aproximativ similară cu cea a stației recepționate. Când semnalul de la LO se amestecă cu stația, una dintre ieșiri va fi frecvența diferenței heterodine, în acest caz, 60 kHz. El a numit această diferență rezultată ” frecvența intermediară „adesea prescurtată la”dacă”.
în decembrie 1919, maiorul E. H. Armstrong a făcut publicitate unei metode indirecte de obținere a amplificării pe unde scurte, numită super-heterodină. Ideea este de a reduce frecvența de intrare, care poate fi, de exemplu, 1.500.000 de cicluri (200 de metri), la o frecvență super-sonoră adecvată care poate fi amplificată eficient, apoi trecând acest curent printr-un amplificator de frecvență intermediară și, în cele din urmă, rectificând și continuând la una sau două etape de amplificare a frecvenței audio.
„truc” la superheterodyne este că prin schimbarea frecvenței LO puteți regla în diferite stații. De exemplu, pentru a primi un semnal la 1300 kHz, s-ar putea regla LO la 1360 kHz, rezultând același 60 kHz dacă. Aceasta înseamnă că secțiunea amplificatorului poate fi reglată pentru a funcționa la o singură frecvență, proiectarea IF, ceea ce este mult mai ușor de realizat eficient.
dezvoltare
primul receptor comercial superheterodin, RCA Radiola ar-812, a fost lansat pe 4 martie 1924 la prețul de 286 USD (echivalentul a 4.270 USD în 2019). A folosit 6 triode: un mixer, oscilator local, două trepte IF și două amplificatoare audio, cu un IF de 45 kHz. A fost un succes comercial, cu performanțe mai bune decât receptoarele concurente.
Armstrong și-a pus ideile în practică, iar tehnica a fost adoptată în curând de militari. A fost mai puțin popular atunci când difuzarea radio comercială a început în anii 1920, în mare parte datorită necesității unui tub suplimentar (pentru oscilator), costului în general mai mare al receptorului și nivelului de calificare necesar pentru a-l Opera. Pentru radiourile interne timpurii, receptoarele de frecvență radio reglate (TRF) erau mai populare, deoarece erau mai ieftine, mai ușor de utilizat pentru un proprietar non-tehnic și mai puțin costisitoare de operat. Armstrong și-a vândut în cele din urmă brevetul de supereterodină către Westinghouse, care l-a vândut apoi către Radio Corporation of America (RCA), acesta din urmă monopolizând piața receptoarelor de supereterodină până în 1930.
receptoarele superheterodine timpurii foloseau if-uri de până la 20 kHz, adesea bazate pe auto-rezonanța transformatoarelor cu miez de fier. Acest lucru le-a făcut extrem de sensibile la interferența frecvenței imaginii, dar la acea vreme, obiectivul principal era mai degrabă sensibilitatea decât selectivitatea. Folosind această tehnică, un număr mic de triode ar putea face munca care anterior necesita zeci de triode.
în anii 1920, filtrele IF comerciale arătau foarte asemănătoare cu transformatoarele de cuplare audio interetaj din anii 1920, aveau o construcție similară și erau conectate într-o manieră aproape identică și astfel erau denumite „transformatoare IF”. La mijlocul anilor 1930, superheterodinele foloseau frecvențe intermediare mult mai mari (de obicei în jur de 440-470 kHz), cu bobine reglate similare în construcție cu bobinele aeriene și oscilatoare. Numele „IF transformer” a fost păstrat și este folosit și astăzi. Receptoarele moderne folosesc de obicei un amestec de rezonator ceramic sau rezonatoare de fierăstrău (undă acustică de suprafață), precum și transformatoare IF tradiționale cu inductor reglat.
„receptorul de difuzare All American Five” superheterodyne AM cu tuburi vidate din anii 1940 a fost ieftin de fabricat, deoarece a necesitat doar cinci tuburi.
până în anii 1930, îmbunătățirile tehnologiei tuburilor de vid au erodat rapid avantajele de cost ale receptorului TRF, iar explozia numărului de stații de radiodifuziune a creat o cerere pentru receptoare mai ieftine și mai performante.
dezvoltarea tubului de vid tetrod care conține o rețea de ecran a dus la un tub cu mai multe elemente în care funcțiile mixerului și oscilatorului ar putea fi combinate, utilizate pentru prima dată în așa-numitul mixer autodyne. Aceasta a fost urmată rapid de introducerea tuburilor special concepute pentru funcționarea superheterodină, mai ales convertorul pentagrid. Prin reducerea numărului de tuburi, acest lucru a redus și mai mult avantajul proiectelor anterioare ale receptorului.
la mijlocul anilor 1930, producția comercială de receptoare TRF a fost în mare parte înlocuită de receptoare superheterodine. În anii 1940, receptorul de difuzare superheterodyne am cu tub de vid a fost rafinat într-un design ieftin de fabricat numit „All American Five”, deoarece folosește cinci tuburi de vid: de obicei, un convertor (mixer/oscilator local), un amplificator IF, un detector/amplificator audio, amplificator de putere audio și un redresor. Din acest moment, designul superheterodyne a fost utilizat pentru aproape toate receptoarele Comerciale de radio și TV.
brevet battlesEdit
inginerul francez Lucien l Elixvy a depus o cerere de brevet pentru principiul superheterodinei în August 1917 cu brevet n 493660. Armstrong și-a depus brevetul în 1917. Levy și-a depus dezvăluirea inițială cu aproximativ șapte luni înainte de Armstrong.inventatorul German Walter H. Schottky a depus, de asemenea, un brevet în 1918.
la început, SUA l-au recunoscut pe Armstrong ca inventator, iar brevetul său american 1.342.885 a fost emis la 8 iunie 1920. După diverse modificări și audieri în instanță, l Oktivy a primit brevetul SUA nr. 1.734.938, care a inclus șapte din cele nouă cereri din cererea lui Armstrong, în timp ce cele două cereri rămase au fost acordate Alexanderson de GE și Kendall DE AT & T.
