Heterodineedit
tidiga morsekod radiosändningar producerades med hjälp av en generator ansluten till en gnistgap. Utsignalen var vid en Bärfrekvens definierad av den fysiska konstruktionen av gapet, modulerad av växelströmssignalen från generatorn. Eftersom generatorns utgång i allmänhet var inom det hörbara området, ger detta en hörbar amplitudmodulerad (AM) signal. Enkla radiodetektorer filtrerade ut högfrekvensbäraren och lämnade moduleringen, som överfördes till användarens hörlurar som en ljudsignal av prickar och streck.
1904 introducerade Ernst Alexanderson Alexanderson Generator, en enhet som direkt producerade radiofrekvensutgång med högre effekt och mycket högre effektivitet än de äldre gnistgapsystemen. I motsats till gnistgapet var emellertid utgången från generatorn en ren bärvåg vid en vald frekvens. När det upptäcks på befintliga mottagare skulle prickarna och bindestrecken normalt vara ohörbara eller”supersoniska”. På grund av mottagarens filtreringseffekter producerade dessa signaler i allmänhet ett klick eller dunk, som var hörbara men gjorde det svårt att bestämma punkt eller streck.
1905 kom den kanadensiska uppfinnaren Reginald Fessenden upp med tanken på att använda två Alexanderson-generatorer som arbetar på nära avstånd frekvenser för att sända signalerna istället för en. Mottagaren skulle då ta emot båda signalerna, och som en del av detekteringsprocessen skulle endast taktfrekvensen lämna mottagaren. Genom att välja två bärare tillräckligt nära för att taktfrekvensen var hörbar, kunde den resulterande Morse-koden återigen lätt höras även i enkla mottagare. Till exempel, om de två generatorerna drivs vid frekvenser 3 kHz isär, utgången i hörlurarna skulle vara prickar eller streck av 3 kHz ton, vilket gör dem lätt hörbara.
Fessenden myntade termen ”heterodyne”, som betyder ”genererad av en skillnad” (i frekvens), för att beskriva detta system. Ordet härstammar från de grekiska rötterna hetero- ”annorlunda” och-dyne ”makt”.
RegenerationEdit
Morse-kod användes allmänt i de tidiga dagarna av radio eftersom det var lätt att både producera signalen och ta emot den. Eftersom utgången från förstärkaren inte behöver matcha den ursprungliga moduleringen av den mottagna signalen, i motsats till röstsändningar, kan valfritt antal enkla förstärkningssystem användas. En berodde på en intressant bieffekt av konstruktionen av tidiga triodförstärkarrör. Om både plattan (anoden) och gallret är anslutna till resonanskretsar inställda på samma frekvens, kommer strömlös kapacitiv koppling mellan gallret och plattan att få förstärkaren att gå in i svängning om scenförstärkningen är mycket mer än enhet.
1913 beskrev Edwin Howard Armstrong ett mottagarsystem som använde denna effekt för att producera hörbar Morse-kodutgång med en enda triod. Utgången från anoden, utsignalen efter förstärkning, kopplades tillbaka till ingången via en ”tickler”, vilket orsakade återkoppling som körde insignaler långt bortom enhet. Detta orsakade att utgången svängde vid en vald frekvens med stor förstärkning. När den ursprungliga signalen avbröts i slutet av pricken eller bindestrecket, försvann oscillationen igen och ljudet försvann efter en kort fördröjning.
Armstrong hänvisade till detta koncept som en regenerativ mottagare, och det blev omedelbart ett av de mest använda systemen i sin tid. Många radiosystem på 1920-talet baserades på regenerativ princip, och det fortsatte att användas i specialiserade roller in på 1940-talet, till exempel i IFF Mark II.
RDFEdit
det fanns en roll där det regenerativa systemet inte var lämpligt, även för Morse-kodkällor, och det var uppgiften att hitta radioriktning eller RDF.
det regenerativa systemet var mycket icke-linjärt och förstärkte en signal över en viss tröskel med en enorm mängd, ibland så stor att den blev en sändare (vilket var hela konceptet bakom IFF). I RDF används signalstyrkan för att bestämma sändarens placering, så man kräver linjär förstärkning för att låta styrkan hos den ursprungliga signalen, ofta mycket svag, mätas exakt.
för att ta itu med detta behov använde RDF-system i eran trioder som arbetar under unity. För att få en användbar signal från ett sådant system måste tiotals eller till och med hundratals trioder användas, kopplade ihop anod-till-rutnät. Dessa förstärkare drog enorma mängder kraft och krävde ett team av underhållsingenjörer för att hålla dem igång. Ändå var det strategiska värdet av riktningsfynd på svaga signaler så högt att den brittiska Admiraliteten ansåg att den höga kostnaden var berättigad.
Superheterodynredigera
en av prototypen superheterodyne-mottagare byggd vid Armstrongs Signal Corps laboratory i Paris under första världskriget.Den är konstruerad i två sektioner, mixern och lokaloscillatorn (vänster) och tre IF-förstärkningssteg och ett detektorsteg (höger). Mellanfrekvensen var 75 kHz.
även om ett antal forskare upptäckte superheterodyne-konceptet, arkiverar patent bara månader från varandra (se nedan), krediteras Armstrong ofta med konceptet. Han kom över det medan han övervägde bättre sätt att producera RDF-mottagare. Han hade dragit slutsatsen att övergången till högre ”kortvågsfrekvenser” skulle göra RDF mer användbar och letade efter praktiska medel för att bygga en linjär förstärkare för dessa signaler. Vid den tiden var kortvåg något över cirka 500 kHz, utöver alla befintliga förstärkares kapacitet.
det hade noterats att när en regenerativ mottagare gick in i svängning, skulle andra närliggande mottagare börja plocka upp andra stationer också. Armstrong (och andra) drog så småningom slutsatsen att detta orsakades av en ”supersonisk heterodyne” mellan stationens Bärfrekvens och den regenerativa mottagarens oscillationsfrekvens. När den första mottagaren började svänga vid höga utgångar, dess signal skulle strömma tillbaka ut genom antennen för att tas emot på någon närliggande mottagare. På den mottagaren blandade de två signalerna precis som de gjorde i det ursprungliga heterodyne-konceptet, vilket gav en utgång som är skillnaden i frekvens mellan de två signalerna.
tänk till exempel på en ensam mottagare som var inställd på en station vid 300 kHz. Om en andra mottagare är inställd i närheten och inställd på 400 kHz med hög förstärkning, kommer den att börja avge en 400 kHz-signal som kommer att tas emot i den första mottagaren. I den mottagaren kommer de två signalerna att blandas för att producera fyra utgångar, en vid den ursprungliga 300 kHz, en annan vid den mottagna 400 kHz och ytterligare två, skillnaden vid 100 kHz och summan vid 700 kHz. Detta är samma effekt som Fessenden hade föreslagit, men i hans system valdes de två frekvenserna medvetet så att beatfrekvensen hördes. I detta fall är alla frekvenser långt bortom det hörbara området, och därmed ”supersonisk”, vilket ger upphov till namnet superheterodyne.
Armstrong insåg att denna effekt var en potentiell lösning på ”kortvågs” – förstärkningsproblemet, eftersom ”difference” – utgången fortfarande behöll sin ursprungliga modulering, men på en lägre Bärfrekvens. I exemplet ovan kan man förstärka 100 kHz-beat-signalen och hämta den ursprungliga informationen från det, mottagaren behöver inte ställa in den högre 300 kHz-originalbäraren. Genom att välja en lämplig uppsättning frekvenser kan även mycket högfrekventa signaler ”reduceras” till en frekvens som kan förstärkas av befintliga system.
för att exempelvis ta emot en signal vid 1500 kHz, långt bortom det effektiva förstärkningsområdet vid den tiden, kan man ställa in en oscillator vid till exempel 1560 kHz. Armstrong hänvisade till detta som ”lokal oscillator” eller LO. Eftersom dess signal matades in i en andra mottagare i samma enhet behövde den inte vara kraftfull och genererade bara tillräckligt med signal för att vara ungefär lika stark som den mottagna stationens. När signalen från LO blandas med stationens, kommer en av utgångarna att vara heterodyndifferensfrekvensen, i detta fall 60 kHz. Han kallade denna resulterande skillnad” mellanfrekvens ”ofta förkortad till”om”.
i December 1919 gav Major E. H. Armstrong publicitet till en indirekt metod för att erhålla kortvågsförstärkning, kallad super-heterodyne. Tanken är att minska den inkommande frekvensen, som till exempel kan vara 1 500 000 cykler (200 meter), till någon lämplig superhörbar frekvens som kan förstärkas effektivt och sedan passera denna ström genom en mellanfrekvensförstärkare och slutligen likrikta och fortsätta till ett eller två steg av ljudfrekvensförstärkning.
”tricket” till superheterodyne är att genom att ändra lo-frekvensen kan du ställa in olika stationer. Till exempel, för att ta emot en signal vid 1300 kHz, kan man ställa in LO till 1360 kHz, vilket resulterar i samma 60 kHz IF. Detta innebär att förstärkarsektionen kan ställas in för att fungera vid en enda frekvens, designen om, vilket är mycket lättare att göra effektivt.
utvecklingRedigera
den första kommersiella superheterodyne-mottagaren, RCA Radiola AR-812, tog ut den 4 mars 1924 till ett pris av 286 dollar (motsvarande 4 270 dollar 2019). Den använde 6 trioder: en mixer, lokal oscillator, två IF och två ljudförstärkningssteg, med en IF på 45 kHz. Det var en kommersiell framgång, med bättre prestanda än konkurrerande mottagare.
Armstrong satte sina tankar i praktiken, och tekniken antogs snart av militären. Det var mindre populärt när kommersiell radiosändning började på 1920-talet, främst på grund av behovet av ett extra rör (för oscillatorn), den generellt högre kostnaden för mottagaren och den skicklighet som krävs för att använda den. För tidiga inhemska radioapparater var inställda radiofrekvensmottagare (TRF) mer populära eftersom de var billigare, lättare för en icke-teknisk ägare att använda och billigare att använda. Armstrong sålde så småningom sitt superheterodyne-patent till Westinghouse, som sedan sålde det till Radio Corporation of America (RCA), den senare monopoliserade marknaden för superheterodyne-mottagare fram till 1930.
tidiga superheterodyne-mottagare använde IFs så låga som 20 kHz, ofta baserat på självresonansen hos järnkärntransformatorer. Detta gjorde dem extremt mottagliga för bildfrekvensstörningar, men vid den tiden var huvudmålet känslighet snarare än selektivitet. Med hjälp av denna teknik kunde ett litet antal trioder göra det arbete som tidigare krävde dussintals trioder.
på 1920-talet såg kommersiella IF-Filter mycket ut som 1920-talets ljudinterstegskopplingstransformatorer, hade liknande konstruktion och kopplades upp på ett nästan identiskt sätt, och så kallades de ”IF transformers”. I mitten av 1930-talet använde superheterodynerna mycket högre mellanfrekvenser (vanligtvis cirka 440-470 kHz), med avstämda spolar liknande konstruktion som antenn-och oscillatorspolarna. Namnet ”IF transformer” behölls och används fortfarande idag. Moderna mottagare använder vanligtvis en blandning av keramisk resonator eller såg (ytakustisk våg) resonatorer såväl som traditionella inställda induktor IF-transformatorer.
”All American Five” vakuumrör superheterodyne AM-sändningsmottagare från 1940-talet var Billig att tillverka eftersom den bara krävde fem rör.
vid 1930-talet urholkade förbättringar av vakuumrörstekniken snabbt TRF-mottagarens kostnadsfördelar, och explosionen i antalet sändningsstationer skapade en efterfrågan på billigare mottagare med högre prestanda.
utvecklingen av tetrode-vakuumröret innehållande ett skärmgaller ledde till ett flerelementrör där blandaren och oscillatorfunktionerna kunde kombineras, som först användes i den så kallade autodyne-mixern. Detta följdes snabbt av införandet av rör speciellt utformade för superheterodyne-Drift, framför allt pentagrid-omvandlaren. Genom att minska rörantalet minskade detta ytterligare fördelen med föregående mottagardesigner.
i mitten av 1930-talet ersattes kommersiell produktion av TRF-mottagare till stor del av superheterodyne-mottagare. Vid 1940-talet vakuumrör superheterodyne AM sändningsmottagare förfinades till en billig tillverkning design som kallas ”All American Five”, eftersom den använder fem vakuumrör: vanligtvis en omvandlare (mixer/lokal oscillator), en IF-förstärkare, en detektor/ljudförstärkare, ljudförstärkare och en likriktare. Från denna tid användes superheterodyne-designen för praktiskt taget alla kommersiella radio-och TV-mottagare.
Patentstriderredigera
den franske ingenjören Lucien l Jacobvy lämnade in en patentansökan för superheterodyne-principen i augusti 1917 med brevet n 493660. Armstrong lämnade också in sitt patent 1917. Levy lämnade in sitt ursprungliga avslöjande ungefär sju månader före Armstrongs. tysk uppfinnare Walter H. Schottky lämnade också in ett patent 1918.
först erkände USA Armstrong som uppfinnaren, och hans amerikanska Patent 1 342 885 utfärdades den 8 juni 1920. Efter olika förändringar och domstolsförhandlingar tilldelades l Jacobvy US patent No 1,734,938 som inkluderade sju av de nio kraven i Armstrongs ansökan, medan de två återstående kraven beviljades Alexanderson av GE och Kendall av AT&T.
