Mellanfrekvens

Mellanfrekvens ( förkortning  - IF ) - inom radioteknik, signalomvandling och bearbetning - frekvens bildad genom att blanda signalen från en hjälpgenerator - en lokaloscillator med en signal [1] .

I tekniken för radiomottagning definieras IF som en given frekvens, till vilken bärvågsfrekvensen för signalen för den mottagna radiofrekvenssignalen måste omvandlas i en superheterodyn radiomottagare för att effektivt förstärka och filtrera [2] .

Vid en mellanfrekvens utförs vanligen huvudförstärkningen och bildandet av ett givet frekvenssvar av den bearbetade signalen i radiomottagare, mätinstrument, selektiva voltmetrar, spektrumanalysatorer , etc.

Mellanfrekvensen är vanligtvis lägre än frekvensen för den behandlade signalen, men kan vara högre än den.

Mellanfrekvensen bildas vid utgången av frekvensomvandlaren- mixern .

Förstärkningen av mellanfrekvensen görs av en mellanfrekvensförstärkare . Bildandet av det erforderliga frekvenssvaret utförs vanligtvis också av en mellanfrekvensförstärkare, i vilket fall mellanfrekvensförstärkaren kallas en resonansförstärkare , men det är också möjligt att bilda ett frekvenssvar med hjälp av olika filter , till exempel elektromekaniska resp . digitala .

I en elektronisk anordning, i synnerhet i en radiomottagare, kan flera frekvensomvandlare - blandare användas för att bearbeta samma signal, för att förbättra selektiviteten , och följaktligen erhålls flera olika IF:er efter var och en av blandarna. I det här fallet kallas dessa frekvenser 1st IF, 2nd IF, och så vidare.

Vanligtvis är IF fast och inställning till signalfrekvensen görs genom att ändra lokaloscillatorfrekvensen, men i vissa applikationer, speciellt i system med flera mellanfrekvenser, är frekvensen för den första lokala oscillatorn oförändrad och som ett resultat beror den första IF:en på signalfrekvensen, medan selektivitet tillhandahålls antingen genom avstämning av förstärkarens mittfrekvens för mellanfrekvensen, eller efterföljande heterodyningssteg. Så, till exempel, i satellit-tv- system i två underband på 10,7–11,7 och 11,7–12,75 GHz , med två lokala oscillatorer med fasta frekvenser på 9,75 och 10,6 GHz , bildas en IF med ett intervall på 950–2150 MHz.

Historik

För första gången föreslogs principen att välja en mellanfrekvenssignal av den franske ingenjören L. Levy (engelska) 1917 och han patenterade principen om superheterodynmottagning (Patent 493.660 [3] och patent 506.297 [4] . mottagaren omvandlades inte signalfrekvensen direkt till ljud, utan till den mellanliggande, som isolerades på oscillerande krets och efter det gick den in i amplituddetektorn.

År 1918 kompletterade Walter Schottky Levy-mottagarkretsen med en mellanfrekvensförstärkare [5] . Superheterodynkretsen var också fördelaktig vid den tiden eftersom dåtidens mottagnings-förstärkande lampor inte gav den nödvändiga förstärkningen vid frekvenser över flera hundra kilohertz. Genom att flytta signalspektrat till lägre frekvenser var det möjligt att öka mottagarens känslighet.

Oavsett Schottky kom Edwin Armstrong [8 ] till ett liknande system [6] [7] 1918 (hans patent erhölls i december 1918, Schottkys patentansökan gjordes i juni). Armstrong byggde och testade först en superheterodyn med förstärkning vid en mellanfrekvens i praktiken. Han pekade också på möjligheten till flerfrekvensomvandling och förstärkning vid olika mellanfrekvenser.

Erhålla en mellanfrekvens

Mellanfrekvensen bildas vid utgången av en speciell enhet som kallas en mixer. Som en mixer kan du använda vilken enhet som helst som har en icke-linjär överföringskarakteristik , till exempel en halvledardiod, eller en enhet vars överföringskoefficient ändras synkront med den lokala oscillatorfrekvensen, till exempel en elektronisk omkopplare som styrs av en lokaloscillator signal.

Vid mixerns utgång, i det allmänna fallet, summan av signaler med frekvenser lika med summan och skillnaden mellan frekvenserna för signalen och lokaloscillatorn, såväl som summan och skillnaden av frekvenserna för alla deras övertoner, de så kallade kombinationsfrekvenserna bildas .

Kombinationsfrekvenser är ofta oönskade, en enhet som i grunden inte bildar kombinationsfrekvenser vid utgången är en fyrkvadrantmultiplikator som utför algebraisk multiplikation av de momentana värdena för signalen och lokaloscillatorn. Hans arbete är baserat på den trigonometriska identiteten av produkten av två harmoniska funktioner , såsom produkten av cosinusövertonssignaler:

här  är signalfrekvensen,  är den lokala oscillatorfrekvensen.

Sålunda, när två övertonssignaler matas till ingången av en fyrkvadrantmultiplikator, bildas summan av två övertonssignaler med frekvenser lika med summan och skillnaden mellan frekvenserna för ingångssignalerna vid dess utgång. En differensfrekvenssignal kallas ibland för en taktsignal . Om den konverterade signalen är icke-harmonisk, det vill säga den bildar ett visst frekvensspektrum, överför mixern spektrumet för den ursprungliga signalen till spektra med summan och skillnaden mellan frekvenserna för signalen och lokaloscillatorn utan att förlora informationen som ingår i den ursprungliga signalens spektrum.

När den används som en frekvensomvandlare av icke-linjära element, beror dess blandningsegenskaper på termer med krafter av högre ordning i expansionen av överföringskarakteristikfunktionen i en Taylor-serie .

Som regel används differensfrekvenssignalen som IF-signal, men ibland, av en eller annan anledning, används även summafrekvenssignalen.

Skäl till att använda IF

Huvudskälet till att använda IF och förstärka signalen vid IF är mottagarens bandbredds oberoende från signalfrekvensen, eftersom mottagningsbandbredden bildas i IF-förstärknings- och bearbetningskanalen. Till exempel, om en direktförstärkningsmottagare används som mottagare , då när en sådan mottagare är inställd på frekvens, kommer dess mottagningsbandbredd att bero på signalfrekvensen, eftersom med en konstant kvalitetsfaktor för oscillerande krets är bandbredden proportionell mot frekvensen.

Om förstärkningen utförs med en konstant frekvens - IF, beror mottagningsbandbredden endast på IF-kanalens bandbredd och bildningen av bandbreddsformen förenklas, till exempel kan du göra bandbredden nära rektangulär, och därigenom säkerställa hög undertryckning av närliggande frekvenser som stör mottagningen.

En annan anledning till att använda en IF är minskningen av förstärkaregenskaperna hos aktiva förstärkarenheter ( transistorer , vakuumrör ) med ökande frekvens. Över en viss gränsfrekvens kan aktiva enheter inte förstärka, därför används heterodyning och förstärkning utförs vid en låg frekvens - IF. Vid låg frekvens är digital signalbehandling enklare - digital filtrering , statistisk bearbetning med digitala metoder, eftersom detta minskar den erforderliga samplingshastigheten .

Att flytta frekvensspektrumet till lågfrekvensområdet förenklar också transmissionslinjer , detta är särskilt viktigt i mikrovågsområdet , där transmissionslinjer är gjorda i form av skrymmande vågledare eller bandlinjer för att minska förlusterna . Till exempel, i satellit-tv-system, föröverför en markbunden satellitsignalmottagare den mottagna satellitsignalen från 10-12 GHz-bandet till en relativt lågfrekvent signal med en bandbredd på upp till 2,5 GHz, denna signal överförs enkelt med låga frekvenser. dämpning genom billiga koaxialkablar . Sådana frekvensomvandlare används också vid mottagning av analoga TV- signaler från markbundna TV-stationer som arbetar i decimetervågområdet till en signal med standard TV-sändningsområden i metervågområdet . Dessa omvandlare kallas vanligtvis omvandlare .

Dessutom förenklar frekvensomvandlingsanordningar frekvensjusteringen av den mottagna/bearbetade signalen, vilket reducerar till inställning av lokaloscillatorfrekvensen, i synnerhet elektronisk avstämning av lokaloscillatorfrekvensen i form av en spänningsstyrd generator (VCO), detta används i enkanalsspektrumanalysatorer , där lokaloscillatorn är en svepfrekvensgenerator .

Standard mellanfrekvenser

Eftersom en kraftfull signal med en frekvens som är lika med eller nära IF kan tränga igenom radiomottagarens ingångskretsar in i IF-förstärkningsvägen och störa mottagningen, har internationella överenskommelser valt standardfrekvenser för IF, som är förbjudna att användas för kommunikation och andra ändamål.

För radiokommunikation och sändning med amplitudmodulering (AM) väljs IF från ett antal av följande frekvenser:

För radiosändningar med frekvensmodulering (FM, FM):

I analoga tv-mottagare:

Markbunden mikrovågskommunikationsutrustning:

Radarmottagare:

RF-mätutrustning:

Satellit-TV:

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Ordlista för webbplatsen Special Radio Systems.
  2. ↑ GOST 24375-80 Radiokommunikation. Termer och definitioner. . Hämtad 12 januari 2020. Arkiverad från originalet 12 januari 2020.
  3. ↑ Franska patentet 493660.
  4. ↑ Franska patentet 506297.
  5. ↑ U.S. Patent 1342885. Metod för att ta emot högfrekventa oscillationer Edwin H. Armstrong.
  6. ↑ Redford, John Edwin Howard Armstrong . Dömda ingenjörer . John Redfords personliga webbplats (februari 1996). Hämtad 10 maj 2008. Arkiverad från originalet 9 maj 2008.
  7. ↑ alisdair Superheterodyne . allt.com. Datum för åtkomst: 10 maj 2008. Arkiverad från originalet den 9 december 2008.
  8. ↑ Alan Douglas: Vem uppfann superheterodynen?. Arkiverad 11 oktober 2011 på Wayback Machine , Originalartikel: The Legacies of Edwin Howard Armstrong. I: Proceedings of the Radio Club of America Nr. 3, 1990, vol. 64.
  9. ↑ Ravalico DE, Radioelementi , Milano, Hoepli, 1992.

Litteratur

 Radio
Huvuddelar
Olika sorter