Zadaniem odbiornika radiowego jest odebranie sygnału i wykonanie demodulacji odzyskiwać oryginalny sygnał wiadomości. Nadajnik radiowy wysyła sygnał w początkowej fazie. Antena znajdująca się po stronie nadajnika emituje sygnał, który jest przechwytywany przez drugą antenę znajdującą się po stronie nadajnika odbiornik radiowy .
Omówiliśmy już proces transmisji za pomocą nadajnika radiowego. Proces modulacji jest główną zasadą w nadajnikach radiowych, gdzie sygnał jest przesyłany kanałem komunikacyjnym do odbiornika. Główną zasadą odbiornika jest demodulacja. Omówmy proces odbioru i odzyskiwania sygnału w odbiorniku radiowym.
demodulacja AM
Proces demodulacji AM jest podobny do procesu FM (modulacja częstotliwości) i innych rodzajów modulacji. Jedyną różnicą jest zmiana bloku demodulacji odbiornika. Proces demodulacji odbiornika radiowego polega na przetwarzaniu odebranego sygnału w celu odzyskania sygnału pasma podstawowego, zwanego również sygnałem komunikatu.
Zakładamy, że sygnał uległ dużemu tłumieniu podczas transmisji kanałem komunikacyjnym. Dlatego w celu poprawy tłumienia konieczne jest wzmocnienie odbieranego sygnału.
Schemat blokowy odbiornika radiowego pokazano poniżej:
Odebrany nośnik sygnału nazywany jest RF (Częstotliwość radiowa) nośna o częstotliwości roboczej ks . Zadaniem wzmacniacza RF jest wzmocnienie odbieranego sygnału w celu usunięcia tłumienia sygnału, które występuje jako blok początkowy odbiornika radiowego. Po wzmocnieniu przekazuje sygnał do mikser . Sygnał nośny RF jest mnożony przez przebieg sinusoidalny dostarczony przez lokalny oscylator pracujący na częstotliwości Fo. Pomaga w konwersji częstotliwości nośnej na częstotliwość pasma podstawowego. Proces demodulacji jest całkowitym przeciwieństwem procesu modulacji. Podczas modulacji częstotliwość pasma podstawowego jest konwertowana na częstotliwość nośną, podczas gdy w demodulacji częstotliwość nośna jest konwertowana z powrotem na częstotliwość pasma podstawowego.
Proces mieszania dwóch sygnałów nazywa się heterodynowanie . Jeśli wybrana częstotliwość oscylatora jest wyższa od częstotliwości RF, proces mieszania nazywany jest również Superheteroyn .
Mnożenie sygnału nośnego przez przebieg sinusoidalny daje dwie częstotliwości wyjściowe, które są sumą i różnicą dwóch częstotliwości tych sygnałów. Suma częstotliwości to Fo + Fr, a częstotliwość różnicowa to Fo - Fr.
Mikser domyślnie zawiera filtr, który odrzuca częstotliwości sumaryczne i przekazuje częstotliwości różnicowe (Fo - Fr) do JEŚLI (Częstotliwość pośrednia) przewoźnik . Nośna RF jest zastępowana przez nośną IF w celu wytworzenia pośredniego zakresu częstotliwości na wyjściu. Wyjście nośnej IF jest podawane do Wzmacniacz IF . Dane wyjściowe są dalej przekazywane do demodulator i wreszcie do filtr pasma podstawowego , który odzyskuje sygnał pasma podstawowego. Zatem główną funkcją odbiornika było dokonanie konwersji częstotliwości nośnej na częstotliwość pasma podstawowego. Jeśli sygnał jest wystarczająco silny do demodulacji, można uniknąć filtrów i wzmacniaczy. W takich przypadkach sygnał wejściowy nośnej jest bezpośrednio doprowadzany do miksera.
W przypadku metody demodulacji synchronicznej musimy zastosować asynchroniczne źródło nośnej.
Wzmacniacze RF mogą posiadać kilka stopni wzmocnienia w zależności od wymagań i siły sygnału.
Główną zaletą zasady superheterodyny jest dostrojenie odbiornika do różnych sygnałów. Tutaj nie potrzebujemy osobnego stopnia wzmacniającego i osobnego strojenia. Utrudnia to proces transmisji. Korzystając z zasady superheterodyny, wystarczy zmienić częstotliwość lokalnego oscylatora, aby przejść z jednej częstotliwości RF na drugą.
AGC (automatyczna kontrola wzmocnienia)
Wzmocnienie napięcia w odbiorniku w kilku stopniach wzmocnienia jest bardzo duże. Jest to wymagane, gdy sygnał wejściowy ma bardzo niską częstotliwość, a wymagane wyjście ma wysoką częstotliwość. Wysokie wzmocnienie przekształca sygnały o niskiej częstotliwości w wysoką częstotliwość. Pomaga w transmisji bardzo słabych sygnałów. Jeśli jednak sygnał wejściowy ma wysoką częstotliwość, duże wzmocnienie w odbiorniku nie będzie zaletą i może powodować zniekształcenia. AGC automatycznie dostosowuje wzmocnienie, wykrywając siłę sygnału. W przeciwnym razie do wydajnej transmisji wymagana jest ciągła regulacja systemu, co staje się trudne.
Funkcje odbiornika radiowego
Funkcje odbiornika radiowego są następujące:
funkcje Arduino
Wzmocnienie
Wzmocnienie jest pierwszą istotną częścią odbioru w odbiorniku radiowym. Przychodzący sygnał radiowy jest zazwyczaj tłumiony. Wzmacniacz pomaga w usuwaniu tłumienia z sygnału. Inną funkcją wzmacniaczy jest zwiększanie amplitudy wejściowych sygnałów radiowych. Wykorzystuje energię z baterii lub wtyczek w celu zwiększenia amplitudy. Obecnie większość urządzeń wykorzystuje tranzystor do celów wzmacniających.
Wzmacniacze są stosowane zarówno po stronie nadawczej, jak i odbiorczej. W pierwszym etapie służy do przygotowania sygnału do modulacji. Po stronie odbiorczej służy do oczyszczenia sygnału z szumów i przesłania go do odbiornika (na przykład głośnika).
Demodulacja
Sygnał przechodzi z wielu modulatorów, stopni miksera i wzmacniacza. W odbiorniku sygnał jest demodulowany w celu oddzielenia sygnału pierwotnego od zmodulowanego sygnału nośnego. Odbywa się to za pomocą demodulatora. Każdy typ odbiornika wymaga innego procesu demodulacji. Na przykład,
DSBSC (Double Sideband Suppress Carrier) wymaga spójnej metody detekcji dla demodulacji
SSBC (pojedyncza wstęga boczna z nośną) wymaga do demodulacji metody detektora obwiedni
Odbiornik FM wykorzystuje demodulator typu FM
Filtrowanie pasmowe
Różne nadajniki transmitują fale radiowe na różnych częstotliwościach, aby zapobiec zakłóceniom pomiędzy sygnałami. Każdy nadajnik ma odpowiedni odbiornik, który wybiera sygnał na podstawie częstotliwości. Filtry pasmowe służą do filtrowania żądanego sygnału radiowego dla odpowiedniego nadajnika. Filtruje pożądany sygnał i blokuje inne sygnały obecne na innych częstotliwościach. Pomaga wykryć pożądany sygnał i uziemić wszystkie inne sygnały radiowe na częstotliwościach rezonansowych. Może również zawierać dostrojone obwody między anteną a ziemią.
Rodzaje odbiorników radiowych
Odbiorniki radiowe dzielimy na:
- Odbiornik superheteroynowy
- Odbiornik regeneracyjny
- Odbiornik super regeneracyjny
- Odbiornik konwersji bezpośredniej
- Dostrojony odbiornik częstotliwości radiowej
Odbiornik superheteroynowy
Omawiany powyżej odbiornik jest odbiornikiem superheteroynowym. Wykorzystuje mieszanie częstotliwości do konwersji częstotliwości na częstotliwość pośrednią (IF). Został wynaleziony przez amerykańskiego wynalazcę i inżyniera elektryka o imieniu Edwina Armstronga . Jednak ze względu na wcześniejszy patent, zasługa wynalazku została przypisana wymienionemu francuskiemu producentowi radia Luciena Lavy’ego . Większość odbiorników wykorzystywanych w procesie transmisji danych to odbiorniki superheteroynowe. Niektóre odbiorniki również opierają się na próbkowaniu bezpośrednim.
Na początku ery odbiorników radiowych, TRF Odbiorniki (dostrojona częstotliwość radiowa) były powszechnie stosowane ze względu na ich niski koszt i łatwą obsługę. Odbiorniki te były mniej popularne ze względu na wysokie koszty i wykwalifikowaną siłę roboczą wymaganą do ich obsługi. Po latach dwudziestych XX wieku stworzono odbiorniki superheterodynowe bazujące na częstotliwości IF, zwanej także Transformatory JEŚLI . Został on jednak zastąpiony przez odbiorniki radiowe z lampą próżniową wynalezione około lat trzydziestych XX wieku.
Odbiornik regeneracyjny
Odbiorniki regeneracyjne są powszechnie stosowane w celu zwiększenia wzmocnienia wzmacniaczy. Został wynaleziony i opatentowany w 1914 roku przez Edwina Armstronga . Odbiorniki były używane od 1915 roku do II wojny światowej ze względu na ich lepszą czułość i selektywność. Zasadą działania takich odbiorników jest pozytywne sprzężenie zwrotne, które działa jak proces regeneracji. Sygnał wyjściowy jest ponownie podawany na wejście w celu zwiększenia jego wzmocnienia. W latach trzydziestych XX wieku odbiorniki te zostały zastąpione odbiornikami TRF i superheterodynowymi ze względu na ich wadę związaną z zakłóceniami promieniowania. Jednak odbiorniki regeneracyjne są szeroko stosowane we wzmacniaczach i oscylatorach.
Odbiornik super regeneracyjny
Jest to odbiornik regeneracyjny z dużym rodzajem regeneracji w celu osiągnięcia wysokiego wzmocnienia. Edwin Armstrong również wynalazł go w 1922 roku. Jest używany w różnych urządzeniach, takich jak walkie-talkie i sieci bezprzewodowe. Działa dobrze w przypadku AM (modulacja amplitudy) i szerokopasmowego FM (modulacja częstotliwości), podczas gdy odbiorniki regeneracyjne dobrze sprawdzają się w wąskopasmowym paśmie FM. Odbiorniki superregeneracyjne nie mogą prawidłowo wykryć sygnałów SSB 9 z pojedynczą wstęgą boczną), ponieważ zawsze ulegają one samooscylacji. Odbiera najsilniejsze sygnały, gdyż najlepiej sprawdza się w pasmach wolnych od zakłóceń.
Odbiornik konwersji bezpośredniej
Funkcja DCR (odbiornika konwersji bezpośredniej) jest podobna do odbiornika superheteroynowego, z wyjątkiem konwersji częstotliwości na IF (częstotliwość pośrednia). DCR demoduluje przychodzący sygnał radiowy za pomocą detekcji synchronicznej sterowanej przez lokalny oscylator. Częstotliwość jest ściśle równa częstotliwości nośnej. Nie wiąże się to ze złożonością dwóch konwersji częstotliwości, jak w przypadku odbiornika superheteroynowego. Wykorzystuje tylko jedną przetwornicę częstotliwości. Jeżeli w odbiorniku superheteroynowym zastosowany zostanie detektor synchroniczny podążający za stopniem IF, demodulowany sygnał wyjściowy będzie taki sam jak w odbiorniku z konwersją bezpośrednią.
Zmień kolor w Gimpie
Dostrojony odbiornik częstotliwości radiowej
The TRF (Tuned Radio Frequency) wykorzystuje jeden lub więcej wzmacniaczy częstotliwości radiowej (RF) do wyodrębnienia sygnału audio z przychodzącego sygnału radiowego. Koncepcja zastosowania więcej niż jednego wzmacniacza RF polegała na wzmacnianiu przychodzącego sygnału na każdym kolejnym etapie, co pomaga w usuwaniu zakłóceń. Działanie wcześnie wynalezionych odbiorników było skomplikowane ze względu na oddzielne dostrajanie częstotliwości do częstotliwości stacji. Jednak późniejsze modele były obsługiwane za pomocą jednego pokrętła do kontrolowania częstotliwości. TRF został zastąpiony przez odbiorniki superheterodynowe wynalezione przez Edwina Armstronga około 1930 roku.
Historia
W 1887 roku niemiecki fizyk mianował Henryk Hertz zidentyfikował pierwsze fale radiowe, korzystając z serii swoich eksperymentów opartych na teorii elektromagnetycznej (EM). Wynalazek opierał się na różnych typach anten, w tym antenach dipolowych wzbudzanych iskrami. Mogli jednak wykryć transmisję tylko w odległości do 30 metrów od nadajnika. W tym samym roku odkrył także nadajnik gazu iskrowego.
- Nadajniki te były popularne w latach 1887–1917. Jednak informacje przesyłane przez te nadajniki iskrowe były zaszumione i nie nadawały się do transmisji audio.
- Tak więc pierwsze wynalezione odbiorniki radiowe mogły wykrywać jedynie fale radiowe, a urządzenie odbiorcze nazwano detektorem. Nie było wówczas wzmacniaczy wzmacniających sygnał.
- W 1895 r. G Marconiego opracował pierwszy system komunikacji radiowej.
- W 1897 roku Marconi i inni badacze zaakceptowali użycie dostrojone obwody w transmisji fal radiowych. Zachowuje się również jak filtr pasmowoprzepustowy, przepuszczając pożądany zakres częstotliwości i odrzucając drugi, gdy jest podłączony między anteną a detektorem.
- Około 1900 roku zaczęto używać radia na całym świecie w celach komercyjnych.
- Do transmisji radiowej wykorzystano detektory koherentne. Był używany we wczesnych odbiornikach radiowych przez okres do 10 lat.
- W 1907 roku detektory koherentne zostały zastąpione przez detektory kryształowe .
- Do 1920 roku odkryto różne detektory, takie jak detektory elektrolityczne i detektory magnetyczne.
- W 1920 roku wynaleziono detektor lampowy zastąpił wszystkie inne detektory odkryte przed latami dwudziestymi XX wieku. W tym okresie nazwę detektora zmieniono na a demodulator .
- Demodulator był urządzeniem, które mogło wyodrębnić sygnały audio z sygnału radiowego.
- W 1924 roku wynaleziono głośnik z dynamicznym rdzeniem, który poprawił charakterystykę częstotliwościową systemu w porównaniu z wcześniej wynalezionymi głośnikami.
- Następnie wynaleziono różne typy odbiorników radiowych.
- W roku 1947 nastała era tranzystorów, która znalazła różne zastosowania w transmisji radiowej.
- Po latach 70. technologia cyfrowa stworzyła kolejną rewolucję i przeniosła całe obwody odbiornika na chip.