Orta düzey frekans - Intermediate frequency

1949 dolaylarında bir Motorola 19K1 televizyon setinden IF aşaması

İletişim ve de elektron teknik , bir ara frekans ( IF ) a, frekansı bir hangi taşıyıcı dalga ara bir adım olarak kaydırılır iletim ya da alımı. Ara frekans, taşıyıcı sinyalin heterodinleme adı verilen bir işlemde yerel bir osilatör sinyaliyle karıştırılmasıyla oluşturulur ve bu, fark veya vuruş frekansında bir sinyal ile sonuçlanır . Ara frekanslar, son algılama yapılmadan önce , gelen bir sinyalin amplifikasyon için bir IF'ye kaydırıldığı süperheterodin radyo alıcılarında kullanılır .

Bir ara frekansa dönüştürme, birkaç nedenden dolayı yararlıdır. Filtrelerin birkaç aşaması kullanıldığında, hepsi sabit bir frekansa ayarlanabilir, bu da onları oluşturmayı ve ayarlamayı kolaylaştırır. Düşük frekanslı transistörler genellikle daha yüksek kazançlara sahiptir, bu nedenle daha az aşama gereklidir. Daha düşük sabit frekanslarda keskin seçici filtreler yapmak daha kolaydır.

Bir süperheterodin alıcıda bu tür birkaç ara frekans aşaması olabilir; iki veya üç aşama sırasıyla ikili (alternatif olarak ikili ) veya üçlü dönüşüm olarak adlandırılır.

Meşrulaştırma

Ara frekanslar üç genel nedenden dolayı kullanılır. Çok yüksek ( gigahertz ) frekanslarda, sinyal işleme devresi düşük performans gösterir. Transistörler gibi aktif cihazlar fazla amplifikasyon ( kazanç ) sağlayamaz . Kapasitörler ve indüktörler kullanan sıradan devreler , şerit çizgileri ve dalga kılavuzları gibi hantal yüksek frekans teknikleriyle değiştirilmelidir . Böylece daha uygun işleme için yüksek frekanslı bir sinyal daha düşük bir IF'ye dönüştürülür. Örneğin, uydu çanaklarında , çanak tarafından alınan mikrodalga uydu-yer bağı sinyali çanakta çok daha düşük bir IF'ye dönüştürülür, böylece nispeten ucuz bir koaksiyel kablo sinyali bina içindeki alıcıya taşıyabilir. Sinyali orijinal mikrodalga frekansında getirmek, pahalı bir dalga kılavuzu gerektirecektir .

Farklı frekanslara ayarlanabilen alıcılarda, ikinci bir neden, istasyonların çeşitli farklı frekanslarını işlem için ortak bir frekansa dönüştürmektir. Tüm aşamaların farklı frekansların ayarlanmasını izleyebileceği çok aşamalı amplifikatörler , filtreler ve dedektörler oluşturmak zordur , ancak ayarlanabilir osilatörler oluşturmak nispeten kolaydır . Süperheterodin alıcılar, giriş aşamasındaki yerel osilatörün frekansını ayarlayarak farklı frekanslarda ayar yapar ve bundan sonraki tüm işlemler aynı sabit frekansta yapılır: IF. Bir IF kullanılmadan, bir radyo veya televizyondaki tüm karmaşık filtreler ve dedektörler, erken ayarlı radyo frekansı alıcılarında gerektiği gibi, frekans her değiştiğinde uyum içinde ayarlanmalıdır . Daha önemli bir avantaj, alıcıya ayar aralığı üzerinde sabit bir bant genişliği vermesidir. Bir filtrenin bant genişliği, merkez frekansıyla orantılıdır. Gelen RF frekansında filtrelemenin yapıldığı TRF gibi alıcılarda, alıcı daha yüksek frekanslara ayarlandığında bant genişliği artar.

Bir ara frekans kullanmanın ana nedeni, frekans seçiciliğini iyileştirmektir . İletişim devrelerinde, çok yaygın bir görev, frekans olarak birbirine yakın olan sinyalleri veya bir sinyalin bileşenlerini ayırmak veya çıkarmaktır. Buna filtreleme denir . Bazı örnekler şunlardır: Frekansı birbirine yakın olan birkaç radyo istasyonu arasından bir radyo istasyonunu almak veya bir TV sinyalinden krominans alt taşıyıcısını çıkarmak . Bilinen tüm filtreleme tekniklerinde, filtrenin bant genişliği frekansla orantılı olarak artar. Böylece, sinyali daha düşük bir IF'ye dönüştürerek ve filtrelemeyi bu frekansta gerçekleştirerek daha dar bir bant genişliği ve daha fazla seçicilik elde edilebilir. Dar kanal genişlikleri ile FM ve televizyon yayınlarının yanı sıra cep telefonları ve kablolu televizyon gibi daha modern telekomünikasyon hizmetleri frekans dönüşümü kullanılmadan imkansız olurdu.

kullanır

Belki de yayın alıcıları için en yaygın kullanılan ara frekanslar, AM alıcıları için yaklaşık 455 kHz ve FM alıcıları için 10.7 MHz civarındadır. Özel amaçlı alıcılarda diğer frekanslar kullanılabilir. Çift dönüşümlü bir alıcı, görüntü reddini iyileştirmek için daha yüksek ve istenen seçicilik için ikinci, daha düşük olmak üzere iki ara frekansa sahip olabilir. Birinci ara frekans, giriş sinyalinden bile daha yüksek olabilir, böylece tüm istenmeyen yanıtlar, sabit ayarlı bir RF aşaması tarafından kolayca filtrelenebilir.

Dijital bir alıcıda, analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) düşük örnekleme hızlarında çalışır, bu nedenle giriş RF'sinin işlenmek için IF'ye karıştırılması gerekir. Ara frekans, iletilen RF frekansına kıyasla daha düşük frekans aralığı olma eğilimindedir. Bununla birlikte, IF için seçenekler en çok mikser, filtreler, amplifikatörler ve daha düşük frekansta çalışabilen diğerleri gibi mevcut bileşenlere bağlıdır. IF'ye karar vermede başka faktörler de vardır, çünkü daha düşük IF gürültüye duyarlıdır ve daha yüksek IF saat titreşimlerine neden olabilir.

Modern uydu televizyon alıcıları birkaç ara frekans kullanır. Tipik bir sistemin 500 televizyon kanalı, uydudan abonelere Ku mikrodalga bandında, 10.7–11.7 ve 11.7–12.75 GHz'lik iki alt bantta iletilir. Downlink sinyali bir uydu çanağı tarafından alınır . Düşük gürültülü blok aşağı dönüştürücü (LNB) olarak adlandırılan çanağın odağındaki kutuda , her bir frekans bloğu, 9.75 ve 10.6 GHz'de iki sabit frekanslı yerel osilatör tarafından 950-2150 MHz IF aralığına dönüştürülür. İki bloktan biri, yerel osilatörlerden birini açan set üstü kutusundan gelen bir kontrol sinyali ile seçilir. Bu IF, binaya koaksiyel bir kablo üzerinden televizyon alıcısına taşınır. Kablo şirketinin set üstü kutusunda , sinyal, değişken frekanslı bir osilatör tarafından filtreleme için 480 MHz'lik daha düşük bir IF'ye dönüştürülür. Bu, birkaç kanal taşıyan uydudaki transponderlerden birinden gelen sinyali seçen 30 MHz bant geçiş filtresi aracılığıyla gönderilir . Daha fazla işlem, istenen kanalı seçer, demodüle eder ve sinyali televizyona gönderir.

Tarih

Bir ara frekans ilk olarak 1918'de Birinci Dünya Savaşı sırasında Amerikalı bilim adamı Binbaşı Edwin Armstrong tarafından icat edilen süperheterodin radyo alıcısında kullanıldı . Sinyal Birlikleri'nin bir üyesi olan Armstrong, o zamanlar çok yüksek olan 500 ila 3500 kHz frekanslarında Alman askeri sinyallerini izlemek için radyo yön bulma ekipmanı inşa ediyordu . Triod vakum tüpü gün yükselteçleri ancak, bunları almak kolay, kararlı bir şekilde 500 kHz'nin üzerindeki amplifiye olmaz Salınım bu frekans üzerinde. Armstrong'un çözümü, gelen sinyalin yakınında bir frekans oluşturacak bir osilatör tüpü kurmak ve bunu bir mikser tüpünde gelen sinyalle karıştırarak, kolayca yükseltilebileceği daha düşük fark frekansında bir heterodin veya sinyal oluşturmaktı . Örneğin, 1500 kHz'de bir sinyal almak için yerel osilatör 1450 kHz'e ayarlanacaktır. İkisinin karıştırılması, tüplerin kapasitesi dahilinde olan 50 kHz'lik bir ara frekans yarattı. Süperheterodin adı , heterodin frekansının doğrudan duyulabilecek kadar düşük olduğu ve sürekli dalga (CW) Mors kodu iletimlerini (konuşma veya müzik değil ) almak için kullanılan alıcılardan ayırt etmek için süpersonik heterodin'in bir daralmasıydı .

Savaştan sonra, 1920'de Armstrong, süperheterodin için patenti Westinghouse'a sattı ve daha sonra RCA'ya sattı . Süperheterodin devresinin daha önceki rejeneratif veya ayarlı radyo frekansı alıcı tasarımlarına kıyasla artan karmaşıklığı kullanımını yavaşlattı, ancak seçicilik ve statik reddetme için ara frekansın avantajları sonunda galip geldi; 1930'a gelindiğinde satılan radyoların çoğu 'superhets' idi. Geliştirilmesi sırasında radar içinde Dünya Savaşı , süperheterodin prensibi ara frekanslara çok yüksek radar frekanslarının downconversion için gerekliydi. O zamandan beri, ara frekansı ile süperheterodin devresi neredeyse tüm radyo alıcılarında kullanılmıştır.

Örnekler

RCA Radiola AR-812, 6 triyot kullandı: bir mikser, yerel osilatör, iki IF ve 45 kHz IF'ye sahip iki ses yükseltici aşaması.
  • c'ye kadar. 20 kHz, 30 kHz (ALM Sowerby ve HB Dent), 45 kHz (ilk ticari süperheterodin alıcı: 1923/1924 tarihli RCA Radiola AR-812), c. 50 kHz, c. 100 kHz, c. 120 kHz
  • Avrupa AM uzun dalga yayın alıcılarında 110 kHz kullanıldı .
  • 175 kHz (toz haline getirilmiş demir çekirdeklerin tanıtılmasından önce erken geniş bant ve iletişim alıcıları)
  • 260 kHz (eski standart yayın alıcıları), 250–270 kHz
  • Kopenhag Frekans Tahsisleri: 415–490 kHz, 510–525 kHz
  • AM radyo alıcıları: 450 kHz, 455 kHz (en yaygın), 460 kHz, 465 kHz, 467 kHz, 470 kHz, 475 kHz ve 480 kHz.
  • FM radyo alıcıları: 262 kHz (eski araba radyoları), 455 kHz, 1.6 MHz, 5.5 MHz, 10.7 MHz (en yaygın), 10.8 MHz, 11.2 MHz, 11.7 MHz, 11.8 MHz, 13.45 MHz, 21.4 MHz, 75 MHz ve 98 MHz. Çift dönüşümlü süperheterodin alıcılarda, genellikle 10.7 MHz'lik bir birinci ara frekans kullanılır, ardından 470 kHz'lik ikinci bir ara frekans (veya DYNAS ile 700 kHz ) kullanılır. Polis tarayıcı alıcılarında, üst düzey iletişim alıcılarında ve birçok noktadan noktaya mikrodalga sistemlerinde kullanılan üçlü dönüşüm tasarımları vardır. Modern DSP çipli tüketici radyoları , FM için genellikle 128 kHz'lik bir ' düşük IF ' kullanır .
  • Dar bant FM alıcıları: 455 kHz (en yaygın), 470 kHz
  • Kısa dalga alıcıları: 1,6 MHz, 1,6–3,0 MHz, 4,3 MHz (yalnızca 40–50 MHz alıcılar için). Çift dönüşümlü süperheterodin alıcılarda, 3.0 MHz'lik bir birinci ara frekans bazen 465 kHz'lik ikinci bir IF ile birleştirilir.
  • M sistemini kullanan analog televizyon alıcıları: 41.25 MHz (ses) ve 45.75 MHz (video). Bir taşıyıcı sistemdeki dönüştürme işleminde kanal ters çevrilir , bu nedenle ses IF'si video IF'sinden daha düşüktür. Ayrıca, sesli yerel osilatör yoktur; enjekte edilen video taşıyıcısı bu amaca hizmet eder.
  • Sistem B ve benzeri sistemleri kullanan analog televizyon alıcıları: işitsel sinyal için 33.4 MHz ve görsel sinyal için 38.9 MHz. (Frekans dönüşümü hakkındaki tartışma, sistem M'dekiyle aynıdır.)
  • Uydu uplink - downlink ekipmanı: 70 MHz, 950–1450 MHz (L-band) downlink ilk IF.
  • Karasal mikrodalga ekipmanı: 250 MHz, 70 MHz veya 75 MHz.
  • Radar : 30 MHz.
  • RF test ekipmanı: 310,7 MHz, 160 MHz ve 21.4 MHz.

Ayrıca bakınız

Referanslar