W jaki sposób radio AM odfiltrowuje tylko żądaną częstotliwość?

Rozumiem, że fale elektromagnetyczne w powietrzu indukują prąd przemienny w antenie. Rozumiem także, jak po przefiltrowaniu sygnału w celu uzyskania żądanej częstotliwości można uzyskać obwiednię sygnału i wysterować głośnik.

To, czego nie rozumiem, to fragment w środku, w którym radio odbiera sygnał z anteny i filtruje tylko pożądaną częstotliwość. Powiedzmy, że to bardzo proste radio, które dba tylko o jedną częstotliwość. Czy możesz wyjaśnić, jak to działa w elektronice i jak by to działało, gdybyś próbował napisać radio w oprogramowaniu opartym na dyskretnie próbkowanych danych?

Używa czegoś zwanego filtrem. Możesz budować filtry z różnego rodzaju różnych rzeczy.

Filtry RC wykonane z rezystorów i kondensatorów są prawdopodobnie najłatwiejsze do zrozumienia. Zasadniczo kondensator działa jak rezystor, ale z inną rezystancją przy różnych częstotliwościach. Po dodaniu rezystora można zbudować dzielnik napięcia zależny od częstotliwości. Nazywa się to filtrem RC. Możesz tworzyć filtry górnoprzepustowe i dolnoprzepustowe z jednym opornikiem i jednym kondensatorem. Filtr dolnoprzepustowy jest zaprojektowany do przepuszczania niskich częstotliwości i blokowania wysokich częstotliwości, podczas gdy filtr górnoprzepustowy działa odwrotnie. Dolnoprzepustowy połączony szeregowo z górnoprzepustowym tworzy pasmowoprzepustowy, który przepuszcza częstotliwości w pewnym zakresie i blokuje inne częstotliwości. Należy pamiętać, że działanie filtra RC (i większości filtrów, jeśli o to chodzi) będzie zależeć od źródła i impedancji obciążenia.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Filtry mogą być również wykonane z innymi elementami, takimi jak dławiki. Cewki indukcyjne działają również jak rezystory, ale zmieniają się w przeciwnym kierunku jak kondensatory. Przy niskich częstotliwościach induktor wygląda jak krótki, a kondensator wygląda na otwarty. Przy wysokich częstotliwościach cewka wygląda jak otwarta, a kondensator wygląda na krótki. Filtry LC są rodzajem filtrów zbudowanych z cewek i kondensatorów. Możliwe jest wykonanie dość ostrego filtra LC, który szybko odcina się i jest łatwy do dostrojenia za pomocą zmiennego kondensatora. Tak zwykle robi się w przypadku prostych radiotelefonów, takich jak radiostacje kryształowe.

^{zasymuluj ten obwód}

Możesz tworzyć filtry pasmowe z wszystkiego, co ma częstotliwość rezonansową. Kondensator i cewka indukcyjna szeregowo lub równolegle tworzą rezonansowy obwód zbiornika, który może być stosowany jako filtr pasmowoprzepustowy lub filtr pasmowoprzepustowy, w zależności od tego, jak dokładnie go podłączysz. Antena jest również filtrem pasmowoprzepustowym - dobrze odbiera częstotliwości o długości fali zbliżonej do wielkości anteny. Za duży lub za mały i nie będzie działać. Wnęki mogą być również używane jako filtry - zamknięta metalowa skrzynka ma różne tryby fali stojącej, które można wykorzystać do wykorzystania jako filtry. Fale elektroniczne można również konwertować na inne fale, takie jak fale akustyczne, i filtrować. Filtry SAW (powierzchniowa fala akustyczna) i filtry krystaliczne działają zarówno poprzez rezonans mechaniczny, jak i wykorzystują efekt piezoelektryczny do połączenia z obwodem. Możliwe jest również budowanie filtrów z linii przesyłowych poprzez wykorzystanie ich nieodłącznej indukcyjności i pojemności, a także poprzez wykorzystanie konstruktywnych i destrukcyjnych zakłóceń wynikających z odbić. Widziałem wiele mikrofalowych filtrów pasmowych wykonanych z szaleńczo ukształtowanego kawałka miedzi wydrukowanego na płytce drukowanej. To się nazywafiltry elementów rozproszonych . Nawiasem mówiąc, większość z tych innych filtrów można modelować jako obwody LC lub RLC.

Teraz radio zdefiniowane programowo to zupełnie inne zwierzę. Ponieważ pracujesz z danymi cyfrowymi, nie możesz po prostu rzucić rezystorów i kondensatorów na problem. Zamiast tego możesz użyć standardowych topologii filtrów, takich jak FIR lub IIR. Są one zbudowane z kaskady mnożników i sumatorów. Podstawowym pomysłem jest utworzenie reprezentacji filtra w dziedzinie czasu, której potrzebujesz, a następnie splot ten filtr z danymi. Wynik to filtrowane dane. Możliwe jest budowanie filtrów FIR dolnoprzepustowych i pasmowoprzepustowych.

Filtrowanie idzie w parze z konwersją częstotliwości. Jest parametr, który zobaczysz w całym miejscu, o nazwie Q. Jest to czynnik jakości. W przypadku filtrów pasmowych jest to związane z przepustowością i częstotliwością środkową. Jeśli chcesz stworzyć filtr o częstotliwości 100 Hz przy częstotliwości 1 GHz, potrzebujesz filtra o astronomicznie wysokim Q. Którego nie da się zbudować. Zamiast tego filtrujesz z filtrem o niskim Q (szerokim), konwertujesz w dół na niższą częstotliwość, a następnie filtrujesz z innym filtrem o niskim Q. Jeśli jednak przekształcisz 1 GHz, powiedzmy na 10 MHz, filtr 100 Hz ma znacznie bardziej rozsądne Q. Często odbywa się to w radiach i prawdopodobnie z więcej niż jedną konwersją częstotliwości. Dodatkowo,

W przypadku filtrów cyfrowych, im dłuższy filtr, tym wyższe Q i bardziej selektywny staje się filtr. Oto przykład filtra pasmowego FIR:

Krzywa górna jest odpowiedzią częstotliwościową filtra, a krzywa dolna jest wykresem współczynników filtra. Możesz myśleć o tego typu filtrze jako sposobie wyszukiwania pasujących kształtów. Współczynniki filtra zawierają określone składniki częstotliwości. Jak widać odpowiedź nieco się oscyluje. Chodzi o to, że ta oscylacja będzie pasować do fali wejściowej. Pasujące do siebie komponenty częstotliwości pojawią się na wyjściu, a komponenty częstotliwości, które nie zostaną anulowane. Sygnał jest filtrowany przez przesuwanie współczynników filtra wzdłuż sygnału wejściowego o jedną próbkę na raz, a przy każdym przesunięciu odpowiednie próbki sygnału i współczynniki filtra są mnożone i sumowane. To w końcu uśrednia składowe sygnału, które nie pasują do filtra.

Odbywa się to za pomocą systemu dostrajania Heterodyna. Załóżmy na przykład, że chcesz nastroić stację o częstotliwości 1200 kHz. Ustawiasz pokrętło strojenia na „1200”, co ustawia lokalny oscylator na generowanie częstotliwości 745 kHz. Kiedy je miksujesz, jedną z powstałych częstotliwości jest różnica (częstotliwość, którą chcesz nastroić - 745 kHz).

Kolejnym etapem jest wzmacniacz wąskopasmowy dostrojony do 455 kHz. To, co teraz ma 455 kHz, to 455 + 745 lub 1200 kHz, stacja, którą chciałeś odebrać. To (455 kHz) zostaje wzmocnione i wykryte, co powoduje usłyszenie dźwięku dla tej stacji.
Oczywiście nadal odbierane są inne częstotliwości. Ale ich wynikowa częstotliwość będzie inna niż 455 kHz, więc nie zostaną wzmocnione.

Wybrano częstotliwość pośrednią 455 kHz (w USA), ponieważ była ona niższa niż standardowe pasmo AM (535 kHz do 1610 kHz), więc nie będzie żadnych zakłóceń dla żadnej stacji, którą próbujesz odbierać.

Dotyczy to analogowego odbioru sygnału radiowego. Aby uzyskać dodatkowe informacje, możesz sprawdzić Heterodyna , Dlaczego konwersja na częstotliwość pośrednią? i częstotliwość pośrednia .

Antena radia odbierze wiele sygnałów po równo. chcemy odfiltrować inne stacje i zezwolić tylko na sygnał stacji, do której jesteśmy dostrojeni. początkowo robiono to, stosując zarówno cewkę indukcyjną, jak i kondensator zmienny. Przy pewnej częstotliwości reaktancja indukcyjna będzie równa reaktancji pojemnościowej, X1 = Xc, dając najmniejszą impedancję dla tego sygnału. sygnał ten jest następnie wysyłany w celu wzmocnienia przez pozostałe obwody w radiu, podczas gdy inne częstotliwości są tłumione, ponieważ nie są na tej częstotliwości rezonansowej. Dopóki Q filtra jest wystarczająco wysokie, możesz wyeliminować wzmacnianie innych stacji. Interesujący jest również to, że obwód indukcyjny / pojemnościowy oscyluje, w prawdziwym sensie oscylatorów ... co oznacza, że ​​ma wzmocnienie powyżej 1 i jest napędzane przez prąd.

moim zdaniem fala MODULOWANA WZMACNIACZ (zawierająca falę nośną i dane (głos), jest mieszana z częstotliwością pośrednią, która jest poza fazą o 180 stopni, a zatem generujesz informację (głosu). pamiętaj w teorii ac, że fale wychodzą z odejmowanie faz i faza fal dodają tutaj ten sam pomysł.