lokaler Oszillator (Master-Oszillator) im Empfänger (Sender) wird in den meisten Fällen als Signalgenerator bezeichnet, der die Empfangsfrequenz bestimmt. Obwohl seine Rolle als Hilfsgerät bezeichnet wird, hat es einen sehr erheblichen Einfluss auf die Qualität des Empfangs- oder Sendegeräts.
Inhalt
Der Zweck des lokalen Oszillators und das Prinzip des heterodynen Empfangs
In den Anfängen des Radioempfangs verzichtete man beim Bau von Empfängerschaltungen auf Lokaloszillatoren. Das vom Eingangsschwingkreis ausgewählte Signal wurde verstärkt und dann detektiert und einem Niederfrequenzverstärker zugeführt. Mit der Entwicklung von Schaltungen ist das Problem entstanden, einen Hochfrequenzverstärker mit großer Verstärkung zu bauen.
Um einen großen Bereich abzudecken, wurde es mit einer großen Bandbreite durchgeführt, was es anfällig für Selbsterregung machte. Schaltverstärker erwiesen sich als zu komplex und umständlich.
Mit der Erfindung des heterodynen Empfangs änderte sich alles.Das Signal des abstimmbaren (oder festen) Oszillators wird dem Mischer zugeführt. Das empfangene Signal wird dem anderen Eingang des Mischers zugeführt, und der Ausgang ist eine große Anzahl von Kombinationsfrequenzen, die die Summen und Differenzen der Frequenzen des lokalen Oszillators und des empfangenen Signals in verschiedenen Kombinationen sind. Praktische Anwendungen haben in der Regel zwei Frequenzen:
- fheterodyne-fsignal;
- f Signal - f Überlagerung.
Diese Frequenzen werden zueinander Spiegelfrequenzen genannt. Der Empfang erfolgt auf einem Kanal, der zweite wird von den Eingangskreisen des Empfängers herausgefiltert. Die Differenz wird als Zwischenfrequenz (IF) bezeichnet, ihr Wert wird beim Entwurf des Empfangs- oder Sendegeräts gewählt. Die restlichen Kombinationsfrequenzen werden durch ein Zwischenfrequenzfilter herausgefiltert.
Für Industrieanlagen gibt es Normen zur Wahl des ZF-Wertes. In Amateurgeräten wird diese Frequenz aus verschiedenen Bedingungen ausgewählt, einschließlich der Verfügbarkeit von Komponenten zum Bau eines Schmalbandfilters.
Die vom Filter selektierte Zwischenfrequenz wird im ZF-Verstärker verstärkt. Da diese Frequenz fest ist und die Bandbreite gering ist (2,5 ... 3 kHz reichen aus, um Sprachinformationen zu übertragen), kann der Verstärker dafür leicht schmalbandig mit hoher Verstärkung gemacht werden.
Es gibt Schaltungen, bei denen die Gesamtfrequenz verwendet wird - f signal + f heterodyne. Solche Schemata werden als "Aufwärtstransformations"-Schemata bezeichnet. Dieses Prinzip vereinfacht den Aufbau der Eingangsschaltungen des Empfängers.
Es gibt auch eine Direktumwandlungstechnik (nicht zu verwechseln mit Direktverstärkung!), bei der der Empfang fast auf der Lokaloszillatorfrequenz erfolgt.Solche Schaltungen zeichnen sich durch Einfachheit des Designs und der Einstellung aus, aber Direktumwandlungsgeräte weisen inhärente Mängel auf, die die Arbeitsqualität erheblich verschlechtern.
Der Sender verwendet auch lokale Oszillatoren. Sie erfüllen die entgegengesetzte Funktion - sie übertragen das niederfrequente modulierte Signal auf die Sendefrequenz. In Kommunikationsgeräten kann es mehrere lokale Oszillatoren geben. Wenn also eine Schaltung mit zwei oder mehr Frequenzumwandlungen verwendet wird, verwendet sie jeweils zwei oder mehr lokale Oszillatoren. Die Schaltung kann auch lokale Oszillatoren enthalten, die zusätzliche Funktionen ausführen - die Wiederherstellung eines während der Übertragung unterdrückten Trägers, die Bildung von Telegrafenpaketen usw.
Die Leistung des lokalen Oszillators im Empfänger ist gering. Ein paar Milliwatt reichen in den meisten Fällen für jede Aufgabe aus. Das Signal des lokalen Oszillators kann jedoch, wenn die Empfängerschaltung dies zulässt, in die Antenne eindringen und in einer Entfernung von mehreren Metern empfangen werden.
Unter Funkamateuren gibt es eine Legende, dass während der Zeit des Hörverbots für westliche Radiosender Vertreter der Sonderdienste mit Empfängern, die auf die Frequenzen von "Feindstimmen" eingestellt waren (auf eine Zwischenfrequenz eingestellt), an den Eingängen von Häusern entlanggingen. . Durch das Vorhandensein von Signalen konnte angeblich festgestellt werden, wer verbotene Sendungen hörte.
Anforderungen an die Parameter des lokalen Oszillators
Die Hauptanforderung an ein Lokaloszillatorsignal ist die spektrale Reinheit. Erzeugt der Lokaloszillator eine andere als eine Sinusspannung, so erscheinen im Mischer zusätzliche Kombinationsfrequenzen.Wenn sie in das Transparenzband der Eingangsfilter fallen, führt dies zu zusätzlichen Empfangskanälen sowie zum Auftreten von "Struck Points" - bei einigen Empfangsfrequenzen tritt ein Pfeifen auf, das den Empfang eines Nutzsignals stört.
Eine weitere Anforderung ist die Stabilität des Ausgangssignalpegels und seiner Frequenz. Der zweite ist besonders wichtig bei der Verarbeitung von Signalen mit unterdrücktem Träger (SSB (OBP), DSB (DBP) usw.). Es ist nicht schwierig, die Invarianz des Ausgangspegels zu erhalten, indem Spannungsregler verwendet werden, um die Master-Oszillatoren mit Strom zu versorgen und die auszuwählen korrekter Modus des aktiven Elements (Transistor).
Die Konstanz der Frequenz hängt von der Stabilität der treibenden Frequenzelemente (Kapazität und Induktivität des Schwingkreises) sowie von der Invarianz der Montagekapazität ab. Die Instabilität von LC-Elementen wird zum größten Teil durch die Temperaturänderung während des Betriebs des Lokaloszillators bestimmt. Um die Komponenten der Schaltung zu stabilisieren, werden sie in Thermostate eingebaut, und es werden spezielle Maßnahmen angewendet, um Temperaturabweichungen der Kapazitäts- und Induktivitätswerte zu kompensieren. Induktivitäten sind in der Regel absolut thermisch stabil ausgeführt.
Dazu werden spezielle Konstruktionen verwendet - die Spulen werden mit starkem Drahtzug gewickelt, die Windungen werden mit einer Masse gefüllt, um ein Verrutschen der Windungen zu verhindern, der Draht wird in einen Keramikrahmen eingebrannt usw.
Um den Einfluss der Temperatur auf die Kapazität des Treiberkondensators zu verringern, besteht er aus zwei oder mehr Elementen, die mit unterschiedlichen Werten und Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten der Kapazität ausgewählt werden, damit sie sich beim Erhitzen oder Abkühlen gegenseitig kompensieren.
Aufgrund von Problemen mit der thermischen Stabilität sind elektronisch gesteuerte lokale Oszillatoren, bei denen Varicaps als Kapazität verwendet werden, nicht weit verbreitet. Ihre Abhängigkeit von der Erwärmung ist nichtlinear und kann nur sehr schwer kompensiert werden. Daher werden Varicaps nur als Verstimmungselemente verwendet.
Die Montagekapazität addiert sich zur Kapazität des Treiberkondensators, und seine Instabilität führt auch zu einer Frequenzdrift. Um eine Montageinstabilität zu vermeiden, müssen alle Elemente des lokalen Oszillators sehr starr montiert werden, um selbst minimale Verschiebungen relativ zueinander zu vermeiden.
Ein echter Durchbruch im Bau von Masteroszillatoren war die Entwicklung der Pulvergusstechnik in Deutschland in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts. Dies ermöglichte die Herstellung komplexer dreidimensionaler Formen für Funkgerätekomponenten, wodurch eine zu dieser Zeit beispiellose Montagesteifigkeit erreicht werden konnte. Dadurch konnte die Zuverlässigkeit der Funkkommunikationssysteme der Wehrmacht auf ein neues Niveau gebracht werden.
Wenn der lokale Oszillator nicht abstimmbar ist, ist es normalerweise das frequenzeinstellende Element Quarzresonator. Dadurch ist es möglich, eine extrem hohe Generationsstabilität zu erhalten.
In den letzten Jahren gab es einen Übergangstrend bei der Verwendung digitaler Frequenzsynthesizer als lokale Oszillatoren anstelle von LC-Oszillatoren. Die Stabilität der Ausgangsspannung und -frequenz ist bei ihnen leicht zu erreichen, aber die spektrale Reinheit lässt zu wünschen übrig, insbesondere wenn das Signal mit kostengünstigen Mikroschaltungen erzeugt wird.
Heute werden alte Radioempfangstechniken durch neue ersetzt, wie zum Beispiel DDC - Direktdigitalisierung.Die Zeit ist nicht mehr fern, in der Lokaloszillatoren in Empfangsgeräten als Klasse verschwinden werden. Aber das wird nicht so bald kommen, also wird das Wissen über Heterodyne und die Prinzipien des Heterodyne-Empfangs noch lange gefragt sein.
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