RF-süsteemide vahesageduse eelised

Tutvuge IF-ga - laialt levinud ja soodne tehnika, mida kasutatakse paljudes traadita süsteemides.

Siiani oleme raadiosignaale arutanud kahe sagedusriba osas: põhiriba ja raadiosagedusala. See lähenemisviis pakub sirgjoonelist kontseptuaalset raamistikku, milles raadiosagedusahelad on põhimõtteliselt vahendid madalama sagedusega infosignaali muutmiseks kõrgema sagedusega edastatavaks signaaliks või kõrgema sagedusega vastuvõetud signaal madalama sagedusega infosignaaliks. 

See mudel ei ole vale ja seni omandatud õppetunnid on täiesti olulised süsteemide puhul, millel on lisaks põhiriba- ja raadiosignaalidele ka vahesagedussignaal.

Mis on IF?
Lühend “IF” tähistab kesksagedust ise või üldisemalt kesksagedusel põhinevat tehnikat. Nagu nimest järeldada võib, on vahesagedus põhiriba ja kandesageduse vahel. 

IF-vooluringi saab ühendada nii saatjatesse kui ka vastuvõtjatesse, ehkki IF-tehnika eelised on vastuvõtjate jaoks olulisemad. Arutame IF-d RF-vastuvõtja kujundamise kontekstis, kuid lugedes pidage meeles, et need kasulikud omadused võivad kehtida ka saatjate jaoks.

Võib-olla olete kuulnud sõna “heterodüün” või “superheterodüün”. Need mõisted tähistavad raadiosagedusvastuvõtjat, mis sisaldab vahesagedust. IF-tehnika töötati välja kahekümnenda sajandi esimesel poolel ja tänapäeval on IF-põhised süsteemid väga levinud.

Paljud vedajad, üks IF
Üks IF-i intuitiivsemaid eeliseid on võime kujundada vastuvõtja, milles suurema osa vooluringidest saab kavandada ühe muutumatu sagedusriba jaoks. Siiani oleme eeldanud, et vastuvõtja saab konstrueerida ühe muutmatu saatja sageduse jaoks, kuid kõik, kes on kasutanud autoraadiot, peaksid mõistma, et see pole kaugeltki realistlik. 

Tegelikult on RF-vastuvõtja üks kõige tuttavamaid omadusi see, et see suudab edastada kasutajale teavet ainult ühest jaamast (raadio jaoks) või ainult ühest kanalist (televisiooniks) - teisisõnu saab seda häälestada erinevate operaatorite jaoks sagedused ja see häälestamisprotsess võimaldab tal valida ühe edastatud signaalidest ja ignoreerida kõiki teisi.

Kui häälestatav vastuvõtja ei kasuta vahesagedust, peavad kõik kõrgsageduslikud vooluringid ühilduma kõigi võimalike kandesageduste vahemikuga; see on ebasoovitav, kuna RF-komponente ja vooluahelaid on lihtsam kujundada, mis on optimeeritud väikeseks signaali sageduseks. 

Samuti vajaks häälestamine mitut nuppu, kuna mitut alamskeemi oleks vaja vastavalt valitud sagedusele reguleerida. Heterodüünvastuvõtja nihutab vastuvõetud spektri kõigepealt vahemikule, mille keskpunkt on kesksagedus, ja seejärel optimeeritakse järelejäänud vooluring selle sagedusvahemiku jaoks.

Kõrgsagedusliku töötlemise minimeerimine
IF-põhise vastuvõtja arhitektuuri veel üks intuitiivne eelis on vähendatud komponentide arv, mis peavad töötama vastuvõetud signaali kõrgel - mõnikord väga kõrgel - sagedusel. 

Kõik muutub keerukamaks, kui sagedused tõusevad gigahertside vahemikku: transistoritel on vähem võimendust, passiivkomponendid muutuvad üha enam nende idealiseeritud madalsagedusmudelitest, ülekandeliini efektid muutuvad silmatorkavamaks.

Muidugi on meil alati vähemalt mõni komponent, mis ühildub vastuvõetud kandesagedusega: vajame mikserit, mis muundab raadiosagedusest IF-ks, ja mikserile võib eelneda madala müratasemega võimendi ja pildi- tagasilükkamisfilter (pildi tagasilükkamise küsimust arutatakse järgmisel lehel). Kuid IF-lähenemisviis võimaldab meil raadiosagedusalas läbi viia ainult kõige vajalikuma töötlemise.      

Alumine Q
Filtreerimine on igat tüüpi RF-süsteemides tavaline nõue, kuid mõned olukorrad seavad filtriahelatele eriti kõrged nõudmised. Mõelge järgmisele stsenaariumile: Vastuvõtja peab teabe eraldama kitsaribalisest RF-signaalist, millega kaasnevad tugevad segavad signaalid, mille sagedus on soovitud signaali spektri servade lähedal.
 

 

Nende segavate signaalide summutamiseks kasutatakse ribapääsfiltrit, nii et need ei kahjustaks demoduleeritud andmeid; efektiivse ribapääsfiltri kujundamine sellistes tingimustes pole aga lihtne.

Probleemiks on Q-tegur, mis vastab ribalaiuse filtri selektiivsusele. Näiteks:

Kõrgsagedusliku töö ja kitsa ribalaiuse kombinatsioon nõuab väga kõrget Q ja lõpuks jõuame punkti, kus lihtsalt pole võimalik teostada piisava selektiivsusega ribapääsfiltrit. Ribapääsfiltri Q-tegur on määratletud järgmiselt:

 

Seega näeme, et sirgjooneline viis vajaliku Q vähendamiseks on kesksageduse langetamine ja IF-meetodid võimaldavad meil seda täpselt teha. Signaali spektri laius ei muutu, kuid kesksagedus nihutatakse allapoole vahesagedust.

Lihtsam kvadratuuridemodulatsioon
Eelmisest peatükist teame, et kvadratuurdemodulatsioon on tänapäevastes raadiosagedussüsteemides oluline tehnika. Matemaatilised seosed, mis reguleerivad kvadratuurdemodulatsiooni ja I / Q-signaali töötlemist, eeldavad alati ideaalset 90 ° faasinihet. 

Kuid täiuslikkust pole päriselus nii lihtne saavutada ja kvadratuurlülitused pole erand. Kõrvalekalded idealiseeritud 90 ° faasierinevusest, aga ka amplituudi ebakõla I ja Q kanalite vahel põhjustavad vigu demoduleeritud andmetes.

See võib tunduda üldiselt kvadratuurmodulatsiooni probleemina; Mis on ühendus IF vastuvõtjatega? Selgub, et need tõrkeallikad on mitte-IF-arhitektuurides silmatorkavamad, kuna I / Q eraldamine toimub kõrgematel sagedustel ja seetõttu on vaja rohkem eraldusjärgseid võimendus- ja filtrikomponente.

Miks mitte teisendada otse põhiribaks?
Kui IF-vastuvõtja peab raadiosagedusest IF-le sageduse teisendamiseks tegema kõrgsagedusliku vooluahela, siis miks mitte kasutada põhisageduse asemel vahesageduse asemel lihtsalt?

Vastuvõtjale, mis nihutab signaali IF asemel signaali põhiribale, viidatakse otsese muundamise (või homodüüni või null-IF) arhitektuurile. Kas vahesageduse traditsioonilised eelised - st tänapäevaste raadiosagedussüsteemide kontekstis - on piisavad põhjused, miks valida IF otsese muundamise meetodi asemel? 

Vastus sellele küsimusele on mõnevõrra keeruline ja ületab sellel lehel esitatud teemasid. Järgmisel lehel uurime IF-vastuvõtjate kohta lisateavet ja arutame ka heterodüüni vs otsese muundamise küsimust.

kokkuvõte
* Paljud RF-süsteemid sisaldavad vahesagedust (IF), mis on madalam kui kandesagedus ja kõrgem kui põhiriba sagedus. IF-põhist vastuvõtjat tuntakse heterodüünvastuvõtjana.

* IF kasutamine lihtsustab häälestatavate vastuvõtjate kujundamist ja vähendab komponentide arvu, mis peavad ühilduma kõrgete sagedustega.

* IF-arhitektuurid lihtsustavad ribapääsufiltrite kujundamist, kuna vähendatud kesksagedus põhjustab väiksemat Q-koefitsiendi nõuet.

* IF-põhine süsteem võimaldab kvadratuurdemodulatsiooni kindlamat rakendamist.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri