Làm thế nào để một đài phát thanh AM chỉ lọc ra tần số mong muốn?

Tôi hiểu rằng sóng điện từ trong không khí tạo ra một dòng điện xoay chiều trong ăng ten. Tôi cũng hiểu làm thế nào, một khi bạn lọc tín hiệu để có được tần số mong muốn, bạn có thể lấy đường bao của tín hiệu và lái loa.

Điều tôi không hiểu là bit ở giữa, nơi radio lấy tín hiệu từ ăng-ten và lọc ra tần số mong muốn. Nói rằng đó là một đài phát thanh rất đơn giản chỉ quan tâm đến một tần số duy nhất. Bạn có thể giải thích cách thức hoạt động của thiết bị điện tử này không và cách thức hoạt động nếu bạn đang cố gắng viết radio trong phần mềm dựa trên dữ liệu được lấy mẫu một cách riêng biệt?

Nó sử dụng một cái gì đó gọi là bộ lọc. Bạn có thể xây dựng các bộ lọc từ tất cả các loại khác nhau.

Bộ lọc RC được làm từ điện trở và tụ điện có lẽ là đơn giản nhất để hiểu. Về cơ bản, tụ điện hoạt động như một điện trở, nhưng có điện trở khác nhau ở các tần số khác nhau. Khi bạn thêm một điện trở, bạn có thể xây dựng một bộ chia điện áp phụ thuộc tần số. Đây được gọi là bộ lọc RC. Bạn có thể tạo bộ lọc thông cao và thông thấp với một điện trở và một tụ điện. Bộ lọc thông thấp được thiết kế để vượt qua tần số thấp và chặn tần số cao, trong khi bộ lọc thông cao thì ngược lại. Một đường chuyền thấp nối tiếp với đường chuyền cao tạo thành một dải thông, vượt qua các tần số trong một phạm vi và chặn các tần số khác. Lưu ý rằng hoạt động của bộ lọc RC (và hầu hết các bộ lọc, đối với vấn đề đó) sẽ phụ thuộc vào trở kháng nguồn và tải.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Bộ lọc cũng có thể được thực hiện với các thành phần khác, chẳng hạn như cuộn cảm. Cuộn cảm cũng hoạt động như điện trở, nhưng chúng thay đổi theo hướng ngược lại là tụ điện. Ở tần số thấp, một cuộn cảm trông giống như một đoạn ngắn trong khi tụ điện trông giống như một lỗ mở. Ở tần số cao, một cuộn cảm trông giống như một lỗ mở trong khi tụ điện trông giống như một đoạn ngắn. Bộ lọc LC là một loại bộ lọc được xây dựng với cuộn cảm và tụ điện. Có thể tạo một bộ lọc LC khá sắc nét, cắt nhanh chóng và dễ dàng điều chỉnh với một tụ điện biến đổi. Đây là những gì thường được thực hiện cho các radio đơn giản như radio tinh thể.

^{mô phỏng mạch này}

Bạn có thể tạo bộ lọc thông dải từ bất kỳ thứ gì có tần số cộng hưởng. Một tụ điện và một cuộn cảm nối tiếp hoặc song song tạo thành một mạch bể cộng hưởng có thể được sử dụng làm bộ lọc thông dải hoặc bộ lọc băng thông, tùy thuộc vào chính xác cách bạn nối nó. Ăng-ten cũng là một bộ lọc thông dải - nó sẽ chỉ nhận được tần số tốt có bước sóng xung quanh kích thước của ăng-ten. Quá lớn hoặc quá nhỏ và nó sẽ không hoạt động. Sâu răng cũng có thể được sử dụng làm bộ lọc - một hộp kim loại kín có nhiều chế độ sóng đứng khác nhau và chúng có thể được khai thác để sử dụng làm bộ lọc. Sóng điện tử cũng có thể được chuyển đổi sang các sóng khác, chẳng hạn như sóng âm và được lọc. Cả bộ lọc SAW (sóng âm bề mặt) và bộ lọc tinh thể đều hoạt động bằng cộng hưởng cơ học và sử dụng hiệu ứng áp điện để giao tiếp với mạch. Cũng có thể xây dựng các bộ lọc ra khỏi các đường truyền bằng cách khai thác điện cảm và điện dung vốn có của chúng cũng như bằng cách khai thác nhiễu có tính xây dựng và phá hủy do phản xạ. Tôi đã thấy một số bộ lọc băng vi sóng được làm từ một miếng đồng có hình dạng điên rồ được in trên PCB. Chúng được gọi làbộ lọc phần tử phân tán . Ngẫu nhiên, hầu hết các bộ lọc khác đều có thể được mô hình hóa thành các mạch LC hoặc RLC.

Bây giờ, một đài phát thanh được xác định phần mềm là một động vật khác nhau hoàn toàn. Vì bạn đang làm việc với dữ liệu số, bạn không thể ném một số điện trở và tụ điện vào vấn đề. Thay vào đó, bạn có thể sử dụng một số cấu trúc liên kết bộ lọc tiêu chuẩn như FIR hoặc IIR. Chúng được xây dựng từ một loạt các số nhân và bộ cộng. Ý tưởng cơ bản là tạo một biểu diễn miền thời gian của bộ lọc bạn cần và sau đó kết hợp bộ lọc này với dữ liệu. Kết quả là dữ liệu được lọc. Có thể xây dựng các bộ lọc FIR thông thấp và băng thông thấp.

Lọc đi đôi với chuyển đổi tần số. Có một tham số mà bạn sẽ thấy ở khắp nơi được gọi là Q. Đây là yếu tố chất lượng. Đối với các bộ lọc thông dải, nó có liên quan đến băng thông và tần số trung tâm. Nếu bạn muốn tạo bộ lọc rộng 100 Hz ở tần số 1 GHz, bạn sẽ cần một bộ lọc có Q. cao về mặt thiên văn, không thể xây dựng được. Vì vậy, thay vào đó, những gì bạn làm là lọc với bộ lọc Q (rộng) thấp, chuyển hướng xuống tần số thấp hơn và sau đó lọc với một bộ lọc Q thấp khác. Tuy nhiên, nếu bạn chuyển đổi 1 GHz thành 10 MHz, bộ lọc 100 Hz có Q. hợp lý hơn nhiều. Điều này thường được thực hiện trong radio và có thể có nhiều hơn một chuyển đổi tần số. Ngoài ra,

Trong trường hợp bộ lọc kỹ thuật số, bộ lọc càng dài, Q càng cao và bộ lọc càng trở nên chọn lọc. Dưới đây là ví dụ về bộ lọc băng thông FIR:

Đường cong trên cùng là đáp ứng tần số của bộ lọc và đường cong dưới cùng là một biểu đồ của các hệ số bộ lọc. Bạn có thể nghĩ về loại bộ lọc này như một cách tìm kiếm các hình dạng phù hợp. Các hệ số bộ lọc chứa các thành phần tần số cụ thể. Như bạn có thể thấy, phản ứng dao động một chút. Ý tưởng là dao động này sẽ phù hợp với dạng sóng đầu vào. Các thành phần tần số khớp với nhau sẽ xuất hiện trong các thành phần đầu ra và tần số không bị hủy bỏ. Một tín hiệu được lọc bằng cách trượt các hệ số bộ lọc dọc theo một mẫu tín hiệu đầu vào tại một thời điểm và tại mỗi lần bù, các mẫu tín hiệu tương ứng và hệ số bộ lọc được nhân và tổng. Điều này về cơ bản kết thúc trung bình ra các thành phần tín hiệu không phù hợp với bộ lọc.

Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một hệ thống điều chỉnh Heterodyne. Ví dụ: giả sử bạn muốn điều chỉnh trong một trạm ở 1200kHZ. Bạn đặt quay số điều chỉnh của mình thành "1200", đặt bộ tạo dao động cục bộ để tạo ra tần số 745kHz. Khi bạn trộn chúng, một trong những tần số kết quả là sự khác biệt (tần số bạn muốn điều chỉnh - 745kHz).

Giai đoạn tiếp theo là một bộ khuếch đại băng tần hẹp được điều chỉnh đến 455kHz. Những gì bây giờ ở mức 455kHZ là 455 + 745 hoặc 1200kHZ đến, trạm bạn muốn nhận. Điều này (455kHz) được khuếch đại và phát hiện, dẫn đến âm thanh cho trạm đó được nghe.
Các tần số khác vẫn được nhận, tất nhiên. Nhưng tần số kết quả của chúng sẽ khác nhau hơn 455kHz, vì vậy chúng sẽ không được khuếch đại.

Việc sử dụng tần số trung gian 455kHZ (ở Mỹ) đã được quyết định vì nó nằm dưới dải AM tiêu chuẩn (535kHZ đến 1610kHz) nên sẽ không có nhiễu với bất kỳ trạm nào bạn đang cố gắng nhận.

Điều này là để thu tín hiệu radio tương tự. Để biết thêm chi tiết, bạn có thể kiểm tra Heterodyne , Tại sao chuyển đổi sang Tần số trung gian? và tần số trung gian .

Ăng-ten của radio sẽ nhận được nhiều tín hiệu như nhau. những gì chúng tôi muốn là lọc ra các trạm khác và chỉ cho phép tín hiệu của trạm chúng tôi được điều chỉnh. cách này ban đầu được thực hiện là sử dụng cả tụ điện và tụ điện biến đổi. Ở một số tần số, phản ứng cảm ứng sẽ bằng với phản ứng điện dung, Xl = Xc, tạo ra trở kháng ít nhất cho tín hiệu đó. tín hiệu đó sau đó được gửi đi để được khuếch đại bởi các mạch còn lại trong radio, trong khi các tần số khác bị triệt tiêu vì chúng không ở tần số cộng hưởng đó. Miễn là Q của bộ lọc đủ cao, bạn có thể loại bỏ các trạm khác khỏi bị khuếch đại. Cũng đáng quan tâm, mạch điện cảm / điện dung này dao động, theo nghĩa thực sự của bộ dao động ... có nghĩa là nó có mức tăng trên 1 và được điều khiển bởi một dòng điện.

theo ý kiến ​​của tôi, sóng điều chế AMPLITUDE (chứa sóng mang và dữ liệu (giọng nói), được trộn lẫn với tần số trung gian lệch pha 180 độ, do đó tạo ra thông tin (giọng nói). trừ pha và sóng inphase thêm? cùng ý tưởng ở đây.