Tại sao siêu nhân tốt hơn chuyển đổi trực tiếp?

Lợi thế của việc có thêm giai đoạn IF, bộ tạo dao động cục bộ bổ sung và giai đoạn lọc bổ sung và khuếch đại. Nó chỉ có vẻ như nhiều công việc và mạch. Chắc chắn việc chuyển đổi trực tiếp sang băng tần cơ sở và chuyển đổi trung gian sang băng tần cơ sở đều đi qua cùng một bộ lọc băng thông ở cuối dải tần cách ly dải tần gốc?

Tôi thấy các câu trả lời như 'nó cho phép sử dụng mạch chung thay vì mạch riêng cho từng tần số', về cơ bản:

Nếu không sử dụng IF, tất cả các bộ lọc và máy dò phức tạp trong radio hoặc TV sẽ phải được điều chỉnh đồng nhất mỗi khi tần số được thay đổi, là điều cần thiết trong các máy thu tần số vô tuyến được điều chỉnh sớm

Nhưng tôi không hiểu vì tất cả chúng có thể được điều chỉnh theo tín hiệu băng cơ sở chứ không phải IF, loại bỏ vấn đề được mô tả.

Tôi cũng thấy:

Vì vậy, băng thông hẹp hơn và có nhiều độ chọn lọc hơn có thể đạt được bằng cách chuyển đổi tín hiệu thành IF thấp hơn và thực hiện lọc ở tần số đó

Nhưng tại sao không thực hiện lọc chỉ ở tần số băng cơ sở IF = 0. Đó là một IF thấp hơn, đúng. Việc bổ sung giai đoạn băng thông IF có cải thiện độ sắc nét của băng thông cuối cùng so với thực hiện trực tiếp không?

Nhược điểm duy nhất tôi có thể hiểu là bộ tạo dao động cục bộ bị rò rỉ và điều này không xảy ra nhiều hơn ở tần số cao hơn? Một IF có thể cho phép LO đầu tiên dao động chậm hơn nhiều.

Có khá nhiều lợi thế.

Nhìn vào một siêu nhân điển hình (lên đến IF):

Tín hiệu đầu vào ở đầu vào RF nhỏ (thấp đến -122dBm trong một số hệ thống thoại băng tần hẹp mà tôi đã làm việc - đó là khoảng 6,3fW)

Để khuếch đại tín hiệu ở tần số RF cao (giả sử vài GHz) là tốn kém so với thực hiện khuếch đại đó ở tần số thấp hơn. Một vài dB của mức tăng RF thường là đủ để xử lý tín hiệu đến giai đoạn IF.

Băng thông của bộ lọc đầu vào phải nhỏ hơn khoảng cách kênh (thường nhỏ hơn băng thông đầu ra) nên dễ thực hiện hơn.

Sự từ chối hình ảnh băng thông bộ lọc được thiết lập bởi các tần số dao động địa phương (tại RF +/- IF), vì vậy việc lựa chọn một tương đối thấp NẾU phương tiện mà hình ảnh từ chối là tương đối dễ dàng để làm là tốt.

Bộ khuếch đại IF thường là nơi phần lớn việc tăng tín hiệu được thực hiện với chi phí tương đối thấp và độ phức tạp thấp (so với việc cố gắng làm điều đó ở tần số cao hơn). Bộ lọc ngăn chặn chảy qua và đặt băng thông tín hiệu thành băng thông thông tin.

Một ưu điểm lớn khác là mọi thứ sau khi bộ trộn được cố định - không cần điều chỉnh trong quá trình hoạt động bình thường, đó là lý do tại sao dải tín hiệu động có thể cao. Tôi đã không hiển thị AGC (chỉ luôn luôn có mặt) nhưng đó cũng là một đoạn cố định (động).

Một cải tiến là siêu nhân đôi (2 giai đoạn IF) mà tôi đã làm việc với nhiều thập kỷ trước và chúng vẫn còn rất phổ biến.

Có người nhận chuyển đổi trực tiếp nhưng chúng gặp phải một số vấn đề, đặc biệt là dải động của tín hiệu.

[Cập nhật]

Để đối phó với những nhận xét, có rất rộng phạm vi hoạt động chuyển đổi trực tiếp thu (một nguồn có thể niêm yết); những thứ này đã xuất hiện được một thời gian và thường được tìm thấy trong SDR các thiết lập .

Một cách tiếp cận phần cứng hoàn toàn ủng hộ superhet.

Lưu ý rằng câu trả lời này bị lệch về phía thu sóng radio tương tự. Các quy tắc là khác nhau đối với radio được xác định bằng phần mềm và cho các dịch vụ kỹ thuật số.

$f_c + f_s$$f_c - f_s$$f_c$$f_s$

Hạn chế lớn thứ hai là lượng tăng bạn cần ở một tần số. Người nhận cần rất nhiều lợi ích, và máy trộn thường là yếu tố giới hạn trong phạm vi năng động cao. Vì vậy, bạn muốn đặt tất cả lợi ích của mình sau bộ trộn đầu tiên, có xu hướng là tín hiệu gây nhiễu nhất. Đối với máy thu SSB nhạy cảm, mức tăng này có thể vượt quá 120dB. Thật khó để không thể có được mức tăng đó mà không dao động. Trên thực tế, nếu bạn xem tài liệu radio nghiệp dư, bạn sẽ thấy rằng hầu hết các máy thu chuyển đổi trực tiếp đều có tai nghe - có một lý do cho việc này.

Các vấn đề khác là LO chảy máu và khó đạt được bộ khuếch đại có độ ồn thấp, trở kháng thấp ở tần số âm thanh.

Vì vậy, tất cả những nhược điểm này khiến bạn có một lợi thế khác biệt khi đặt ít nhất một số bộ lọc và thu được trước khi chuyển đổi cuối cùng thành âm thanh - một khi bạn cho rằng một bước như vậy là cần thiết, tôi nghĩ những lý do khiến bạn bối rối sẽ đột nhiên có ý nghĩa .

Có, máy thu chuyển đổi trực tiếp tồn tại, nhưng chúng đòi hỏi sự chăm sóc đặc biệt, đặc biệt với một số loại điều chế nhất định.

Ví dụ, với điều chế SSB, để loại bỏ dải tần không mong muốn, bộ giải mã băng cơ sở của bạn phải có khả năng phân biệt giữa "tần số dương" và "tần số âm". Điều này không phải là nhỏ, và chỉ thực sự sử dụng DSP.

Tương tự, nếu bạn dịch tần số trung tâm của tín hiệu FM hoặc PM xuống 0 Hz, một lần nữa bạn cần phân biệt tần số dương và âm để giải điều chế nó đúng.

Ngay cả với tín hiệu AM hoặc DSB, trong đó các dải bên chứa thông tin giống hệt nhau, trừ khi chuyển đổi của bạn là hoàn hảo (LO của bạn khớp chính xác với tần số sóng mang đã nhận), bạn sẽ bị méo - hoặc âm không đổi từ sóng mang AM.

Superheterodyne được phát minh vào thời mà việc giải điều chế được thực hiện bởi các máy dò đường bao đơn giản, không có bất kỳ sự phân biệt tần số nào, chứ đừng nói đến việc phân biệt giữa tần số dương và âm. Tất cả sự chọn lọc phải được áp dụng trước khi giải điều chế, điều này trở lại với lý do bạn tìm thấy - bạn cần các bộ lọc có thể theo dõi tần số sóng mang với băng thông không đổi hoặc bạn chuyển đổi sang tần số trung gian cố định nơi bạn có thể sử dụng các bộ lọc cố định.

Chuyển đổi trực tiếp là khái niệm đơn giản, nhưng đòi hỏi kỹ thuật đáng kể để làm điều đó đúng. Bên cạnh câu trả lời của Dave & Tim, có một vấn đề tiềm ẩn nguy hiểm tiềm ẩn với chuyển đổi trực tiếp ...

Hầu hết các bộ trộn (thậm chí cả hai bộ cân bằng) đều rò rỉ công suất dao động cục bộ sang cả cổng RF và cổng IF. Nguồn điện bị rò rỉ ngược qua cổng RF tới ăng ten có thể gây ra sự cố. Ngay cả với cân bằng bộ trộn tuyệt vời, năng lượng Dao động cục bộ được bức xạ lại thường lớn hơn nhiều so với tín hiệu đến.
LO tái bức xạ có thể được sửa đổi (pha, biên độ) và nhập lại anten thu, trở lại bộ trộn. Cân bằng máy trộn có thể bị ảnh hưởng bất lợi. Đồng thời, tín hiệu băng cơ sở được tạo ra tại cổng đầu ra của bộ trộn có thể làm hỏng tín hiệu dải cơ sở mong muốn.

Một số cảm biến chuyển động, máy dò "lỗi" tận dụng quá trình này, trong đó tín hiệu băng cơ sở "giả" là kết quả mong muốn, cho biết chuyển động chẳng hạn.

Một máy thu tuyến tính thường được mong muốn nhất, trong trường hợp đó bạn không muốn năng lượng dao động cục bộ tìm đường quay trở lại nguồn tín hiệu. Có sự cân bằng bộ trộn tuyệt vời là một sự khởi đầu, thêm một preamp RF mạnh mẽ với sự cách ly đầu ra-đầu vào tốt cũng giúp. Tất cả khó khăn khi tần số tăng lên.

Không ai khác đã đề cập đến vấn đề bù tần số trong các giai đoạn trộn. Bộ trộn RF làm hết sức mình để phù hợp với tần số của sóng mang, nhưng vẫn sẽ có sự khác biệt dẫn đến việc IF có độ lệch so với tần số mong muốn. Giai đoạn IF có tần số trung tâm khác không cho phép sử dụng PLL để theo dõi tín hiệu IF và loại bỏ hầu hết tần số bù.

Thông thường sẽ dễ dàng hơn và rẻ hơn để tạo PLL tốt nhất ở tần số IF thay vì tần số RF.

Bạn có thể sử dụng hai bộ trộn để chuyển đổi tín hiệu thu được thành I và Q, nhưng điều đó sẽ đòi hỏi hai PLL tần số RF đắt tiền cũng phải có độ lệch pha 90 độ cố định. Đây cũng là điều dễ dàng hơn nhiều và rẻ hơn để làm ở tần số IF.

Vấn đề là từ chối LO trộn, và gần với nhiễu pha LO. 20dB là tầm thường ra khỏi hộp. 40dB là đơn giản với việc chăm sóc. 60dB là có thể với anh hùng và điều chỉnh năng động. 80dB có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong một thời gian ngắn, ở tần số tại chỗ, nếu bạn may mắn và nhiệt độ không thay đổi. Bạn cần> 120dB để có được một bộ thu chuyển đổi trực tiếp để hoạt động cũng như một siêu âm.

Trừ khi bạn đang sử dụng OFDM. Ở đó bạn có hàng tá nhà mạng và không phải tất cả đều được sử dụng cho dữ liệu. Có một số cho phi công, một số cho các băng bảo vệ và trong một số hệ thống tiên tiến có một số chỉ được sử dụng để giảm điện áp RF cao nhất của đoàn để giảm bớt các vấn đề tuyến tính của máy phát. Vì vậy, việc để lại một số nhà mạng không có dữ liệu về họ tại và xung quanh trung tâm kênh (DC nếu chúng ta đang nói về các cơ sở IQ, LO cho người nhận chuyển đổi trực tiếp) sẽ không hiệu quả lớn.