Гетеродин - Что такое "Гетеродин" и его история.

Гетеродин – генератор, используемый для преобразования частот сигнала в волномерах, приемниках прямого преобразования, супергетеродинных радиоприемниках.

История возникновения.

Раньше под названием «гетеродин» подразумевался радиоприемник, который имел дополнительный высокочастотный генератор, настраиваемый на частоту, близкую к частоте сигнала, который принимается. В широкие массы этот приемник попал не так давно – в начале 70-х годов прошлого века. Сама гетеродинная система была создана в 1905 году Р.А.Фессенденом. В те времена еще использовались детекторные приемники и искровые передатчики, которые были созданы на основе заполненной железными опилками стеклянной трубки с несколькими выводами – когерера. Реле радиоприемника срабатывало из-за уменьшения сопротивляемости когерера при воздействии приходящей волны поля и возникновении микроскопических разрядов между металлическими опилками. Во время поведения испытаний было замечено, что приемник имеет большую чувствительность к слабым сигналам, если к нему присоединить даже самый маломощный генератор, настроенный при этом на примерно ту же частоту, что и принимаемый сигнал. Этот генератор стали называть гетеродином, а сам приемных прозвали гетеродинным.

После изобретения кристаллического детектора в 1906-1908 годах и перехода на излучение незатухающих колебаний гетеродинный приемник пользовался наибольшей популярностью. Так как нестабильные контакты опилок заменил единственный контакт между металлическим острием и кристаллом полупроводника. Между кристаллическим детектором и современным полупроводниковым диодом существенных различий собственно и нет.

В те времена в антенном контуре колебания незатухающего характера получались при помощи разряда дугового, который поддерживал радиочастотные колебания, благодаря внесению в контур отрицательного сопротивления. Электромагнитные генераторы тогда широко использовались на сверхдлинных волнах.

Телеграфная радиолиния тех лет имела следующую картину:

где S1 – замыкающий цепь радиатора радиочастотных колебаний (G1) телеграфный ключ. Осуществляя прием детектора, в цепь происходило включение реле или телефонной трубки – B1. При этом слышался в телефоне только треск и помехи.

В приемнике происходило воздействие на детектор гетеродинного и входного сигналов, первый из которых значительно превосходил по амплитуде. При отличии частоты гетеродина G1 от G2 – частоты самого генератора – на VD1(выходе детектора) происходило разночастотное напряженное биение, которое значительно превышало продетектированный сигнал, повышая громкость и чувствительность приема. Так телеграфные сигналы тали звучать «морзянкой».

Схема гетеродина в приемнике имела такой вид:

Со временем эти приемники обросли доработками и вариациями. Приводим общую таблицу радиоприемных устройств, которые классифицированы по типу действия:

После того, как изобрели супергетеродин, этот генератор прозвали «геретодином».

Уникальные возможности современного гетеродина нашли себя в применении микропроцессоров, в самой обработке сигналов. Суть этого процесса заключается в преобразовании в цифровую форму сигнала при помощи АЦП и его поступление в цифровой процессор для дальнейшей фильтрации и демодуляции, и т.п.

Цифровая фильтрация нашла широкое применение в радиолокационных системах, сложных радиосистемах (космической, например).

Гетеродин входит в состав спутникового конвертера вместе с предусилителем LNA. Конвертер преобразует электромагнитные частоты Ku- и С-диапазона (10700-12750 и 3400-4200 МГц соответственно) в L-диапазон – промежуточную частоту (950-2150 МГц) для дальнейшей передачи до потребителя с малейшими потерями посредством коаксиального кабеля. Это устройство устанавливается на выносном кронштейне спутниковой антенны и применяется многими современными операторами спутниковой связи – «Триколор ТВ», «НТВ Плюс», «Hotbird». Конверторы могут быть цифровыми или обычными. Отличаются они друг от друга величиной фазового шума гетеродина. Для успешного приема спутникового сигнала рекомендовано применять гетеродин с нормированным фазовым шумом.

Для упрощения электрической схемы Ku-диапазона, его разбили на 2 части, которые можно выбирать при помощи переключения гетеродина. Частота гетеродина в этом случае представлена двумя величинами: 9750 МГц и 10600МГц, такой конвертер называется Full Band. По кабелю снижения в этом устройстве также осуществляется управление поляризация сигнала, который принимается. Для этого применяют управляющие сигналы: 13В для V, 18В для Н (вертикальной и горизонтальной поляризаций соответственно). Современную спутниковую связь невозможно представить без использования гетеродина.