【大力电子】关于无线遥控的一些事情--之三（二次变频）

Marshal

二次变频

    由于信号随距离衰减的很快，因此接收机必须将之放大几千倍。
   
    由于电感线圈、电容、晶体管等元器件性能的限制，直接放大72Mhz的信号是很不合算的。更糟的是，噪声也经常处于这个频段。不过，低频信号的放大很少引入噪声，并且不易损坏信号的品质。打比方说，麦当娜几个毫瓦的喊叫声，通过音频放大，可以以最高的保真度震撼整个体育场。
   
    1930年代，一个狂热的疯子，同时也是一个天才，Armstrong（阿姆斯特朗，现代无线电之父。好像这个名字挺好，叫这个名字的人都挺牛，比如第一个登月的那个Armstrong，就是一大步一小步的那个；还有著名单车运动员Armstrong，据说他血液的输氧能力比正常人大30%，而且自己战胜了癌症！鸭鸭要是有个儿子，也取这个名字 。不过以上这些都是美国人 ）发现当给接收机注入一个确定频率的信号与接收信号混合时，接收机将产生两个新的带着与接收信号相同调制信息的信号，一个的频率为两者之差，一个为两者之和。例如，一个72.5Mhz的PPM/PCM接收信号和一个72Mhz的本振信号混合，将产生一个带着调制脉冲序列的0.5Mhz信号，就像原来该脉冲序列就是调制在这个0.5Mhz上一样。这就叫做超外差混频，或者缩写为超外差。对于几乎所有的现代接收机（包括模型接收机）来说，0.5Mhz的信号远比72.5Mhz信号容易放大。这个差频，或者中间频率IF（中频），大多数的模型接收机都是455Khz（0.455Mhz），与收音机一样。事实上，这意味着模型接收机和其它的无线电接收机一样，能够使用同样便宜的中频放大元件。

    实际上，大多数的广播接收机都只有一个中频，也即是“一次变频”。由于广播频率间隔基本都达到200Khz（例如：FM广播95.1, 95.3, 95.5 ....），因此455Khz中频的接收机可以很容易的在相邻的频道中挑选出正确的频道。单中频在R/C接收机中也很好的应用，直到1991年，当时只为72Mhz的频段分配了7个以100Khz分隔的频道。难以想象在一大堆乱哄哄的爱好者中只使用7个频道。于是1991年AMA（美国管理协会？）减小了72Mhz频段的信号间隔，由100Khz减为20Khz，这就允许1.0/0.002 = 50个频道，在72Mhz和73Mhz之间。

    实际上，大多数的广播接收机都只有一个中频，也即是“一次变频”。由于广播频率间隔基本都达到200Khz（例如：FM广播95.1, 95.3, 95.5 ....），因此455Khz中频的接收机可以很容易的在相邻的频道中挑选出正确的频道。单中频在R/C接收机中也很好的应用，直到1991年，当时只为72Mhz的频段分配了7个以100Khz分隔的频道。难以想象在一大堆乱哄哄的爱好者中只使用7个频道。于是1991年AMA减小了72Mhz频段的信号间隔，由100Khz减为20Khz，这就允许1.0/0.002 = 50个频道，在72Mhz和73Mhz之间。这样当接收机调谐不准确时，相邻频道的发射机和该接收机产生435或472Khz的中频信号，必然对该接收机产生干扰。当前生产的AM接收机都具有很好的选频性能，（它们的信号只有ON/OFF两种状态，记得吗）典型的将通频带限定为小于5Khz，也就是说任何在450-470Khz以外的信号都被抑制。因此，消除了435和475Khz上的干扰. 因此AM接收机对20Khz的频率分隔无所谓，而FM就倒了霉。

    回忆一下FM，或者更准确的说FSK（频移键控），用载频来表示OFF（高电平），用载频加上5Khz的频率来表示ON（高电平）（注：+5 Khz的是Airtronics阵营, -5 Khz的是Futaba阵营）。考虑一下这个问题：一台Airstronics 14#信道（72.070Mhz载频）的发射机表示OFF时发送72.070Mhz，表示ON时发送72.075Mhz。一次变频的FM接收机将在内部产生一个72.070+0.455=72.525Mhz的本振信号。这就意味着中频表示OFF时为455Khz，ON为455+5=460Khz。现在某人出现了（孔雀绿），拿着一台Futaba 60#信道的接收机（72.990Mhz)，然后开心的发出72.985的高电平信号。14频道的Airstronics接收机，很无辜的将72.985Mhz和他自己的内部本振信号72.525混频，产生了一个72.985-72.525=460Khz的信号，这是它的高电平！于是...摔吧。超外差混频器通过本振信号和外部信号来产生差频，根本不管谁是谁。假如特殊的滤波器和其它巫术虽然可以解决这个问题，但是这又增加了它的成本和调整工作量。更通用的方法是使用两个中间频率，就像多级火箭一样。第一中频10.7Mhz，然后第二中频455Khz。10.7Mhz中频剔除从其它模友那里来的“带内”干扰。这种“二次变频”使用第二块晶体来进行10.7Mhz到455Khz的转换。于是上例中14通道，如果使用二次变频接收机，第一颗晶体为72.070-10.7=61.370Mhz，第二颗晶体10.7-0.455=10.245Mhz（第二颗晶体永远是10.245Mhz - 鸭鸭）。

    二次变频不是万能药。它会增加成本、重量，导致不可靠的复杂性和坠机中多一颗晶体破裂的可能性。

    概要：

* 二次变频被FM接收机用来消除从其他发射机那里来的带内干扰。

* AM接收机不需要二次变频，这就是为什么它们通常更便宜，更轻和更可靠。

* 接收机晶体的实际频率并不等于它使用频道的频率，对于14通道（72.070Mhz）的接收机，它的晶体并非72.070Mhz，具体数值取决于中频。实际的中频各厂家并不相同，因此，不要混用不同厂家的晶体。（例如：不要指望把Futaba晶体插到Hitec接收机上还能够正常工作。）

* 发射机没有超外差混频，所以发射机和接收机晶体也不能互换。（发射机晶体振荡使用5倍泛音，它们和接收机晶体是完全不同的动物。）

关于无线遥控的一些事情系列链接：
关于无线遥控的一些事情--之一（编码篇）
http://www.moz8.com/thread-28891-1-1.html?x=6404

关于无线遥控的一些事情--之二（调制篇）
http://www.moz8.com/thread-28892-1-1.html?x=6404

关于无线遥控的一些事情--之三（二次变频）
http://www.moz8.com/thread-28893-1-1.html?x=6404

关于无线遥控的一些事情--之四（补充篇）
http://www.moz8.com/thread-28894-1-1.html?x=6404

谢谢

逍遥一派

楼主呀，，，您太有才了。。。

明天更快乐

:funk:

美妙旋律

来看看 不懂

Marshal

美妙旋律 发表于 2014-5-3 12:07
来看看 不懂

慢慢就会懂的

爱飞

LZ是天才，坚定完毕

海豚的心事

LZ是天才，坚定完毕