In che modo una radio AM filtra solo la frequenza desiderata?

Capisco che le onde elettromagnetiche nell'aria inducono una corrente alternata nell'antenna. Capisco anche come, una volta filtrato il segnale per ottenere la frequenza desiderata, è possibile ottenere l'inviluppo del segnale e guidare un altoparlante.

Quello che non capisco è il bit nel mezzo, in cui la radio prende il segnale dall'antenna e filtra solo la frequenza desiderata. Supponiamo che sia una radio molto semplice che si preoccupa solo di una singola frequenza. Puoi spiegare come funziona in elettronica e come funzionerebbe se tu stessi provando a scrivere una radio in un software basato su dati campionati discretamente?

Usa qualcosa chiamato un filtro. Puoi creare filtri da ogni sorta di cose diverse.

I filtri RC realizzati con resistori e condensatori sono probabilmente i più semplici da capire. Fondamentalmente, il condensatore agisce come un resistore, ma con una resistenza diversa a frequenze diverse. Quando si aggiunge un resistore, è possibile creare un partitore di tensione dipendente dalla frequenza. Questo si chiama filtro RC. Puoi realizzare filtri passa alto e passa basso con un resistore e un condensatore. Un filtro passa basso è progettato per passare basse frequenze e bloccare le alte frequenze, mentre un filtro passa alto fa il contrario. Un passaggio basso in serie con un passaggio alto forma un passa-banda, che passa le frequenze all'interno di un certo intervallo e blocca altre frequenze. Si noti che il funzionamento di un filtro RC (e la maggior parte dei filtri, per quella materia) dipenderà dalla sorgente e dall'impedenza di carico.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

I filtri possono anche essere realizzati con altri componenti, come gli induttori. Anche gli induttori agiscono come resistori, ma cambiano nella direzione opposta rispetto ai condensatori. Alle basse frequenze, un induttore sembra un breve mentre un condensatore sembra un aperto. Alle alte frequenze, un induttore sembra aperto mentre un condensatore sembra corto. I filtri LC sono un tipo di filtro costruito con induttori e condensatori. È possibile realizzare un filtro LC piuttosto nitido che si interrompe rapidamente ed è facile da sintonizzare con un condensatore variabile. Questo è ciò che viene normalmente fatto per le radio semplici come le radio di cristallo.

^{simula questo circuito}

È possibile creare filtri passa-banda da tutto ciò che ha una frequenza di risonanza. Un condensatore e un induttore in serie o in parallelo formano un circuito serbatoio risonante che può essere utilizzato come filtro passa-banda o passa-banda, a seconda di come lo si collega. Un'antenna è anche un filtro passa-banda: riceverà bene solo frequenze che hanno lunghezze d'onda attorno alle dimensioni dell'antenna. Troppo grande o troppo piccolo e non funzionerà. Le cavità possono anche essere utilizzate come filtri: una scatola di metallo sigillata ha varie modalità di onda stazionaria e queste possono essere sfruttate per essere utilizzate come filtri. Le onde elettroniche possono anche essere convertite in altre onde, come le onde acustiche, e filtrate. I filtri SAW (onde acustiche di superficie) e i filtri a cristallo funzionano entrambi per risonanza meccanica e utilizzano l'effetto piezoelettrico per interfacciarsi con il circuito. È anche possibile costruire filtri dalle linee di trasmissione sfruttando la loro induttanza e capacità intrinseca, nonché sfruttando le interferenze costruttive e distruttive risultanti dalle riflessioni. Ho visto un certo numero di filtri a banda per microonde che sono fatti da un pezzo di rame di forma folle stampato su un PCB. Questi sono chiamatifiltri per elementi distribuiti . Per inciso, la maggior parte di questi altri filtri possono essere tutti modellati come circuiti LC o RLC.

Ora, una radio definita da software è un animale completamente diverso. Dato che stai lavorando con i dati digitali, non puoi semplicemente lanciare alcuni resistori e condensatori al problema. Invece, puoi utilizzare alcune topologie di filtro standard come FIR o IIR. Questi sono costruiti da una cascata di moltiplicatori e additivi. L'idea di base è quella di creare una rappresentazione nel dominio del tempo del filtro che ti serve, quindi contorcere questo filtro con i dati. Il risultato sono dati filtrati. È possibile costruire filtri FIR passa-basso e passa-banda.

Il filtro va di pari passo con la conversione di frequenza. C'è un parametro che vedrai in tutto il luogo chiamato Q. Questo è il fattore qualità. Per i filtri passa-banda, è correlato alla larghezza di banda e alla frequenza centrale. Se vuoi realizzare un filtro largo 100 Hz a 1 GHz, avresti bisogno di un filtro con una Q astronomicamente alta, che è impossibile costruire. Quindi, invece, ciò che fai è filtrare con un filtro Q basso (largo), convertire verso il basso a una frequenza inferiore e quindi filtrare con un altro filtro Q basso. Tuttavia, se si converte 1 GHz in, diciamo, 10 MHz, un filtro da 100 Hz ha un Q molto più ragionevole. Questo è spesso fatto nelle radio e possibilmente con più di una conversione di frequenza. Inoltre,

Nel caso dei filtri digitali, più lungo è il filtro, maggiore è la Q e più selettivo diventa il filtro. Ecco un esempio di un filtro passa-banda FIR:

La curva superiore è la risposta in frequenza del filtro e la curva inferiore è un diagramma dei coefficienti del filtro. Puoi pensare a questo tipo di filtro come un modo per cercare forme corrispondenti. I coefficienti di filtro contengono componenti di frequenza specifici. Come puoi vedere, la risposta oscilla un po '. L'idea è che questa oscillazione corrisponderà alla forma d'onda di input. I componenti di frequenza che corrispondono da vicino appariranno nell'output e i componenti di frequenza che non verranno cancellati. Un segnale viene filtrato facendo scorrere i coefficienti di filtro lungo il segnale di ingresso un campione alla volta e ad ogni offset i campioni di segnale e i coefficienti di filtro corrispondenti vengono moltiplicati e sommati. Questo finisce sostanzialmente per calcolare la media dei componenti del segnale che non corrispondono al filtro.

Questo viene fatto usando un sistema di sintonia Heterodyne. Ad esempio, supponiamo che tu voglia sintonizzarti su una stazione a 1200kHZ. Impostate la vostra manopola di sintonia su "1200", che imposta un oscillatore locale per generare una frequenza di 745kHz. Quando li mescoli, una delle frequenze risultanti è la differenza (la frequenza che vuoi sintonizzare - 745kHz).

Il prossimo stadio è un amplificatore a banda stretta sintonizzato su 455kHz. Ciò che ora è a 455 kHz era 455 + 745 o 1200 kHz in arrivo, la stazione che si voleva ricevere. Questo (455kHz) viene amplificato e rilevato, con conseguente ascolto dell'audio per quella stazione.
Altre frequenze sono ancora ricevute, ovviamente. Ma la loro frequenza risultante sarà diversa da 455kHz, quindi non saranno amplificati.

L'utilizzo della frequenza intermedia 455 kHz (negli Stati Uniti) è stato deciso perché era al di sotto della banda AM standard (da 535 kHz a 1610 kHz), quindi non vi sarebbero state interferenze con alcuna stazione che si stava tentando di ricevere.

Questo è per la ricezione del segnale radio analogico. Per ulteriori dettagli, è possibile controllare Heterodyne , Perché la conversione in frequenza intermedia? e frequenza intermedia .

L'antenna di una radio riceverà molti segnali allo stesso modo. ciò che vogliamo è filtrare le altre stazioni e consentire solo il segnale della stazione su cui siamo sintonizzati. il modo in cui inizialmente fu fatto era usare sia un induttore che un condensatore variabile. Ad una certa frequenza, la reattanza induttiva eguaglierà la reattanza capacitiva, Xl = Xc, dando la minima quantità di impedenza a quel segnale. quel segnale viene quindi inviato per essere amplificato dai circuiti rimanenti nella radio, mentre le altre frequenze vengono soppresse perché non sono a quella frequenza di risonanza. Finché la Q del filtro è abbastanza alta, è possibile eliminare le altre stazioni dall'amplificazione. Anche di interesse, questo circuito induttivo / capacitivo oscilla, nel vero senso degli oscillatori ... il che significa che ha un guadagno superiore a 1 ed è guidato da una corrente.

a mio avviso l'onda MODULATA AMPLITUDINE (contenente l'onda portante e i dati (voce), è mescolata con la frequenza intermedia che è sfasata di 180 gradi, in modo da eliminare le informazioni (voce). ricordare in teoria ac che ondeggiano fuori da sottrazione di fase e onde in fase aggiungono qui la stessa idea.