高频无线电接收器的历史：第 2 部分

正如本系列第 1 部分中所讨论的，随着单个或耦合调谐电路的频率增加，选择性会降低到在调谐的较高频率下选择性可能不足的程度。这有助于避免同时听到多个重叠的广播电台。为了解决这个问题，无线电接收器制造商需要将注意力转向超外差技术。这种类型的接收器将来自接收器天线的输入频率转换为固定频率。

恒定选择性和超外差接收机

正如本系列第 1 部分中所讨论的，随着单个或耦合调谐电路的频率增加，选择性会降低到在调谐的较高频率下选择性可能不足的程度。这有助于避免同时听到多个重叠的广播电台。

为了解决这个问题，无线电接收器制造商需要将注意力转向超外差技术。这种类型的接收器将来自接收器天线的输入频率转换为固定频率，无论输入频率是什么。这个固定频率称为中频，或简称为 IF。为了做到这一点，开发了一种称为混频器的特殊非线性无线电阀。图 1 显示了此类混合器的原理图。所有阀门都具有非线性，非线性程度取决于管道或阀门在其网格和结构上的偏置方式。在任何类型的混合阀中，非线性随施加到其控制元件或栅极之一、甚至其阴极的电压而变化，如图 1 所示。非线性仅仅意味着阀门的输出信号不是其输入信号的副本。因此，如果阀门的增益或放大率随着增益控制元件上的电压而变化，则阀门的输出将是增益控制电压和输入信号的组合。现在，如果增益控制元件上的电压是大周期信号，例如源自正弦波振荡器的信号，并且来自天线的输入信号是与该振荡器频率不同的周期信号，则阀的输出将主要由三个主要组成部分组成：那么阀门的输出将是增益控制电压和输入信号的组合。现在，如果增益控制元件上的电压是大周期信号，例如源自正弦波振荡器的信号，并且来自天线的输入信号是与该振荡器频率不同的周期信号，则阀的输出将主要由三个主要组成部分组成：那么阀门的输出将是增益控制电压和输入信号的组合。现在，如果增益控制元件上的电压是大周期信号，例如源自正弦波振荡器的信号，并且来自天线的输入信号是与该振荡器频率不同的周期信号，则阀的输出将主要由三个主要组成部分组成：

频率等于天线频率与振荡器频率之和。
频率是天线频率和振荡器频率之间的差值。
混音器的原始输入信号。

阀门超外差接收器中使用的典型混频器和振荡器示意图。

超外差接收器利用了阀门（或现代装置中的半导体）中的这一特性。现在，假设我们从天线接收到 4 兆赫兹的信号，并且将任意 IF 选择为 450 千赫兹。要将 4 MHz 信号转换为 450 kHz（或 0.45 MHz），需要 4.45 MHz 的振荡器频率。如果天线电路调谐到 30 MHz，则振荡器需要处于 30.450 MHz。中频的固定频率将具有消除这些较高频率的重叠信号的效果，因为如果它们进入混频器，它们也会被转换。然而，它们的频率范围将超出中频滤波器调谐电路的范围。振荡器频率可以比接收频率低或高相同的量，但一般来说，振荡器通常设置为高于所需的输入频率。您还应该注意，混频器输出具有和频电流和差频电流以及输入信号电流。然而，中频滤波器消除了不需要的频率，并且这些频率不会耦合到接收器的下，即中频放大器。

中频放大器特性

中频放大器可能有一个或两个放大器管或电子管，每个电子管在每的输入和输出上都有一个或两个调谐电路。这些过滤掉给定通信目的不需要的所有信号。在高频 (HF) 无线电频段中，所需的信号通常是语音、音乐或两者兼而有之。中频放大器只需要处理这些信号并抑制任何其他信号。在更昂贵的接收器中，需要付出相当大的努力来使中频滤波器的响应具有平坦的顶部和陡峭的侧面，以便不需要的信号急剧下降。

中频放大器级的另一个重要特征是它能够自动调整施加到其上的信号的放大量，以便无论信号有多强，听众都会听到几乎恒定的音量。此功能称为自动增益控制或 AGC。这也是通过使用称为远程截止五极管的特殊中频放大器管来实现的。它们具有特制的控制栅极，可通过施加直流电压来改变电子管的放大倍数，该直流电压源自对 IF 放大器的 IF 信号进行整流。AGC 应用于 IF 放大器管的控制栅极，如图 2 所示。

中频的选择

在本系列的第 1 部分中，我指出，当频率较低时，使用较少的级联或耦合调谐电路更容易获得良好的选择性。因此，似乎中频越低越好。然而，对于超外差设计，存在许多相互冲突的要求，这些要求直接影响所选择的中频，因此这不是一个随意的决定。这一决定也会随着技术进步而改变，如下所示。

图像响应

对于进入接收器混频器级的每个信号，本地振荡器频率的每一侧都会有两个信号，由 IF 频率分开。同一个混频器在中间会有一个输出，这也是事实。接收器天线处的两个输入频率的频率。

看与上面相同的示例，假设我们要接收 4.0 MHz 的信号，并且 IF 为 450 KHz。这意味着本地振荡器的频率为 4.450 MHz。接收器天线处的第二个（图像）频率也将给出相同的 IF 响应，它是 4.90 MHz 的信号。这是输入频率 (4.90 MHz) 和本地振荡器频率 4.450 MHz 之间的差值。在这种情况下，本地振荡器位于输入信号的低端。

现在，接收器无法区分镜像频率和所需信号，除非混频器之前的选择性可以将其消除。如果观察图像情况，就会发现它与所需信号的间隔始终是 IF 频率的两倍。在上面的示例中，所需信号为 4 MHz，IF 为 0.450 MHz。因此，图像比所需信号高 0.90 (2 x 0.45) MHz，即 4.90 MHz。这种关系适用于所有非线性混频器。

接收器前端的单个调谐电路将从该较低频率的有用信号中消除 900 kHz 的镜像。因此，对于天线频率低于约 10 至 15 MHz 的 IF，450 KHz 就足够了。

随着接收频率升高，前端调谐电路的选择性降低。当所需频率上升时，镜像频率（如果有信号）有足够的信号能量，镜像可能是主要信号，特别是当镜像频率上有强信号而所需信号较弱时一。

有两种方法可以避免这种情况。在早期的装置中，天线和混频器之间有一个放大器，该放大器在输入频率上有两个联动调谐电路。调谐电路提高了选择性，并将镜像频率的干扰水平降低到可忽略的水平。当时有一些非常好的无线电接收器示例具有此功能，它们可以调谐到 30 MHz，而不会出现严重的图像问题。其中许多用于国内短波接收机。甚至有些接收器在混频器前面有两个射频放大器。此类接收器 AR88 是一款高性能接收器，在第二次世界大战期间及之后被军方使用，图 3 中显示了其中一个示例。

20 世纪 40 年代高性能无线电接收器 AR88 的内部视图，显示了文本中描述的一些功能。

增加中频

减少镜像问题影响的另一种方法是增加接收器中频的频率。请记住，图像与所需信号的间隔是中频的两倍。因此，中频越高，图像距离越远，这降低了对更清晰的前端调谐电路的要求。然而，特别是在 1920 年代末到 1930 年代中期，很难经济地制造出在较高频率下具有足够选择性的 IF 放大器。其原因是调谐电路内的线圈都是空心的。线圈的电感大约以匝数的平方的比率增加。因此，10 匝线圈的电感值比 30 匝线圈低 9 倍。然而，30匝线圈的电阻只会是10匝线圈的3倍。这意味着要制作更高频率的中频变压器，需要减小电感，但相对于电感，电阻减小的量较小，使得电感与电阻之比更低，从而降低了调谐电路的选择性。早期无线电接收器的中频需要较低才能保持选择性。当时的中频放大器一般调谐在 50 kHz 之间。和 455 kHz。早期无线电接收器的 F. 需要较低才能保持选择性。当时的中频放大器一般调谐在 50 kHz 之间。和 455 kHz。早期无线电接收器的 F. 需要较低才能保持选择性。当时的中频放大器一般调谐在 50 kHz 之间。和 455 kHz。

调谐电路 Q 简介

谐振时的调谐电路的电容器和电感器具有相等且相反的电抗。调谐电路具有所谓的 Q 因子，Q 的意思是“质量”。它的测量值为线圈电抗除以其电阻的比率。电容器还具有 Q 测量值，即电容电抗除以电阻。现在，由于电容器是由通过绝缘介质分隔的金属板制成的，因此没有长线圈，因此电容器的 Q 值比电感器高得多。因此，调谐电路的 Q 值等于其感抗 (XL) 除以其电阻。还应在工作频率下进行测量。Q 因数越高，调谐电路变得越锐利。实际调谐电路的 Q 因子可高达 200 左右。

显示了具有不同 Q 值的五个调谐电路。请注意，Q 越低，频率范围（δ (F) 就越宽）。例如，δ (F) 在 1/2 功率点处要窄得多，因为Q 变得更高。这种情况在每个斜坡上都会发生。

调谐电路的 1/2 功率（电压为 70%）带宽与其 Q 相关，因为带宽 B 等于工作频率 F 除以 Q。因此 B=F/Q，其中带宽的单位与频率。图 4 显示了具有不同 Q 值的五个调谐电路。

铁粉芯介绍

细铁粉与绝缘介质混合，将磁场集中在电感器周围，并大大增加其电感。因此，对于任何给定的电感值，可以使用相当少的电线，这大大降低了电感器的电阻。，这使得增加线圈 Q 值和增加中频成为可能，同时保持适当的选择性。图 5 是 20 世纪 30 年代中期至后期电子管收音机中使用的带铁粉芯 Pi 绕组的典型 IF 变压器的图片。

显示了典型的双调谐 IF 变压器，未显示其电容器和盖子，如电子管无线电接收器中使用的那样。铁粉调谐块可通过螺丝刀调节，以实现共振调节。

选择性和保真度

如果接收器具有低中频并且由于级联调谐电路而具有很强的选择性，则接收到的信号将具有非常尖峰、稀薄且令人不快的音质。这是因为选择性可能非常敏锐，以至于它会切入所需信号的较高音符（如果这是正在收听的内容）。图 4 中的选择性迹线如果是低频 IF，则可以轻松切入所需信号。那么对此可以做什么呢？可以采用陡峭的侧裙来阻挡相邻的电台，但也可以采用平坦的顶部来阻挡中频滤波器的带通（顶部）区域。

调谐电路耦合

到目前为止，我们所研究的所有调谐电路之间几乎没有直接耦合。因此，所提出的滤波器仅具有频率与幅度响应，这是每个响应的简单算术和。

显示了不同耦合程度的双调谐电路对带宽的影响。

如果允许调谐电路直接相互作用，就会对调谐电路产生自然的影响，即互耦。根据耦合程度，耦合的调谐电路表现出频率响应顶部的平坦化，并且进一步的耦合会导致响应中间的下降，这通常是不希望的。侧裙几乎与级联的两个调谐电路一样陡峭，没有相互耦合。图 6 显示了两个调谐电路不同程度的相互耦合的影响。设置所需耦合量的正常方法是将图 5 中的两个 Pi 绕制线圈移得更近或更远。它们越接近，相互耦合就越多。文献中还介绍了其他几种方法，但本文未涵盖。

固态接收器和动态范围 (DR)

随着 20 世纪 60 年代及以后固态（晶体管）无线电接收器的出现，人们发现无线电接收器设计还存在另一个需要解决的紧迫问题：接收器的动态范围 (DR)。随着高频无线电频谱变得越来越拥挤，其中一些电台的发射功率达到兆瓦范围，很明显，良好的选择性不足以消除中频滤波器之前无线电接收机早期阶段产生的干扰。产生的干扰可能会将不需要的信号传递到 IF 滤波器并通过它。无线电接收器内有许多流程对此有贡献，这将在这四部分系列的第 3 部分中介绍。