Перейти к содержанию

Супергетеродинный приёмник и промежуточная частота

Трансиверы CC1101 и SX1276 не фильтруют и не демодулируют сигнал прямо на 433 или 868 МГц: сначала они переносят его на низкую промежуточную частоту и выделяют канал уже там, в цифровом виде. Это вариант супергетеродина — схемы приёмника с переносом частоты.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Супергетеродинный приёмник — приёмник, который смесителем переносит принятый сигнал на промежуточную частоту (ПЧ, IF), выделяет нужный канал фильтром на ПЧ и только затем демодулирует. Смеситель перемножает входной сигнал с сигналом гетеродина — местного генератора, частоту которого задаёт синтезатор; перестройка на другой канал меняет частоту гетеродина, а фильтр ПЧ остаётся тем же.

Low-IF в трансиверах

Трансиверы для микроконтроллеров построены по варианту с низкой ПЧ. Так описывает свой приёмник TI (CC1101, разд. 6): малошумящий усилитель усиливает сигнал, смеситель переносит его в квадратуре — двумя составляющими I и Q — на промежуточную частоту, там его оцифровывают АЦП, а автоматическая регулировка усиления, точная канальная фильтрация, демодуляция и синхронизация выполняются в цифровом виде. У SX1276 схема та же: МШУ, смеситель I/Q, пара сигма-дельта АЦП и цифровая обработка; Semtech связывает с низкой ПЧ пригодность чипа для узкополосной связи (даташит, разд. 3).

УзелЧто делает
МШУусиливает слабый сигнал, от него зависит коэффициент шума
Синтезатор и гетеродинзадаёт частоту приёма
Смеситель I/Qпереносит сигнал на ПЧ
АЦП и цифровой трактканальный фильтр, АРУ, RSSI, демодуляция

Зеркальный канал

Смеситель переносит на одну и ту же ПЧ две частоты — полезную и симметричную ей относительно частоты гетеродина. Вторая называется зеркальным каналом: помеха на ней проходит в тракт как полезный сигнал. Квадратурный смеситель с подавлением зеркала ослабляет её; у SX1276 — 35 дБ без калибровки и типично 48 дБ после калибровки (разд. 4.2.3.7), а в таблицах характеристик — подавление зеркального канала 50 дБ для приёмника FSK/OOK (BER 0,1 %) и 66 дБ после калибровки для LoRa (табл. 10, PER 1 %); условия разные, поэтому числа напрямую не сравнивают. Автоматическая калибровка при включении действует только на 434 МГц, и Semtech советует повторить её на рабочей частоте (разд. 4.2.3.8).

Супергетеродин и сверхрегенератор

В дешёвых OOK-модулях 433 МГц встречается другой приёмник — сверхрегенеративный. Патент Samsung сравнивает: сверхрегенератор дешевле, проще, с меньшим числом деталей и работает при меньшем напряжении, чем гомодинный и супергетеродинный приёмники, но уступает им по чувствительности и избирательности (US 7,565,129). Как это сказывается на выборе модуля — в статье «Радиомодули 433 и 868 МГц».

Частые вопросы

Что такое промежуточная частота?

Частота, на которую смеситель переносит принятый сигнал перед фильтрацией и демодуляцией. Канал выделяют фильтром на ПЧ, а не на частоте приёма. В CC1101 и SX1276 ПЧ низкая: сигнал после смесителя в виде составляющих I и Q оцифровывается, а фильтрация и демодуляция идут в цифровом виде (CC1101, разд. 6; SX1276, разд. 3).

Что такое зеркальный канал?

Вторая частота, которая после смесителя попадает на ту же ПЧ, что и полезный сигнал: она лежит по другую сторону от частоты гетеродина. Помеха на зеркальной частоте проходит в приёмник как полезный сигнал, поэтому её подавляют. У SX1276 смеситель с подавлением зеркала даёт 35 дБ без калибровки и 48 дБ после неё (разд. 4.2.3.7).

Чем супергетеродин лучше сверхрегенератора?

Избирательностью и чувствительностью. Патент Samsung называет недостатками сверхрегенеративного приёмника низкие чувствительность и избирательность, обратную развязку и реакцию на субгармоники; зато он дешевле и проще супергетеродинного (US 7,565,129, уровень техники).

Источники

  1. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — разд. 6, рис. 9: приёмник с низкой промежуточной частотой — сигнал усиливается малошумящим усилителем, переносится в квадратуре (I и Q) на ПЧ, оцифровывается АЦП; АРУ, точная канальная фильтрация, демодуляция и синхронизация — в цифровом виде
  2. Semtech. SX1276/77/78/79 Datasheet, Rev. 5 (August 2016) — архивная копия официального файла; разд. 3: полудуплексный трансивер с низкой ПЧ — МШУ, перевод в дифференциальный вид, смеситель переносит сигнал в составляющие I и Q на ПЧ, пара сигма-дельта АЦП, дальше обработка и демодуляция в цифровом виде; узкополосная связь благодаря низкой ПЧ; разд. 2.5.3: приёмник FSK/OOK — подавление зеркального канала IMR 50 дБ (BER 0,1 %), ослабление зеркала IMA 57 дБ; табл. 10 (LoRa): после калибровки 66 дБ (PER 1 %); разд. 4.2.3.7: смеситель с подавлением зеркала — 35 дБ без калибровки, 48 дБ типично после калибровки; разд. 4.2.3.8: калибровка при включении действует только на 434 МГц, её повторяют на рабочей частоте
  3. Samsung Electro-Mechanics. US Patent 7,565,129 B2: Super-regenerative receiver (2009) — описание уровня техники: сверхрегенеративный приёмник дешевле, проще и работает при меньшем напряжении, чем гомодинный и супергетеродинный

Нашли ошибку?

Смотрите также