Comment une radio AM filtre-t-elle uniquement la fréquence souhaitée?

Je comprends que les ondes électromagnétiques dans l'air induisent un courant alternatif dans l'antenne. Je comprends également comment, une fois que vous filtrez le signal pour obtenir la fréquence souhaitée, vous pouvez obtenir l'enveloppe du signal et piloter un haut-parleur.

Ce que je ne comprends pas, c'est le bit au milieu, où la radio prend le signal de l'antenne et filtre uniquement la fréquence souhaitée. Disons que c'est une radio très simple qui ne se soucie que d'une seule fréquence. Pouvez-vous expliquer comment cela fonctionne en électronique et comment cela fonctionnerait si vous essayiez d'écrire une radio dans un logiciel basé sur des données échantillonnées discrètement?

Il utilise ce qu'on appelle un filtre. Vous pouvez créer des filtres à partir de toutes sortes de choses différentes.

Les filtres RC constitués de résistances et de condensateurs sont probablement les plus simples à comprendre. Fondamentalement, le condensateur agit comme une résistance, mais avec une résistance différente à différentes fréquences. Lorsque vous ajoutez une résistance, vous pouvez construire un diviseur de tension qui dépend de la fréquence. C'est ce qu'on appelle un filtre RC. Vous pouvez créer des filtres passe-haut et passe-bas avec une résistance et un condensateur. Un filtre passe-bas est conçu pour passer les basses fréquences et bloquer les hautes fréquences, tandis qu'un filtre passe-haut fait le contraire. Un passe-bas en série avec un passe-haut forme un passe-bande, qui passe des fréquences dans une certaine plage et bloque d'autres fréquences. Notez que le fonctionnement d'un filtre RC (et la plupart des filtres, d'ailleurs) dépendra de la source et de l'impédance de charge.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Les filtres peuvent également être fabriqués avec d'autres composants, tels que des inductances. Les inductances agissent également comme des résistances, mais elles changent dans le sens opposé comme des condensateurs. Aux basses fréquences, une inductance ressemble à un court tandis qu'un condensateur ressemble à une ouverture. Aux hautes fréquences, une inductance ressemble à une ouverture tandis qu'un condensateur ressemble à un court. Les filtres LC sont un type de filtre construit avec des inductances et des condensateurs. Il est possible de faire un filtre LC assez pointu qui se coupe rapidement et est facile à régler avec un condensateur variable. C'est ce qui est normalement fait pour les radios simples comme les radios à cristal.

^{simuler ce circuit}

Vous pouvez créer des filtres passe-bande à partir de tout ce qui a une fréquence de résonance. Un condensateur et une inductance en série ou en parallèle forment un circuit de réservoir résonant qui peut être utilisé comme filtre passe-bande ou coupe-bande, selon la manière précise dont vous le raccordez. Une antenne est également un filtre passe-bande - elle ne recevra que des fréquences qui ont des longueurs d'onde de la taille de l'antenne. Trop grand ou trop petit et cela ne fonctionnera pas. Les cavités peuvent également être utilisées comme filtres - une boîte métallique scellée a différents modes d'ondes stationnaires, et ceux-ci peuvent être exploités pour être utilisés comme filtres. Les ondes électroniques peuvent également être converties en d'autres ondes, telles que les ondes acoustiques, et filtrées. Les filtres SAW (onde acoustique de surface) et les filtres à cristal fonctionnent tous les deux par résonance mécanique et utilisent l'effet piézoélectrique pour s'interfacer avec le circuit. Il est également possible de construire des filtres à partir de lignes de transmission en exploitant leur inductance et leur capacité inhérentes ainsi qu'en exploitant les interférences constructives et destructrices résultant des réflexions. J'ai vu un certain nombre de filtres à bande micro-ondes qui sont fabriqués à partir d'un morceau de cuivre de forme folle imprimé sur un PCB. Ils sont appelésfiltres d'éléments distribués . Soit dit en passant, la plupart de ces autres filtres peuvent tous être modélisés comme des circuits LC ou RLC.

Maintenant, une radio définie par logiciel est un tout autre animal. Puisque vous travaillez avec des données numériques, vous ne pouvez pas simplement jeter des résistances et des condensateurs sur le problème. Au lieu de cela, vous pouvez utiliser certaines topologies de filtre standard comme FIR ou IIR. Ceux-ci sont construits à partir d'une cascade de multiplicateurs et d'additionneurs. L'idée de base est de créer une représentation dans le domaine temporel du filtre dont vous avez besoin, puis de convoquer ce filtre avec les données. Le résultat est des données filtrées. Il est possible de construire des filtres FIR passe-bas et passe-bande.

Le filtrage va de pair avec la conversion de fréquence. Il y a un paramètre que vous verrez partout appelé Q. C'est le facteur de qualité. Pour les filtres passe-bande, elle est liée à la bande passante et à la fréquence centrale. Si vous voulez faire un filtre large de 100 Hz à 1 GHz, vous auriez besoin d'un filtre avec un Q. astronomiquement élevé, ce qui est impossible à construire. Donc, à la place, ce que vous faites est de filtrer avec un filtre Q bas (large), de convertir en fréquence plus basse, puis de filtrer avec un autre filtre Q bas. Cependant, si vous convertissez 1 GHz à, disons, 10 MHz, un filtre à 100 Hz a un Q. beaucoup plus raisonnable. Cela se fait souvent dans les radios, et éventuellement avec plus d'une conversion de fréquence. Aditionellement,

Dans le cas des filtres numériques, plus le filtre est long, plus le Q est élevé et plus le filtre devient sélectif. Voici un exemple de filtre passe-bande FIR:

La courbe du haut est la réponse en fréquence du filtre et la courbe du bas est un tracé des coefficients du filtre. Vous pouvez considérer ce type de filtre comme un moyen de rechercher des formes correspondantes. Les coefficients de filtre contiennent des composantes de fréquence spécifiques. Comme vous pouvez le voir, la réponse oscille un peu. L'idée est que cette oscillation correspondra à la forme d'onde d'entrée. Les composants de fréquence qui correspondent étroitement apparaîtront dans la sortie et les composants de fréquence qui ne le seront pas seront annulés. Un signal est filtré en faisant glisser les coefficients de filtre le long du signal d'entrée, un échantillon à la fois, et à chaque décalage, les échantillons de signal et les coefficients de filtre correspondants sont multipliés et additionnés. Cela finit par faire la moyenne des composantes de signal qui ne correspondent pas au filtre.

Cela se fait à l'aide d'un système de réglage Heterodyne. Par exemple, disons que vous souhaitez accorder une station à 1200 kHz. Vous définissez votre cadran de réglage sur "1200", qui définit un oscillateur local pour générer une fréquence de 745 kHz. Lorsque vous les mixez, l'une des fréquences résultantes est la différence (la fréquence que vous souhaitez régler - 745 kHz).

L'étape suivante est un amplificateur à bande étroite réglé sur 455 kHz. Ce qui est maintenant à 455kHZ était 455 + 745 ou 1200kHZ entrant, la station que vous vouliez recevoir. Cela (455 kHz) est amplifié et détecté, ce qui entraîne l'audio de cette station.
Bien entendu, d'autres fréquences sont toujours reçues. Mais leur fréquence résultante sera différente de 455 kHz, ils ne seront donc pas amplifiés.

L'utilisation d'une fréquence intermédiaire de 455 kHz (aux États-Unis) a été décidée car elle était inférieure à la bande AM standard (535 kHz à 1610 kHz), de sorte qu'il n'y aurait aucune interférence avec les stations que vous tentiez de recevoir.

C'est pour la réception de signaux radio analogiques. Pour plus de détails, vous pouvez consulter Heterodyne , Why the conversion to Intermediate Frequency? et fréquence intermédiaire .

L'antenne d'une radio recevra également de nombreux signaux. ce que nous voulons, c'est filtrer les autres stations et ne permettre que le signal de la station sur laquelle nous sommes accordés. la façon dont cela a été fait initialement était d'utiliser à la fois une inductance et un condensateur variable. À une certaine fréquence, la réactance inductive sera égale à la réactance capacitive, Xl = Xc, donnant le moins d'impédance à ce signal. ce signal est ensuite envoyé pour être amplifié par les circuits restants de la radio, tandis que les autres fréquences sont supprimées car elles ne sont pas à cette fréquence de résonance. Tant que le Q du filtre est suffisamment élevé, vous pouvez empêcher les autres stations d'être amplifiées. Également intéressant, ce circuit inductif / capacitif oscille, au sens propre des oscillateurs ... ce qui signifie qu'il a un gain supérieur à 1 et est piloté par un courant.

à mon avis, l'onde AMPLITUDE MODULÉE (contenant l'onde porteuse et les données (voix), est mélangée à la fréquence intermédiaire qui est déphasée de 180 degrés, ce qui permet de produire des informations (voix). la soustraction de phase et les ondes en phase ajoutent la même idée ici.