글쓴이 : SOONDORI
일렉트로닉스 오스트레일리아 1989년 7월호에서.
* URL : https://archive.org/details/EA1989/EA%201989-07%20July/page/n121/mode/2up
참고로, AM/LW/SW 등급의 것으로 이야기를 풀어나가고 있음.
* 관련 글 : 빈티지 Electronics Australia : 진보하는 프론트엔드
IF Stages for Advanced Receivers
by BRYAN MAHER
고급 또는 ‘통신’ 유형의 슈퍼헤테로다인 수신기에 관련된 회로와 개념을 계속해서 살펴보겠습니다. 여기서는 대역폭, 이미징, 증폭기 및 협대역 통과 필터 측면에서 중간 주파수(IF) 증폭기 섹션에 대해 논의합니다.
안테나에 도착하는 신호가 대기 잡음, 무선 주파수 간섭(RFI), 그리고 인접 주파수의 원치 않는 강력한 무선 전송에 의해 부분적으로 가려지는 경우, 수신기 대역폭을 줄임으로써 상당한 개선을 얻을 수 있습니다.
대부분의 RFI는 매우 넓은 주파수 범위에 걸쳐 분포되어 나타나므로 대역폭을 줄이면 거의 항상 스피커나 이어폰에서 들리는 잡음이 줄어듭니다.
원하는 전송을 수신하고 복사하려고 할 때, 인접 주파수에 또 다른 (원치 않는) 송신기가 있을 수 있습니다. 그 간섭 전송이 주파수 상에서 충분히 가깝거나 충분히 강력하다면, 스피커에서도 들리게 되어 혼란을 야기하고 원하는 방송을 복사하는 것이 불가능해지는 경우가 많습니다. 그림 1은 -3dB 대역폭 밖에서 발생하는 강력한 원치 않는 전송의 영향을 보여줍니다. 하지만 응답 곡선의 ‘스커트’가 너무 넓게 퍼져 있으면 여전히 매우 잘 들립니다.
간섭 전송이 -3dB 대역폭 내에 있는 경우, 상황은 더욱 악화됩니다. 어느 쪽이든 청취력 향상을 위한 길은 다음과 같습니다.
1. -3dB 대역폭을 더 좁게 만드는 것,
2. -3dB 지점 밖에서 응답 곡선을 더 급격하게 낮추는 것.
그림 2는 더 좁은 대역폭과 더 가파른 스커트 기울기를 모두 갖춘 이러한 개선된 상황을 보여줍니다. 이제 원치 않는 전송은 응답 곡선의 훨씬 아래쪽에 위치하여 원하는 신호에 대한 간섭이 크게 감소합니다. 매우 약한 원하는 방송국(예: 휴대용 배터리 작동 송신기)과 강력한 간섭 송신기의 경우, 응답 곡선을 최대한 좁게, 그리고 가능한 한 가파르게 만들어야 할 필요성이 더욱 커집니다.
허용 가능한 대역폭은 얼마나 좁을까요? 이는 수신하고자 하는 전송 유형에 따라 달라집니다.
하이파이 AM(진폭 변조) 전송을 수신하려면 모든 고음과 고조파를 충실하게 재현할 수 있도록 대역폭을 ±15kHz 또는 ±20kHz로 설정해야 합니다. 하지만 통신 수신기, 양방향 무전기 및 기타 지점 간 전송은 일반적으로 음성이나 부호(모스 부호 또는 디지털)에만 관심이 있으므로 훨씬 좁은 대역폭도 일반적으로 충분히 수용 가능합니다.
±3kHz로 제한된 대역폭을 사용하면 상당히 좋은 음성 재생이 가능하지만, 느린 모스 부호의 수신 및 복사를 위해 일부 통신 수신기는 375Hz와 같이 좁은 대역폭을 사용합니다.
IF 증폭
중간 주파수 증폭기(일반적으로 ‘IF부’ 또는 ‘IF 스트립’이라고 함)는 모든 고품질 무선 수신기에서 세 가지 필수 기능을 제공합니다. 이는 다음과 같습니다.
1. 높은 이득
2. 대역폭 제어
3. 이득 자동 제어
RF 및 오디오부, 그리고 경우에 따라 믹서에서도 어느 정도 이득을 얻을 수 있지만, 높은 감도를 위해서는 고정 동조된 IF부의 깨끗하고 조용하며 높은 이득에 의존합니다. 이러한 높은 이득을 얻기 위해 일반적으로 두 개의 IF 증폭기 단이 사용됩니다.
RF 증폭기와 믹서가 일반적으로 어느 정도의 선택도를 제공하지만, 수신기는 일반적으로 IF 섹션에서 대부분의 선택도를 얻습니다. 앞서 설명한 RF 및 믹서 단계에서 전체 수신기의 신호 대 잡음비가 미리 결정되었고 IF 섹션은 종종 낮은 주파수에서 작동하기 때문에 IF 섹션에서는 잡음이 큰 문제가 되지 않습니다. 하지만 고주파 기능을 갖춘 비교적 낮은 잡음의 트랜지스터를 사용합니다.
자동 이득 제어(AGC 또는 AVC)가 IF 섹션에 적용되므로, 사용되는 회로와 트랜지스터는 다양한 정지 동작 조건에서 가능한 한 선형적으로 동작해야 하므로, 회로는 적절한 정지 전류에서 동작하도록 설계됩니다.
IF단 회로
중간 주파수 증폭기 단은 일반적으로 접합 트랜지스터, FET 또는 집적 회로를 사용하여 구성됩니다. 그림 3은 이전 장에서 언급한 ‘저잡음 트랜지스터’와 같은 다양한 소형 고주파 NPN 접합 트랜지스터 중 하나를 사용하는 경제적이면서도 상당히 성공적인 2단 IF 증폭기를 보여줍니다.
입력과 출력은 강압 동조 IF 변압기를 사용하여 결합되며, 세 번째 변압기는 두 증폭기 단을 결합하는 데 사용됩니다. 고품질 수신기는 이 두 단을 사용하며, 강압 임피던스 비(변압기 권선의 권선 수가 적음으로 나타남)는 트랜지스터 베이스의 낮은 입력 임피던스에 더 나은 임피던스 정합을 제공합니다.
자동 이득 제어(AGC 또는 AVC) 전압에 중첩된 트랜지스터의 DC 순방향 바이어스는 저항 R21과 R22를 통해 베이스에 인가됩니다. AGC를 위한 이 DC 제어 신호는 AGC 섹션에서 발생하며, 이에 대해서는 곧 설명하겠습니다. 약한 신호에 필요한 최대 이득은 R21/R22에 +3V DC 제어 전압을 공급할 때 달성됩니다. 그러나 수신 신호가 매우 강하면 AGC 컨트롤러는 AGC 전압을 +1.0V DC로 낮춥니다.
트랜지스터에 적용되는 이러한 감소된 바이어스는 베이스 전류를 감소시켜 이득을 낮추고 후속 단계의 과부하를 방지합니다. 더 중요한 것은 AGC 동작이 페이딩 또는 플러터링 전송을 수신할 때 상당히 일정한 출력 신호 레벨을 제공한다는 것입니다. 수신 상태가 좋지 않을 때 이러한 AGC의 이득 자동 제어는 매우 중요합니다. 이 기능이 없으면 일부 플러터링 및 페이딩 신호를 복사하는 것이 불가능할 수 있습니다.
바이패스된 이미터 저항은 온도로 인한 트랜지스터 전류 이득 변화에 대응하기 위해 자동 음의 DC 바이어스를 발생시킵니다. 각 단계는 100Ω 디커플링 저항과 10nF 바이패스 커패시터를 통해 +12V DC 전원에서 전원을 공급받습니다.
Tuned IFT
튜닝된 입력 및 출력 변압기는 중간 주파수에 고정 튜닝되어 있으므로 그림 4의 사진과 같이 크기를 작게 만들 수 있습니다. 고정 튜닝 덕분에 높은 Q를 달성하기가 비교적 쉬워 수신기 전체 통과 대역이 상당히 좁아집니다.
각 변압기 1차 권선에 걸리는 튜닝 커패시터가 해당 권선을 고정된 중간 주파수로 튜닝하기 때문에 고정된 은운모(註, Siver Mica) 또는 NP0(註, 숫자 0) 세라믹 커패시터가 사용됩니다. (NP0 세라믹 커패시터는 정전용량의 온도 계수가 거의 0입니다.)
* 간련 글 : 온도보상형 세라믹 커패시터
또한 이러한 커패시터는 크기가 작기 때문에 변압기 차폐 캔 내부에 장착되어 매우 짧은 리드(저항이 낮은 리드는 변압기 Q를 높임)를 제공하고 인접 변압기 간 또는 IF 회로의 다른 부분과의 부유 결합을 최소화합니다.
IFT 조정
라디오 수신기를 제작하거나 수리할 때 모든 IF 변압기 또는 ‘IFT’의 튜닝을 조정하거나 조정하여 모든 주파수를 정확히 동일하게 맞춰야 합니다. 이전 변압기 유형에서는 각 고정 튜닝 커패시터에 이 목적을 위한 소형 조정식 트리머 커패시터가 병렬로 연결되어 있었습니다.
대부분의 최신 소형 IF 변압기는 고정 커패시터만 사용하고, 차폐 캔 외부에서 접근할 수 있는 나사산 페라이트 코어 또는 캡을 사용하여 인덕턴스를 조정하여 주파수를 조정합니다. 나사산 페라이트 코어의 드라이버 슬롯은 그림 4의 사진에서 확인할 수 있습니다.
수신기를 정렬할 때는 비금속 드라이버를 사용하여 코어를 조정합니다. 시중에서 판매하는 나일론 드라이버를 구할 수 없는 경우, 8게이지 또는 10게이지 플라스틱 또는 ‘거북이 등껍질’ 뜨개질 바늘의 한쪽 끝을 드라이버 날 모양에 맞춰 줄질한 것으로 대체할 수 있습니다.
일부 IF 변압기는 페라이트 코어 중앙에 드라이버 슬롯 대신 육각형 구멍이 있습니다. 이러한 경우 정렬 도구는 육각형 나일론 막대 또는 조심스럽게 줄질한 비금속 뜨개질 바늘입니다.
변압기와 커패시터가 금속 캔 내부에 완벽하게 차폐되어 있고, +12V DC 레일에 사용된 디커플링 덕분에 각 IF 단이 분리되어, 그림 3과 같이 두 단을 불안정성에 대한 과도한 우려 없이 사용할 수 있습니다. 단, 적절한 배치를 따라야 합니다.
따라서 쉽게 구할 수 있는 부품을 사용하여 우수한 특성을 보이는 간단한 수신기를 제작할 수 있습니다.
IFT 개수
방송용 하이파이 음악 수신용으로 설계된 수신기는 모든 전송 음악 변조 측파대를 들을 수 있도록 +/-10kHz 대역폭을 목표로 하며, 일반적으로 하나의 IF 단을 사용합니다. 방송국은 일반적으로 강력하고 비교적 가까이에 있으므로, 그림 3의 절반에 해당하는 하나의 IF 증폭기 단에서 제공하는 중간 이득이면 충분합니다.
그러나 AM 또는 모스 부호를 사용하는 특수 통신 분야에서는 수신 신호가 약하고 잡음에 묻혀 있으며 주파수가 가까운 강한 간섭 방송국에 의해 부분적으로 가려지는 것을 처리하기 위해 상당히 좁은 대역폭이 필수적입니다.
그림 3과 같이 세 개의 동조 변압기를 갖춘 두 개의 IF 단을 사용하면 일반적으로 대역폭을 약 8kHz(즉, ±4kHz)로 줄일 수 있으며, 이는 가장 높은 음악 측파대를 차단합니다. 그러나 통신 수신기는 일반적으로 음악 프로그램에 사용되지 않으므로 음악의 일부를 복사하지 못하는 것은 중요하지 않은 것으로 간주됩니다.
간섭이 너무 심해서 더 좁은 대역폭이 필요해 보인다면, “IF 단을 하나 더 추가하여 동조 변압기 네 개를 포함한 세 개의 단을 만드는 게 왜 안 되는가?”라고 말할 수 있습니다.
물론 세 번째 IF 단을 추가하는 데 필요한 변압기가 추가되면 대역폭이 약 5kHz 또는 6kHz(±3kHz)로 낮아지고 매우 높은 IF 이득이 발생합니다. 그러나 특정 주파수에서 이처럼 매우 높은 이득으로 IF 섹션을 안정적으로 유지하는 데 따르는 어려움은 특별한 차폐 및 디커플링 기술을 사용하지 않는 한 극복하기 어려울 수 있습니다.
IF 대역폭을 줄이는 데 사용할 수 있는 다양한 다른 방법에 대해 논의해 보겠습니다.
Back to Back IFT
일반 부품을 사용하는 한 가지 간단한 방법은 John Moyle과 Neville Williams가 설계하고 몇 년 전 Radio and Hobbies에 소개된 통신 수신기에 사용되었습니다.
2단 IF 섹션을 사용하여, 두 개의 느슨하게 결합된 동조 IF 변압기(일반적인 하나 대신)를 IF 섹션 입력에 직렬로 연결하고, 두 개를 IF 증폭기 단 사이에, 그리고 두 개를 IF 섹션의 출력을 다음 복조기에 연결했습니다.
이중 동조 IF 변압기는 대역폭이 가장 좁을 수 있으므로 사용되었으며, 각 변압기 쌍의 연결은 그림 5에 나와 있습니다.
이 설계는 매우 잘 작동했습니다. 두 증폭기 단은 높은 이득을 제공했지만 불안정할 정도로 높지는 않았습니다. 6개의 이중 동조 IF 변압기는 대역폭을 약 5kHz(±2.5kHz)로 줄였습니다. 본 필자는 직접 사본을 제작해 본 결과, 이 설계가 음성 수신은 물론이고 약간의 음악 재생에도 적합하며, 해외 여러 라디오 방송을 녹음하는 데도 적합하다는 것을 알게 되었습니다.
IF 선택
슈퍼헤테로다인 라디오 수신기 초창기부터, 선택하는 중간 주파수가 낮을수록 수신기 대역폭이 좁아진다는 사실이 알려져 있었습니다. 이는 동조된 변압기의 품질 계수 Q와 이전에 다룬 다음 방정식에서 비롯됩니다.
Q = f/(델타 f)
여기서 Q = 품질 계수 f = IF 주파수, 델타 f = 해당 변압기의 IF 대역폭입니다.
달성 가능한 Q가 주어졌을 때, f 값이 낮을수록 대역폭(델타 f)도 낮아집니다. 따라서 수년 전 수신기는 175kHz 또는 그보다 낮은 IF를 사용했으며, 때로는 64kHz까지 낮아지기도 했습니다.
오늘날 일부 특수 목적 수신기에서는 매우 낮은 IF가 사용되지만, 수신 RF 방송국 주파수와 비교했을 때 너무 낮은 IF는 슈퍼헤테로다인 원리의 또 다른 단점인 ‘이미지 수신’ 또는 ‘더블 스포팅’이라는 문제를 드러냅니다.
이미지 신호의 수신
Image 신호(註) 수신은 모든 슈퍼헤테로다인 수신기에서 어느 정도 나타나는 현상이며, 두 가지 형태로 나타납니다.
* 특정 시그널을 푸리에 변환하였을 때, 똑같은 차수의 것이 다른 한쪽에도 생성된다. 우리말 ‘영상주파수’.
* 관련 글 : 빈티지 세상과 미래 세상을 움직이는 푸리에 변환 (1)
그림 6은 455kHz의 중간 주파수를 사용하는 수신기의 주파수를 보여줍니다. 먼저 수신기는 10,000kHz(10MHz)의 SI(중간 주파수) 방송국에 동조됩니다. 따라서 국부 발진기는 10,455kHz에 위치하여 455kHz의 차이(10,455 – 10,000kHz)가 발생하고, 이 신호는 동조된 IF 증폭기에 의해 증폭됩니다.
동시에, 10,910kHz의 다른 방송국 S2가 충분히 강하거나 수신기의 RF 선택도가 충분하지 않은 경우, S2의 신호는 10,455kHz 국부 발진기와 함께 믹서에서 진동하여 동일한 차주파수(10,910kHz – 10,455kHz = 455kHz)를 생성하고, 이 차주파수는 동조된 IF 증폭기에 의해 증폭됩니다.
이러한 이상 현상은 수신기 다이얼의 잘못된 위치에 S2 방송국의 잘못된 ‘이미지’가 나타나, SI(인터페이스)에 간섭을 일으키기 때문에 이미지 수신이라고 합니다.
같은 현상의 두 번째 징후는 수신기 튜닝을 SI 방송국에서 다른 방송국으로 옮겨 9,000kHz 영역의 다른 방송국을 찾을 때 발생합니다. 다이얼이 9,090kHz를 가리키면 신호가 발견되고, 우리는 그것이 세 번째 방송국이라고 생각합니다.
하지만 그렇지 않습니다! 사실 그것은 SI 방송국이며, 다이얼의 두 번째 위치에 다시 나타납니다. 수신기가 9090kHz(국부 발진기 = 9545kHz)로 튜닝되었을 때 RF 선택도가 충분하지 않으면 첫 번째 방송국 SI(10,000 – 9545 = 455kHz)를 다시 수신하여 IF 증폭기에서 증폭하기에 정확히 맞는 신호를 생성할 수 있습니다.
모든 방송국이 다이얼의 두 위치에 나타나는 이러한 현상을 더블 스포팅(double spotting)이라고 하며, 이는 다른 형태의 영상 수신에 불과합니다.
IF 대역폭을 좁혀도(즉, IF 선택도를 높여도) 전혀 개선되지 않습니다. 각 경우 모두 IF 증폭기에 정확한 455kHz 신호가 제공되기 때문입니다! 영상 수신 문제를 해결하는 방법은 두 가지가 있습니다.
1. RF 선택도를 높입니다. 즉, 수신 RF 신호 주파수에 맞춰 튜닝된 회로의 대역폭을 좁혀 원치 않는 영상 신호의 제거율을 높입니다. 이는 믹서 앞에 튜닝된 RF 증폭기를 한두 개 추가하는 것을 의미할 수 있습니다.
2. 훨씬 더 높은 IF를 사용하세요. 각각의 경우, 이상 수신은 다이얼의 특정 지점에서 발생하는데, 이 지점은 정확한 튜닝 주파수에서 IF의 두 배만큼 떨어진 거리에 있습니다. 훨씬 더 높은 IF, 예를 들어 10.7MHz를 사용하면 ‘이미지 스테이션’ 및/또는 ‘더블 스팟’은 21.4MHz(즉, 10.7MHz의 두 배) 떨어진 곳에서 발생해야 합니다. 이 거리에서 RF 튜닝 회로는 이상 RF 신호를 쉽게 제거하여 이미징 및 더블 스팟팅 효과를 모두 해결해야 합니다.
고품질 수신기에서는 두 가지 조치를 모두 취할 수 있습니다. 믹서 앞에 하나 또는 두 개의 RF 증폭기를 사용하고 10.7MHz의 중간 주파수를 사용할 수도 있습니다. 하지만 이길 수는 없습니다! 앞서 살펴본 바와 같이 10.7MHz와 같은 높은 IF를 사용하면 더 넓은 IF 대역폭 때문에 인접 스테이션에 대한 수신기 선택도가 떨어집니다. 하지만 방법이 있습니다!
10.7MHz와 같은 높은 IF를 사용하여 이미지를 제거하려는 우리의 의도는 타당하지만, 인접 주파수의 원치 않는 방송을 제거하려면 충분한 선택도를 얻기 위해 두 가지 방법 중 하나를 사용해야 합니다. 첫 번째는 협대역 고주파 크리스털 필터를 사용하는 것입니다. 두 번째 방법은 ‘이중 변환 슈퍼헤테로다인’이라고 하며, 이는 이후 장에서 논의할 것입니다.
초협대역폭, Ultra-narrow bandwidth
오늘날 무선 통신에는 잡음을 줄이고 근처 주파수의 원치 않는 방송을 차단하기 위해 매우 좁은 대역폭이 필수적인 많은 응용 분야가 있습니다. 강한 간섭이 있는 상황에서 중요한 메시지를 전달하는 일반적인 상업용 통신 수신기는 느린 모스 부호(CW 전송) 수신에 50Hz의 대역폭만 사용할 수 있습니다.
하지만 가독성 있는 음성 수신을 위해서는 음성 자음의 높은 치찰음 고조파를 최소한 일부라도 재생할 수 있도록 약 2.1kHz의 약간 더 넓은 대역폭이 사용됩니다. 이 두 대역폭 모두 동조된 IF 변압기로 달성할 수 있는 한계보다 낮기 때문에 이러한 상업용 수신기는 특수 협대역 IF 필터를 사용합니다. 협대역 IF 필터는 두 가지 유형으로 나뉩니다.
1. 수정 고주파 협대역폭 IF 필터;
2. 전기기계식 저주파 고정 대역폭 IF 필터.
이제 각각을 차례로 살펴보겠습니다.
크리스털 IF 필터
크리스털 IF 필터는 크리스털의 매우 높은 Q 값을 동조 회로로 사용합니다. 코일과 커패시터로 구성된 동조 IF 회로는 10에서 약 50 사이의 Q 값을 갖는 반면, 동조 회로 역할을 하는 크리스털의 Q 값은 최대 3000까지 높아질 수 있습니다! 이는 매우 높은 선택도, 즉 매우 좁은 대역폭을 초래합니다.
고주파 크리스털은 천연 순수 석영 또는 이산화규소의 단면입니다. 이 크리스털은 자연적인 압전 효과를 나타내며, 크리스털 슬래브에 기계적 힘이 가해지면 분자 전자 결정 구조에 의해 전위가 생성됩니다. 이는 서로 반대되는 크리스털 면 사이에 존재하는 전압으로 나타납니다.
반대로, 서로 반대되는 면 사이에 인가된 전압은 크리스털에 미세한 기계적 변형을 일으킵니다. 이렇게 인가된 전압이 해제되면 기계적 변형력이 해제되어 크리스털의 물리적 형태가 정상으로 돌아오고 결과적으로 전압이 발생합니다.
이 효과는 동조 회로의 작용과 매우 유사하며, 이러한 기계적 변형과 정상 복귀는 단 하나의 주파수에서만 발생할 수 있습니다. 얇은 결정일수록 그 주파수는 더 높습니다.
따라서 면 연삭을 통해 결정은 약 400kHz에서 30MHz, 심지어 120MHz까지 어느 한 주파수에서 공진하도록 제작될 수 있으며, 결정 구조의 기계적 공명은 매우 높은 Q 효과를 제공합니다. 전기적 연결은 두 개의 반대쪽 결정 면에 은도금을 하거나 스프링이 달린 금속판 사이에 결정을 부드럽게 끼워서 이루어집니다.
이 후자의 구조가 처음 사용되었으며, 홀더에 있는 결정의 회로 기호를 탄생시켰습니다. 결정은 금속/유리 또는 플라스틱 케이스에 조립되어 판매되며, 연결용 핀이 두 개 있습니다.
크리스털 필터
가장 간단한 결정 필터는 하나의 결정을 사용하지만, 비대칭적인 주파수 응답을 나타냅니다. 그림 7의 균형 잡힌 ‘반 격자’ 필터는 두 개의 결정 XI과 X2를 사용하여 더 나은 결과를 얻습니다. 크리스털은 약간 다른 주파수에서 공진하도록 선택할 수 있습니다.
느린 모스 부호 수신을 위해 500Hz의 대역폭이 필요한 경우, IF 중심 주파수 위아래로 (500/3)Hz씩 두 개의 크리스털을 선택하여 이를 달성할 수 있습니다. 따라서 10.7MHz의 IF 주파수에서는 각각 10.699833MHz와 10.700167MHz에서 공진하는 크리스털을 사용해야 합니다.
구입한 크리스털이 위의 주파수에 완전히 부합하지 않더라도 문제 없습니다! 이는 단순히 수신 대역폭이 500Hz와 약간 다르다는 것을 의미합니다. IF 필터 회로에 네 개 이상의 크리스털을 사용할 수 있으며, 이는 더 가파른 결과를 초래합니다. 중심 주파수 10.7MHz에서의 딥(dip) 정도는 종단 저항인 R1의 값에 따라 달라집니다.
음성 수신을 위해서는 약 2000~3000Hz의 대역폭이 필요하므로, 주파수 f(X1)과 f(X2)가 다음 일반 공식으로 주어지는 다른 크리스털을 구매해야 합니다.
수신기 대역폭 = 3(f(X1) f(X2))/2
즉, 크리스털 주파수 = fo +/(대역폭 감소)/3
여기서 fo는 IF 중심 주파수입니다.
가정에서 이러한 크리스털을 크리스털 공급업체나 폐기 매장에서 구매할 수 있습니다. 폐기용 크리스털은 그림 8의 사진에 나와 있습니다. 455kHz~40MHz의 중심 주파수에 맞게 설계된 완전한 크리스털 필터도 시중에 나와 있습니다.
업-컨버전, Up-Conversion
약 10년 전에 출시된 초고주파 크리스털 필터의 범위를 활용하고 HF 대역에서 최대한의 이미지 제거 효과를 얻기 위해 일부 수신기는 매우 높은 IF 주파수를 사용합니다. 예를 들어 28MHz 방송을 수신할 때 이미지 주파수가 106MHz 정도로 크게 분리되면 좋을 것입니다. 이러한 조건에서 RF 튜닝은 이처럼 넓게 분리된 이미지를 쉽게 제거할 수 있습니다.
67MHz로 작동하는 국부 발진기와 39MHz의 IF 주파수(사용 가능한 TV 구성 요소 활용)에 39MHz 4크리스털 IF 필터를 추가하면 이미지 제거와 인접 주파수 제거 모두 탁월하게 향상될 수 있습니다.
이는 IF가 RF 신호 주파수보다 높은 상향 변환 슈퍼헤테로다인 수신기의 한 예입니다. 이는 대부분의 기존 수신기가 IF 주파수보다 낮은 것과 대조적입니다. 또 다른 장점은 국부 발진기의 짧은 분수 튜닝 범위로 인해 발진기/믹서 추적이 용이하다는 것입니다. (고주파 발진기는 지난달에 논의되었습니다.)
전기기계식 필터
64kHz에서 약 500kHz까지의 IF를 사용하는 수신기는 일반적으로 크리스털 필터를 사용할 수 없습니다. 약 500kHz 미만에서는 크리스털 크기가 너무 커지기 때문입니다. 따라서 전기기계식 저주파 IF 필터 제품군이 수년 동안 시장에 출시되어 왔습니다.
전기기계식 필터는 그림 9와 같이 입력 구동 코일, IF 주파수에서 기계적으로 공진하도록 배치된 진동 디스크 어레이, 그리고 출력 변환기 코일로 구성됩니다. 필터의 입력은 믹서 다음에 있는 IF 구동단에서 나오는 IF 신호입니다. 입력 구동 코일의 IF 구동 전류는 신호 주파수에서 막대를 세로로 진동시킵니다. 이로 인해 기계식 디스크가 고유 공진 모드 중 하나로 진동하게 됩니다.
디스크의 진동은 막대를 통해 출력 변환기 코일로 전달됩니다. 출력 변환기 코일 내에서 IF 주파수로 진동하는 자화된 막대의 오른쪽 끝은 내부에 IF 신호 전압을 생성합니다. 이 출력 전압은 그림 10의 블록 다이어그램과 같이 복조기로 전달되기 전에 두 번째 및 세 번째 IF 증폭기 단에 공급됩니다.
금속 디스크는 기계적 공진 주파수에서만 진동하므로, 변환기 코일의 출력 전압은 IF 주파수로 선택된 해당 공진 주파수에서만 발생할 수 있습니다. 디스크가 약간 다른 주파수에서 공진하도록 함으로써, 제어된 좁은 통과 대역 주파수가 필터 입력에서 출력으로 전송될 수 있습니다.
미국의 Collins Radio Company는 64kHz에서 500kHz까지의 중심 주파수를 위한 다양한 전기기계식 IF 필터를 제조합니다. 이 장치는 375Hz에서 5800Hz까지 7단계로 다양한 대역폭으로 구입할 수 있습니다.
입력 및 출력 코일은 각각의 입력 구동 소스 및 출력 부하와 5% 이내의 임피던스 매칭을 이루어야 합니다. 이러한 수동 필터(그리고 모든 유형의 수동 필터)는 신호 이득이 없습니다. 오히려 최대 10dB의 신호 손실을 유발하며, 이는 세 번째 IF 증폭기로 보상해야 합니다.
다음 IF 증폭기의 동조된 LC 회로는 기계적 공진의 유효 Q가 모든 LC 회로의 Q보다 훨씬 높기 때문에 대역폭에 거의 영향을 미치지 않습니다. 이러한 매우 낮은 중간 주파수를 사용할 때 이미지 문제를 극복하는 방법은 다음 장에서 다룰 흥미로운 주제입니다.
감사의 글
이 장에 사용된 귀중한 데이터와 정보를 제공해 주신 미국 무선 릴레이 연맹(American Radio Relay League), QST 매거진, 그리고 무선 아마추어 무선 기사 여러분께 감사드립니다.
