关于无线电设计的一些早期发展

本文旨在向初学者介绍高频无线电设计中有趣而富挑战性的技术。它还旨在吸引经验丰富的专业人士对这种艺术进行更深入的了解，并在框外进行思考，这既可以对技术进行小规模的改进，也可以进行大范围的改进。例如，今天有许多事情可以尝试，而几十年前是不切实际的。通过了解我们之前发生的事情以及在某些情况下遗漏的事情，可以改进前进的道路。我花了40多年的时间来尝试和设计新概念，并尝试一些很少尝试的概念-目的是改善艺术形式。

为什么要看历史？

现代接收机的描述与三十年前的接收机完全不同。在无线电接收机中重要的哲学正在不断变化。这是由于技术上的变化而带来的更好的性能。在我看来，弄清楚为什么会这样是一个好主意，而这样做的一个好方法是深入研究无线电接收器的历史。了解无线电接收器的历史可以使您了解事物随时间变化的方式和原因，并使设计师可以更好地发现良好的设计。使用较旧设计的一部分来补充新设计也可能很有用。例如，大多数无线电接收机中使用的振荡器已随着时间的流逝而发生变化，以至于其中产生的噪声可能会改变新一代无线电接收机的设计理念。

熟悉无线电接收器历史的另一个原因是，沿着历史道路一路走来，有技术上的漏洞–通常比您想像的要多。由于诸如在设计时不可行之类的原因，有些区域尚未开发。例如，对于某种设计，组件的大小可能曾经（在早期的阀式无线电接收器时代）太大或太昂贵，但现在可能变得更小，更便宜。组件和其他设计元素的开发为填补这些技术漏洞打开了大门，而旧设计的元素则在现代和未来的无线电接收器设计中占据一席之地。

由于缺乏技术知识和当今存在的组件（例如锋利的晶体过滤器），其他早期设计没有“起飞”。一个很好的例子就是所谓的“超级发电机”概念。1 2尽管此概念为数字通信提供了一种简单有效的模式，但在其发展之后再也没有被接受。

现在我们已经讨论了为什么了解无线电思想的历史可能很重要，让我们研究一下无线电设计的一些早期发展。

早期无线电发展

选择性

选择性是无线电接收器从一个频率中选出一个频率，并使发送器将信号保持在接收器恢复原始信号所需范围之内的能力。图1是级联调谐电路的选择性的图形表示。选择性是新兴的无线行业所要克服的早期问题。这是因为当时所有收听范围内的电台都会互相干扰，因为它们都使用火花发射器在非常宽的频带上进行广播。请参见图2的黑色轨迹。这严重限制了新无线技术的实用性。

一，二和三调谐电路对选择性的累积影响。Y轴是通过调谐电路的信号的衰减量。注意，在谐振频率上，几乎没有衰减。但是，在谐振频率之外，当更多的调谐电路级联时，信号的衰减更大。每个都可以由放大器分开。

泰坦尼克号上如此之多的生命损失的原因之一是其无线电接收器的选择性不足，并且实际上还缺乏当时所发射信号的宽频谱。泰坦尼克号的无线电运营商正试图从纽约接收电报信号，但其他船只也在发出冰山警报。这两个信号无法分开，这导致泰坦尼克号的操作员要求违规的船舶站关闭其警告，而他们这样做并就寝了！这阻止了附近的船听到泰坦尼克号的CQD（或SOS）。其余的，正如他们所说，是历史。

4.5 MHz火花变送器的频谱。黑色为黑色，来自阀变送器的干净信号为绿色。输出功率以对数刻度显示，是相对的。

TRF（调谐射频）接收器

三极管无线电阀由Lee De Forest于1908年发明，几年后，无线电阀开始取代较早的宽带火花发射器，从而可以发射更清洁的信号，如图2的绿色轨迹所示。与天线隔离的电路也可以获得良好的选择性，并与阀门一起用作接收器中的放大器和检测器。因此可以看出，选择性在发送器和接收器中都很重要。我们感兴趣的第一个无线电接收器是早期的调谐射频（TRF）接收器。恩斯特·亚历山大森（Ernst Alexanderson）在1916年为TRF接收器申请了专利。接收器使用了从天线进行的一到三个放大阶段，每个阶段都被一个或两个调谐电路隔开。图1显示了级联多达三个调谐电路的效果。由于选择性是累积性的，因此多重调谐电路会增加接收器的选择性。这些电路分别在每个放大电路之间用一个放大三极管进行调谐，每个电路的调谐刻度上都印有一个对数刻度（通常为0到100）。调谐电台非常棘手，因为每个调谐电路都必须处于相同的频率，并且通过将一个调谐旋钮调到与另一级的距离太远，很容易错过弱电台。但是，该系统可以正常工作，并且熟练地可以听取当时各种实验台的声音。图3显示了约1925年的典型TRF接收器的图片。并且每个音调表盘上都印有一个记录刻度（通常为0到100）。调谐电台非常棘手，因为每个调谐电路都必须处于相同的频率，并且通过将一个调谐旋钮调到与另一级的距离太远，很容易错过弱电台。但是，该系统可以正常工作，并且熟练地可以听取当时各种实验台的声音。图3显示了约1925年的典型TRF接收器的图片。并且每个音调表盘上都印有一个记录刻度（通常为0到100）。调谐电台非常棘手，因为每个调谐电路都必须处于相同的频率，并且通过将一个调谐旋钮调到与另一级的距离太远，很容易错过弱电台。但是，该系统可以正常工作，并且熟练地可以听取当时各种实验台的声音。图3显示了约1925年的典型TRF接收器的图片。

大约1925年的TRF接收器。三个大调谐旋钮中的每个旋钮均控制着调谐电路，如本文所述。

在无线的早期，首选较低的频率，因为人们认为信号覆盖的距离随着通过所谓的“地波”（Ground Wave）的降低而增加。由于这个原因，无线电业余服务被分配了较高的频段，因为政府机构认为它们对远程通信几乎没有用。正是业余爱好者发现，随着频率的升高，信号不是从地波而是从电离层反弹而返回到距发射机数百甚至数千英里的地球。

他们发现，随着频率的上升，给定设计的调谐电路变得越来越不具有选择性，这使得必须增加带有调谐电路的级数才能获得所需的选择性。这显然是不能令人满意的，因为在实践中，甚至更多的调谐拨盘是行不通的。为了解决这个问题，开发了组合调谐。在组合调谐中，使用一个拨盘来一起控制所有已调谐的电路。

灵敏度
最早的无线电接收机必须处理从空中拔出的信号，而没有任何放大作用。为了解决这个问题，早期的探测器（称为相干器）非常不灵敏，并且需要非常大的天线。当时，方铅矿或金刚砂制成的更灵敏的晶体探测器也很常见，但是其可靠性差使得它们不适用于重要的用途，例如运输和军事用途。

三极管阀的引入意味着可以在距离变送器远得多的位置从站接收信号。对于传输本身，更纯净的传输信号意味着不会在接收器所需的带宽之外传输信号，从而意味着更高的效率。这意味着更多的电台可以同时以不同的频率播出，而不会互相干扰。三极管阀门能够对无线电信号进行相当大的放大，甚至在音频频率下也是如此。无线电接收器的灵敏度飞涨到前所未有的水平。

开发了再生接收器，其中，在一级附近反馈了少量放大的射频能量。这具有大大增加调谐电路的选择性和放大的效果，这反过来又增加了无线电接收机各个级的灵敏度。然而，选择性仍然随操作频率而变化，再生并不是选择性的最终答案。接收器选择性的最理想方面是它随频率保持恒定。具有这种优势的超外差接收器是在一次大战期间及之后发明的，并于1918年由Edwin Armstrong申请了专利。

超外差接收器的设计比以前的接收器更为复杂，但是随着频率不断变化，选择性不断提高的优势使这种接收器一直持续到今天。

TRF和再生接收器比以前有了很大的改进。稍后再引入四极管和五极管的阀门，这也意味着制作无线电接收器所需的阀门更少，因为这些新电子管比早期的三极管具有更大的放大倍数。

在1920年代，由于当时制造商不愿向发明人支付专利使用费，超外差接收器的使用相当缓慢。但是，随着时间的推移，很明显，如果一家公司不生产卓越的超外差接收器，它们就会倒闭。即使到今天，也可以从中学到很多东西。

几十年来，灵敏度和选择性都是与接收机设计有关的两个最重要的问题。

其他早期接收器类型
超级再生接收器

超级再生接收机也是由埃德温·阿姆斯特朗（Edwin Armstrong）于1922年发明的，它是50 MHz以上频率最常用的接收机。使用高于50 MHz的超级再生接收机的原因是，这种类型的接收机会从天线辐射出噪声信号。这对人口稠密的HF（低频）频段造成了麻烦。高于50 MHZ仍然是新领域。它的使用并不多，因此频带足够宽，操作员可以找到一个安静的频率。

埃德温·阿姆斯特朗（Edwin Armstrong）

但是，它的选择性也相当广泛，最终被降级为频率稳定性不太重要的较高频率。相对于其他类型的接收器，超级再生接收器仍具有一个巨大的优势，那就是一个阀式接收器可以听到低至背景噪声水平的信号。由于早期阀门的价格高昂，单管接收器是一个巨大的优势，而如今，超级再生设计在无线电控制玩具，车库门开启器和某些数据接收器中仍然很流行。

Fremodyne
这类接收机是1940年代开发的，由超外差技术和超再生技术组合而成。它们用于甚高频波段，灵敏度很高，但选择性很差。1970年，接收器看到了澳大利亚固态设计的复兴3。

超级红外线发生器
该接收器确实享有非常短的寿命。超级发生器将超外差设计的选择性和超级再生接收器设计的灵敏度结合在一起。然而，接收器的第一部分在所谓的接收镜像频率方面存在问题，这使得接收器既可以监听期望的频率，也可以监听不期望的镜像频率。该图像频率存在的原因以及如何避免该频率将在本系列的第2部分中进行讨论。

参考

1 QST杂志，1935年12月，

2 ARRL手册1936第257页。

3澳大利亚电子公司，1970年5月

编辑：hfy