Super Heterodyne   슈퍼 헤테로다인

(2020-07-17)

Superheterodyne, 수퍼 헤테로다인

1. 슈퍼 헤테로다인 방식 (Super-Heterodyne)

  ㅇ 용어 뜻
     - 슈퍼       : 오디오신호 주파수 이상
     - 헤테로다인 : 주파수를 섞는 것(주파수 변환/믹싱)

  ㅇ 무선 수신기 구조 중의 하나
     - 반송파(Carrier) 주파수기저대역(Baseband) 주파수로 직접 변환하지 않고, 
     - RF 신호에서 선택된 신호대역 만을 중간단계로 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환한 후,
     - 다시 기저대역으로 변환하는 수신 방식

     - 특히, AM 방송,FM 방송에서 방송사별 채널 선국을 위해 값비싼 BPF방송사별로 둘 수
       없으므로, 비교적 넓은 대역폭에 걸쳐 IF로 변환 후 원하는 정확한 채널 선택에 사용

       

  ※ 1918년 Edwin Armstrong에 의해 발명되어 근 80년간 사용되어 온, 
     - 이미 잘 검증되었고 우수한 성능을 보장


2. 슈퍼헤테로다인 방송 수신기

  ㅇ 슈퍼헤테로다인 AM 방송 수신기 기본구성
       

  ㅇ 슈퍼헤테로다인 FM 방송 수신기 기본구성
       
     

3. 슈퍼헤테로다인 수신기의 주요 구성 요소RF Stage (RF Amplifier, RF Tuner)
     - 안테나가 수신한 미약한 RF 신호(수 ㎶)를 키우기위해, 반송파 주파수대역에서 선택 증폭
        . 주로, LNA(저잡음증폭기) 사용
     - 영상주파수 제거를 위해 비교적 저가의 광대역 Tunable BPF (대역통과필터) 사용
        . BT < BRF < 2fIF (fIM = fRF + 2fIF) 

  ㅇ LO (국부발진기)                                              ☞ 중간주파수, 영상주파수 참조
     - 비교적 저가의 가변 국부발진기(Variable LO) 사용
     -  fLO = fRF + fIF (상측 튜닝) 또는 fLO = fRF - fIF (하측 튜닝)
     * 둘 중 상측 튜닝(fLO > fRF)이 더 선호됨
        . 이는 국부발진기발진주파수 가변 동작 범위를 더 작게 가져갈 수 있기 때문임
        . AM 방송의 경우에, 
           .. 하측 튜닝 : 85 (540 - 455) ~ 1145 (1600 - 455) kHz => 13.47 ~ 1 
           .. 상측 튜닝 : 995 (540 + 455) ~ 2055 (1600 + 455) kHz => 2.07 ~ 1 

  ※ 방송국 채널 선택을 위해, 국부발진기 및 RF Tunable Filter를 동시에 조절 함
     - 원하는 방송국 채널 및 그에 인접한 채널 모두를 개략적으로(뭉뚱그려) 선택하게 됨

  ㅇ Mixer (믹서)
     - 비선형 동작에 의한 합 주파수 및 차 주파수를 발생시킴
     - 차 주파수는 반송파 RF 주파수 보다는 항상 작게 함
     * 믹서 출력에는, 다음 2개 주파수가 동시에 나타나고, 둘 중 하나를 필터링을 통해 선택 함
        . Conventional AM 라디오 수신기인 경우에,
        . fLO + fRF = 2fRF + fIF (제거)
        . fLO − fRF = fIF (선택)

  ㅇ IF 증폭기  
     - 원하는 정확한 채널 선택, 필터링, 신호 증폭
        . AM 방송 fIF : 477 kHz 대를 기준으로 하여, 신호 증폭을 함
        . FM 방송 fIF : 10.7 MHz 대를 기준으로 하여, 신호 증폭을 함
     - 수신 신호 증폭의 대부분이 이곳에서 이루어짐

  ㅇ 검파기(복조기)
     - 중간주파수(IF) 변조 신호검파하여, 오디오 신호를 만듬
     - 슈퍼헤테로다인 방식은, 사실상 거의 모든 변조/복조 방식 수용이 가능

  ㅇ 오디오 증폭기전력증폭기
     - 직접 청취 가능한 오디오 신호증폭스피커 구동


4. AM 방송, FM 방송에서의 주파수 관련 파라미터 例)반송파 주파수       :  (AM 방송) 540~1600 kHz, (FM 방송) 88~108 MHz
  ㅇ 채널 간격           :  (AM 방송) 10 kHz,       (FM 방송) 200 kHz
  ㅇ 중간 주파수         :  (AM 방송) 455 kHz,      (FM 방송) 10.7 MHz
  ㅇ 중간 주파수 대역폭  :  (AM 방송) 6~10 kHz,     (FM 방송) 200~250 kHz
  ㅇ 청취 가능 대역폭    :  (AM 방송) 3~5 kHz,      (FM 방송) 15 kHz


5. 슈퍼 헤테로다인 단점

  ㅇ 다른 방식들에 비해 전력소모가 다소 많고, 면적이 증가
     - 통상, 2개의 LO(Local Oscillator)가 필요
  ㅇ 사용되는 BPF(Band Pass Filter)로써 SAW 필터를 대부분 사용하게 되어,
     - 비용이 비싸고, SoC(System on Chip)를 통해 단일 칩으로 구현하기가 어려움
  ㅇ 따라서, 
     - 이동 휴대단말기 등 소형장치에서는 잘 사용되지 않음


[RF 송수신부] 1. 트랜시버(송수신기) 2. 무선 송신기 3. 무선 수신기 4. 슈퍼 헤테로다인 5. 호모다인 6. 중간주파수 7. 저잡음 증폭기(LNA) 8. 고전력 증폭기(HPA)

 
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