Homodyna, synchrodyna a może bezpośrednia przemiana ?

[SP9FKP]

Szukając świeżych materiałów w Internecie, natknąłem się przypadkiem na bardzo interesującą stronę poświęconą początkom techniki odbioru radiowego. Autor wyszukał i zaprezentował w bardzo czytelnej formie historyczny zarys techniki odbioru występujący w różnych opracowaniach po nazwą homodyny, synchrodyny i innych. Całość opracowania jest niezmiernia pouczająca, dla nas praktyczne znaczenie mają końcowe konkluzje dotyczące właśnie prawidłowego nazewnictwa. Tak się bowiem porobiło, że nawet autorzy patentów sami gubili się w terminologii. Dlatego też pod Waszą uwagę podaję sugestię ponownego rozważenia i wyboru poprawnych określeń dla tej dziedziny techniki. I tak za autorem strony wg mnie:
1. homodyną powinno nazywać się odbiornik, który pomocniczą nośną. niezbędną do demodulacji pożadanego widma odzyskuje z odbieranego sygnału,
2. synchrodyną powinno nazywać się odbiornik, który korzysta z obcego żródła pomocnicznej nośnej niezbędnej dla demodulacji odbieranego sygnału, jednakże pozostającego w sychroniźmie z odbieranym sygnałem,
3. odbiorniki nie spełniające powyższych kryteriów powinniśmy klasyfikować jako odbiorniki bezpośredniej przemiany (direct conversion) lub zerowej częstotliwości pośredniej.
Zapraszam do wymiany poglądów.

[SP2QCA]

Gwoli ścisłości Zero IF to nie to samo co przemiana bezpośrednia.
Przy zero IF jest dołek w spektrum mcz o szerokosci bodajze ok. 200Hz
który nie przeszkadza w odbiorze - jest raczej niezauwazalny a nawet w pewnym sensie odrobine poprawia właściwości szumowe toru odbiornika.

Tak więc pojęciowo powinno się te dwa powyższe rozróżniać. Być może też
homodynę i synchrodynę - nie załapałem niestety na czym polega różnica, więc się nie wypowiadam

pozdrowienia
Artur sp2qca

[SP9FKP]

Już wiem jaki tytuł powinien mieć kolejny wątek: "Mieszacz, detektor, demodulator a może sampler ?". Jak widać technika bezpośredniej przemiany zamieszała nie tylko w głowach konstruktorów. W wielu publikacjach można wyczytać, że wśród wielu zalet bezpośredniej przemiany są i wady. Jedną z nich jest detekcja/demodulacja własnych sygnałów. Dzieje się tak na wskutek przenikania sygnału VFO na wejście odbiornika, niedoskonałego zrównoważenia wrót mieszacza a także wtórnego modulowania już zdemodulowanych sygnałów na wskutek niedopasowania wyjścia. Objawia się to występowaniem składowej stałej na wyjściu detektora. Skoro mamy składową stałą, to śmiało możemy powiedzieć, że mamy zerową częstotliwość pośrednią. Wycięcie pasma od kilkudziesięciu Hz w dół ma na celu eliminację składowej stałej i zmniejszenie wpływu szumów 1/f, szczególnie dotkliwych w tym zakresie. Łatwo można to zaobserwować w dobrych kartach dźwiękowych. Przy wzmocnieniu rzędu 100 dB bez tego zabiegu nie dałoby się zrealizować żadnego rozsądnego wzmacniacza.
A jak nazwać odbiornik nie zawierający żadnego z dotychczas wymienionych układów, myślę o bezpośrednim próbkowaniu widma za pomocą przetwornika A/D ?

[SP2JQR]

Nie zgadzam się z Arturem.
Zero IF to dokładnie to samo co bezpośrednia przemiana częstotliwości. Nie ma znaczenia czy w ch-ce częstotliwościowej jest dołek czy też nie.
kryterium kwalifikacji to jeden ( lub dwa w kwadraturze, lub dowolnie więcej w przypadku wielu faz) mieszacz w układzie dowolnego typu i jednocześnie przemiana do częstotliwości wyjściowej dokładnie tej samej, która zmodulowała nośną w nadajniku. W naszym przypadku jest to sygnał m. cz. z mikrofonu. W ogólnym przypadku może to być inny sygnał, np. cyfrowy. Może nie wszyscy wiedzą, że współczesne telefony komórkowe to prawie w 100% homodyny. Również współczesny nadajnik Telewizyjny dużej mocy np. firmy R&S to także homodyna cyfrowa. Tam sygnał podawany na modulator kwadraturowy ma widmo od herców do 5MHz. W świetle tego jasnego kryterium również wiele profesjonalnych odbiorników satelitarnych ma strukturę homodynową.
Wspomniany dołek bierze się z prostego powodu - prawie zawsze stosujemy filtr wycinający częstotliwości poniżej 300Hz, no, może z wyjątkiem ESSB, gdzie ta częstotliwość jest znacznie niższa.
Także, gdy nie stosujemy filtru, w banalnie prostych układach zawsze po drodze znajduje się jakiś kondensator, dławik lub transformator, które to elementy w sposób naturalny blokują składowe stałe i o niskich częstotliwościach.
Mówiąc łopatologicznie - gdybyśmy wzięli mieszacz diodowy, do wejścia pierwszego transformatora doprowadzili sygnał wejściowy, a do drugiego trafa sygnał heterodyny, to z wyjścia beztransformatorowego, ze środków diód otrzymamy sygnał o dowolnie niskich częstotliwościach, poczynając od prądu stałego jeśli heterodyna będzie w synchronizmie z odbieraną falą nośną. Wielkość napięcia stałego i jego znak będzie proporcjonalny do amplitudy napięć i różnicy fazy. Jeśli na wyjściu wstawimy choć jeden kondensator to od razu dostajemy dołek w charakterystyce częstotliwościowej.
Tak koledzy, każda synteza PLL zawierająca detektor fazy, dowolnego typu, nie koniecznie diodowy jest w pewnym sensie homodyną - homodynowy jest detektor fazy. Mało tego, wchodzimy tu w następne pojęcie wymienione na początku wątku.
Każdy detektor fazy analogowy, czy też cyfrowy jest... synchrodyną.
Synchrodyna nie jest więc niczy innym jak podklasą homodyn charakteryzującą się tym, że sygnał heterodyny jest synchroniczny do odbieranej (lub przetwarzanej w układzie) nośnej. Również w tym przypadku nie ma znaczenia w jaki sposób ten synchronizm został osiągnięty. Biorąc rzeczy historycznie u zarania dziejów w pierwotnej prehistorii były to samodrgające mieszacze lampowe o właściwościach synchronizacji do nośnej, jeśli poziom tej nośnej osiągnął próg zaskoku. Można było osiągnąć bardzo dobrą jakość odbioru. Sztuka konstruowania takiego odbiornika polegała na tym, aby obniżyć próg zaskoku do jak najmniejszej wartości. Takie właśnie odbiorniki nazywano pierwotnie synchrodynami. W świetle tego co już napisałem pojęcie "synchrodyna" jest jak najbardziej aktualne współcześnie, może za mało używane, ale jednak aktualne. Dalsze wynalazki doprowadziły do powstania rozbudowanych układów z heterodyną podawaną do mieszacza z zewnętrznego synchronizowanego odbieranym sygnałem generatora. (Współczesne regeneratory zegarów cyfrowych są niczym innym niż takim właśnie układem.)
W miarę rozwoju wynalazków, zaczęto budować synchrodyny na nowszych elementach. W pewnym momencie rozwoju, gdy wynaleziono superheterodynę nastąpił pewien krach pojęciowy. W schematach synchrodyna dalej była stosowana, ale...... na końcu pośredniej - po prostu stała się demodulatorem synchronicznym. Taki detmodulator synchroniczny zbudowany na mieszaczach diodowych był powszechnie stosowany w telekomunikacji do demodulacji zwielokrotnionych częstotliwościowo sygnałów.
Demodulatory synchroniczne były i są stosowane powszechnie w bardzo wysokiej klasy profesjonalnych odbiornikach KF, a także w przenośnych odbiornikach jachtowych. Nigdy nie mogłem się nadziwić, dlaczego w bardzo rozbudowanych TRXach amatorskich nie było takiej pożytecznej demodulacji pośród tysiąca innych całkowicie zbędnych bajerów o znacznie większym stopniu komplikacji. Ja sobie taki demodulator do swojego IC-oma bez problemu dorobiłem!!! Mam także taką demodulację we własnej roboty radiotelefonie UKF ( mocno zmodernizowany ZEW).
W jakich współczesnych urządzeniach radiowych mogą jeszcze występować synchrodyna i demodulator synchroniczny?
Nie trzeba daleko szukać, każdy nosi je przy sobie.
Telefon komórkowy jest nie tylko homodyną, ale też posiada synchroniczny demodulator kwadraturowy zasilany synchronicznie z regeneratora zegara (To nic, że jest to ukryty w głębi skomplikowanego procesora, ale takie są fakty).
Synchroniczny jest też demodulator PAL i NTSC w każdym telewizorze. Na zasadzie synchronizmu działa też prastary detektor fazy w układzie synchronizacji linii w telewizorach.
Kwadraturowe modulatory cyfrowe występują też w stacjach bazowych telefonii komórkowej. O nadajnikach TV już wspomniałem wcześniej.
Śmiem twierdzić, że nasze współczesne otoczenie w zdecydowanej większości to homodyny ( nie istotne, że cyfrowe), ale także w niektórych przypadkach mogą być to cyfrowe synchrodyny w czystej postaci. Superheterodyny moim zdaniem w dniu dzisiejszym to mniejszość.
Czym że jednak jest urządzenie SDR. Tutaj dostaję rozstroju żołądka!!!
Od strony wejściowej patrząc na schematy jest to homodyna, z dalszą cyfrową obróbką sygnału. Czy to jednak prawda?
Patrząc jak działają programy dostaję jeszcze większego skurczu żołądka - przecież strona odbiorcza to superheterodyna w czystej postaci!!! To nic, że pośrednia jest niska i wynosi najczęściej od 12kHz do 90kHz, ale jest!!!
Dalszy tor cyfrowej obróbki to też klasyka: demodulator cyfrowy (detektor pośredniej) może być nawet synchroniczny.
Na podstawie powyższych przykładów nie ma znaczenia jaką technologią wykonane jest urządzenie radiowe. Czy to jest czysty analog, cyfrówka TTL, CMOS czy ECL, czy też obróbka sygnału jest czysto softwerowa.
Dla przyjmowanego nazewnictwa powinna być istotna tylko idea i zasada działania.

A więc usystematyzujmy na koniec naszą nomenklaturę.

HOMODYNA to nazwa wszystkich urządzeń, w których z częstotliwości radiowej na której przesyłana jest informacja sygnał jest przetwarzany bezpośrednio do częstotliwości wyjściowej, co najwyżej podlega sumowaniu i wzmacnianiu i różnej obróbce, ale w zakresie ostatecznej częstotliwości. Pojęcie BEZPOŚREDNIA PRZEMIANA a także ZEROWA CZĘSTOTLIWOŚĆ POŚREDNIA są tożsame.
Homodyny można podzielić na podklasy ze względu na technologię wykonania - analogowe i cyfrowe.
Homodyny można także podzielić na podklasy ze względu na rodzaj występujących sygnałów, a w szczególności na typ sygnału heterodyny. Jeśli sygnał heterodyny nie jest w fazie z wytłumioną lub niewytłumioną nośną, to mamy układ asynchroniczny czyli to co zawsze klasycznie nazywaliśmy homodyną, jeśli natomiast heterodyna pozostaje w synchronizmie z odbieraną nośną, lub w synchronizmie z nośną wytłumioną w nadajniku (tak, tak, można taką wytłumioną nośną odtworzyć i zsynchronizować na podstawie odbioru jednej wstęgi!!!) to takie urządzenie niezależnie od tego w jaki sposób uzyskujemy synchronizację nazwiemy SYNCHRODYNĄ
Sychrodyny z kolei możemy podzielić na następujące podgrupy:
a) z synchronizowanym mieszaczem samodrgającym - najstarsze
b) z oddzielnym demodulatorem do którego dostarczamy heterodynę zsynchronizowaną w specjalnym generatorze lub za pomocą pętli PLL (pętla PLL jest bardzo korzystna przy odbiorze PM i FM.)
Synchrodyny można jeszcze podzielić ze względu na rodzaj odbieranego sygnału:
- z synchronizacją do nośnej - dla AM i FM, PM
- z synchronizacją do resztek wytłumionej nośnej
- z synchronizacją bez nośnej za pomocą informacji ze wstęg bocznych
- z synchronizacją do ciągów bitów ( układy odtwarzania zegara)

Jeszcze jeden podział synchrodyn, który można wykreować:
- układ pojedynczego demodulatora synchronicznego
- układ dwóch demodulatorów synchronicznych pracujących w kwadraturze czyli dostających sygnały heterodyny przesunięte w fazie o 90 stopni względem siebie.
Układy pracujące w kwadraturze obrabiają sygnały wektorowe poruszające się na płaszczyźnie (np. Re i Im - czyli zespolone)
Przykłady już podałem ale dla lepszego uświadomienia powtórzę. Demodulatorem kwadraturowym jest np. dekoder koloru w TV i jeszcze jeden mało znany przykład - dekoder stereofoniczny na zakresach AM używany w USA. - to w analogu, a w cyfrówce demodulator strumieni cyfrowych I Q np. w telefonie komórkowym.
Tego typu demodulatory synchroniczne są również powszechnie stosowane w liniach radiowych do demodulacji wektorowej sygnałów QAM, ostatnio realizowane coraz częściej za pomocą softu ale to niczego nie zmienia co do idei.
Pojęcie synchrodyny traci ważność jeśli taki sam dokładnie układ dostaje już wcześniej obrobiony w przemianach sygnał i detekcja synchroniczna następuje na pośredniej. W tej sytuacji układ takiego demodulatora nazwiemy DEMODULATOREM SYNCHRONICZNYM.
I jeszcze ciekawostka ostatnich czasów - możliwa jest modulacja i detekcja synchroniczna naraz około sześciu tysięcy nośnych, gdzie prawie każda nośna jest modulowana modulacją QAM64. Takie coś jest stosowane w przesyłaniu telewizji cyfrowej. Oczywiste jest że do celów obróbki takiego sygnału stosujemy matematykę - transformatę Fouriera, ale idea nadal ta sama - jest to proces synchroniczny.

Podsumowując - pojęć związanych z homodynami nie jest aż tak dużo, trzeba tylko dobrze sobie uświadomić co one znaczą.
I jeszcze jedno - nie sugerowałem się żadnymi podanymi linkami, ani książkami - jeszcze tam nie zaglądałem. Jest to mój osobisty punkt widzenia.
Czasami rzeczy skomplikowane są bardziej proste niż nam się wydaje, a te proste okazują się bardziej skomplikowane niż przypuszczaliśmy, gdy dokładnie zaczniemy się w nie zagłębiać........ .

Henryk SP2JQR

P.S
Sampler to urządzenie próbkujące. Dotyczy to zarówno samplera analogowego jakim jest nasz mieszacz próbkujący powszechnie stosowany w nowoczesnych homodynach, jak i samplera cyfrowego, w którym sygnał analogowy jest pocięty na plasterki z częstotliwością próbkowania, a wartość każdej próbki jest zapisana cyfrowo co do wartości i przekazana poprzez rejestry cyfrowe do dalszej obróbki.
W samplerze analogowym wartość próbki jest zapamiętana nie w rejestrze, tylko w kondensatorze w postaci istniejącego na nim napięcia. Dalsza obróbka tego napięcia jest analogowa, zazwyczaj za pomocą wzmacniaczy operacyjnych.

[SP2QCA]

witam,

swoje zdanie opieralem na materiale Matjaza S53MV i tym, że są różnice
w schematach:

http://lea.hamradio.si/~s53mv/zifssb/block.html

Fig.2 - Direct-conversion SSB transceiver design
oraz
Fig.3 - Zero-IF SSB transceiver design.

prawda - różnice niewielkie i jak pisze Matjaz :
... [zero if trx] is very similar to a direct-conversion RTX except that the local oscillator is operating in the center of the SSB signal spectrum, in other words at an offset of about 1.4kHz with respect to the SSB suppressed carrier frequency.

Czytając strony Matjaza kilka lat temu skonstatowałem z zaskoczeniem że jest to typ układu którego nie widziałem wcześniej i zapadło mi w pamięć to, że jest to inne podejście niż dotychczasowe - dlatego napisałem że gwoli ścisłości to nie to samo.
No bo "bardzo podobny" to jednak nie "ten sam".
Ale nie upieram się

pozdrowienia
Artur sp2qca

[SP2JQR]

Każy ma różne zdania w wyniku braku wcześcniejszych konsultacji. Ja sugeruję się zwykłą logiką i tym co podpowiada rozum oraz tym co przekazano mi na wykładach. Na uczelniach o kierunkach radiowych i telekomunikacyjnych pojęcia ZEROWA POŚREDNIA, BEZPOŚREDNIA PRZEMIANA są tożsame. Słowo HOMODYNA jest bardziej historyczne i jest przez naukowców mało używane, a bardziej rozpowszechnione przez krótkofalowców, moim zdaniem również tożsame.
Bez wątpienia każde użyte słowo ma jakieś niuanse i można się w to zagłębiać, nie mam za bardzo na to czasu, ale spróbuję zajrzeć do podanych linków.

---

Zajrzałem w końcu do podanego linku.
Opisany schemat jako ZERO-IF jest niczym innym jak tylko fazowo - filtrową metodą formowania sygnału opisaną już w 1968 roku w książce Technika Jednowstęgowa, która jest tłumaczeniem niemieckich autorów: E.W. Pappenfus, Warren B. Bruene, E.O. Schoenike. W rozdziale 4.3 tejże książki na str.50 tytuł brzmi: Zmodyfikowana metoda fazowa, w przypisach znajdujemy jeszcze jedną nazwę: trzecia metoda wytwarzania sygnału jednowstęgowego. Nie ma ani jednego słowa o zerowej pośredniej. Swego czasu na rosyjskim Krasnodarze toczyła się burzliwa dyskusja ( czasy przed-Piligrimowe i moment powstawania Piligrima) na temat praktycznego zastosowania tej metody na KF - jak na razie ta metoda przegrywa w związku z niemożliwością idealnego zrównoważenia modulatorów dla tonu generatora pomocniczego ( 1,4kHz), Proponowano ostre filtry aktywne, ale ostatecznie nie skonstruowano TRXa na KF który miałby dobre parametry. Mam nadzieję że w miarę postępu ta metoda się upowszechni z dobrymi parametrami. Zamiast czekać proponuję myśleć i konstruować. Może tym razem będziemy pierwsi, przed Rosjanami. Kopiowanie cudzych konstrukcji nie uszczęśliwia tak bardzo jak wymyślanie swoich własnych!!!
Jeśli kogoś to interesuje to ta trzecia metoda jest bardzo dokładnie rozgryziona i opisana z mnóstwem linków na rosyjskich forach. Nie znam na pamięć linków, ale jak tam ponownie trafię to wkleję.

Ten link i ta książka oraz rosyjskie fora są najlepszym przykładem ile jest zamieszania z nazewnictwem w tym zakresie.
Zasada działania w każdym przypadku jest dokładnie ta sama. Sygnał radiowy jest sprowadzony w jedynym mieszaczu do pasma podstawowego. Wszelkie inne układy na schemacie (również dodatkowe mieszacze i generatory) służą do obróbki tego podstawowego sygnału - sumowania wektorowego, sumowania widm itp. . Przecież lada moment (może już są?) powstaną nowe konstrukcje homodynowe z cyfrową obróbką sygnału DSP. I co? Nie będzie to już homodyna? Na rosyjskich forach toczy się już od dawna twórcza dyskusja na ten temat.
Chwilami zastanawiam się jednak czy zastosowanie pojęcia ZERO-IF w przypadku tego konkretnego schematu nie jest przypadkiem całkowicie błędne. Może jest to superheterodyna z pośrednią 1,4kHz? A może homodyna z fazowo-superheterodynową obróbką sygnału? Co Wy na to?
Na różnych schematach stosują autorzy różne metody obróbki sygnału i chcąc odróżnić schematy i metody różnie je nazywają, prawdopodobnie nie zdając sobie sprawy jakie przy tej opkazji powstaje zamieszanie.
Autor Schematu z trzecią metodą widocznie korzystał z literatury naukowej, gdzie pojęcie homodyny praktycznie nie występuje, a króluje zerowa pośrednia i uznał, że jest to coś nowego(takie sterocie jak zapodana na wstępie książka dla niego już nie istnieją).
Ja pozostanę przy swojej logicznej nomenklaturze czyli:
HOMODYNA (HOMODINE), BEZPOŚREDNIA PRZEMIANA (DIRECT CONVERSION), ZEROWA POŚREDNIA ( ZERO-IF) to dokładnie to samo. Homodyny jednak będę używał najczęściej, ponieważ jestem krótkofalowcem!
Henryk SP2JQR

---

A cobyście powiedzieli o DIRODYNIE - co to takiego? Poszukajcie w sieci.
Ciekaw też jestem czy już wynaleziono MULTIDYNĘ?
pzdr