本文旨在向初學者介紹高頻無線電設計中有趣而富挑戰性的技術。它還旨在吸引經驗豐富的專業人士對這種藝術進行更深入的了解，并在框外進行思考，這既可以對技術進行小規模的改進，也可以進行大范圍的改進。例如，今天有許多事情可以嘗試，而幾十年前是不切實際的。通過了解我們之前發生的事情以及在某些情況下遺漏的事情，可以改進前進的道路。我花了40多年的時間來嘗試和設計新概念，并嘗試一些很少嘗試的概念-目的是改善藝術形式。

為什么要看歷史？

現代接收機的描述與三十年前的接收機完全不同。在無線電接收機中重要的哲學正在不斷變化。這是由于技術上的變化而帶來的更好的性能。在我看來，弄清楚為什么會這樣是一個好主意，而這樣做的一個好方法是深入研究無線電接收器的歷史。了解無線電接收器的歷史可以使您了解事物隨時間變化的方式和原因，并使設計師可以更好地發現良好的設計。使用較舊設計的一部分來補充新設計也可能很有用。例如，大多數無線電接收機中使用的振蕩器已隨著時間的流逝而發生變化，以至于其中產生的噪聲可能會改變新一代無線電接收機的設計理念。

熟悉無線電接收器歷史的另一個原因是，沿著歷史道路一路走來，有技術上的漏洞–通常比您想像的要多。由于諸如在設計時不可行之類的原因，有些區域尚未開發。例如，對于某種設計，組件的大小可能曾經（在早期的閥式無線電接收器時代）太大或太昂貴，但現在可能變得更小，更便宜。組件和其他設計元素的開發為填補這些技術漏洞打開了大門，而舊設計的元素則在現代和未來的無線電接收器設計中占據一席之地。

由于缺乏技術知識和當今存在的組件（例如鋒利的晶體過濾器），其他早期設計沒有“起飛”。一個很好的例子就是所謂的“超級發電機”概念。1 2盡管此概念為數字通信提供了一種簡單有效的模式，但在其發展之后再也沒有被接受。

現在我們已經討論了為什么了解無線電思想的歷史可能很重要，讓我們研究一下無線電設計的一些早期發展。

早期無線電發展

選擇性

選擇性是無線電接收器從一個頻率中選出一個頻率，并使發送器將信號保持在接收器恢復原始信號所需范圍之內的能力。圖1是級聯調諧電路的選擇性的圖形表示。選擇性是新興的無線行業所要克服的早期問題。這是因為當時所有收聽范圍內的電臺都會互相干擾，因為它們都使用火花發射器在非常寬的頻帶上進行廣播。請參見圖2的黑色軌跡。這嚴重限制了新無線技術的實用性。

一，二和三調諧電路對選擇性的累積影響。Y軸是通過調諧電路的信號的衰減量。注意，在諧振頻率上，幾乎沒有衰減。但是，在諧振頻率之外，當更多的調諧電路級聯時，信號的衰減更大。每個都可以由放大器分開。

泰坦尼克號上如此之多的生命損失的原因之一是其無線電接收器的選擇性不足，并且實際上還缺乏當時所發射信號的寬頻譜。泰坦尼克號的無線電運營商正試圖從紐約接收電報信號，但其他船只也在發出冰山警報。這兩個信號無法分開，這導致泰坦尼克號的操作員要求違規的船舶站關閉其警告，而他們這樣做并就寢了！這阻止了附近的船聽到泰坦尼克號的CQD（或SOS）。其余的，正如他們所說，是歷史。

4.5 MHz火花變送器的頻譜。黑色為黑色，來自閥變送器的干凈信號為綠色。輸出功率以對數刻度顯示，是相對的。

TRF（調諧射頻）接收器

三極管無線電閥由Lee De Forest于1908年發明，幾年后，無線電閥開始取代較早的寬帶火花發射器，從而可以發射更清潔的信號，如圖2的綠色軌跡所示。與天線隔離的電路也可以獲得良好的選擇性，并與閥門一起用作接收器中的放大器和檢測器。因此可以看出，選擇性在發送器和接收器中都很重要。我們感興趣的第一個無線電接收器是早期的調諧射頻（TRF）接收器。恩斯特·亞歷山大森（Ernst Alexanderson）在1916年為TRF接收器申請了專利。接收器使用了從天線進行的一到三個放大階段，每個階段都被一個或兩個調諧電路隔開。圖1顯示了級聯多達三個調諧電路的效果。由于選擇性是累積性的，因此多重調諧電路會增加接收器的選擇性。這些電路分別在每個放大電路之間用一個放大三極管進行調諧，每個電路的調諧刻度上都印有一個對數刻度（通常為0到100）。調諧電臺非常棘手，因為每個調諧電路都必須處于相同的頻率，并且通過將一個調諧旋鈕調到與另一級的距離太遠，很容易錯過弱電臺。但是，該系統可以正常工作，并且熟練地可以聽取當時各種實驗臺的聲音。圖3顯示了約1925年的典型TRF接收器的圖片。并且每個音調表盤上都印有一個記錄刻度（通常為0到100）。調諧電臺非常棘手，因為每個調諧電路都必須處于相同的頻率，并且通過將一個調諧旋鈕調到與另一級的距離太遠，很容易錯過弱電臺。但是，該系統可以正常工作，并且熟練地可以聽取當時各種實驗臺的聲音。圖3顯示了約1925年的典型TRF接收器的圖片。并且每個音調表盤上都印有一個記錄刻度（通常為0到100）。調諧電臺非常棘手，因為每個調諧電路都必須處于相同的頻率，并且通過將一個調諧旋鈕調到與另一級的距離太遠，很容易錯過弱電臺。但是，該系統可以正常工作，并且熟練地可以聽取當時各種實驗臺的聲音。圖3顯示了約1925年的典型TRF接收器的圖片。

大約1925年的TRF接收器。三個大調諧旋鈕中的每個旋鈕均控制著調諧電路，如本文所述。

在無線的早期，首選較低的頻率，因為人們認為信號覆蓋的距離隨著通過所謂的“地波”（Ground Wave）的降低而增加。由于這個原因，無線電業余服務被分配了較高的頻段，因為政府機構認為它們對遠程通信幾乎沒有用。正是業余愛好者發現，隨著頻率的升高，信號不是從地波而是從電離層反彈而返回到距發射機數百甚至數千英里的地球。

他們發現，隨著頻率的上升，給定設計的調諧電路變得越來越不具有選擇性，這使得必須增加帶有調諧電路的級數才能獲得所需的選擇性。這顯然是不能令人滿意的，因為在實踐中，甚至更多的調諧撥盤是行不通的。為了解決這個問題，開發了組合調諧。在組合調諧中，使用一個撥盤來一起控制所有已調諧的電路。

靈敏度
最早的無線電接收機必須處理從空中拔出的信號，而沒有任何放大作用。為了解決這個問題，早期的探測器（稱為相干器）非常不靈敏，并且需要非常大的天線。當時，方鉛礦或金剛砂制成的更靈敏的晶體探測器也很常見，但是其可靠性差使得它們不適用于重要的用途，例如運輸和軍事用途。

三極管閥的引入意味著可以在距離變送器遠得多的位置從站接收信號。對于傳輸本身，更純凈的傳輸信號意味著不會在接收器所需的帶寬之外傳輸信號，從而意味著更高的效率。這意味著更多的電臺可以同時以不同的頻率播出，而不會互相干擾。三極管閥門能夠對無線電信號進行相當大的放大，甚至在音頻頻率下也是如此。無線電接收器的靈敏度飛漲到前所未有的水平。

開發了再生接收器，其中，在一級附近反饋了少量放大的射頻能量。這具有大大增加調諧電路的選擇性和放大的效果，這反過來又增加了無線電接收機各個級的靈敏度。然而，選擇性仍然隨操作頻率而變化，再生并不是選擇性的最終答案。接收器選擇性的最理想方面是它隨頻率保持恒定。具有這種優勢的超外差接收器是在一次大戰期間及之后發明的，并于1918年由Edwin Armstrong申請了專利。

超外差接收器的設計比以前的接收器更為復雜，但是隨著頻率不斷變化，選擇性不斷提高的優勢使這種接收器一直持續到今天。

TRF和再生接收器比以前有了很大的改進。稍后再引入四極管和五極管的閥門，這也意味著制作無線電接收器所需的閥門更少，因為這些新電子管比早期的三極管具有更大的放大倍數。

在1920年代，由于當時制造商不愿向發明人支付專利使用費，超外差接收器的使用相當緩慢。但是，隨著時間的推移，很明顯，如果一家公司不生產卓越的超外差接收器，它們就會倒閉。即使到今天，也可以從中學到很多東西。

幾十年來，靈敏度和選擇性都是與接收機設計有關的兩個最重要的問題。

其他早期接收器類型
超級再生接收器

超級再生接收機也是由埃德溫·阿姆斯特朗（Edwin Armstrong）于1922年發明的，它是50 MHz以上頻率最常用的接收機。使用高于50 MHz的超級再生接收機的原因是，這種類型的接收機會從天線輻射出噪聲信號。這對人口稠密的HF（低頻）頻段造成了麻煩。高于50 MHZ仍然是新領域。它的使用并不多，因此頻帶足夠寬，操作員可以找到一個安靜的頻率。

埃德溫·阿姆斯特朗（Edwin Armstrong）

但是，它的選擇性也相當廣泛，最終被降級為頻率穩定性不太重要的較高頻率。相對于其他類型的接收器，超級再生接收器仍具有一個巨大的優勢，那就是一個閥式接收器可以聽到低至背景噪聲水平的信號。由于早期閥門的價格高昂，單管接收器是一個巨大的優勢，而如今，超級再生設計在無線電控制玩具，車庫門開啟器和某些數據接收器中仍然很流行。

Fremodyne
這類接收機是1940年代開發的，由超外差技術和超再生技術組合而成。它們用于甚高頻波段，靈敏度很高，但選擇性很差。1970年，接收器看到了澳大利亞固態設計的復興3。

超級紅外線發生器
該接收器確實享有非常短的壽命。超級發生器將超外差設計的選擇性和超級再生接收器設計的靈敏度結合在一起。然而，接收器的第一部分在所謂的接收鏡像頻率方面存在問題，這使得接收器既可以監聽期望的頻率，也可以監聽不期望的鏡像頻率。該圖像頻率存在的原因以及如何避免該頻率將在本系列的第2部分中進行討論。

參考

1 QST雜志，1935年12月，

2 ARRL手冊1936第257頁。

3澳大利亞電子公司，1970年5月

編輯：hfy