AM收音机如何仅滤除所需频率？

我知道空气中的电磁波会在天线中感应出交流电。我也理解，一旦对信号进行滤波以获得所需的频率，就可以获取信号的包络并驱动扬声器。

我不明白的是中间的那个部分，无线电从天线接收信号并仅滤出所需的频率。说这是一个非常简单的收音机，只关心单个频率。您能否解释一下它在电子产品中的工作原理，以及如果您试图基于离散采样数据在软件中编写无线电，这将如何工作？

它使用一种称为过滤器的东西。您可以从各种不同的事物中构建过滤器。

由电阻器和电容器制成的RC滤波器可能是最容易理解的。基本上，电容器充当电阻器，但是在不同频率下具有不同的电阻。添加电阻器时，可以构建一个与频率有关的分压器。这称为RC滤波器。您可以使用一个电阻和一个电容器制作高通和低通滤波器。低通滤波器被设计为通过低频并阻止高频，而高通滤波器则相反。低通与高通串联形成一个带通，该带通使某个范围内的频率通过，并阻塞其他频率。请注意，RC滤波器（以及大多数滤波器）的操作将取决于源阻抗和负载阻抗。

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

滤波器也可以用其他组件制成，例如电感器。电感器也像电阻器一样工作，但是它们的变化方向与电容器相反。在低频下，电感看起来很短，而电容器看起来很开。在高频下，电感看起来像开路，而电容器看起来像短路。LC滤波器是一种内置有电感器和电容器的滤波器。可以制作一个非常尖锐的LC滤波器，该滤波器可以快速切断并易于使用可变电容器进行调谐。这通常是针对简单的收音机（如水晶收音机）执行的操作。

^{模拟该电路}

您可以使用具有谐振频率的任何东西制作带通滤波器。串联或并联的电容器和电感器构成谐振储能电路，可以用作带通或带阻滤波器，具体取决于您如何将其连接。天线也是带通滤波器-它只能接收波长在天线大小附近的良好频率。太大或太小，将无法使用。空腔也可以用作过滤器-密封的金属盒具有各种驻波模式，可以将其用作过滤器。电子波也可以转换为其他波，例如声波，并进行滤波。SAW（表面声波）滤波器和晶体滤波器均通过机械共振工作，并利用压电效应与电路连接。还可以通过利用传输线的固有电感和电容以及利用反射产生的相长和相消干涉，在传输线之外构建滤波器。我已经看到了许多微波带状滤波器，它们是由一块印刷在PCB上的疯狂形状的铜制成的。这些叫做分布式元素过滤器。顺便提一句，大多数其他滤波器都可以建模为LC或RLC电路。

现在，软件定义的收音机完全是另一种动物。由于您正在使用数字数据，因此您不能仅将一些电阻器和电容器投入该问题。相反，您可以使用一些标准的过滤器拓扑，例如FIR或IIR。这些是在乘数和加法器级联的基础上构建的。基本思想是创建所需过滤器的时域表示，然后将此过滤器与数据卷积。结果是过滤后的数据。可以构建低通和带通FIR滤波器。

滤波与频率转换密切相关。您会在整个位置看到一个名为Q的参数。这是品质因数。对于带通滤波器，它与带宽和中心频率有关。如果要在1 GHz频率下制造100 Hz宽的滤波器，则需要具有天文数字高Q的滤波器。这是不可行的。因此，您要做的是使用低Q（宽）滤波器进行滤波，下变频至较低频率，然后使用另一个低Q滤波器进行滤波。但是，如果将1 GHz转换为10 MHz，则100 Hz滤波器的Q值要合理得多。这通常是在无线电中完成的，并且可能会进行多个频率转换。另外，

对于数字滤波器，滤波器越长，Q值越高，滤波器的选择性就越高。这是FIR带通滤波器的示例：

顶部曲线是滤波器的频率响应，底部曲线是滤波器系数的曲线。您可以将这种类型的过滤器视为搜索匹配形状的一种方式。滤波器系数包含特定的频率分量。如您所见，响应发生了一点振荡。想法是这种振荡将与输入波形匹配。紧密匹配的频率成分将出现在输出中，而不匹配的频率成分将被抵消。通过使滤波器系数沿输入信号一次滑动一个采样来对信号进行滤波，并且在每个偏移处，将对应的信号采样和滤波器系数相乘并求和。这样基本上可以平均出与滤波器不匹配的信号分量。

这是使用Heterodyne调整系统完成的。例如，假设您要调谐1200kHZ的电台。您将调谐转盘设置为“ 1200”，这会将本地振荡器设置为生成745kHz的频率。当您混合它们时，所得的频率之一就是差（您要调谐的频率-745kHz）。

下一阶段是调谐至455kHz的窄带放大器。455kHZ现在要接收455 + 745或1200kHZ，这是您要接收的电台。该（455kHz）信号被放大并被检测到，从而导致该电台的音频被听到。
当然，仍然接收其他频率。但是它们产生的频率将不同于455kHz，因此不会被放大。

决定使用455kHZ中频（在美国）是因为它低于标准AM频段（535kHZ至1610kHz），因此不会干扰您尝试接收的任何电台。

这用于模拟无线电信号接收。有关其他详细信息，您可以检查Heterodyne，为什么要转换为中频？和中频。

收音机的天线将平均接收许多信号。我们想要的是过滤掉其他电台，只允许我们调谐到的电台信号。最初的方法是同时使用电感器和可变电容器。在某个频率下，电感电抗将等于电容电抗Xl = Xc，从而使该信号的阻抗最小。然后，该信号被发送，并被无线电中的其余电路放大，而其他频率被抑制，因为它们不在那个谐振频率。只要滤波器的Q足够高，就可以消除其他电台的放大。同样令人感兴趣的是，这个电感性/电容性电路在振荡器的真正意义上会振荡……这意味着它的增益大于1并由电流驱动。

在我看来，“振幅调制”波（包含载波和数据（语音））与异相的中频混合了180度，从而产生了（语音）信息。相位减法和波形同相加法？这里有相同的想法。