home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / rec / models / rc / 3773 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-09-14  |  11.4 KB  |  223 lines

  1. Newsgroups: rec.models.rc
  2. Path: sparky!uunet!europa.asd.contel.com!darwin.sura.net!convex!news.utdallas.edu!corpgate!bnrgate!bmerh85!bcrki9!mkfeil
  3. From: mkfeil@bcrki9.bnr.ca (Max Feil)
  4. Subject: Radio Interference (technical)
  5. Message-ID: <1992Sep14.210450.4479@bmerh85.bnr.ca>
  6. Sender: news@bmerh85.bnr.ca (Usenet News)
  7. Organization: Bell-Northern Research
  8. References: <1992Sep04.182848.22823@bmerh85.bnr.ca> <1992Sep09.172231.9024@bmerh85.bnr.ca>
  9. Date: Mon, 14 Sep 92 21:04:50 GMT
  10. Lines: 211
  11.  
  12. Here is a great technical description of the issues being discussed in a
  13. related thread. It was not written by me.
  14.  
  15.  
  16.  From:       'galaxy.nsc.com!pad@gatech.uucp'
  17.  Subject:    Radio interference
  18.  
  19. Max,
  20.  
  21. I have read your posting and appreciate your efforts to explain the problems 
  22. people have with R/C gear, however I feel that while some of the conclusions
  23. are correct some are not and the explanations are not really accurate. I know
  24. that you are not an RF engineer so please do not take this as a flame - I work
  25. as an RF engineer and have attempted to explain my view of what is going on
  26. and I hope you will find the following constructive. If this email generates
  27. questions on your behalf please feel free to email me.
  28.  
  29. RADIO COMPONENTS
  30.  
  31. To understand what is happening in a radio you need to understand what the
  32. following components do;
  33.  
  34. filters;  These are devices that only allow certain frequencies to pass through.
  35. In a radio they are almost always bandpass filters and can roughly be 
  36. specified as having a centre frequency and a bandwidth. The ideal filter
  37. (which can be proven not to be realisable) would allow the frequencies within 
  38. the bandpass to pass through the filter with no attenuation and stop all 
  39. other frequencies from passing through at all. Real filters pass most of the
  40. signal at the centre frequency and gradually reduce the amplitude of the 
  41. signal as the frequency moves further away from the centre frequency. Filters 
  42. can be made to approach the ideal filter but the closer you get the heavier
  43. bigger and more expensive they become. As filters approach this ideal they are
  44. said to have a higher order. It turns out that for a given order, a filter will
  45. have a narrower bandwidth if its centre frequency is lower (remember this as it
  46. will explain why we have frequecy conversions in radios later). So if a filter
  47. that is small light and cheap has bandwidth of 350khz and centre frequency
  48. of 72MHz an equivalent order filter at 10.7MHz will have a bandwidth of 53Khz
  49. and at 455KHz a bandwidth of 2KHz. So *filters are easier to make narrowband
  50. at low frequencies*
  51.  
  52. mixers; An ideal mixer takes two input signals and multiplies them to give its
  53. output. This is all they do. Real mixers will introduce gain or loss and more 
  54. importantly for this discussion introduce distortion. This distortion 
  55. characteristic can be described as a power series so that for an input x the
  56. output will contain (a0 + a1.x + a2.x^2 + a3.x^3 + ....) a0 is the dc offset
  57. at the output a1 is the linear gain a2 is the coefficient for 2nd order 
  58. distortion which will produce 2IM a3 is the coefficient for 3IM. The co-
  59. efficients usually decrease very rapidly but the higher power terms increase 
  60. faster with increasing x (amplitude) so that (if the gain does not compress) 
  61. the 2nd and 3rd order terms eventually exceed the linear term. The smaller the 
  62. coefficients of the higher order terms are the more linear the radio is - this 
  63. is good for preventing distortion but often bad for increasing noise so mixer 
  64. designers try to compromise.
  65.  
  66. amplifiers; Ideal amplifiers just amplify signals - real ones introduce 
  67. distortion - see above
  68.  
  69. Radio Receivers
  70.  
  71. The big problem that your airplane has is to know which transmitter to
  72. listen to - at the aerial *every* radio transmission is present - other R/C
  73. channels, pagers, local radio stations, t.v., C.B. etc etc. The receiver tries
  74. to achieve this by by using filters to remove everything except the frequency
  75. band that you are transmitting on. The simplest way to do this would be to
  76. put a filter directly after the aerial that stopped everything but your
  77. transmission band. Your signal could then be amplified and demodulated with no 
  78. further ado. This type of radio is called a tuned radio frequency reciever
  79. or TRF for short. This is such a simple idea - why don't more people use it?
  80. Well for the fllowing reasons;
  81.  
  82. i) The filter would have to be 20KHz wide at 72MHz which requires a very
  83. expensive high order filter.
  84.  
  85. ii)All amplification and demodulation needs to be done at high frequency which
  86. requires high power consumption circuitry.
  87.  
  88. To get around this problem radios use either one intermediate frequency ("if")
  89. and are called heterodyne receivers or more than one (usually two) in which
  90. case they are called superheterodyne receivers (superhet for short).
  91.  
  92. Heterodyne receivers (single conversion receivers)
  93.  
  94. Heterodyne recevers work like this; All signals go into the aerial and a low 
  95. order filter selects frequencies +/- about 600khz either side of the centre
  96. of the R.C. band. This filter is called the image filter and you should note
  97. that it allows *all* the R/C channels through (yes I know! read on...).
  98. They then go to a mixer which multiplies all the incoming signals by the
  99. crystal frequency of the receiver (called the local oscillator with frequency
  100. "flo"). For every input frequency "fs" to the mixer the output contains ;
  101.  
  102.                 fout    =       fs*flo
  103.  
  104. As you said it can be shown by trigonometry theory that;
  105.  
  106.  cos(2*pi*flo*t)*cos(2*pi*fs*t)=1/2*( cos(2*pi*(flo-fs)*t)+cos(2*pi*(flo+fs)*t)
  107.  
  108.  
  109. or the output of the mixer contains frequencies at flo-fs and flo+fs. Now the
  110. output of the mixer is put through a filter with a centre frequency at 455KHz
  111. and a bandwidth of 20KHz (this is called the channel select filter). This 
  112. definitely gets rid of the flo+fs terms as they are up at about 144MHz but
  113. what gets through? well anything that satisfies the relationship;
  114.  
  115.         flo-fs=+455KHz  **or** flo-fs=-455KHz
  116.  
  117. you may well say what does -455KHz mean? - It is called the image frequency
  118. and is actually a positive frequency the same as +455KHz but phase inverted
  119. by 180 degrees (or multiplied by -1 if you prefer).
  120.  
  121. to select your transmission frequency the receiver crystal is designed so
  122. that flo-fs=+455KHz  so flo=fs+455KHz  however if the input of the mixer
  123. has a frequency at flo+455KHz (which is fs+910KHz) then you will get an 
  124. interference output frequency at 455KHz. You rely on the image filter
  125. (see above) to reject this frequency *before* it gets to the mixer
  126. (once it gets into the mixer there is nothing you can do about it)
  127. however this filter has to be at least as wide as the R/C spectrum
  128. which is channel spacing*number of channels (I think there are
  129. 60 channels now? so the image filter is then 1200kHz wide) so a single
  130. conversion receiver can let frequencies 45.5 channels away interfere. whether
  131. the interfering channel is 45.5 channels above or below your channel will
  132. depend whether your receiver uses high side or low side flo injection (this 
  133. just means whether flo=fs+455Khz or flo=fs-455KHz respectively). If all 
  134. receivers used high side injection then channels 45.5 above you would interfere
  135. with you but you would not interfere with them. For high side injection 
  136. receivers you want to be one of the high frequency channels, for low side
  137. injection receivers you want to be one of the low frequency ones.
  138.  
  139. This effect has nothing to do with 2nd order intermodulation it is due to
  140. a lack of image rejection in single conversion receivers.
  141.  
  142. 2IM
  143.  
  144. As we have seen - any signals at 455KHz coming out of the mixer get through
  145. the channel select filter. If the mixer circuitry has 2nd order distortion
  146. (a2*x^2) then an input of a + b will be distorted to a^2 + a*b + b^2 
  147. the square terms of this quadratic can be ignored (they are easy to filter)
  148. so that the effect of 2IM is to multiply input signals together which are
  149. then multiplied by the local oscillator. the effect of this is that large 
  150. signals 455KHz apart at the input to the mixer generate 455KHz at the *input*
  151. to the mixer -whether these get to the output and cause interference depends
  152. on the mixer type - a good balanced mixer will attenuate these signals before
  153. to the output.
  154.  
  155. In summary a single conversion R/C radio will always have poor image rejection
  156. and if the image frequency is inside the band of the image filter 910KHz
  157. away from your channel you will get interference. 2IM may or may not be a
  158. problem if the mixer has either low 2nd order distortion or is well balanced
  159. or both then 2IM will be less of a problem. 2IM becomes a problem when the
  160. two interfering signals are strong and your signal is weak.
  161.  
  162.  
  163. Superhet receivers (dual conversion)
  164.  
  165. These have 2 intermediate frequencies. The first mixer now has an output 
  166. image frequency 21.4MHz away (2*10.7MHz) these are easily filtered by the
  167. image filter between the aerial and the first mixer. 2IM products need to
  168. be 10.7MHz apart and these are similarly easily filtered by the image filter.
  169. So now all we do is filter at 10.7MHz and detect our signal right? well if 
  170. the filter you used was 20KHz wide then yes you could do this but such filters
  171. are expensive and the circuitry at 10.7MHz still requires fairly high power.
  172. So a superhet filters at 10.7MHz with a cheap filter that is about 100khz
  173. wide. After this filter you simply mix the signal with a local oscillator
  174. whose frequency is fs+455KHz (sound familiar?) the output is filtered at 455KHz
  175. with a bandwidth of 20khz to select your signal the image frequency at this 
  176. if is 910KHz but the filter at 10.7MHz has removed it - so no interference 
  177. from images  or 2IM.
  178.  
  179. Can anything interfere with superhets then? Yes ;
  180.  
  181. If a transmitter transmits on your frequency it will fairly obviously 
  182. interfere if its strong enough. The interfering signal must be substantially
  183. higher to interfere with an fm system than an am system (this applies to any
  184. of the interferers listed above or below which is why fm systems are less
  185. prone to interference - all else being equal). This situation will arise if:
  186.  
  187. i) Someone transmits on the same frequency as you
  188.  
  189. ii) Someone transmits on a frequency close to you with a wideband transmitter
  190.     (if his transmitter bandwith is 60KHz some of his signal will spill into
  191.     your channel if enough energy spills ....)
  192.  
  193. iii) 3IM ; the mechanism for this is identical to 2IM but now the cube of
  194.      the two input signals generate 2f1-f2 and 2f2-f1 ( simply look up the
  195.      trig for (cos a + cos b)^3 ) if two channels are spaced xHz and 2*xHz
  196.      away from you 3IM in the first mixer will produce an interferer at
  197.      the same frequency as you - it cannot be filtered once produced. 
  198.      the image filter will not be able to remove these as they can be 
  199.      any of other RC channels with the correct spacing (note the image 
  200.      filter must allow all the channel through or you would not be able
  201.      to use all the channels (crystals) available in any set which would
  202.      be a production nightmare.
  203.  
  204. A final mechanism for interference is jamming whereby the radio is simply
  205. overloaded by a *very* strong signal that gets through the image filter-
  206. it simply overloads the circuitry.
  207.  
  208.  
  209. I hope you find this of some value - I may have made some errors (after all
  210. I'm only human!) but I think its mostly correct and if you disagree with
  211. any of it or have any questions I will be happy to answer them.
  212.  
  213. Cheers - Paul
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218. --
  219. Max Feil  mkfeil@bnr.ca | Disclaimer:
  220. Bell-Northern Research  |   What do I know? I'm just a Nerd on the Big Ranch.
  221. P.O Box 3511 Station C, |
  222. Ottawa, Ontario, Canada.| "Enrich The Soil, Not EveryBody's Goal" Peter Gabriel
  223.