هيتروداين

يُعدّ مستقبل التغاير الفائق (superhet) أحد أهم تطبيقات تقنية التغاير وأكثرها استخدامًا . في مستقبل التغاير الفائق النموذجي، تُخلط إشارة التردد اللاسلكي الواردة من الهوائي (التغاير) مع إشارة من مذبذب محلي (LO) لإنتاج إشارة بتردد ثابت منخفض تُسمى إشارة التردد المتوسط ​​(IF). تُضخّم إشارة التردد المتوسط ​​وتُرشّح، ثم تُطبّق على كاشف يستخلص الإشارة الصوتية؛ ويُرسل الصوت في النهاية إلى مكبر صوت المستقبل. ^{[ 7 ]}

يتميز جهاز الاستقبال فائق التغاير بعدة مزايا مقارنةً بتصاميم أجهزة الاستقبال السابقة. إحدى هذه المزايا هي سهولة الضبط؛ إذ لا يقوم المشغل إلا بضبط مرشح الترددات الراديوية ومذبذب التردد المحلي (LO)، بينما يتم ضبط تردد التردد المتوسط ​​الثابت (IF) في المصنع دون الحاجة إلى تعديله. في التصاميم القديمة، مثل جهاز استقبال الترددات الراديوية المضبوط (TRF)، كان لا بد من ضبط جميع مراحل جهاز الاستقبال في آنٍ واحد. إضافةً إلى ذلك، ولأن مرشحات التردد المتوسط ​​مضبوطة بشكل ثابت، فإن انتقائية جهاز الاستقبال تكون متساوية عبر نطاق تردده بالكامل. ميزة أخرى هي إمكانية أن تكون إشارة التردد المتوسط ​​بتردد أقل بكثير من إشارة الراديو الواردة، مما يسمح لكل مرحلة من مراحل مضخم التردد المتوسط ​​بتوفير كسب أكبر. بشكل عام، يتميز جهاز التضخيم بحاصل ضرب ثابت بين الكسب وعرض النطاق الترددي . فإذا كان حاصل ضرب الكسب وعرض النطاق الترددي للجهاز 60  ميجاهرتز، فإنه يستطيع توفير كسب جهد مقداره 3 عند تردد راديوي 20  ميجاهرتز، أو كسب جهد مقداره 30 عند تردد متوسط ​​2  ميجاهرتز. عند تردد وسيط منخفض، يتطلب الأمر عددًا أقل من أجهزة التضخيم لتحقيق نفس الكسب. وقد حقق جهاز الاستقبال الراديوي التجديدي كسبًا أكبر من جهاز تضخيم واحد باستخدام التغذية الراجعة الموجبة، ولكنه تطلب ضبطًا دقيقًا من قِبل المُشغِّل؛ كما أدى هذا الضبط إلى تغيير انتقائية جهاز الاستقبال التجديدي. أما جهاز الاستقبال الفائق التغاير فيوفر كسبًا كبيرًا ومستقرًا وانتقائية ثابتة دون الحاجة إلى ضبط مُرهِق.

لقد حل نظام التغاير الفائق محل تصميمات مستقبلات TRF والتجديدية السابقة، ومنذ ثلاثينيات القرن العشرين، أصبحت معظم أجهزة استقبال الراديو التجارية من نوع التغاير الفائق.

في شبكات الاتصالات واسعة النطاق، مثل خطوط الهاتف الرئيسية ، وشبكات الترحيل بالميكروويف ، وأنظمة التلفزيون الكبلي، ووصلات الأقمار الصناعية للاتصالات ، يتم مشاركة وصلات ذات سعة نطاق ترددي عالية بين العديد من قنوات الاتصال الفردية باستخدام تقنية المزج غير المتجانس لرفع تردد الإشارات الفردية إلى ترددات مختلفة تشترك في القناة. وتُعرف هذه التقنية باسم تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM).

على سبيل المثال، يمكن لكابل محوري يستخدمه نظام تلفزيون الكابل نقل 500 قناة تلفزيونية في الوقت نفسه، لأن كل قناة تُخصص لها تردد مختلف، فلا تتداخل مع القنوات الأخرى. عند مصدر الكابل أو المحطة الرئيسية ، تقوم محولات التردد الإلكترونية بتحويل كل قناة تلفزيونية واردة إلى تردد أعلى. يتم ذلك عن طريق مزج تردد إشارة التلفزيون ( fCH ₎ مع تردد مذبذب محلي أعلى بكثير (fLO ₎ ، مما يُنشئ إشارة تداخل بتردد مجموع (fCH  + fLO ₎  ، تُضاف إلى الكابل. في منزل المستهلك، يحتوي جهاز استقبال الكابل على محول تردد تنازلي يمزج الإشارة الواردة بتردد (   _fCH + fLO ₎ مع تردد المذبذب المحلي نفسه (fLO _{)، مما} يُنشئ تردد التداخل التفاضلي، ويعيد القناة التلفزيونية إلى ترددها الأصلي: ( fCH  + fLO ) - _fLO = fCH _{. وبذلك ،}     تُنقل كل قناة إلى تردد أعلى مختلف . يُطلق على التردد الأساسي المنخفض الأصلي للإشارة اسم النطاق الأساسي ، بينما يُطلق على القناة الأعلى التي يتم نقلها إليها اسم نطاق التمرير .

تعتمد العديد من أنظمة أشرطة الفيديو التناظرية على تردد حامل لوني مُخفَّض لتسجيل معلومات اللون ضمن نطاقها الترددي المحدود. تُعرف هذه الأنظمة بأنظمة التغاير أو أنظمة اللون المُخفَّض . على سبيل المثال، في أنظمة الفيديو NTSC ، يقوم نظام تسجيل VHS (و S-VHS ) بتحويل تردد حامل اللون من معيار NTSC البالغ 3.58  ميجاهرتز إلى حوالي 629  كيلوهرتز. ^{[ 13 ]} وبالمثل، يتم تحويل تردد حامل اللون في نظام PAL VHS (ولكن من 4.43  ميجاهرتز). تستخدم أنظمة U-matic القديمة مقاس 3/4 بوصة  موجة حاملة فرعية بتردد 688 كيلوهرتز تقريبًا لتسجيلات NTSC (كما هو الحال في نظام Betamax من سوني ، والذي يُعدّ في الأساس نسخة استهلاكية من U-matic مقاس 1/2 بوصة)، بينما كانت أجهزة U-matic بنظام PAL تأتي بنوعين غير متوافقين، بترددات حاملة فرعية مختلفة، تُعرف باسم النطاق العالي والنطاق المنخفض. تشمل تنسيقات أشرطة الفيديو الأخرى ذات أنظمة الألوان غير المتجانسة Video-8 و Hi8 . ^{[ 14 ]}

يُستخدم نظام التغاير في هذه الحالات لتحويل الموجات الجيبية المُشفّرة طوريًا والمُعدّلة سعويًا من ترددات البث إلى ترددات قابلة للتسجيل في  نطاق ترددي أقل من 1 ميجاهرتز. عند التشغيل، تُعاد معالجة معلومات اللون المسجلة بتقنية التغاير إلى ترددات الموجة الحاملة الفرعية القياسية لعرضها على أجهزة التلفزيون وتبادلها مع أجهزة الفيديو القياسية الأخرى.

تتميز بعض أجهزة التسجيل U-matic (3/4 بوصة) بموصلات mini-DIN ذات 7 دبابيس للسماح بنسخ الأشرطة دون تحويل، كما هو الحال في بعض مسجلات VHS وS-VHS وHi8 الصناعية.

يستخدم جهاز الثيرمين ، وهو آلة موسيقية إلكترونية ، مبدأ التغاير لإنتاج تردد صوتي متغير استجابةً لحركة يدي العازف بالقرب من هوائي واحد أو أكثر، تعمل كصفائح مكثف. يتم مزج خرج مذبذب بتردد راديوي ثابت مع خرج مذبذب آخر يتأثر تردده بالسعة المتغيرة بين الهوائي ويد العازف أثناء تحركها بالقرب من هوائي التحكم في درجة الصوت. ينتج عن الفرق بين ترددي المذبذبين نغمة ضمن النطاق الصوتي.

مُعدِّل الحلقة هو نوع من أنواع خلاطات التردد المدمجة في بعض أجهزة المزج أو المستخدمة كتأثير صوتي مستقل.

يُعدّ الكشف بالتغاير الضوئي (وهو مجال بحث نشط) امتدادًا لتقنية التغاير الضوئي إلى ترددات أعلى (مرئية). نشر غيرا ^{[ 15 ]} (1995) لأول مرة نتائج ما أسماه "شكلاً من أشكال التغاير الضوئي"، حيث يُسلط ضوء مُنمَّط بواسطة محزز ذي خطوة 50 نانومتر على محزز ثانٍ ذي خطوة 50 نانومتر، مع تدوير المحززين بالنسبة لبعضهما البعض بالزاوية اللازمة لتحقيق التكبير. على الرغم من أن الطول الموجي للإضاءة كان 650 نانومتر، إلا أنه كان من السهل تمييز المحزز ذي الـ 50 نانومتر. وقد أظهر هذا تحسنًا يقارب خمسة أضعاف عن حد دقة آبي البالغ 232 نانومتر، والذي كان من المفترض أن يكون أصغر حد يمكن الحصول عليه للفتحة العددية والطول الموجي المستخدمين. عُرفت هذه التقنية للتصوير المجهري فائق الدقة من خلال التغاير الضوئي لاحقًا باسم مجهر الإضاءة المهيكلة .

إضافةً إلى المجهر الضوئي فائق الدقة، يُمكن للمزج الضوئي غير المتجانس أن يُحسّن بشكلٍ كبيرٍ المُعدِّلات الضوئية ، مما يزيد من كثافة المعلومات التي تحملها الألياف الضوئية . كما يُستخدم أيضًا في إنشاء ساعات ذرية أكثر دقةً تعتمد على القياس المباشر لتردد شعاع الليزر. ^{[ ملاحظات 1 ]}

بما أن الترددات الضوئية تتجاوز بكثير قدرة أي دائرة إلكترونية عملية على التحكم بها، فإن جميع كواشف الفوتونات ذات التردد المرئي هي بطبيعتها كواشف طاقة وليست كواشف مجال كهربائي متذبذب. ومع ذلك، ولأن كشف الطاقة يعتمد بطبيعته على قانون التربيع ، فإنه يمزج تلقائيًا أي ترددات ضوئية موجودة على الكاشف. لذا، يتطلب الكشف الحساس عن ترددات ضوئية محددة استخدام الكشف الضوئي غير المتجانس، حيث يُسلط طولان موجيان مختلفان (متقاربان) من الضوء على الكاشف بحيث يتوافق الخرج الكهربائي المتذبذب مع الفرق بين تردديهما. يتيح هذا الكشف نطاقًا ضيقًا للغاية (أضيق بكثير مما يمكن لأي مرشح لوني تحقيقه) بالإضافة إلى قياسات دقيقة لطور وتردد إشارة ضوئية بالنسبة إلى مصدر ضوئي مرجعي، كما هو الحال في مقياس اهتزاز دوبلر الليزري .

تم تطبيق هذا الكشف الحساس للطور في قياسات سرعة الرياح باستخدام تأثير دوبلر، والتصوير عبر الأوساط الكثيفة. وتُعد الحساسية العالية للضوء الخلفي مفيدة بشكل خاص في تقنية الليدار .

في مطيافية تأثير كير البصري (OKE)، ينتج عن المزج البصري غير المتجانس لإشارة تأثير كير البصري وجزء صغير من إشارة المسبار إشارة مختلطة تتكون من إشارة المسبار، وإشارة تأثير كير البصري غير المتجانسة، وإشارة تأثير كير البصري المتجانسة. ويمكن ترشيح إشارتي المسبار وتأثير كير البصري المتجانسة، ليتبقى لدينا إشارة التردد غير المتجانسة للكشف.

يُستخدم الكشف غير المتجانس غالبًا في قياس التداخل، ولكنه عادةً ما يقتصر على الكشف عن نقطة واحدة بدلًا من قياس التداخل واسع المجال. مع ذلك، يُمكن إجراء قياس التداخل غير المتجانس واسع المجال باستخدام كاميرا خاصة. ^{[ 18 ]} باستخدام هذه التقنية، التي تعتمد على إشارة مرجعية مُستخرجة من بكسل واحد، يُمكن بناء مقياس تداخل غير متجانس واسع المجال عالي الاستقرار عن طريق إزالة مُكوّن طور المكبس الناتج عن التشويش الميكروفوني أو اهتزازات المكونات البصرية أو الجسم. ^{[ 19 ]}

يتم دمج الإشارتين في جهاز يُسمى الخلاط . وكما رأينا في القسم السابق، فإن الخلاط المثالي هو جهاز يُضاعف الإشارتين. تعمل بعض دوائر الخلاط الشائعة الاستخدام، مثل خلية جيلبرت ، بهذه الطريقة، ولكنها تقتصر على الترددات المنخفضة. مع ذلك، فإن أي مكون إلكتروني غير خطي يُضاعف الإشارات المُطبقة عليه، مُنتجًا ترددات غير متجانسة في خرجه - لذا تُستخدم مجموعة متنوعة من المكونات غير الخطية كخلاطات. المكون غير الخطي هو المكون الذي يكون فيه تيار أو جهد الخرج دالة غير خطية لمدخله. تُصمم معظم عناصر الدوائر في دوائر الاتصالات لتكون خطية . هذا يعني أنها تخضع لمبدأ التراكب ؛ إذا${\displaystyle \ F(v)\ }$هو ناتج عنصر خطي مع مدخل من${\displaystyle \ v\ }$:

${\displaystyle \ F(v_{1}+v_{2})=F(v_{1})+F(v_{2})\ }$

لذا ، إذا طُبقت إشارتان جيبيتان بترددين f1 و _{f2 على جهاز خطي} ، فإن الخرج هو ببساطة مجموع الخرجين عند تطبيق الإشارتين بشكل منفصل دون وجود حدود ضرب. وبالتالي، فإن الدالة${\displaystyle F}$_{يجب أن تكون} الدالة غير خطية لإنتاج نواتج المزج. ينتج المضاعف المثالي نواتج المزج فقط عند ترددات الجمع والطرح ( f1 _± f2 ) _،   لكن الدوال غير الخطية الأكثر عمومية تنتج نواتج مزج من رتب أعلى: n ⋅ f1 + m ⋅ f2 _،   حيث n و m عددان صحيحان . بعض تصميمات الخلاطات، مثل الخلاطات المتوازنة المزدوجة، تكبح بعض النواتج غير المرغوب فيها من الرتب العليا، بينما تستغل تصميمات أخرى، مثل الخلاطات التوافقية، فروق الرتب العليا.

من أمثلة المكونات غير الخطية المستخدمة كخلاطات: الصمامات المفرغة والترانزستورات ذات التحيز القريب من تردد القطع ( الفئة C )، والثنائيات . كما يمكن استخدام المحاثات ذات القلب المغناطيسي الحديدي عند التشبع بترددات منخفضة. في البصريات غير الخطية ، تُستخدم البلورات ذات الخصائص غير الخطية لخلط حزم ضوء الليزر لإنتاج ترددات التغاير البصري .

لتوضيح كيفية قيام مكون غير خطي بضرب الإشارات وتوليد ترددات التغاير رياضياً، الدالة غير الخطية${\displaystyle F}$يمكن توسيعها في متسلسلة قوى ( متسلسلة ماكلورين ):

${\displaystyle \ F(v)=\alpha _{1}v+\alpha _{2}v^{2}+\alpha _{3}v^{3}+\cdots \ }$

لتبسيط العمليات الحسابية، يُشار إلى الحدود ذات الرتبة الأعلى التي تزيد عن α ₂ بعلامة حذف (...)${\displaystyle \ \cdots \ }$) ويتم عرض الحدود الأولى فقط. بتطبيق موجتين جيبيتين بترددين ω ₁ =  2 π f ₁ و ω ₂ =  2 π f ₂ على هذا الجهاز:

${\displaystyle \ v_{\mathsf {out}}=F{\Bigl (}A_{1}\cos(\omega _{1}t)+A_{2}\cos(\omega _{2}t){\Bigr )}\ }$

${\displaystyle \ v_{\mathsf {out}}=\alpha _{1}{\Bigl (}A_{1}\cos(\omega _{1}t)+A_{2}\cos(\omega _{2}t){\Bigr )}+\alpha _{2}{\Bigl (}A_{1}\cos(\omega _{1}t)+A_{2}\cos(\omega _{2}t){\Bigr )}^{2}+\cdots \ }$

${\displaystyle \ v_{\mathsf {out}}=\alpha _{1}{\Bigl (}A_{1}\cos(\omega _{1}t)+A_{2}\cos(\omega _{2}t){\Bigr )}+\alpha _{2}{\Bigl (}A_{1}^{2}\cos ^{2}(\omega _{1}t)+2A_{1}A_{2}\cos(\omega _{1}t)\ \cos(\omega _{2}t)+A_{2}^{2}\cos ^{2}(\omega _{2}t){\Bigr )}+\cdots \ }$

يتضح أن الحد الثاني أعلاه يحتوي على حاصل ضرب موجتين جيبيتين. بالتبسيط باستخدام المتطابقات المثلثية :

${\displaystyle {\begin{aligned}v_{\mathsf {out}}={}&\alpha _{1}{\Bigl (}A_{1}\cos(\omega _{1}t)+A_{2}\cos(\omega _{2}t){\Bigr )}\\&{}+\alpha _{2}{\Bigl (}{\tfrac {1}{2}}A_{1}^{2}[1+\cos(2\omega _{1}t)]+A_{1}A_{2}[\cos(\omega _{1}t-\omega _{2}t)+\cos(\omega _{1}t+\omega _{2}t)]+{\tfrac {1}{2}}A_{2}^{2}[1+\cos(2\omega _{2}t)]{\Bigr )}+\cdots \end{aligned}}}$

وهذا يترك ترددي التغاير من بين العديد من المصطلحات:

${\displaystyle \ v_{\mathsf {out}}=\cdots +\alpha _{2}A_{1}A_{2}\cos(\omega _{1}-\omega _{2})t+\alpha _{2}A_{1}A_{2}\cos(\omega _{1}+\omega _{2})t+\cdots \ }$

إلى جانب العديد من المصطلحات الأخرى غير المعروضة.

بالإضافة إلى المكونات ذات الترددات التي تساوي مجموع _{الترددين} الأصليين ω₁ + ω₂   وفرقهما ω₁ -   _{ω₂ ،} كما هو موضح أعلاه، يحتوي الخرج أيضًا على حدود جيبية عند الترددات الأصلية _{، وحدود عند مضاعفات الترددات الأصلية} 2ω₁ ، _2ω₂ ، 3ω₁ ، 3ω₂ _، وهكذا، _وتُسمى هذه _الحدود بالتوافقيات . كما يحتوي على حدود أكثر تعقيدًا عند ترددات Mω₁ + Nω₂ _، وتُسمى نواتج التشكيل البيني . يجب إزالة هذه الترددات غير المرغوب فيها، بالإضافة إلى تردد التغاير غير المرغوب فيه، من خرج الخلاط بواسطة مرشح إلكتروني ، _للحصول على تردد التغاير المطلوب .

• براءة الاختراع الأمريكية رقم 1050441 ، فيسيندين، ريجينالد أ .، "جهاز الإشارة الكهربائية"، نُشرت في 27 يوليو 1905، وصدرت في 14 يناير 1913 
• جلينسكي، ألبرت (2000). ثيرمين: موسيقى الأثير والتجسس . أوربانا، إلينوي: مطبعة جامعة إلينوي. ISBN 978-0-252-02582-2.
• ناهين، بول ج. (2001). علم الراديو مع عروض توضيحية باستخدام ماتلاب ومنصة العمل الإلكترونية (  الطبعة الثانية). نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ، مطبعة معهد الفيزياء الأمريكي. رقم ISBN 978-0-387-95150-8.