Heterodyn (referenční oscilátor) v přijímači (vysílačVe většině případů se generátor signálu, který určuje frekvenci příjmu, nazývá heterodyn. Přestože je jeho úloha označována jako pomocná, má velmi významný vliv na kvalitu přijímací nebo vysílací jednotky.
Označení heterodyn a princip heterodynního příjmu
V počátcích rádiového příjmu byl při konstrukci přijímacího obvodu nezbytný heterodyn. Signál zachycený oscilačním vstupním obvodem byl zesílen a poté detekován a přiveden do nízkofrekvenčního zesilovače. S rozvojem obvodů vyvstal problém sestrojení rádiového zesilovače s vysokým ziskem.
Pro překrytí velkého rozsahu byl navržen s velkou šířkou pásma, což způsobilo, že byl náchylný k samovybuzování. Přepínatelné zesilovače se ukázaly být příliš složité a těžkopádné.
To se změnilo s vynálezem heterodynního příjmu. Signál z laditelného (nebo pevného) oscilátoru se přivádí do směšovače. Druhým vstupem směšovače je přijatý signál a výstupem je obrovské množství Ramanových frekvencí, které jsou součty a rozdíly frekvencí heterodynního a přijatého signálu v různých kombinacích. V praxi se obvykle používají dvě frekvence:
- f heterodynní-f-signál;
- f-signál - f-heterodyn.
Tyto frekvence se ve vztahu k sobě nazývají zrcadlové frekvence. Příjem probíhá na jednom kanálu, druhý je odfiltrován vstupními obvody přijímače. Tento rozdíl se nazývá mezifrekvence (IF) a jeho hodnota se volí při návrhu přijímače nebo vysílače. Ostatní kombinační frekvence jsou odfiltrovány mezifrekvenčním filtrem.
Pro průmyslová zařízení existují normy pro volbu frekvence IF. V amatérských zařízeních se tento kmitočet volí podle různých podmínek, včetně dostupnosti součástek pro sestavení úzkopásmového filtru.
Filtrovaná mezifrekvence je zesílena v IF zesilovači. Protože je tato frekvence pevná a šířka pásma malá (pro hlasovou informaci stačí 2,5...3 kHz), lze pro ni snadno vyrobit úzkopásmový zesilovač s vysokým zesílením.
Existují obvody, které používají kombinovanou frekvenci - f-signál + f-heterodyn. Takové obvody se nazývají obvody s konverzí nahoru. To zjednodušuje vstupní obvody přijímače.
Existuje také technika přímé konverze (nezaměňovat s přímým zesílením!), při které je příjem téměř na frekvenci heterodynů. Toto zapojení je jednoduché z hlediska konstrukce a ladění, ale techniky přímé konverze mají své vlastní nevýhody, které mohou snižovat výkon.
Ve vysílači se používají také heterodyny. Jejich inverzní funkcí je přenášet nízkofrekvenční modulovaný signál na přenosovou frekvenci. V komunikačním zařízení může být více než jeden heterodyn. Pokud je tedy použit obvod se dvěma nebo více frekvenčními převody, jsou použity dva nebo více heterodynů. V obvodu mohou být také heterodiny, které plní další funkce - obnovení nosné potlačené při přenosu, tvorba telegrafních balíků apod.
Výkon heterodynu v přijímači je malý. Několik miliwattů ve většině případů stačí pro jakoukoli aplikaci. Pokud to však obvody přijímače umožňují, může heterodynní signál unikat do antény a může být přijímán na vzdálenost několika metrů.
Mezi radioamatéry je oblíbená historka, že když byly zakázány západní rozhlasové stanice, chodili zástupci bezpečnostních služeb kolem vchodů domů s přijímači naladěnými na frekvence "nepřátelských hlasů" (opraveno na mezifrekvenci). Podle přítomnosti signálů bylo údajně možné určit, kdo zakázané vysílání poslouchá.
Požadavky na parametry heterodynů
Hlavním požadavkem na heterodynní signál je spektrální čistota. Pokud heterodyn generuje jiné než sinusové napětí, vznikají ve směšovači další Ramanovy frekvence. Pokud tyto frekvence spadají do šířky pásma vstupních filtrů, dochází ke vzniku dalších příjmových kanálů a "hitpointů" - na některých příjmových frekvencích se objevuje pískání, které ruší příjem užitečného signálu.
Dalším požadavkem je stabilita úrovně a frekvence výstupního signálu. Druhá podmínka je důležitá zejména při zpracování signálů s potlačenou nosnou (SSB, DSB atd.) Stabilita výstupní úrovně se snadno dosáhne použitím regulátorů napětí pro napájení hlavních oscilátorů a správnou volbou režimu aktivního prvku (tranzistoru).
Stálost frekvence závisí na stabilitě referenčních prvků frekvence (kapacita a indukčnost oscilačního obvodu) a také na stálosti kapacity instalace. Nestabilita LC prvků je většinou dána kolísáním teploty během provozu heterodynu. Za účelem stabilizace obvodových součástek jsou součástky umístěny v termostatech nebo jsou přijata zvláštní opatření ke kompenzaci teplotního driftu kapacity a indukčnosti. Indukční cívky se obvykle snaží být plně termostabilní.
K tomuto účelu se používají speciální konstrukce - cívky jsou navinuty se silným napětím drátu, závity jsou vyplněny směsí, aby se vyloučil posun závitů, drát je vypálen do keramického rámečku atd.
Aby se snížil vliv teploty na kapacitu referenčního kondenzátoru, skládá se ze dvou nebo více prvků, které se volí s různými hodnotami a znaménky teplotního koeficientu kapacity tak, aby se vzájemně kompenzovaly ohřevem nebo chlazením.
Elektronicky řízené heterodyny, které využívají varikapy jako kapacitu, nejsou široce používány kvůli problémům s tepelnou stabilitou. Závislost na teplotě je nelineární a obtížně se kompenzuje. Proto se varikapy používají pouze jako rozlaďovací prvky.
Kapacita sestavy se přičítá ke kapacitě referenčního kondenzátoru a její nestabilita rovněž vede k frekvenčnímu driftu. Aby se zabránilo nestabilitě instalace, musí být všechny heterodynní prvky namontovány velmi pevně, aby se zabránilo i těm nejmenším vzájemným posunům.
Skutečným průlomem v konstrukci oscilátorů byl vývoj technologie práškového lití v Německu ve 30. letech 20. století. To umožnilo vyrábět složité trojrozměrné tvary rádiových komponentů a dosáhnout v té době nevídané tuhosti montáže. Tím se spolehlivost rádiových systémů Wehrmachtu dostala na novou úroveň.
Pokud heterodyn není laditelný, je frekvenčním snímacím prvkem obvykle krystalový oscilátor. Výsledkem je extrémně stabilní oscilace.
V posledních letech se objevuje trend používat jako heterodyn digitální frekvenční syntetizátory namísto LC oscilátorů. Stabilního výstupního napětí a frekvence lze dosáhnout snadno, ale spektrální čistota je velmi žádoucí, zejména pokud je signál generován pomocí levných mikročipů.
V současné době jsou staré technologie rádiového příjmu nahrazovány novými, jako je například DDC - přímá digitalizace. Není daleko doba, kdy heterodyny v přijímacím zařízení jako třída zmizí. Tato doba nepřijde dost brzy, takže znalosti heterodynních frekvencí a principů heterodynního příjmu budou ještě dlouho žádané.
Související články:
