En heterodyn (referenceoscillator) i en modtager (senderI de fleste tilfælde kaldes den signalgenerator, der bestemmer frekvensen af modtagelsen, en heterodyn. Selv om dens rolle beskrives som en hjælpefunktion, har den en meget stor betydning for kvaliteten af den modtagende eller transmitterende enhed.
Indhold
Betegnelse for heterodyn og princippet for heterodynmodtagelse
I de tidlige dage med radiomodtagelse var en heterodyn uundværlig, når man konstruerede et modtagerkredsløb. Det signal, der blev opfanget af det oscillerende indgangskredsløb, blev forstærket og derefter registreret og ført ind i en lavfrekvensforstærker. Med udviklingen af kredsløb opstod problemet med at bygge en radio-forstærker med høj forstærkning.
For at overlappe et stort område blev den konstrueret med en stor båndbredde, hvilket gjorde den tilbøjelig til at blive selvudløst. Omskiftelige forstærkere viste sig at være for komplicerede og besværlige.
Alt dette ændrede sig med opfindelsen af heterodynmodtagelse. Signalet fra en afstemmelig (eller fast) oscillator føres til en mixer. Den anden indgang til blanderen er det modtagne signal, og udgangen er et stort antal Ramanfrekvenser, som er summen og forskellen af heterodyn- og modtagne signalfrekvenser i forskellige kombinationer. I praktisk anvendelse er der normalt to frekvenser:
- f heterodyn-f-signal;
- f-signal - f-heterodynt.
Disse frekvenser kaldes spejlfrekvenser i forhold til hinanden. Modtagelsen sker på den ene kanal, den anden kanal filtreres fra af modtagerens indgangskredsløb. Forskellen kaldes mellemfrekvensen (IF), og dens værdi vælges, når modtageren eller senderen konstrueres. De andre kombinationsfrekvenser filtreres fra af mellemfrekvensfilteret.
For industrielt udstyr findes der standarder for valg af IF-frekvens. I amatørudstyr vælges denne frekvens under en række forskellige forhold, herunder tilgængeligheden af komponenter til at bygge et smalbåndsfilter.
Den filtrerede mellemfrekvens forstærkes i IF-forstærkeren. Da denne frekvens er fast, og båndbredden er lille (2,5...3 kHz er tilstrækkeligt til talekommunikation), kan forstærkeren til den let fremstilles smalbåndsforstærket med en høj forstærkning.
Der findes kredsløb, der anvender den kombinerede frekvens - f-signal + f-heterodyn. Sådanne kredsløb kaldes "opkonverterings"-kredsløb. Dette forenkler modtagerens indgangskredsløb.
Der findes også en direkte konverteringsteknik (ikke at forveksle med direkte forstærkning!), hvor modtagelsen er næsten ved heterodynfrekvensen. Dette kredsløb er enkelt i konstruktion og indstilling, men direkte konverteringsteknikker har iboende ulemper, som kan forringe ydeevnen.
Heterodynes anvendes også i senderen. De har den omvendte funktion at overføre et lavfrekvensmoduleret signal til transmissionsfrekvensen. Der kan være mere end én heterodyn i kommunikationsudstyr. Hvis der således anvendes et kredsløb med to eller flere frekvenskonverteringer, anvendes der henholdsvis to eller flere heterodyner. Der kan også være heterodyner i kredsløbet, som udfører yderligere funktioner - genoprettelse af en bæretransmission, der er undertrykt under transmissionen, dannelse af telegrafiske pakker osv.
Effekt af heterodynen i modtageren er lille. Et par milliwatt er i de fleste tilfælde tilstrækkeligt til enhver anvendelse. Men hvis modtagerens kredsløb tillader det, kan det heterodynesignalet sive ind i antennen og kan modtages på en afstand af flere meter.
Der er en populær historie blandt radioamatører om, at da vestlige radiostationer blev forbudt, plejede repræsentanter for sikkerhedstjenesterne at gå rundt ved husets indgang med modtagere, der var indstillet på frekvenser af "fjendtlige stemmer" (korrigeret for mellemfrekvensen). Det var angiveligt muligt at fastslå, hvem der lyttede til forbudte transmissioner ved hjælp af signalerne.
Heterodyn-parameterkrav
Det vigtigste krav til et heterodynsignal er spektral renhed. Hvis heterodynen genererer en anden spænding end en sinusformet spænding, genereres der ekstra Ramanfrekvenser i blanderen. Hvis disse falder inden for indgangsfiltrenes båndbredde, fører det til ekstra modtagelseskanaler samt "hit points" - der opstår fløjten ved nogle modtagelsesfrekvenser, hvilket forstyrrer modtagelsen af et nyttigt signal.
Et andet krav er stabiliteten af udgangssignalets niveau og frekvens. Det andet er især vigtigt ved behandling af signaler med en undertrykt bærebølge (SSB, DSB osv.). Udgangsniveauets stabilitet opnås let ved at anvende spændingsregulatorer til at forsyne masteroscillatorerne og ved korrekt valg af aktivelement (transistor) tilstand.
Frekvenskonstansen afhænger af stabiliteten af frekvensreferenceelementerne (kapacitansen og induktansen i det svingende kredsløb) og også af konstansen af anlægskapacitansen. LC-elementernes ustabilitet er hovedsagelig bestemt af temperaturvariationer under heterodynens drift. For at stabilisere kredsløbskomponenterne placeres komponenterne i termostater, eller der træffes særlige foranstaltninger for at kompensere for temperaturdriften af kapacitansen og induktansen. Induktionsspoler forsøges normalt at være fuldt termostabile.
Til dette formål anvendes specielle konstruktioner - spoler er viklet med en stærk trådspænding, vindinger er fyldt med en blanding for at udelukke forskydning af vindinger, tråden er brændt ind i en keramisk ramme osv.
For at reducere temperaturens indflydelse på referencekondensatorens kapacitet er den sammensat af to eller flere elementer, idet de vælges med forskellige værdier og tegn på temperaturkoefficienten for kapacitansen, således at de gensidigt kompenseres ved opvarmning eller afkøling.
Elektronisk kontrollerede heterodyner, som anvender varicaps som kapacitet, er ikke meget udbredt på grund af problemer med termisk stabilitet. Temperaturafhængigheden er ikke-lineær og vanskelig at kompensere for. Derfor anvendes varicaps kun som forstillingselementer.
Samlingens kapacitet lægges til referencekondensatorens kapacitet, og dens ustabilitet fører også til frekvensdrift. For at undgå ustabilitet i installationen skal alle heterodynelementer være monteret meget stift for at undgå selv de mindste forskydninger i forhold til hinanden.
Et virkeligt gennembrud i konstruktionen af oscillatorer var udviklingen i 1930'erne af pulverstøbningsteknologien i Tyskland. Dette gjorde det muligt at fremstille komplekse tredimensionelle former til radiokomponenter, hvilket gjorde det muligt at opnå en hidtil uset monteringsstyrke. Dette bragte pålideligheden af Wehrmachts radiosystemer op på et nyt niveau.
Hvis heterodynen ikke kan indstilles, er frekvensoptagerelementet normalt et krystaloscillator. Dette resulterer i en ekstremt stabil svingning.
I de senere år har der været en tendens til at anvende digitale frekvenssynteseapparater i stedet for LC-oscillatorer som heterodyner. Det er let at opnå en stabil udgangsspænding og frekvens, men den spektrale renhed lader meget tilbage at ønske, især hvis signalet genereres ved hjælp af billige mikrochips.
I dag erstattes de gamle radiomodtagelsystemer af nye teknologier som f.eks. DDC - direkte digitalisering. Der er ikke langt til den tid, hvor heterodyner i modtageudstyr vil forsvinde som en klasse. Den tid vil ikke komme hurtigt nok, så viden om heterodynfrekvenser og principper for heterodynmodtagelse vil være efterspurgt i lang tid fremover.
Relaterede artikler:
