Ένα ετερόδιο (ταλαντωτής αναφοράς) σε έναν δέκτη (πομπόςΣτις περισσότερες περιπτώσεις, η γεννήτρια σήματος που καθορίζει τη συχνότητα της λήψης ονομάζεται ετεροδύνωση. Αν και ο ρόλος του περιγράφεται ως βοηθητικός, έχει πολύ σημαντικό αντίκτυπο στην ποιότητα της μονάδας λήψης ή εκπομπής.
Ονομασία του ετεροδύνου και αρχή της λήψης ετεροδύνου
Στις αρχές της ραδιοφωνικής λήψης, ένα ετερόδιο ήταν απαραίτητο για την κατασκευή ενός κυκλώματος δέκτη. Το σήμα που λαμβανόταν από το κύκλωμα ταλαντευόμενης εισόδου ενισχυόταν και στη συνέχεια ανιχνευόταν και διοχετευόταν σε έναν ενισχυτή χαμηλών συχνοτήτων. Με την ανάπτυξη των κυκλωμάτων, προέκυψε το πρόβλημα της κατασκευής ενός ραδιοενισχυτή υψηλής ενίσχυσης.
Για να καλύψει ένα μεγάλο εύρος, κατασκευάστηκε με μεγάλο εύρος ζώνης, γεγονός που το έκανε επιρρεπές στην αυτοδιέγερση. Οι διακοπτόμενοι ενισχυτές αποδείχθηκαν πολύ περίπλοκοι και δυσκίνητοι.
Όλα αυτά άλλαξαν με την εφεύρεση της ετεροδυνάμευσης. Το σήμα από έναν συντονιζόμενο (ή σταθερό) ταλαντωτή τροφοδοτείται σε έναν μίκτη. Η άλλη είσοδος του μίξερ είναι το λαμβανόμενο σήμα και η έξοδος είναι ένας τεράστιος αριθμός συχνοτήτων Raman, οι οποίες είναι τα αθροίσματα και οι διαφορές των συχνοτήτων του ετεροδύνου και του λαμβανόμενου σήματος σε διάφορους συνδυασμούς. Στην πρακτική εφαρμογή υπάρχουν συνήθως δύο συχνότητες:
- f ετεροδυνάμων-f-σήμα,
- f-signal - f-heterodyne.
Αυτές οι συχνότητες ονομάζονται κατοπτρικές συχνότητες σε σχέση μεταξύ τους. Η λήψη γίνεται σε ένα κανάλι, ενώ το άλλο φιλτράρεται από τα κυκλώματα εισόδου του δέκτη. Η διαφορά ονομάζεται ενδιάμεση συχνότητα (IF) και η τιμή της επιλέγεται κατά το σχεδιασμό του δέκτη ή του πομπού. Οι άλλες συνδυαστικές συχνότητες φιλτράρονται από το φίλτρο ενδιάμεσης συχνότητας.
Για τον βιομηχανικό εξοπλισμό, υπάρχουν πρότυπα για την επιλογή της συχνότητας IF. Στον ερασιτεχνικό εξοπλισμό, η συχνότητα αυτή επιλέγεται υπό διάφορες συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης της διαθεσιμότητας εξαρτημάτων για την κατασκευή ενός φίλτρου στενής ζώνης.
Η φιλτραρισμένη ενδιάμεση συχνότητα ενισχύεται στον ενισχυτή IF. Καθώς η συχνότητα αυτή είναι σταθερή και το εύρος ζώνης είναι μικρό (2,5...3 kHz είναι επαρκές για πληροφορίες φωνής), ο ενισχυτής γι' αυτήν μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί στενής ζώνης με υψηλό κέρδος.
Υπάρχουν κυκλώματα που χρησιμοποιούν τη συνδυασμένη συχνότητα - f-σήμα + f-ετερόδιο. Τέτοια κυκλώματα ονομάζονται κυκλώματα "μετατροπής προς τα πάνω". Αυτό απλοποιεί το κύκλωμα εισόδου του δέκτη.
Υπάρχει επίσης μια τεχνική άμεσης μετατροπής (που δεν πρέπει να συγχέεται με την άμεση ενίσχυση!) στην οποία η λήψη γίνεται σχεδόν στη συχνότητα ετεροδύνου. Αυτό το κύκλωμα είναι απλό στην κατασκευή και τον συντονισμό, αλλά οι τεχνικές άμεσης μετατροπής έχουν εγγενή μειονεκτήματα που μπορούν να μειώσουν την απόδοση.
Οι ετεροδυνάμεις χρησιμοποιούνται επίσης στον πομπό. Έχουν την αντίστροφη λειτουργία της μεταφοράς ενός διαμορφωμένου σήματος χαμηλής συχνότητας στη συχνότητα μετάδοσης. Μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα ετερόδια στον εξοπλισμό επικοινωνίας. Έτσι, εάν χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα με δύο ή περισσότερες μετατροπές συχνότητας, χρησιμοποιούνται αντίστοιχα δύο ή περισσότερες ετεροδυνάμεις. Μπορεί επίσης να υπάρχουν ετεροδυνάμεις στο κύκλωμα που εκτελούν πρόσθετες λειτουργίες - αποκατάσταση ενός φέροντος που καταστέλλεται κατά τη μετάδοση, σχηματισμός τηλεγραφικών πακέτων κ.λπ.
Η ισχύς του ετεροδύνου στο δέκτη είναι μικρή. Λίγα milliwatt στις περισσότερες περιπτώσεις είναι αρκετά για κάθε εφαρμογή. Αλλά το σήμα ετεροδυνίας, αν το κύκλωμα του δέκτη το επιτρέπει, μπορεί να διαρρεύσει στην κεραία και να ληφθεί σε απόσταση αρκετών μέτρων.
Υπάρχει μια δημοφιλής ιστορία μεταξύ των ραδιοερασιτεχνών ότι όταν απαγορεύτηκαν οι δυτικοί ραδιοφωνικοί σταθμοί, οι εκπρόσωποι των υπηρεσιών ασφαλείας συνήθιζαν να περιφέρονται στην είσοδο των σπιτιών με δέκτες συντονισμένους στις συχνότητες των "εχθρικών φωνών" (διορθωμένες ως προς την ενδιάμεση συχνότητα). Υποτίθεται ότι ήταν δυνατό να προσδιοριστεί ποιος άκουγε απαγορευμένες εκπομπές από την παρουσία σημάτων.
Απαιτήσεις παραμέτρων ετεροδύνου
Η κύρια απαίτηση για ένα σήμα ετεροδύνου είναι η φασματική καθαρότητα. Εάν το ετερόδιο παράγει μια τάση διαφορετική από την ημιτονοειδή, δημιουργούνται επιπλέον συχνότητες Raman στον μείκτη. Εάν αυτά εμπίπτουν στο εύρος ζώνης των φίλτρων εισόδου, αυτό οδηγεί σε επιπλέον κανάλια λήψης καθώς και σε "σημεία χτυπήματος" - εμφανίζεται σφύριγμα σε ορισμένες συχνότητες λήψης, παρεμβαίνοντας στη λήψη ενός χρήσιμου σήματος.
Μια άλλη απαίτηση είναι η σταθερότητα της στάθμης και της συχνότητας του σήματος εξόδου. Το δεύτερο είναι ιδιαίτερα σημαντικό κατά την επεξεργασία σημάτων με κατασταλμένο φέρον (SSB, DSB κ.λπ.) Η σταθερότητα της στάθμης εξόδου επιτυγχάνεται εύκολα με τη χρήση ρυθμιστών τάσης για την τροφοδοσία των κύριων ταλαντωτών και με τη σωστή επιλογή της λειτουργίας του ενεργού στοιχείου (τρανζίστορ).
Η σταθερότητα της συχνότητας εξαρτάται από τη σταθερότητα των στοιχείων αναφοράς της συχνότητας (χωρητικότητα και αυτεπαγωγή του κυκλώματος ταλάντωσης) και επίσης από τη σταθερότητα της χωρητικότητας της εγκατάστασης. Η αστάθεια των στοιχείων LC καθορίζεται κυρίως από τις μεταβολές της θερμοκρασίας κατά τη λειτουργία του ετεροδύνου. Για τη σταθεροποίηση των στοιχείων του κυκλώματος, τα στοιχεία τοποθετούνται σε θερμοστάτες ή λαμβάνονται ειδικά μέτρα για την αντιστάθμιση της θερμοκρασιακής μετατόπισης της χωρητικότητας και της αυτεπαγωγής. Τα πηνία επαγωγής συνήθως προσπαθούν να είναι πλήρως θερμοσταθερά.
Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται ειδικές κατασκευές - τα πηνία τυλίγονται με ισχυρή τάση σύρματος, οι στροφές γεμίζονται με μείγμα για να αποκλείεται η μετατόπιση των στροφών, το σύρμα καίγεται σε κεραμικό πλαίσιο κ.λπ.
Για να μειωθεί η επίδραση της θερμοκρασίας στη χωρητικότητα του πυκνωτή αναφοράς, αυτός αποτελείται από δύο ή περισσότερα στοιχεία, επιλέγοντάς τα με διαφορετικές τιμές και πρόσημα του συντελεστή θερμοκρασίας της χωρητικότητας, έτσι ώστε να αντισταθμίζονται αμοιβαία με θέρμανση ή ψύξη.
Τα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα ετεροδυνάμεις, τα οποία χρησιμοποιούν varicaps ως χωρητικότητα, δεν χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω προβλημάτων θερμικής σταθερότητας. Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία είναι μη γραμμική και είναι δύσκολο να αντισταθμιστεί. Ως εκ τούτου, τα varicaps χρησιμοποιούνται μόνο ως στοιχεία συντονισμού.
Η χωρητικότητα του συγκροτήματος προστίθεται στη χωρητικότητα του πυκνωτή αναφοράς και η αστάθειά του οδηγεί επίσης σε μετατόπιση της συχνότητας. Για να αποφευχθεί η αστάθεια της εγκατάστασης, όλα τα στοιχεία ετεροδύνου πρέπει να τοποθετούνται πολύ άκαμπτα, ώστε να αποφεύγονται ακόμη και οι μικρότερες μετατοπίσεις μεταξύ τους.
Μια πραγματική επανάσταση στην κατασκευή ταλαντωτών ήταν η ανάπτυξη, τη δεκαετία του 1930, της τεχνολογίας χύτευσης σε σκόνη στη Γερμανία. Αυτό κατέστησε δυνατή την κατασκευή πολύπλοκων τρισδιάστατων σχημάτων για τα ραδιοεξαρτήματα, επιτρέποντας την επίτευξη ακαμψίας τοποθέτησης που δεν είχε προηγούμενο εκείνη την εποχή. Αυτό έφερε την αξιοπιστία των ραδιοσυστημάτων της Βέρμαχτ σε νέο επίπεδο.
Εάν το ετερόδιο δεν είναι ρυθμιζόμενο, το στοιχείο λήψης συχνότητας είναι συνήθως ένα ταλαντωτής κρυστάλλων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια εξαιρετικά σταθερή ταλάντωση.
Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μια τάση προς τη χρήση ψηφιακών συνθετών συχνότητας αντί για ταλαντωτές LC ως ετεροδυνάμεις. Η σταθερή τάση εξόδου και η σταθερή συχνότητα είναι εύκολο να επιτευχθούν, αλλά η φασματική καθαρότητα αφήνει πολλά περιθώρια για επιθυμητό, ειδικά αν το σήμα παράγεται με τη χρήση φθηνών μικροτσίπ.
Σήμερα, οι παλιές τεχνολογίες ραδιοφωνικής λήψης αντικαθίστανται από νέες, όπως η DDC - άμεση ψηφιοποίηση. Δεν είναι μακριά η στιγμή που οι ετεροδυνάμεις στον εξοπλισμό λήψης θα εξαφανιστούν ως κατηγορία. Ο χρόνος αυτός δεν θα έρθει αρκετά σύντομα, οπότε η γνώση των ετεροδυνάμων συχνοτήτων και των αρχών της ετεροδυνάμου λήψης θα είναι περιζήτητη για πολύ καιρό ακόμη.
Σχετικά άρθρα:
