Heterodüün (ostsillaator) vastuvõtjassaatjaEnamasti nimetatakse signaaligeneraatorit, mis määrab vastuvõtu sageduse, heterodüüniks. Kuigi selle rolli nimetatakse abistavaks, mõjutab see väga oluliselt vastuvõtva või edastava seadme kvaliteeti.
Heterodüüni funktsioon ja heterodüüni vastuvõtu põhimõte
Raadiovastuvõtmise algusaegadel olid kõik raadiovastuvõtjad konstrueeritud ilma heterodüünita. Võnkuva sisendahela poolt võetud signaal võimendati, seejärel tuvastati ja suunati madalsagedusvõimendisse. Skeemide väljatöötamisega tekkis suure võimendusega raadiosagedusvõimendi ehitamise probleem.
Suure vahemiku kattumiseks valmistati see laia ribalaiusega, mis muutis selle iseergastavaks. Lülitavad võimendid osutusid liiga keeruliseks ja tülikaks.
See kõik muutus heterodüünse vastuvõtu leiutamisega. Häälestatava (või fikseeritud) ostsillaatori signaal suunatakse segistisse. Mikseri teine sisend on vastuvõetud signaal ja väljundiks tohutu hulk Ramani sagedusi, mis on heterodüüni ja vastuvõetud signaali sageduste summad ja erinevused erinevates kombinatsioonides.Praktilistel rakendustel on tavaliselt kaks sagedust:
- f-heterodüün-f-signaal;
- f-signaal - f-heterodüün.
Neid sagedusi nimetatakse üksteise suhtes peegelsagedusteks. Vastuvõtt toimub ühel kanalil, teine filtreeritakse vastuvõtja sisendahelate abil. Erinevust nimetatakse vahesageduseks (IF), selle väärtus valitakse vastuvõtu- või saateseadme projekteerimisel. Ülejäänud kombineeritud sagedused filtreeritakse välja vahesagedusfiltri abil.
Tööstusseadmete jaoks on IF-sageduse valimise standardid. Amatöörseadmetes valitakse see sagedus erinevatest tingimustest, sealhulgas kitsaribafiltri ehitamiseks vajalike komponentide olemasolust.
IF-võimendis võimendatakse filtri poolt valitud vahesagedust. Kuna see sagedus on fikseeritud ja ribalaius väike (häälinfo jaoks piisab 2,5...3 kHz), saab selle jaoks mõeldud võimendi lihtsalt suure võimendusega kitsaribaliseks muuta.
On ahelaid, mis kasutavad kogusagedust - f-signaal + f-heterodüün. Selliseid vooluahelaid nimetatakse "üles-muundamise" ahelateks. See põhimõte lihtsustab vastuvõtja sisendahelate ehitust.
Samuti on olemas otsemuundamistehnika (mitte segi ajada otsese võimendusega!), mille puhul vastuvõtt toimub peaaegu heterodüünsagedusel. See vooluring on disainilt ja häälestuselt lihtne, kuid otsemuundusseadmetel on omased puudused, mis halvendavad märgatavalt jõudluse kvaliteeti.
Saatjas kasutatakse ka heterodüüne. Nad täidavad pöördfunktsiooni, milleks on madala sagedusega moduleeritud signaali edastamine edastussagedusele. Sideseadmetes võib olla mitu heterodüüni. Seega, kui kasutatakse kahe või enama sagedusmuundusega ahelat, kasutatakse vastavalt kahte või enamat heterodüüni.Ahel võib sisaldada ka heterodüüne, mis täidavad lisafunktsioone - edastamise ajal allasurutud kandja taastamine, telegraafipakkide moodustamine jne.
Heterodüüni võimsus vastuvõtjas on väike. Enamikul juhtudel piisab mõnest millivatist mis tahes ülesande jaoks. Kuid heterodüünsignaal, kui vastuvõtja vooluring lubab, võib antenni lekkida ja seda saab vastu võtta mitme meetri kaugusel.
Raadioamatööride seas on levinud lugu, et lääne raadiojaamade kuulamise keelu päevil käisid eriteenistuste esindajad majade sissepääsude juures ringi "vaenlasehäälte" sagedustele häälestatud vastuvõtjatega (korrigeeritud vahesagedus). Signaalide olemasolu järgi oli väidetavalt võimalik kindlaks teha, kes keelatud saateid kuulab.
Nõuded heterodüünparameetritele
Heterodüünsignaali põhinõue on spektraalne puhtus. Kui heterodüün tekitab sinusoidsest erinevat pinget, genereeritakse mikseris täiendavaid Ramani sagedusi. Kui need jäävad sisendfiltrite ribalaiusesse, põhjustab see täiendavaid vastuvõtukanaleid, aga ka "tabamuspunktide" ilmumist - mõnel vastuvõtusagedusel kostab vile, mis häirib kasuliku signaali vastuvõtmist.
Teine nõue on väljundsignaali taseme ja sageduse stabiilsus. Teine on eriti oluline summutatud kandjaga (SSB (OBP), DSB (DSB) jne) signaalide töötlemisel. Väljundtaseme järjepidevust on lihtne saavutada, kasutades peaostsillaatorite toiteks pingeregulaatoreid ja õiget režiimi valikut aktiivse elemendi (transistor).
Sageduse püsivus sõltub sageduse tugielementide stabiilsusest (võnkeahela mahtuvus ja induktiivsus), samuti paigaldusmahtuvuse püsivusest.LC-elementide ebastabiilsuse määrab enamasti temperatuurimuutus heterodüüni töötamise ajal. Ahela komponentide stabiliseerimiseks asetatakse need termostaatidesse või võetakse spetsiaalsed meetmed, et kompenseerida mahtuvuse ja induktiivsuse temperatuurinihket. Induktiivmähised püütakse tavaliselt olla täielikult termostabiilsed.
Selleks kasutatakse spetsiaalseid konstruktsioone - mähised keritakse tugeva traadipingega, pöörded täidetakse seguga, et välistada keerdude nihkumine, traat põletatakse keraamiliseks raamiks jne.
Temperatuuri mõju vähendamiseks võrdluskondensaatori võimsusele on see valmistatud kahest või enamast elemendist, valides need erinevate väärtuste ja temperatuurikoefitsiendi märkidega, nii et neid kompenseeritakse vastastikku kuumutamise või jahutamisega.
Termilise stabiilsuse probleemide tõttu ei kasutata elektrooniliselt juhitavaid heterodüüne, mis kasutavad mahtuvusena varikaape, laialdaselt. Nende sõltuvus kütmisest on mittelineaarne ja seda on väga raske kompenseerida. Seetõttu kasutatakse varikapsleid ainult detuningelementidena.
Tugikondensaatori mahtuvusele lisandub sõlme mahtuvus ning selle ebastabiilsus toob kaasa ka sageduse triivi. Paigaldamise ebastabiilsuse vältimiseks tuleb kõik heterodüünelemendid paigaldada väga jäigalt, et vältida isegi minimaalseid nihkeid üksteise suhtes.
Tõeline läbimurre meisterostsillaatorite ehituses oli pulbervalutehnoloogia arendamine 1930. aastatel Saksamaal. See võimaldas toota raadiokomponentidele keerulisi ruumilisi vorme, mis võimaldas saavutada tollal enneolematu montaaži jäikuse. See viis Wehrmachti raadiosidesüsteemide töökindluse uuele tasemele.
Kui heterodüün ei ole häälestatav, on sagedushüplemise element tavaliselt a kristallostsillaator. See võimaldab saavutada võnkumise äärmiselt kõrge stabiilsuse.
Viimastel aastatel on levinud suund LC-ostsillaatorite asemel heterodüünidena kasutada digitaalseid sagedussüntesaatoreid. Väljundpinge ja sageduse stabiilsust on lihtne saavutada, kuid spektraalne puhtus jätab soovida, eriti kui signaali genereerimiseks kasutatakse odavaid mikrokiipe.
Tänapäeval asendatakse vanad raadiovastuvõtutehnoloogiad uutega, näiteks DDC – otsedigiteerimine. Pole kaugel aeg, mil heterodüünid vastuvõtuseadmetest klassina kaovad. Kuid seda ei juhtu niipea, nii et heterodüüni ja heterodüüni vastuvõtu põhimõtete tundmine on nõutud veel kaua.
