Heterodiodi (viiteoskillaattori) vastaanottimessa (lähetinUseimmissa tapauksissa signaaligeneraattoria, joka määrittää vastaanoton taajuuden, kutsutaan heterodyyniksi. Vaikka sen rooli on kuvattu aputoiminnoksi, sillä on erittäin merkittävä vaikutus vastaanotto- tai lähetysyksikön laatuun.
Sisältö
Heterodynan nimitys ja heterodynavastaanoton periaate
Radiovastaanoton alkuaikoina heterodynamiikka oli välttämätöntä, kun rakennettiin vastaanottopiiriä. Värähtelevän tulopiirin poimima signaali vahvistettiin, havaittiin ja syötettiin matalataajuusvahvistimeen. Piirien kehittymisen myötä syntyi ongelma, joka koski suuren vahvistusasteen radiovahvistimen rakentamista.
Suuren kantaman kattamiseksi se tehtiin laajalla kaistanleveydellä, mikä teki siitä alttiin itsestään kiihottuvalle säteilylle. Kytkettävät vahvistimet osoittautuivat liian monimutkaisiksi ja hankaliksi.
Tämä kaikki muuttui, kun heterodynavastaanotto keksittiin. Viritettävän (tai kiinteän) oskillaattorin signaali syötetään mikseriin. Sekoittimen toinen sisääntulo on vastaanotettu signaali, ja ulostulo on valtava määrä Raman-taajuuksia, jotka ovat heterodynan ja vastaanotetun signaalin taajuuksien summia ja eroja eri yhdistelminä. Käytännön sovelluksissa on yleensä kaksi taajuutta:
- f heterodyni-f-signaali;
- f-signaali - f-heterodyn.
Näitä taajuuksia kutsutaan peilitaajuuksiksi toisiinsa nähden. Vastaanotto tapahtuu yhdellä kanavalla, toinen suodatetaan pois vastaanottimen tulopiireissä. Erotusta kutsutaan välitaajuudeksi (IF), ja sen arvo valitaan vastaanotinta tai lähetintä suunniteltaessa. Muut yhdistelmätaajuudet suodatetaan pois välitaajuussuodattimella.
Teollisuuslaitteita varten on olemassa standardit IF-taajuuden valintaa varten. Amatöörilaitteissa tämä taajuus valitaan monin eri ehdoin, kuten kapeakaistaisen suodattimen rakentamiseen tarvittavien komponenttien saatavuuden mukaan.
Suodatettu välitaajuus vahvistetaan IF-vahvistimessa. Koska tämä taajuus on kiinteä ja kaistanleveys on pieni (2,5...3 kHz riittää puheviestinnälle), sitä varten käytettävä vahvistin voidaan helposti tehdä kapeakaistaiseksi suurella vahvistuksella.
On olemassa piirejä, jotka käyttävät yhdistettyä taajuutta - f-signaali + f-heterodyn. Tällaisia piirejä kutsutaan "up-conversion"-piireiksi. Tämä yksinkertaistaa vastaanottimen tulopiiriä.
On olemassa myös suoramuuntotekniikka (jota ei pidä sekoittaa suoraan vahvistukseen!), jossa vastaanotto tapahtuu lähes heterodynetaajuudella. Tämä piiri on yksinkertainen rakenteeltaan ja viritykseltään, mutta suoramuuntotekniikoilla on luontaisia haittoja, jotka voivat heikentää suorituskykyä.
Heterodyniä käytetään myös lähettimessä. Niiden käänteinen tehtävä on siirtää matalalla taajuudella moduloitu signaali lähetystaajuudelle. Viestintälaitteissa voi olla useampi kuin yksi heterodyn. Jos siis käytetään piiriä, jossa on kaksi tai useampia taajuusmuunnoksia, käytetään vastaavasti kahta tai useampaa heterodyniä. Piirissä voi olla myös heterodynoja, jotka suorittavat lisätoimintoja - lähetyksen aikana tukahdutetun kantoaallon palauttaminen, lennätinpakettien muodostaminen jne.
Heterodynan teho vastaanottimessa on pieni. Muutama milliwatti riittää useimmissa tapauksissa mihin tahansa sovellukseen. Jos vastaanottimen virtapiiri sallii, heterodynaaminen signaali voi kuitenkin vuotaa antenniin, ja se voidaan vastaanottaa useiden metrien etäisyydeltä.
Radioharrastajien keskuudessa on suosittu tarina, jonka mukaan länsimaisten radioasemien kieltämisen aikaan turvallisuuspalvelun edustajat kulkivat talojen sisäänkäynneillä vastaanottimet viritettynä "vihollisen äänien" taajuuksille (korjattu välitaajuudella). Väitettiin, että signaalien perusteella oli mahdollista määrittää, kuka kuunteli kiellettyjä lähetyksiä.
Heterodyn parametreja koskevat vaatimukset
Heterodynesignaalin tärkein vaatimus on spektrinen puhtaus. Jos heterodynellä tuotetaan muu kuin sinimuotoinen jännite, sekoittimessa syntyy ylimääräisiä Raman-taajuuksia. Jos nämä kuuluvat tulosuodattimien kaistanleveyteen, syntyy ylimääräisiä vastaanottokanavia sekä "osumapisteitä" - joillakin vastaanottotaajuuksilla esiintyy vihellystä, joka häiritsee hyödyllisen signaalin vastaanottoa.
Toinen vaatimus on lähtösignaalin tason ja taajuuden vakaus. Jälkimmäinen on erityisen tärkeää, kun käsitellään signaaleja, joissa on vaimennettu kantoaalto (SSB, DSB jne.). Lähtötason vakaus saavutetaan helposti käyttämällä jännitteensäätimiä pääoskillaattoreiden virransyöttöön ja valitsemalla aktiivielementin (transistorin) tila oikein.
Taajuuden pysyvyys riippuu taajuusvertailuelementtien (värähtelypiirin kapasitanssi ja induktanssi) vakaudesta ja myös asennuskapasitanssin pysyvyydestä. LC-elementtien epävakaus johtuu pääasiassa lämpötilan vaihteluista heterodynin toiminnan aikana. Piirin komponenttien vakauttamiseksi komponentit sijoitetaan termostaatteihin tai toteutetaan erityistoimenpiteitä kapasitanssin ja induktanssin lämpötilavaihtelun kompensoimiseksi. Induktanssikelat pyritään yleensä tekemään täysin lämpökestäviksi.
Tätä tarkoitusta varten käytetään erikoisrakenteita - käämit kääritään vahvalla langan jännityksellä, kierrokset täytetään yhdisteellä kierrosten siirtymisen estämiseksi, lanka poltetaan keraamiseen kehykseen jne.
Lämpötilan vaikutuksen vähentämiseksi referenssikondensaattorin kapasiteettiin se koostuu kahdesta tai useammasta elementistä, jotka valitaan kapasitanssin lämpötilakertoimen eri arvoilla ja merkeillä, jotta ne kompensoitaisiin vastavuoroisesti lämmittämällä tai jäähdyttämällä.
Elektronisesti ohjatut heterodynit, joissa käytetään varicappeja kapasitanssina, eivät ole laajalti käytössä lämpöstabiilisuusongelmien vuoksi. Lämpötilariippuvuus on epälineaarinen ja sitä on vaikea kompensoida. Sen vuoksi varicappeja käytetään vain virityselementteinä.
Kokoonpanon kapasitanssi lisätään referenssikondensaattorin kapasitanssiin, ja sen epävakaus johtaa myös taajuusvaihteluun. Asennuksen epävakauden välttämiseksi kaikki heterodynielementit on asennettava hyvin jäykästi, jotta vältetään pienimmätkin siirtymät toisiinsa nähden.
Todellinen läpimurto oskillaattorien rakentamisessa oli 1930-luvulla Saksassa kehitetty jauhevalutekniikka. Tämä mahdollisti radiokomponenttien monimutkaisten kolmiulotteisten muotojen valmistamisen, jolloin saavutettiin tuolloin ennennäkemätön asennusjäykkyys. Tämä nosti Wehrmachtin radiojärjestelmien luotettavuuden uudelle tasolle.
Jos heterodynamiikka ei ole viritettävissä, taajuuspoimintaelementti on yleensä taajuusmuuttaja. kideoskillaattori. Tämä johtaa erittäin vakaaseen värähtelyyn.
Viime vuosina on ollut havaittavissa suuntaus käyttää LC-oskillaattoreiden sijasta digitaalisia taajuussyntetisaattoreita heterodynaamisina. Vakaa lähtöjännite ja -taajuus on helppo saavuttaa, mutta spektrinen puhtaus jättää paljon toivomisen varaa, varsinkin jos signaali tuotetaan halvoilla mikrosiruilla.
Nykyään vanhat radiovastaanottotekniikat korvataan uusilla tekniikoilla, kuten DDC:llä eli suoralla digitalisoinnilla. Ei ole enää kaukana aika, jolloin heterodynit vastaanottolaitteissa häviävät luokkana. Aika ei tule tarpeeksi pian, joten heterodynetaajuuksien ja heterodynavastaanoton periaatteiden tuntemus on kysyttyä vielä pitkään.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
