Heterodin (referencia-oszcillátor) egy vevőegységben (adóA legtöbb esetben a vételi frekvenciát meghatározó jelgenerátort heterodinernek nevezik. Bár szerepét segédeszközként írják le, nagyon jelentős hatással van a vevő- vagy adóegység minőségére.
Tartalomjegyzék
A heterodinamikai elnevezés és a heterodinamikai vétel elve
A rádióvétel kezdeti időszakában a heterodinusz elengedhetetlen volt a vevőkészülék-áramkörök kialakításakor. A rezgő bemeneti áramkör által felvett jelet felerősítették, majd detektálták és egy alacsony frekvenciájú erősítőbe táplálták. Az áramkörök fejlődésével felmerült a nagy nyereségű rádióerősítő építésének problémája.
A nagy tartomány átfedése érdekében széles sávszélességgel tervezték, ami hajlamossá tette az öngerjesztésre. A kapcsolható erősítők túl bonyolultnak és nehézkesnek bizonyultak.
Mindez a heterodin vétel feltalálásával megváltozott. A hangolható (vagy rögzített) oszcillátor jelét egy keverőbe táplálják. A keverő másik bemenete a vett jel, a kimenet pedig rengeteg Raman-frekvencia, amelyek a heterodin és a vett jel frekvenciáinak összegei és különbségei különböző kombinációkban. A gyakorlati alkalmazásban általában két frekvencia van:
- f heterodin f-jel;
- f-jel - f-heterodin.
Ezeket a frekvenciákat egymáshoz viszonyítva tükörfrekvenciáknak nevezzük. A vétel az egyik csatornán történik, a másikat a vevő bemeneti áramkörei kiszűrik. A különbséget nevezzük köztes frekvenciának (IF), és az értékét a vevő vagy az adó tervezésekor választjuk meg. A többi kombinációs frekvenciát a köztes frekvenciaszűrő kiszűri.
Az ipari berendezések esetében az IF frekvencia kiválasztására szabványok léteznek. Az amatőr berendezésekben ezt a frekvenciát különböző feltételek mellett választják ki, beleértve a keskeny sávú szűrő építéséhez szükséges alkatrészek rendelkezésre állását.
A szűrt köztes frekvenciát az IF erősítőben erősítik. Mivel ez a frekvencia rögzített és a sávszélesség kicsi (2,5...3 kHz elegendő a hanginformációhoz), a hozzá tartozó erősítő könnyen keskeny sávúvá tehető nagy erősítéssel.
Vannak olyan áramkörök, amelyek a kombinált frekvenciát használják - f-jel + f-heterodin. Az ilyen áramköröket "felfelé konvertáló" áramköröknek nevezik. Ez leegyszerűsíti a vevő bemeneti áramkörét.
Létezik egy közvetlen átalakítási technika is (nem összetévesztendő a közvetlen erősítéssel!), amelyben a vétel majdnem a heterodin frekvencián történik. Ez az áramkör egyszerű felépítésű és hangolású, de a közvetlen átalakítási technikáknak vannak olyan hátrányai, amelyek ronthatják a teljesítményt.
Az adóban heterodineket is használnak. Ezek fordított funkciója az alacsony frekvenciájú modulált jel átvitele az átviteli frekvenciára. A kommunikációs berendezésekben egynél több heterodyne is lehet. Így ha két vagy több frekvenciaátalakítással rendelkező áramkört használunk, akkor két vagy több heterodinát használunk. Az áramkörben lehetnek olyan heterodinák is, amelyek további funkciókat látnak el - az átvitel során elnyomott vivő helyreállítása, távírócsomagok képzése stb.
A vevőben a heterodin teljesítménye kicsi. Néhány milliwatt a legtöbb esetben elegendő minden alkalmazáshoz. A heterodin jel azonban, ha a vevő áramköre lehetővé teszi, beszivároghat az antennába, és több méteres távolságban is fogható.
A rádióamatőrök körében népszerű történet, hogy amikor a nyugati rádióállomásokat betiltották, a biztonsági szolgálatok képviselői a házak bejáratánál az "ellenséges hangok" frekvenciájára hangolt vevőkészülékekkel jártak (a köztes frekvenciára korrigálva). Állítólag a jelek jelenléte alapján meg lehetett állapítani, hogy ki hallgatta a tiltott adásokat.
Heterodin paraméterekre vonatkozó követelmények
A heterodin jelekkel szemben támasztott fő követelmény a spektrális tisztaság. Ha a heterodin nem szinuszos feszültséget generál, akkor a keverőben extra Raman-frekvenciák keletkeznek. Ha ezek a bemeneti szűrők sávszélességébe esnek, akkor ez extra vételi csatornákhoz, valamint "találati pontokhoz" vezet - egyes vételi frekvenciákon sípolás lép fel, ami zavarja a hasznos jel vételét.
Egy másik követelmény a kimeneti jelszint és frekvencia stabilitása. A második különösen fontos, ha elnyomott vivőjeleket (SSB, DSB stb.) dolgozunk fel. A kimeneti szint stabilitása könnyen elérhető a főoszcillátorok táplálására szolgáló feszültségszabályozók alkalmazásával és az aktív elem (tranzisztor) üzemmód helyes megválasztásával.
A frekvencia állandósága a frekvenciareferencia elemek (a rezgőkör kapacitása és induktivitása) stabilitásától, valamint a telepítési kapacitás állandóságától függ. Az LC elemek instabilitását leginkább a heterodin működésének hőmérsékleti változásai határozzák meg. Az áramköri alkatrészek stabilizálása érdekében az alkatrészeket termosztátokban helyezik el, vagy különleges intézkedéseket tesznek a kapacitás és az induktivitás hőmérséklet-eltolódásának kompenzálására. Az induktív tekercseket általában megpróbálják teljesen termosztálhatóvá tenni.
Erre a célra speciális konstrukciókat használnak - a tekercseket erős huzalfeszítéssel tekercselik, a tekercseket vegyülettel töltik fel, hogy kizárják a tekercsek elmozdulását, a huzalokat kerámia keretbe égetik stb.
A hőmérsékletnek a referencia-kondenzátor kapacitására gyakorolt hatásának csökkentése érdekében két vagy több elemből áll, a kapacitás hőmérsékleti együtthatójának különböző értékeivel és előjeleivel választva ki őket, hogy fűtéssel vagy hűtéssel kölcsönösen kompenzálják egymást.
Az elektronikusan vezérelt heterodineket, amelyek varikapszisokat használnak kapacitásként, a termikus stabilitási problémák miatt nem használják széles körben. A hőmérsékletfüggés nem lineáris és nehezen kompenzálható. Ezért a varikapszisokat csak áthangoló elemként használják.
A szerelvény kapacitása hozzáadódik a referencia-kondenzátor kapacitásához, és annak instabilitása szintén frekvencia-drifthez vezet. A telepítés instabilitásának elkerülése érdekében az összes heterodinális elemet nagyon mereven kell felszerelni, hogy elkerüljék az egymáshoz viszonyított legkisebb elmozdulásokat is.
Az oszcillátorok gyártásában igazi áttörést jelentett, hogy az 1930-as években Németországban kifejlesztették a poröntési technológiát. Ez lehetővé tette a rádiós alkatrészek összetett háromdimenziós formáinak gyártását, ami olyan szerelési merevséget tett lehetővé, amelyre akkoriban még nem volt példa. Ez új szintre emelte a Wehrmacht rádiós rendszereinek megbízhatóságát.
Ha a heterodin nem hangolható, akkor a frekvenciafelvevő elem általában egy kristály oszcillátor. Ez rendkívül stabil rezgést eredményez.
Az utóbbi években az LC-oszcillátorok helyett a digitális frekvenciaszintetizátorok heterodinátorként való használata felé indult el a trend. A stabil kimeneti feszültség és frekvencia könnyen elérhető, de a spektrális tisztaság még sok kívánnivalót hagy maga után, különösen, ha a jelet olcsó mikrochipekkel állítják elő.
Napjainkban a régi rádiós vételi technológiákat újak váltják fel, mint például a DDC - közvetlen digitalizálás. Nincs már messze az az idő, amikor a heterodinák a vevőberendezésekben mint osztály eltűnnek. Ez az idő nem fog elég hamar eljönni, így a heterodin frekvenciák és a heterodin vételi elvek ismerete még sokáig keresett lesz.
Kapcsolódó cikkek:
