Heterodīns (atskaites oscilatoru) uztvērējā (raidītājsVairumā gadījumu signāla ģeneratoru, kas nosaka uztveršanas frekvenci, sauc par heterodīnu. Lai gan tā loma tiek raksturota kā palīgfunkcija, tai ir ļoti būtiska ietekme uz uztvērēja vai raidītāja kvalitāti.
Heterodīna apzīmējums un heterodīna uztveršanas princips
Radio uztveršanas pirmsākumos, konstruējot uztvērēja ķēdi, bija nepieciešams heterodīns. Signāls, ko uztvēra svārstību ieejas ķēde, tika pastiprināts un pēc tam atpazīts un ievadīts zemas frekvences pastiprinātājā. Attīstoties shēmām, radās problēma, kā uzbūvēt radio pastiprinātāju ar lielu pastiprinājumu.
Lai pārklātu lielu diapazonu, tas tika projektēts ar plašu frekvenču joslas platumu, kas to padarīja uzņēmīgu pret pašiedvesmu. Pārslēdzamie pastiprinātāji izrādījās pārāk sarežģīti un apgrūtinoši.
Tas viss mainījās līdz ar heterodīna uztveršanas izgudrošanu. Signāls no noskaņojamā (vai fiksētā) oscilatora tiek padots uz mikseri. Otra sajaucēja ieeja ir saņemtais signāls, un izejā tiek iegūts liels skaits Ramana frekvenču, kas ir heterodīna un saņemtā signāla frekvenču summas un starpības dažādās kombinācijās. Praksē parasti tiek izmantotas divas frekvences:
- f heterodīna-f-signāls;
- f-signāls - f-heterodīns.
Šīs frekvences viena attiecībā pret otru sauc par spoguļfrekvencēm. Uztveršana notiek vienā kanālā, bet otru kanālu filtrē uztvērēja ieejas ķēdes. Šo starpību sauc par starpfrekvenci (IF), un tās vērtību izvēlas, projektējot uztvērēju vai raidītāju. Pārējās kombinētās frekvences tiek filtrētas ar starpfrekvenču filtru.
Rūpnieciskajām iekārtām ir noteikti standarti IF frekvences izvēlei. Amatieru iekārtās šo frekvenci izvēlas atkarībā no dažādiem apstākļiem, tostarp no tā, vai ir pieejami komponenti, lai izveidotu šaurjoslas filtru.
Filtrētā starpfrekvence tiek pastiprināta IF pastiprinātājā. Tā kā šī frekvence ir fiksēta un joslas platums ir neliels (balss pārraidei pietiek ar 2,5...3 kHz), tai paredzēto pastiprinātāju var viegli izveidot šaurjoslas ar lielu pastiprinājumu.
Ir shēmas, kas izmanto kombinēto frekvenci - f-signāls + f-heterodins. Šādas shēmas sauc par "augšupvērstās konversijas" shēmām. Tas vienkāršo uztvērēja ieejas shēmu.
Pastāv arī tiešās pārveidošanas metode (nejaukt ar tiešo pastiprināšanu!), kurā uztveršana notiek gandrīz heterodīna frekvencē. Šīs shēmas konstrukcija un regulēšana ir vienkārša, taču tiešās pārveidošanas metodēm ir raksturīgi trūkumi, kas var mazināt veiktspēju.
Heterodīni tiek izmantoti arī raidītājā. Tiem ir apgrieztā funkcija - pārnest zemas frekvences modulētu signālu uz pārraides frekvenci. Sakaru iekārtās var būt vairāk nekā viens heterodins. Tādējādi, ja tiek izmantota shēma ar divām vai vairāk frekvenču pārveidēm, attiecīgi tiek izmantoti divi vai vairāk heterodīni. Shēmā var būt arī heterodīni, kas veic papildu funkcijas - pārraides laikā apslāpēta nesēja atjaunošana, telegrāfisko paku veidošana utt.
Heterodīna jauda uztvērējā ir maza. Vairumā gadījumu jebkuram lietojumam pietiek ar dažiem milivatiem. Taču heterodīna signāls, ja uztvērēja shēma to atļauj, var nokļūt antenā un to var uztvert vairāku metru attālumā.
Starp radioamatieriem ir populārs stāsts, ka laikā, kad tika aizliegtas Rietumu radiostacijas, drošības dienestu pārstāvji staigājuši pa māju ieejām ar uztvērējiem, kas bija noregulēti uz "ienaidnieka balsu" frekvencēm (koriģējot starpfrekvences). Pēc signālu klātbūtnes esot bijis iespējams noteikt, kas klausās aizliegtās pārraides.
Heterodīna parametru prasības
Galvenā prasība heterodīna signālam ir spektrālā tīrība. Ja heterodīns ģenerē spriegumu, kas nav sinusoidāls, mikserī tiek ģenerētas papildu Ramana frekvences. Ja tie ietilpst ieejas filtru joslas platumā, rodas papildu uztveršanas kanāli, kā arī "trāpījuma punkti" - dažās uztveršanas frekvencēs rodas svilpošana, kas traucē uztvert noderīgu signālu.
Vēl viena prasība ir izejas signāla līmeņa un frekvences stabilitāte. Otrais ir īpaši svarīgs, apstrādājot signālus ar slāpētu nesēju (SSB, DSB u. c.).Izejas līmeņa stabilitāti var viegli panākt, izmantojot sprieguma regulatorus galveno oscilatoru barošanai un pareizi izvēloties aktīvā elementa (tranzistora) režīmu.
Frekvences nemainība ir atkarīga no frekvences atskaites elementu (svārstību ķēdes kapacitātes un induktivitātes) stabilitātes, kā arī no instalācijas kapacitātes nemainības. LC elementu nestabilitāti galvenokārt nosaka temperatūras svārstības heterodīna darbības laikā. Lai stabilizētu shēmas komponentus, tos ievieto termostatos vai veic īpašus pasākumus, lai kompensētu kapacitātes un induktivitātes temperatūras dreifu. Induktivitātes spoles parasti mēģina pilnībā termostabilizēt.
Šim nolūkam tiek izmantotas īpašas konstrukcijas - spoles tiek uztītas ar spēcīgu stieples spriegojumu, vijumi tiek piepildīti ar maisījumu, lai izslēgtu vijumu nobīdi, stieple tiek iededzināta keramikas rāmī utt.
Lai samazinātu temperatūras ietekmi uz standartkondensatora jaudu, to veido divi vai vairāki elementi, izvēloties tos ar atšķirīgām kapacitātes temperatūras koeficienta vērtībām un zīmēm, lai tos savstarpēji kompensētu ar sildīšanu vai dzesēšanu.
Elektroniski vadāmie heterodīni, kuros kā kapacitāte tiek izmantoti varikapi, netiek plaši izmantoti termiskās stabilitātes problēmu dēļ. Atkarība no temperatūras ir nelineāra un grūti kompensējama. Tāpēc varikapsulas tiek izmantotas tikai kā detonējoši elementi.
Komplekta kapacitāte tiek pievienota references kondensatora kapacitātei, un tā nestabilitāte arī izraisa frekvences dreifu. Lai izvairītos no montāžas nestabilitātes, visi heterodīna elementi ir jāuzstāda ļoti stingri, lai izvairītos pat no vismazākajām savstarpējām nobīdēm.
Patiess izrāviens oscilatoru konstruēšanā bija pulvera liešanas tehnoloģijas attīstība Vācijā 20. gadsimta 30. gados. Tas ļāva izgatavot sarežģītas trīsdimensiju formas radiosakaru komponentus, kas ļāva panākt montāžas stingrību, kāda tajā laikā vēl nebija pieredzēta. Tas paaugstināja vērmahta radiosakaru sistēmu uzticamību jaunā līmenī.
Ja heterodīns nav noskaņojams, frekvences uztveršanas elements parasti ir kristāla oscilatoru. Tādējādi tiek panāktas ļoti stabilas svārstības.
Pēdējos gados ir vērojama tendence LC oscilatoru vietā kā heterodīnus izmantot ciparu frekvenču sintezatorus. Stabilu izejas spriegumu un frekvenci ir viegli panākt, bet spektrālā tīrība ir ļoti vēlama, īpaši, ja signāls tiek ģenerēts, izmantojot lētas mikroshēmas.
Mūsdienās vecās radio uztveršanas tehnoloģijas tiek aizstātas ar jaunām, piemēram, DDC - tiešo digitalizāciju. Nav tālu laiks, kad heterodīnijas saņēmēja iekārtās izzudīs kā klase. Šis laiks pienāks ne drīz, tāpēc zināšanas par heterodīna frekvencēm un heterodīna uztveršanas principiem būs pieprasītas vēl ilgu laiku.
Saistītie raksti:
