Heterodyn (referenčný oscilátor) v prijímači (vysielačVo väčšine prípadov sa generátor signálu, ktorý určuje frekvenciu príjmu, nazýva heterodyn. Hoci sa jeho úloha označuje ako pomocná, má veľmi významný vplyv na kvalitu prijímacej alebo vysielacej jednotky.
Označenie heterodyn a princíp heterodynného príjmu
V začiatkoch rádiového príjmu bol pri konštrukcii prijímačového obvodu nevyhnutný heterodyn. Signál zachytený oscilujúcim vstupným obvodom sa zosilnil a potom sa detekoval a privádzal do nízkofrekvenčného zosilňovača. S vývojom obvodov vznikol problém zostrojenia rádiového zosilňovača s vysokým ziskom.
Na prekrytie veľkého rozsahu bol navrhnutý so širokou šírkou pásma, čo spôsobilo, že bol náchylný na samovybudenie. Prepínateľné zosilňovače sa ukázali ako príliš komplikované a ťažkopádne.
Všetko sa zmenilo s vynálezom heterodynného príjmu. Signál z laditeľného (alebo pevného) oscilátora sa privádza do zmiešavača. Druhým vstupom zmiešavača je prijatý signál a výstupom je obrovské množstvo Ramanových frekvencií, ktoré sú súčtom a rozdielom frekvencií heterodynného a prijatého signálu v rôznych kombináciách. V praxi sa zvyčajne používajú dve frekvencie:
- f heterodynový-f-signál;
- f-signál - f-heterodín.
Tieto frekvencie sa vo vzájomnom vzťahu nazývajú zrkadlové frekvencie. Príjem prebieha na jednom kanáli, druhý je odfiltrovaný vstupnými obvodmi prijímača. Tento rozdiel sa nazýva medzifrekvencia (IF) a jeho hodnota sa volí pri návrhu prijímača alebo vysielača. Ostatné kombinačné frekvencie sú odfiltrované medzifrekvenčným filtrom.
Pre priemyselné zariadenia existujú normy na výber frekvencie IF. V amatérskych zariadeniach sa táto frekvencia volí za rôznych podmienok vrátane dostupnosti komponentov na zostavenie úzkopásmového filtra.
Filtrovaná medzifrekvencia sa zosilní v zosilňovači IF. Keďže táto frekvencia je pevná a šírka pásma je malá (na prenos hlasu stačí 2,5...3 kHz), zosilňovač pre ňu možno ľahko vyrobiť ako úzkopásmový s vysokým zosilnením.
Existujú obvody, ktoré používajú kombinovanú frekvenciu - f-signál + f-heterodyn. Takéto obvody sa nazývajú obvody s konverziou nahor. To zjednodušuje vstupné obvody prijímača.
Existuje aj technika priamej konverzie (nezamieňať s priamym zosilnením!), pri ktorej je príjem takmer na heterodynnej frekvencii. Tento obvod je jednoduchý z hľadiska konštrukcie a ladenia, ale techniky priamej konverzie majú prirodzené nevýhody, ktoré môžu znižovať výkon.
Vo vysielači sa používajú aj heterodíny. Ich inverznou funkciou je prenášať nízkofrekvenčný modulovaný signál na prenosovú frekvenciu. V komunikačnom zariadení môže byť viac ako jeden heterodyn. Ak sa teda používa obvod s dvoma alebo viacerými frekvenčnými prevodmi, používajú sa dva, resp. viac heterodynov. V obvode môžu byť aj heterodíny, ktoré plnia ďalšie funkcie - obnovenie nosnej potlačenej počas prenosu, tvorba telegrafných balíkov atď.
Výkon heterodínu v prijímači je malý. Niekoľko miliwattov vo väčšine prípadov postačuje na akékoľvek použitie. Ak to však obvody prijímača umožňujú, heterodynný signál môže presakovať do antény a môže byť prijímaný na vzdialenosť niekoľkých metrov.
Medzi rádioamatérmi je populárna historka, že keď boli zakázané západné rozhlasové stanice, zástupcovia bezpečnostných služieb chodili okolo vchodov domov s prijímačmi naladenými na frekvencie "nepriateľských hlasov" (opravené na medzifrekvenciu). Podľa prítomnosti signálov bolo údajne možné určiť, kto počúva zakázané vysielanie.
Požiadavky na parametre heterodyn
Hlavnou požiadavkou na heterodynný signál je spektrálna čistota. Ak heterodyn generuje iné ako sínusové napätie, v zmiešavači sa generujú ďalšie Ramanove frekvencie. Ak tieto spadajú do šírky pásma vstupných filtrov, vedie to k ďalším prijímacím kanálom, ako aj k "bodom zásahu" - na niektorých prijímacích frekvenciách sa objavuje pískanie, ktoré ruší príjem užitočného signálu.
Ďalšou požiadavkou je stabilita úrovne a frekvencie výstupného signálu. Druhá je dôležitá najmä pri spracovaní signálov s potlačenou nosnou (SSB, DSB atď.) Stabilita výstupnej úrovne sa ľahko dosiahne použitím regulátorov napätia na napájanie hlavných oscilátorov a správnou voľbou režimu aktívneho prvku (tranzistora).
Stálosť frekvencie závisí od stability referenčných prvkov frekvencie (kapacity a indukčnosti oscilačného obvodu) a tiež od stálosti kapacity inštalácie. Nestabilita LC prvkov je väčšinou podmienená zmenami teploty počas prevádzky heterodínu. Na stabilizáciu komponentov obvodu sa komponenty umiestňujú do termostatov alebo sa prijímajú špeciálne opatrenia na kompenzáciu teplotného driftu kapacity a indukčnosti. Indukčné cievky sa zvyčajne snažia byť plne termostabilné.
Na tento účel sa používajú špeciálne konštrukcie - cievky sú navinuté so silným napätím drôtu, závity sú vyplnené zmesou, aby sa vylúčil posun závitov, drôt je vypálený do keramického rámu atď.
Aby sa znížil vplyv teploty na kapacitu referenčného kondenzátora, skladá sa z dvoch alebo viacerých prvkov, pričom sa vyberajú s rôznymi hodnotami a znamienkami teplotného koeficientu kapacity tak, aby sa vzájomne kompenzovali ohrevom alebo chladením.
Elektronicky riadené heterodíny, ktoré využívajú varikapy ako kapacitu, nie sú široko používané kvôli problémom s tepelnou stabilitou. Závislosť od teploty je nelineárna a ťažko sa kompenzuje. Preto sa varikapy používajú len ako rozlaďovacie prvky.
Kapacita zostavy sa pridáva ku kapacite referenčného kondenzátora a jej nestabilita tiež vedie k frekvenčnému driftu. Aby sa predišlo nestabilite inštalácie, všetky heterodynné prvky musia byť namontované veľmi pevne, aby sa zabránilo aj najmenším vzájomným posunom.
Skutočným prelomom v konštrukcii oscilátorov bol v 30. rokoch 20. storočia vývoj technológie práškového odlievania v Nemecku. To umožnilo vyrábať zložité trojrozmerné tvary rádiových komponentov, vďaka čomu bolo možné dosiahnuť v tom čase nevídanú tuhosť montáže. Tým sa spoľahlivosť rádiokomunikačných systémov Wehrmachtu dostala na novú úroveň.
Ak heterodyn nie je laditeľný, frekvenčný snímací prvok je zvyčajne kryštálový oscilátor. Výsledkom je mimoriadne stabilné kmitanie.
V posledných rokoch sa namiesto LC oscilátorov ako heterodynamické oscilátory začali používať digitálne frekvenčné syntetizátory. Stabilné výstupné napätie a frekvencia sa dajú ľahko dosiahnuť, ale spektrálna čistota je veľmi žiadúca, najmä ak sa signál generuje pomocou lacných mikročipov.
V súčasnosti sa staré technológie rádiového príjmu nahrádzajú novými, ako je napríklad DDC - priama digitalizácia. Nie je ďaleko doba, keď heterodynamika v prijímacom zariadení ako trieda zmizne. Tento čas nenastane dosť skoro, takže znalosti o heterodynných frekvenciách a princípoch heterodynného príjmu budú ešte dlho žiadané.
Súvisiace články:
