Heterodin (oscilator) v sprejemnikuoddajnikV večini primerov se generator signala, ki določa frekvenco sprejema, imenuje heterodin. Čeprav njegovo vlogo imenujemo pomožna, ima zelo pomemben vpliv na kakovost sprejemne ali oddajne naprave.
Vsebina
Heterodinska funkcija in princip heterodinskega sprejema
Na začetku radijskega sprejema so bili vsi radijski sprejemniki zasnovani brez heterodina. Signal, ki ga je zajelo nihajno vhodno vezje, je bil ojačan, nato zaznan in doveden v nizkofrekvenčni ojačevalnik. Z razvojem vezja se je pojavil problem izdelave visokofrekvenčnega ojačevalnika z visokim ojačenjem.
Za prekrivanje velikega obsega je bil izdelan s široko pasovno širino, zaradi česar je bil nagnjen k samovzbujanju. Preklopni ojačevalniki so se izkazali za preveč zapletene in okorne.
Vse se je spremenilo z izumom heterodinskega sprejema. Signal iz nastavljivega (ali fiksnega) oscilatorja se dovaja v mešalnik. Drugi vhod mešalnika je sprejeti signal, izhod pa ogromno Ramanovih frekvenc, ki so vsote in razlike frekvenc heterodina in sprejetega signala v različnih kombinacijah.Praktične aplikacije imajo običajno dve frekvenci:
- f-heterodin-f-signal;
- f-signal - f-heterodin.
Te frekvence se med seboj imenujejo zrcalne frekvence. Sprejem se izvaja na enem kanalu, drugi pa filtrirajo vhodna vezja sprejemnika. Razlika se imenuje vmesna frekvenca (IF), njena vrednost je izbrana pri načrtovanju sprejemne ali oddajne naprave. Ostale kombinacijske frekvence filtrira vmesni frekvenčni filter.
Za industrijsko opremo obstajajo standardi za izbiro frekvence IF. V amaterski opremi je ta frekvenca izbrana iz različnih pogojev, vključno z razpoložljivostjo komponent za izdelavo ozkopasovnega filtra.
Vmesna frekvenca, ki jo izbere filter, se ojača v IF ojačevalniku. Ker je ta frekvenca fiksna in je pasovna širina majhna (2,5...3 kHz zadošča za govorno informacijo), je ojačevalnik zanjo enostavno narediti ozkopasovnega z visokim ojačanjem.
Obstajajo vezja, ki uporabljajo skupno frekvenco - f-signal + f-heterodin. Takšna vezja se imenujejo vezja s pretvorbo navzgor. To načelo poenostavlja konstrukcijo vhodnih vezij sprejemnika.
Obstaja tudi tehnika neposredne pretvorbe (ne zamenjujte je z neposrednim ojačanjem!), pri kateri se sprejem izvaja skoraj na heterodinski frekvenci. To vezje je preprosto zasnovo in nastavitev, vendar ima oprema za neposredno pretvorbo inherentne pomanjkljivosti, ki opazno poslabšajo kakovost delovanja.
V oddajniku se uporabljajo tudi heterodini. Izvajajo inverzno funkcijo prenašanja nizkofrekvenčnega moduliranega signala na frekvenco prenosa. V komunikacijski opremi je lahko več heterodinov. Če torej uporabimo vezje z dvema ali več frekvenčnimi pretvorbami, uporabimo dva ali več heterodina.Vezje lahko vključuje tudi heterodine, ki opravljajo dodatne funkcije - obnovitev nosilca, zatrtega med prenosom, oblikovanje telegrafskih paketov itd.
Moč heterodina v sprejemniku je majhna. Nekaj milivatov je v večini primerov dovolj za vsako nalogo. Toda heterodinski signal, če to omogoča vezje sprejemnika, lahko uhaja v anteno in ga je mogoče sprejeti na razdalji nekaj metrov.
Med radioamaterji je priljubljena zgodba, da so predstavniki posebnih služb v času prepovedi poslušanja zahodnih radijskih postaj hodili okoli vhodov hiš s sprejemniki, nastavljenimi na frekvence "sovražnih glasov" (popravljeno za vmesna frekvenca). Po prisotnosti signalov naj bi bilo mogoče ugotoviti, kdo posluša prepovedane oddaje.
Zahteve za heterodinske parametre
Glavna zahteva za heterodinski signal je spektralna čistost. Če heterodin proizvaja napetost, ki ni sinusna, se v mešalniku ustvarijo dodatne Ramanove frekvence. Če padejo v pasovno širino vhodnih filtrov, to vodi do dodatnih kanalov sprejema, pa tudi do pojava "zadetih točk" - na nekaterih frekvencah sprejema se pojavi piščalka, ki moti sprejem uporabnega signala.
Druga zahteva je stabilnost ravni in frekvence izhodnega signala. Drugi je še posebej pomemben pri obdelavi signalov s potlačenim nosilcem (SSB (OBP), DSB (DSB) itd.) Kontinuiteto izhodne ravni je enostavno doseči z uporabo regulatorjev napetosti za napajanje glavnih oscilatorjev in pravilno izbiro načina aktivnega elementa (tranzistorja).
Konstantnost frekvence je odvisna od stabilnosti referenčnih frekvenčnih elementov (kapacitivnosti in induktivnosti nihajnega kroga), kot tudi od konstantnosti montažne kapacitivnosti.Nestabilnost LC elementov večinoma določa sprememba temperature med delovanjem heterodina. Za stabilizacijo komponent vezja se le-te namestijo v termostate ali pa se sprejmejo posebni ukrepi za kompenzacijo temperaturnega premika kapacitivnosti in induktivnosti. Induktivne tuljave se običajno poskušajo popolnoma termostabilne.
V ta namen se uporabljajo posebne konstrukcije - tuljave so navite z močno napetostjo žice, zavoji so napolnjeni s spojino, da se prepreči premik zavojev, žica je vžgana v keramični okvir itd.
Da bi zmanjšali vpliv temperature na zmogljivost referenčnega kondenzatorja, je izdelan iz dveh ali več elementov, ki jih izbere z različnimi vrednostmi in znaki temperaturnega koeficienta kapacitivnosti, tako da se medsebojno kompenzirajo s segrevanjem ali hlajenjem.
Zaradi težav s termično stabilnostjo se elektronsko krmiljeni heterodini, ki uporabljajo varikape kot kapacitivnost, ne uporabljajo široko. Njihova odvisnost od ogrevanja je nelinearna in jo je zelo težko kompenzirati. Zato se varikapi uporabljajo samo kot elementi za razglasitev.
Kapacitivnost sklopa je dodana kapacitivnosti referenčnega kondenzatorja, njegova nestabilnost pa vodi tudi do frekvenčnega drsenja. Da bi se izognili nestabilnosti vgradnje, morajo biti vsi heterodinski elementi nameščeni zelo togo, da se izognejo tudi minimalnim premikom drug glede na drugega.
Pravi preboj v konstrukciji nadrejenih oscilatorjev je bil razvoj tehnologije litja prahu v Nemčiji v tridesetih letih prejšnjega stoletja. To je omogočilo izdelavo zapletenih tridimenzionalnih oblik radijskih komponent, kar je omogočilo doseganje togosti montaže brez primere v tistem času. To je dvignilo zanesljivost radijskih komunikacijskih sistemov Wehrmachta na novo raven.
Če heterodina ni mogoče nastaviti, je element frekvenčnega skoka običajno a kristalni oscilator. To omogoča izjemno visoko stabilnost nihanja.
V zadnjih letih obstaja trend uporabe digitalnih frekvenčnih sintetizatorjev kot heterodinov namesto LC oscilatorjev. Stabilnost izhodne napetosti in frekvence je enostavno doseči, vendar spektralna čistost pušča veliko želenega, še posebej, če je signal ustvarjen z uporabo poceni mikročipov.
Danes stare tehnologije radijskega sprejema zamenjujejo nove, kot je DDC - neposredna digitalizacija. Ni daleč čas, ko bodo heterodini v sprejemni opremi izginili kot razred. A to še ne bo tako kmalu, zato bo poznavanje heterodina in principov heterodinskega sprejema še dolgo zaželeno.
Povezani članki:
