En heterodyn (referensoscillator.) i en mottagare (sändareI de flesta fall kallas den signalgenerator som bestämmer mottagningsfrekvensen för en heterodyn. Även om dess roll beskrivs som hjälpfunktion har den en mycket stor betydelse för kvaliteten på den mottagande eller sändande enheten.
Innehåll
Beteckning för heterodyn och principen för heterodynmottagning
Under radiomottagningens tidiga dagar var en heterodyn nödvändig när man byggde en mottagarkrets. Signalen som tas upp av den oscillerande ingångskretsen förstärks och detekteras sedan och matas in i en lågfrekvensförstärkare. I och med utvecklingen av kretsar uppstod problemet med att bygga en radioförstärkare med hög förstärkning.
För att överlappa ett stort område tillverkades den med en stor bandbredd, vilket gjorde den benägen att självspända. Omkopplingsbara förstärkare visade sig vara för komplicerade och besvärliga.
Detta ändrades när heterodynmottagningen uppfanns. Signalen från en avstämbar (eller fast) oscillator matas till en mixer. Den andra ingången till mixern är den mottagna signalen och utgången är ett stort antal Ramanfrekvenser, som är summor och skillnader mellan heterodyn- och mottagna signalfrekvenser i olika kombinationer. I praktisk tillämpning finns det vanligtvis två frekvenser:
- f heterodyn-f-signal;
- f-signal - f-heterodyn.
Dessa frekvenser kallas spegelfrekvenser i förhållande till varandra. Mottagningen sker på en kanal, den andra kanalen filtreras bort av mottagarens ingångskretsar. Skillnaden kallas för mellanfrekvensen (IF), och dess värde väljs när mottagaren eller sändaren konstrueras. De andra kombinationsfrekvenserna filtreras bort av mellanfrekvensfiltret.
För industriell utrustning finns det standarder för val av IF-frekvens. I amatörutrustning väljs denna frekvens under en rad olika förhållanden, bland annat om det finns komponenter för att bygga ett smalbandigt filter.
Den filtrerade mellanfrekvensen förstärks i IF-förstärkaren. Eftersom frekvensen är fast och bandbredden är liten (2,5...3 kHz räcker för röstinformation) kan förstärkaren för den lätt göras smalbandig med hög förstärkning.
Det finns kretsar som använder den kombinerade frekvensen - f-signal + f-heterodyn. Sådana kretsar kallas "uppkonverteringskretsar". Detta förenklar mottagarens ingångskrets.
Det finns också en direktkonverteringsteknik (inte att förväxla med direktförstärkning!) där mottagningen sker nästan vid heterodynfrekvensen. Denna krets är enkel att konstruera och ställa in, men direktkonverteringsmetoder har inneboende nackdelar som kan försämra prestandan.
Heterodynes används också i sändaren. De har den omvända funktionen att överföra en lågfrekvensmodulerad signal till överföringsfrekvensen. Det kan finnas mer än en heterodyn i kommunikationsutrustning. Om en krets med två eller flera frekvensomvandlingar används, används alltså två eller flera heterodyner. Det kan också finnas heterodyner i kretsen som utför ytterligare funktioner - återställande av en bärare som undertryckts under överföringen, bildande av telegrafiska paket osv.
Heterodynens effekt i mottagaren är liten. I de flesta fall räcker det med några milliwatt för alla tillämpningar. Men om mottagarkretsen tillåter det kan heterodynsignalen läcka in i antennen och tas emot på flera meters avstånd.
Det finns en populär historia bland radioamatörer om att när västerländska radiostationer förbjöds brukade representanter för säkerhetstjänsten gå runt i husens entréer med mottagare inställda på frekvenser för "fiendens röster" (korrigerade för mellanfrekvensen). Det påstods vara möjligt att avgöra vem som lyssnade på förbjudna sändningar genom förekomsten av signaler.
Krav på parametrar för heterodyner
Det viktigaste kravet för en heterodynsignal är spektral renhet. Om heterodynen genererar en annan spänning än en sinusformad spänning genereras extra Ramanfrekvenser i mixern. Om dessa ligger inom inmatningsfiltrens bandbredd leder det till extra mottagningskanaler och "hit points" - vissling uppstår vid vissa mottagningsfrekvenser, vilket stör mottagningen av en användbar signal.
Ett annat krav är stabiliteten hos utgångssignalens nivå och frekvens. Det andra är särskilt viktigt vid behandling av signaler med en undertryckt bärare (SSB, DSB, etc.). Stabiliteten i utgångsnivån uppnås enkelt genom att använda spänningsregulatorer för att driva masteroscillatorerna och genom korrekt val av det aktiva elementet (transistor).
Frekvenskonstansen beror på stabiliteten hos frekvensreferenselementen (kapacitans och induktans i den oscillerande kretsen) och även på konstansen hos installationens kapacitans. LC-elementens instabilitet bestäms främst av temperaturvariationer under heterodynens drift. För att stabilisera kretsens komponenter placeras komponenterna i termostater eller så vidtas särskilda åtgärder för att kompensera temperaturdriften hos kapacitansen och induktansen. Induktansspolar brukar vanligtvis prövas för att vara helt termostabila.
För detta ändamål används speciella konstruktioner - spolar är lindade med en stark trådspänning, varv är fyllda med en massa för att förhindra att varv flyttas, tråden är bränd i en keramisk ram osv.
För att minska temperaturens inverkan på referenskondensatorns kapacitet består den av två eller flera element, som väljs med olika värden och tecken på temperaturkoefficienten för kapacitansen så att de kompenseras ömsesidigt genom uppvärmning eller kylning.
Elektroniskt kontrollerade heterodynes, som använder varicaps som kapacitans, används inte i stor utsträckning på grund av problem med termisk stabilitet. Temperaturberoendet är icke-linjärt och svårt att kompensera. Därför används varicaps endast som avstämningselement.
Kapaciteten i enheten läggs till kapaciteten hos referenskondensatorn, och dess instabilitet leder också till frekvensdrift. För att undvika instabilitet i installationen måste alla heterodynelement monteras mycket styvt för att undvika minsta lilla förskjutning i förhållande till varandra.
Ett verkligt genombrott i konstruktionen av oscillatorer var utvecklingen av pulvergjutningstekniken i Tyskland på 1930-talet. Detta gjorde det möjligt att tillverka komplexa tredimensionella former för radiokomponenter, vilket gjorde det möjligt att uppnå en monteringsstyvhet som var oöverträffad på den tiden. Detta innebar att tillförlitligheten hos Wehrmacht-radiosystemen nådde en ny nivå.
Om heterodynen inte är avstämbar är frekvensupptagningselementet vanligtvis en kristalloscillator.. Detta resulterar i en extremt stabil svängning.
På senare år har det funnits en trend mot att använda digitala frekvenssynteser i stället för LC-oscillatorer som heterodynes. Stabila utgångsspänningar och frekvenser är lätta att uppnå, men den spektrala renheten lämnar mycket att önska, särskilt om signalen genereras med billiga mikrochips.
I dag ersätts gammal teknik för radiomottagning av ny teknik, till exempel DDC (direktdigitalisering). Tiden är inte långt borta när heterodyner i mottagarutrustning kommer att försvinna som klass. Den tiden kommer inte att komma tillräckligt fort, så kunskap om heterodynfrekvenser och principer för heterodynmottagning kommer att efterfrågas under lång tid framöver.
Relaterade artiklar:
