Radio amaterski sprejemnik: specifikacije

Antena amaterskega radijskega sprejemnika hkrati sprejema več sto in tisoč radijskih signalov. Njihove frekvence se lahko razlikujejo glede na prenos na dolge, srednje, kratke, ultrahortne valove in televizijske pasove. Med njimi so ljubiteljske, vladne, komercialne, morske in druge postaje. Amplitude signala, ki se uporabljajo za vhodne antene sprejemnika, segajo od manj kot 1 μV do številnih milivoltov. Amaterski radijski kontakti se pojavijo na ravni več mikrovoltov. Namen amaterskega sprejemnika je dvakrat: izbiranje, ojačanje in demoduliranje želenega radijskega signala in presejanje vseh ostalih. Sprejemniki radijskih amaterjev so na voljo posebej in kot del oddajnika.

Glavne komponente sprejemnika

Amaterski radijski sprejemniki morajo biti sposobni sprejemati izredno šibke signale, jih ločiti od hrupa in močnih postaj, ki so vedno prisotni v zraku. Hkrati je za njihovo zadrževanje in demodulacijo potrebna zadostna stabilnost. Na splošno je učinkovitost (in cena) radia odvisna od njegove občutljivosti, selektivnosti in stabilnosti. Obstajajo še drugi dejavniki, povezani z značilnostmi delovanja naprave. Ti vključujejo frekvenčno pokritost ter branje, demodulacijo ali detekcijske načine za DV, CB, HF, VHF radiu, zahteve glede moči. Čeprav se sprejemniki razlikujejo po kompleksnosti in učinkovitosti, vsi podpirajo štiri osnovne funkcije: sprejem, selektivnost, demodulacijo in predvajanje. Nekateri vključujejo tudi ojačevalce, ki zvišujejo raven signala na sprejemljive vrednosti.

Sprejem

To je zmožnost sprejemnika, da obdeluje šibke signale, ki jih je zbrala antena. Za radijski sprejemnik je ta funkcija predvsem povezana z občutljivostjo. Večina modelov ima več kaskad ojačanja, potrebnih za povečanje moči signalov od mikrovoltov do voltov. Tako lahko skupni dobiček sprejemnika doseže približno milijon do enega.

Za začetnike je koristno vedeti, da na občutljivost sprejemnika vpliva električni hrup, ki nastane v antenskih krogih, in sama naprava, zlasti v vhodnih in radijskih frekvenčnih modulih. Pojavljajo se, ko so molekule prevodnika toplotno vzbujani in v komponentah ojačevalnika, kot so tranzistorji in cevi. Na splošno je električni hrup neodvisen od frekvence in se povečuje s temperaturo in pasovno širino.

Vsaka motnja, prisotna v antenskih sponkah sprejemnika, se pomnoži s sprejetim signalom. Tako je sprejemnik v mejah občutljivosti. Večina sodobnih modelov omogoča 1 μV ali manj. Mnoge specifikacije opredeljujejo to karakteristiko v mikrovoltih za 10 dB. Na primer, občutljivost 0,5 μV za 10 dB pomeni, da je amplituda hrupa, ki nastane v sprejemniku, približno 10 dB pod 0,5 μV signala. Z drugimi besedami, raven sprejemne motnje je približno 0,16 μV. Vsi signali, ki so pod to vrednostjo, se bodo prekrivali z njimi in se ne bodo slišali v dinamiki.

Pri frekvencah do 20-30 MHz je zunanji hrup (atmosferski in antropogeni) običajno veliko višji od notranjega hrupa. Večina sprejemnikov ima dovolj občutljivosti za obdelavo signalov v tem frekvenčnem območju.

Selektivnost

To je sposobnost sprejemnika, da nastavi na želeni signal in zavre neželene signale. Sprejemniki uporabljajo visokokakovostne LC-filtre, da prenesejo le ozek pas frekvenc. Tako je pasovna širina sprejemnika pomembna za odpravo neželenih signalov. Selektivnost mnogih DV sprejemnikov je več sto hertzov. To zadostuje za odčitavanje večine signalov blizu delovne frekvence. Vsi amaterski radijski sprejemniki KV- in SV-trakovi morajo imeti selektivnost okoli 2500 Hz za amaterski glasovni sprejem. Mnogi sprejemniki in oddajniki DV / KV uporabljajo preklopne filtre, da zagotovijo optimalen sprejem vseh vrst signalov.

Demodulacija ali odkrivanje

To je proces delitve komponente LF (zvoka) iz vhodnega moduliranega nosilnega signala. V demodulacijskih tokokrogih se uporabljajo tranzistorji ali svetilke. Dva najpogostejša tipa detektorjev, ki se uporabljajo v HF sprejemnikih, sta dioda za DV in CB in idealen mešalnik za DV ali KV.

Reprodukcija

Končni postopek sprejema je pretvorba zaznanega signala v avdio signal za dovajanje do zvočnika ali slušalk. Običajno se uporablja kaskada z visokim koeficientom za povečanje šibkega izhoda detektorja. Izhod avdio ojačevalnika se nato predvaja v zvočnik ali slušalke za predvajanje.

Večina radijskih amaterskih sprejemnikov ima notranji zvočnik in izhodni priključek za slušalke. Preprost enostopenjski zvočni ojačevalnik je primeren za delo s slušalkami. Zvočnik običajno zahteva 2 ali 3-stopenjski ojačevalnik.

Preprosti sprejemniki

Prvi sprejemniki za radijske amaterje so bili najpreprostejši pripomočki, sestavljeni iz nihajnega kroga, kristalnega detektorja in slušalk. Lahko so prejemali le lokalne radijske postaje. Vendar kristalni detektor ne more ustrezno demodulirati signalov DV ali KV. Poleg tega občutljivost in selektivnost takšne sheme ne zadoščata za amatersko radijsko delo. Lahko jih povečate z dodajanjem zvočnega ojačevalnika na izhod detektorja.

Neposredno pojačanje radijskega sprejemnika

Občutljivost in selektivnost je mogoče izboljšati z dodajanjem enega ali več kaskad. Ta vrsta naprave se imenuje sprejemnik za neposredno pridobivanje. Veliko komercialnih sprejemnikov CB v 20. in 30. letih. takšno shemo. Nekateri od njih so imeli 2-4 stopnje ojačitve, da bi dobili zahtevano občutljivost in selektivnost.

Neposredni pretvornik

To je preprost in priljubljen pristop za sprejem DV in KV. Vhodni signal se napaja z detektorjem skupaj z RF iz generatorja. Pogostost slednje je rahlo višja (ali nižja) od prve, tako da lahko dobite premor. Na primer, če je vhod 7155,0 kHz in generator RF je nastavljen na 7155,4 kHz, se v detektorju s pomočjo mešanja ustvari 400 Hz zvočni signal. Slednji vstopi v visoko ojačevalnik skozi zelo ozek zvočni filter. Selektivnost v tej vrsti sprejemnika dosežemo s pomočjo nihajnih LC-vezij pred detektorjem in zvočnim filtrom med detektorjem in zvočnim ojačevalnikom.

Superheterodyne

Razvit je bil v zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja, da bi odpravil večino težav, s katerimi se soočajo zgodnje vrste radijskih amaterskih sprejemnikov. Danes se superheterodinski sprejemnik uporablja v skoraj vseh vrstah radijskih komunikacijskih storitev, vključno z radijskim amaterskim, komercialnim, pa tudi za amplitudno in frekvenčno modulacijo ter televizijo. Glavna razlika pri neposrednih ojačevalnih sprejemnikih je pretvorba vhodnega RF signala v vmesni RF signal.

RF ojačevalnik

Vsebujejo LC-vezja, ki zagotavljajo določeno selektivnost in omejeno dobiček na želeni frekvenci. RF ojačevalnik ponuja tudi dve dodatni prednosti v superheterodinskem sprejemniku. Najprej izolira mešalne in lokalne kaskade oscilatorja iz antene. Za radijski sprejemnik je prednost, da so neželeni signali oslabljeni, katerih frekvenca je dvakrat višja, kot je potrebno.

Generator

Potrebno je ustvariti sinusoidni signal s konstantno amplitudo, katere frekvenca se od vhodnega nosilca razlikuje za količino, ki je enaka IF. Oscilator generira oscilacije, katerih frekvenca je lahko višja ali nižja od nosilca. To izbiro določa pasovna širina in zahteve za nastavitev RF. Večina teh vozlišč v sprejemnikih CB in spodnjem pasu amaterskih VHF sprejemnikov ustvarjajo frekvenco nad vhodnim nosilcem.

Mešalnik

Namen tega bloka je pretvorba frekvence dohodni nosilni signal na frekvenco IF ojačevalnika. Mešalnike oddajajo 4 glavne izhodne signale iz dveh vhodov: f₁, f₂, f₁+f₂, f₁-f₂. V superheterodinskem sprejemniku se uporablja samo njihova vsota ali razlika. Drugi lahko povzročijo motnje, če se ne sprejmejo ustrezni ukrepi.

IF ojačevalnik

Značilnosti IF ojačevalnika v superheterodinski sprejemnik so najbolje opisani glede na dobiček (CG) in selektivnost. Na splošno te parametre določi IF ojačevalnik. Selektivnost IF ojačevalnika mora biti enaka pasovni širini dohodnega moduliranega RF signala. Če je večja, je vsaka sosednja frekvenca preskočena in povzroča motnje. Če pa je selektivnost preozka, bodo nekateri bočni pasovi odrezani. To povzroči izgubo jasnosti pri predvajanju zvoka z zvočnikom ali slušalkami.

Optimalna pasovna širina kratkovalovnega sprejemnika je 2300-2500 Hz. Čeprav so nekateri višji stranski pasovi, povezani z govornimi signali, zunaj razdalje 2500 Hz, njihova izguba bistveno ne vpliva na zvok ali informacije, ki jih posreduje operater. Selektivnost 400-500 Hz zadostuje za delovanje DV. Ta ožji pas pomaga zavračati vsak signal sosednje frekvence, ki lahko ovira sprejem. Pri amaterskih radijskih sprejemnikih, katerih cena je višja, se pri predhodno zelo selektivnem kristalnem ali mehanskem filtru uporabljajo dve ali več faznih ojačevalnih faz. S to razporeditvijo se med enotami uporabljajo LC vezja in IF pretvorniki.

Izbira vmesne frekvence določa več dejavnikov, ki vključujejo: ojačanje, selektivnost in zatiskanje signala. Pri nizkih frekvenčnih pasovih (80 in 40 m) je IF, ki se uporablja v številnih sodobnih radijskih amaterskih sprejemnikih, 455 kHz. IF ojačevalci lahko zagotovijo odličen izkoristek in selektivnost 400-2500 Hz.

Detektorji in generatorji utripov

Odkrivanje ali demodulacija je opredeljena kot proces ločevanja zvočnih komponent iz moduliranega nosilnega signala. Detektorji v superheterodinih sprejemnikih imenujemo tudi sekundarni, primarni pa je mešalni sklop.

Samodejno pridobivanje nadzora

Namen enote AGC je ohraniti konstantno raven izhodnega signala, kljub spremembam vhodnega signala. Radio valovi, ki se širijo skozi ionosfero, so oslabljeni, nato pa se ojačajo zaradi pojava, ki se imenuje bledenje. To povzroči spremembo stopnje sprejema na vhodih antene v širokem razponu vrednosti. Ker je napetost rektificiranega signala v detektorju sorazmerna amplitudi sprejetega signala, lahko nekatere od njih uporabimo za nadzor dobička. Za sprejemnike, ki uporabljajo tranzistorje cevi ali npn na vozliščih pred detektorjem, se za zmanjšanje CW uporabi negativna napetost. Ojačevalniki in mešalniki s pnp-tranzistorji zahtevajo pozitivno napetost.

Nekateri radijski amaterski sprejemniki, še posebej najboljši tranzistorji, imajo ojačevalnik z AGC za večji nadzor nad lastnostmi naprave. Samodejno prilagajanje ima lahko različne časovne konstante za signale različnih tipov. Časovna konstanta določa trajanje kontrole, potem ko je oddaja končana. Na primer, v intervalih med besednimi zvezami, HF sprejemnik takoj ponovno vzpostavi poln dobiček, kar bo povzročilo nadležno razpoko hrupa.

Merjenje jakosti signala

V nekaterih sprejemnikih in oddajnikih je zagotovljen indikator, ki kaže relativno moč prenosa. Ponavadi se del rektificiranega signala IF iz detektorja napaja v mikro- ali milijamer. Če sprejemnik ima ojačevalnik AGC, se lahko to vozlišče uporabi tudi za nadzor indikatorja. Večina števcev je kalibriran v S-enotah (od 1 do 9), ki predstavljajo približno 6-dB spremembo moči prejetega signala. Povprečno odčitavanje ali S-9 služi za označevanje ravni 50 μV. Zgornja polovica merilnika S-metra je kalibrirana v decibelih nad S-9, običajno do 60 dB. To pomeni, da je sprejemna jakost signala 60 dB nad 50 μV in je enaka 50 mV.

Indikator je redko točen, saj številni dejavniki vplivajo na njegovo delovanje. Vendar pa je zelo koristno pri določanju relativne intenzitete vhodnih signalov, pa tudi pri preverjanju ali nastavljanju sprejemnika. V mnogih oddajnikih je indikator prikazoval status funkcij naprave, kot je končni tok RF ojačevalnika in izhodna moč RF.

Motnje in omejitve

Za začetnike je koristno vedeti, da sprejemnik lahko doživi težave pri sprejemu zaradi treh dejavnikov: zunanjega in notranjega hrupa ter motenj signalov. Zunanje motnje na HF, še posebej pod 20 MHz, so veliko večje od notranjega hrupa. Le pri višjih frekvencah sprejemna vozlišča ogrožajo izjemno šibke signale. Večina hrupa se ustvari v prvem bloka, tako v radijsko frekvenčnem ojačevalcu kot v kaskadi mešalnika. Da bi zmanjšali notranjo motnjo sprejemnika na najnižjo raven, je bilo vloženih veliko napora. Posledično so se pojavili nizkokakovostni tokokrogi in komponente.

Zunanje motnje lahko povzročijo težave pri sprejemu šibkih signalov iz dveh razlogov. Prvič, vmešavanje, ki ga je pobral antena, lahko prikrije oddajo. Če je slednji blizu ali pod ravnijo dohodnega hrupa, je sprejem skoraj nemogoč. Nekateri izkušeni operaterji lahko sprejemajo oddaje na DV, tudi z velikimi motnjami, vendar so glasovni in drugi amaterski signali v teh pogojih nerazumljivi.