Radio Amateur Receiver: Specifikace

Anténa amatérského rádiového přijímače přijímá současně stovky a tisíce radiových signálů. Jejich frekvence se mohou lišit v závislosti na přenosu na dlouhé, střední, krátké, ultra krátké vlny a televizní pásma. Mezi nimi jsou amatérské, vládní, komerční, námořní a další stanice. Amplitudy signálů aplikovaných na anténní vstupy přijímače se pohybují od méně než 1 μV až po mnoho milivoltů. Amatérské rádiové kontakty se vyskytují na úrovni několika mikrovoltů. Účel amatérského přijímače je dvojí: výběr, zesílení a demodulace požadovaného rádiového signálu a promítání všech ostatních. Přijímače pro rádioamatéry jsou k dispozici odděleně i jako součást vysílače.

Hlavní součásti přijímače

Amatérské rádiové přijímače by měly být schopné přijímat extrémně slabé signály, oddělovat je od hluku a silných stanic, které jsou vždy přítomny ve vzduchu. Současně je pro jejich omezení a demodulaci nutná dostatečná stabilita. Obecně platí, že výkon (a cena) rádia závisí na jeho citlivosti, selektivitě a stabilitě. Existují i ​​další faktory, které se týkají výkonových charakteristik zařízení. Patří sem frekvenční pokrytí a čtení, demodulace nebo detekční režimy pro DV, CB, HF, VHF rádia, požadavky na napájení. I když se přijímače liší složitostí a výkonem, všechny podporují čtyři základní funkce: příjem, selektivitu, demodulaci a přehrávání. Některé také obsahují zesilovače pro zvýšení úrovně signálu na přijatelné hodnoty.

Příjem

To je schopnost přijímače zpracovávat slabé signály shromážděné anténou. U rádiového přijímače se tato funkce primárně týká citlivosti. Většina modelů má několik kaskád zesílení potřebných pro zvýšení výkonu signálu z mikrovoltů na volty. Takže celkový zisk přijímače může dosáhnout zhruba jednoho milionu na jeden.

Pro začátečníky je užitečné vědět, že citlivost přijímače je ovlivněna elektrickým šumem generovaným v obvodech antény a samotným zařízením, zejména ve vstupních a radiofrekvenčních modulech. Vznikají, když jsou molekuly vodičů tepelně rozrušeny a v součástech zesilovače, jako jsou tranzistory a trubice. Obecně platí, že elektrický šum je nezávislý na frekvenci a zvyšuje se s teplotou a šířkou pásma.

Každé rušení přítomné v anténních svorkách přijímače se zesiluje spolu s přijatým signálem. Existuje tedy limit citlivosti přijímače. Většina moderních modelů umožňuje 1 μV nebo méně. Mnoho specifikací definuje tuto vlastnost v mikrovoltách na 10 dB. Například citlivost 0,5 μV na 10 dB znamená, že amplituda šumu generovaného v přijímači je přibližně o 10 dB nižší než signál 0,5 μV. Jinými slovy, úroveň interference přijímače je asi 0,16 μV. Jakýkoli signál pod touto hodnotou se překrývají a nebudou v dynamice slyšet.

Při frekvencích do 20-30 MHz je vnější hluk (atmosférický a antropogenní) obvykle mnohem vyšší než vnitřní hluk. Většina přijímačů má dostatečnou citlivost pro zpracování signálu v tomto kmitočtovém pásmu.

Selektivita

To je schopnost přijímače naladit požadovaný signál a odmítnout nežádoucí signály. Přijímače používají vysoce kvalitní LC filtry, které procházejí pouze úzkým pásem frekvencí. Šířka pásma přijímače je proto důležitá pro odstranění nežádoucích signálů. Selektivita mnoha DV přijímačů je řádově několik set hertzů. To stačí k odfiltrování většiny signálů v blízkosti provozní frekvence. Všechny amatérské rádiové přijímače KV a SV by měly mít selektivitu asi 2500 Hz pro amatérský hlasový příjem. Mnoho přijímačů a vysílačů přijímačů DV / KV používá filtry, které zajišťují optimální příjem jakéhokoliv druhu signálu.

Demodulace nebo detekce

Jedná se o proces rozdělení komponenty LF (zvuk) z příchozího modulovaného nosného signálu. V obvodech demodulace se používají tranzistory nebo lampy. Dva nejběžnější typy detektorů používaných v přijímačích HF jsou dioda pro DV a CB a ideální mixážní pult pro DV nebo KV.

Reprodukce

Konečným příjmovým procesem je přeměna detekovaného signálu na zvukový signál pro napájení reproduktoru nebo sluchátek. Obvykle je pro zesílení slabého výkonu detektoru používána kaskáda s vysokým koeficientem. Výstup zesilovače zvuku se pak přenese do reproduktoru nebo sluchátek pro přehrávání.

Většina rádioamatérských přijímačů má interní reproduktor a výstupní konektor pro sluchátka. Jednoduchý jednostupňový zvukový zesilovač je vhodný pro práci se sluchátky. Reproduktor obvykle vyžaduje 2 nebo 3-krokový zvukový zesilovač.

Jednoduché přijímače

Prvními přijímači pro amatérské rádio byly nejjednodušší zařízení, které se skládalo z oscilujícího obvodu, detektoru krystalů a sluchátek. Mohly přijímat pouze místní rozhlasové stanice. Křišťálový detektor však není schopen správně demodulovat signály DV nebo KV. Kromě toho citlivost a selektivita takového schématu nejsou dostatečné pro práci s amatérským rozhlasem. Můžete je zvýšit přidáním zesilovače zvuku na výstup detektoru.

Přímé zesílení rádiového přijímače

Citlivost a selektivitu lze zlepšit přidáním jedné nebo více kaskád. Tento typ zařízení se nazývá přijímač přímého zisku. Mnoho komerčních CB přijímačů z 20. a 30. let. takový systém. Některé z nich měly 2-4 stupně zesílení, aby získaly požadovanou citlivost a selektivitu.

Přímý převodní přijímač

Jedná se o jednoduchý a populární přístup k přijímání DV a KV. Vstupní signál je přiveden do detektoru spolu s RF z generátoru. Frekvence posledně jmenované je o něco vyšší (nebo nižší) než první, takže je možné, že se dostanete do rytmu. Například pokud je vstup 7155.0 kHz a RF generátor je naladěn na 7155.4 kHz, je v detektoru vytvořen zvukový signál 400 Hz smícháním. Ten druhý vstupuje do vysokofrekvenčního zesilovače přes velmi úzký zvukový filtr. Selektivita v tomto typu přijímače je dosažena oscilujícími LC-obvody před detektorem a zvukovým filtrem mezi detektorem a zvukovým zesilovačem.

Superheterodyn

Byla vyvinuta na počátku 30. let 20. století s cílem odstranit většinu problémů, se kterými se setkávají počáteční typy rádioamatérských přijímačů. Dnes je superheterodynový přijímač používán téměř ve všech druzích radiokomunikačních služeb, včetně rádiového amatéra, komerčního, stejně jako amplitudové a frekvenční modulace a televize. Hlavním rozdílem od přijímačů s přímým zesílením je přeměna příchozího RF signálu na střední signál RF.

RF zesilovač

Obsahují LC-obvody, které poskytují určitou selektivitu a omezený zisk na požadované frekvenci. Zesilovač RF také poskytuje dvě dodatečné výhody v superheterodynovém přijímači. Nejprve izoluje kaskády směšovače a lokálních oscilátorů od obvodu antény. U radiového přijímače je výhodou, že jsou nežádoucí signály zeslabeny, jejichž frekvence je dvakrát vyšší než je požadováno.

Generátor

Je třeba vytvořit sinusový signál s konstantní amplitudou, jehož frekvence se liší od příchozího nosiče o částku rovnou IF. Oscilátor generuje oscilace, jejichž frekvence může být buď vyšší nebo nižší než nosič. Tato volba je určena šířkou pásma a požadavky na ladění RF. Většina těchto uzlů v přijímačích CB a spodním pásmu amatérských VHF přijímačů generují frekvenci nad vstupním nosičem.

Mixér

Účelem tohoto bloku je frekvenční konverze příchozí nosný signál na frekvenci IF zesilovače. Směšovač vysílá 4 hlavní výstupní signály ze 2 vstupů: f₁, f₂, f₁+f₂, f₁-f₂. V superheterodynovém přijímači se používá pouze jejich součet nebo rozdíl. Ostatní mohou způsobit rušení, pokud nejsou přijata vhodná opatření.

IF zesilovač

Vlastnosti IF zesilovače v superheterodyn přijímač jsou nejlépe popsány z hlediska zisku (CG) a selektivity. Obecně řečeno, tyto parametry jsou určeny zesilovačem IF. Selektivita IF zesilovače by se měla rovnat šířce pásma příchozího modulovaného RF signálu. Je-li větší, pak se sousední frekvence přeskočí a způsobí rušení. Na druhou stranu, pokud je selektivita příliš úzká, některé bočnice budou odříznuty. Výsledkem je ztráta jasnosti při přehrávání zvuku pomocí reproduktoru nebo sluchátek.

Optimální šířka pásma přijímače krátkých vln je 2300-2500 Hz. Přestože některé z vyšších postranních pásem spojených se signály řeči jsou mimo rozsah 2500 Hz, jejich ztráta významně neovlivňuje zvuk nebo informace přenášené operátorem. Pro provoz DV je dostatečná selektivita 400-500 Hz. Tento úzkopásmový signál pomáhá odmítnout jakýkoli signál sousedící frekvence, který může rušit příjem. V amatérských rádiových přijímačích, jejichž cena je vyšší, se používají 2 nebo více stupňů amplifikace IF s předchozím vysoce selektivním krystalickým nebo mechanickým filtrem. Tímto uspořádáním se mezi jednotlivými jednotkami používají LC obvody a konvertory IF.

Výběr mezilehlé frekvence je určen několika faktory, mezi které patří: zesílení, selektivita a potlačení signálu. Pro pásma s nízkým kmitočtem (80 a 40 m) je IF využíván v mnoha moderních rádiových amatérských přijímačích 455 kHz. Zesilovače IF mohou poskytnout vynikající zisk a selektivitu 400-2500 Hz.

Detektory a generátory

Detekce nebo demodulace je definována jako proces oddělování zvukových komponent od modulovaného nosného signálu. Detektory v superheterodynových přijímačích jsou také nazývány sekundárními a primární je sestava směšovače.

Automatické řízení zisku

Účelem jednotky AGC je zachovat konstantní úroveň výstupního signálu, a to i přes změny vstupního signálu. Rádiové vlny šířící se přes ionosféru jsou oslabeny a zesíleny kvůli jevu známému jako blednutí. To vede ke změně úrovně příjmu na vstupu antény v širokém rozsahu hodnot. Jelikož napětí rektifikovaného signálu v detektoru je úměrné amplitudě přijatého signálu, některé z nich mohou být použity pro řízení zisku. U přijímačů, které používají trubkové nebo npn tranzistory v uzlech, které předcházejí detektoru, se použije záporné napětí ke snížení CW. Zesilovače a směšovače používající pnp-tranzistory vyžadují kladné napětí.

Některé rádioamatérské přijímače, zejména nejlepší tranzistory, mají zesilovač s AGC pro větší kontrolu nad charakteristikami zařízení. Automatické nastavení může mít různé časové konstanty pro signály různých typů. Časová konstanta určuje dobu trvání ovládacího prvku po ukončení vysílání. Například v intervalech mezi frázemi se HF přijímač okamžitě vrátí na plný zisk, což způsobí nepříjemný výbuch šumu.

Měření intenzity signálu

U některých přijímačů a transceiverů je zobrazen indikátor, který udává relativní sílu vysílání. Obvykle je část opravovaného IF signálu z detektoru přiváděna na mikro- nebo miliamometr. Pokud má přijímač AGC zesilovač, pak tento uzel může být také použit pro ovládání indikátoru. Většina měřících přístrojů je kalibrována v jednotkách S (1 až 9), které představují přibližně změnu v přijatém signálu o 6 dB. Průměrná hodnota nebo hodnota S-9 slouží k označení úrovně 50 μV. Horní polovina stupnice S je kalibrována v decibelech nad S-9, obvykle až do 60 dB. To znamená, že přijatá síla signálu je 60 dB nad 50 μV a je rovna 50 mV.

Indikátor je zřídka přesný, protože ovlivňuje jeho fungování řada faktorů. Je však velmi užitečné při určování relativní intenzity příchozích signálů, stejně jako při kontrole nebo ladění přijímače. V řadě vysílačů je indikátor zobrazen stavu funkcí zařízení, jako je konečný proud zesilovače RF a výstupní výkon RF.

Rušení a omezení

Pro začátečníky je užitečné vědět, že každý přijímač může mít potíže s přístupem kvůli třem faktorům: vnějšímu a vnitřnímu hluku a rušivým signálům. Externí interference na HF, zejména pod 20 MHz, je mnohem vyšší než vnitřní hluk. Pouze při vyšších frekvencích jsou uzly přijímače hrozbou extrémně slabých signálů. Většina šumu je generována v prvním bloku jak v radiofrekvenčním zesilovači, tak v kaskádě směšovače. Chcete-li omezit interní rušení přijímače na minimální úroveň, bylo vynaloženo velké úsilí. V důsledku toho se objevily obvody a součásti s nízkým šumem.

Externí interference může způsobit problémy při přijímání slabých signálů ze dvou důvodů. Za prvé, rušení zvednuté anténou může maskovat vysílání. Je-li tato hodnota blízká nebo nižší než úroveň příchozího šumu, je příjem téměř nemožný. Někteří zkušení operátoři mohou přijímat vysílání na DV i s velkým rušením, ale hlasové a jiné amatérské signály za těchto podmínek jsou nepochopitelné.