Superheterodüünvastuvõtja

Allikas: Vikipeedia

Superheterodüünvastuvõtja (lühemalt supervastuvõtja) on tänapäeval põhiline raadiovastuvõtja tüüp. Selle põhifunktsioonideks, nagu ka kõigil teistel raadiovastuvõtjatel, on antenni kaudu vastu võetud signaali viimine kasutajale vastuvõetavasse vormi (näiteks pilt, heli jms).

Supervastuvõtja eripära seisneb selles, et kõik sisendlülituse poolt eraldatud raadiosignaalid muundatakse sagedusmuunduris ühe kindlal sagedusel ‒ vahesagedusel ‒ olevaks signaaliks. Sellel vahesagedusel toimubki signaali põhiline võimendus, eraldamine naabersagedusega signaalidest ja lõpuks informatiivse signaali eraldamine vahesagedusest.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Heterodüünvastuvõtja ehk otsemuundusvastuvõtja idee pakkus välja R. Fessenden 1901. aastal[1]. (Sõna heterodüün moodustati kreeka sõnast heteros teine ja ladina sõnast dynamis jõud.) Tema ideeks oli antenni kaudu vastuvõetud signaali muundamine otse madalsageduslikuks signaaliks, kasutades selleks lähedase sagedusega signaali. Kuna tol ajal polnud võimalik konstrueerida stabiilset kohalikku kõrgsagedusgeneraatorit (ostsillaatorit), siis see idee laialdasemat kasutust ei leidnud.

Superheterodüünvastuvõtja idee pakkus välja Edwin H. Armstrong 1918. aastal[1]. Ta kasutas ära Fessendeni patenteeritud sageduse muundamise idee selle erinevusega, et vastuvõetud signaal muundatakse ühele kindlale vahesagedusele ja alles sellest saadakse madalsageduslik signaal (audiosignaal). Tulenevalt sellest erinevusest nimetas Armstrong oma leiutise superheterodüünvastuvõtjaks.

Superheterodüünvastuvõtja plokkskeem

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antenniga vastuvõetud signaali s(t) võimendatakse kõigepealt kõrgsagedusvõimendiga. Tavaliselt kuulub kõrgsagedusvõimendi koosseisu ka eelselektsioonifilter, mille peamiseks ülesandeks on peegelkanali sagedusega võnkumiste kõrvaldamine. Seejärel liigub signaal edasi segustisse, kus on lisasisendiks kohaliku ostsillaatori poolt genereeritav fikseeritud sagedusega harmooniline signaal f_{G}. Ideaalse sagedusmuunduri väljundis saadakse kaks sageduskomponenti: summasagedus f_{s} + f_{G} ja vahesagedus f_{s} - f_{G}. Kuna eesmärk on viia signaal vahesagedusele, siis segustile järgneb vahesagedusfilter, mille eesmärgiks on eraldada vahesagedus f_{VS} = f_{s} - f_{G}. Järgnevas vahesagedusvõimendis (VSV) toimub vastuvõetud signaali põhiline võimendamine. Seejärel eraldatakse detektoris (D) vahesagedusel olevast signaalist madalsageduslik komponent ‒ helisagedussignaal ehk audiosignaalm(t).

Kõrgsagedusvõimendi (KSV)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Selle võimendusastme peamiseks eesmärgiks on sobitada antenn vastuvõtjaga ja eelselekteerida soovitud sagedusega signaalid. Võimendusastme LC-filtri ribalaius B valitakse praktikas järgneva seose järgi:

B_{S} < B < 4f_{VS} [2],

kus B_{S} on vastuvõetud signaali ribalaius, B on filtri ribalaius ja f_{VS} on vahesagedus.

Kõrgsagedusvõimendi müratase peab olema võimalikult madal, sest see ahel määrab peamiselt kogu vastuvõtja mürateguri.

Sagedusmuundur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sisemine ostsillaator (heterodüün)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sisemise ostsillaatori ehk kohaliku ostsillaatori ülesandeks on genereerida stabiilset harmoonilist signaali, kusjuures oluline on genereeritavate võnkumiste sagedus. Kuna superheterodüünvastuvõtja üheks eeliseks on see, et suurem osa signaalitöötlusest toimub ühel sagedusel (vahesagedusel f_{VS}), siis genereeritav signaal peab olema valitud selliselt, et vahesagedus oleks sõltumatult vastuvõetava signaali s(t) sagedusest f_{s} püsiv (f_{VS} = f_{s} - f_{G} = \text{const}).

Kuna üldiselt kasutatakse vastuvõtjat rohkem kui ühe sagedusega signaali vastuvõtmiseks, on tarvilik sisemise ostsillaatori sagedust muuta selliselt, et vastuvõtja oleks häälestatud soovitud raadiokanalile. Lisaks eelnevale on ostsillaatori ja KSV juhtimine vajalik kompenseerimaks vastuvõetud signaali sageduse muutust (näiteks Doppleri efektist tulenev sagedusnihe).

Segusti[muuda | redigeeri lähteteksti]

Segusti sisenditeks on vastuvõetud signaal sagedusega f_{s} ja kohaliku ostsillaatori (generaatori) väljundsignaal sagedusega f_{G}. Segusti kui mittelineaarse ahela väljundis on signaalide kombinatsioon, mille spektris sisalduvad lisaks signaalidele sagedustega f_{s} ja f_{G} ka nende vahe f_{G} - f_{s} või f_{s} - f_{G} (vahesagedus) ning ka võnkumised sagedusega f_{s} + f_{G} [3].

Vahesagedusfilter[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna segusti väljundis olev signaal on kombinatsioon erinevate sagedustega signaalidest, siis on tarvilik eraldada kõigi erinevate signaalide segust soovitud signaal. Seda ülesannet täidab vahesagedusfilter. Probleeme võib tekkida peegelsagedustega. Superheterodüünvastuvõtja eripäraks on see, et igal kohaliku ostsillatori sagedusel f_{G} saab vahesageduse moodustada kaks signaalisagedust: f_{s1} = f_{G} - f_{VS} ja f_{s2} = f_{G} + f_{VS}. Kui soovitakse vastu võtta signaali sagedusel f_{s1} ja sagedusel f_{s2} töötab teine saatja, siis segusti väljundis ja filtri sisendis on lisaks soovitud signaali sagedusele f_{s1} lisaks segav signaal sagedusega f_{s2}. Seda segavat signaali nimetatakse peegelsageduseks. Kuna vahesagedusfilter ei suuda neid kahte signaali üksteisest eristada, siis lahenduseks on peegelkanali mahasurumine kõrgsagedusvõimendis eelselektsioonifiltriga.

Vahesagedusvõimendi[muuda | redigeeri lähteteksti]

See ahel on mõeldud vahesagedusel oleva signaali võimendamiseks. Selles ahelas toimub põhiline signaali võimendus, tüüpiliselt 80 dB[4]. Muutmaks signaali võimsus võimendi väljundis sõltumatuks sisendsignaali võimsusest, rakendatakse reeglina automaatset võimenduse reguleerimist (AVR). AVRi lülitus vähendab võimendi võimendust seda rohkem, mida kõrgem on sisendsignaali tase. Eriti oluline on see amplituudmoduleeritud signaalide korral, kus informatiivse signaali tase väljundis on lineaarselt seotud vastuvõetud signaali võimsusega. Olemuslikult on tegemist negatiivse tagasisidestusega, kus reguleerivaks pingeks on harilikult amplituuddetekteeritud signaali alaliskomponent, mis on võrdeline kandesageduse amplituudiga.

Detektor (demodulaator)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Selles ahelas toimub informatsiooni edastava signaali m(t) eraldamine vahesagedusega kandesignaalist. Olenevalt modulatsiooniviisist valitakse ka detektor. Eraldatava signaali parameetri alusel eristatakse:

  • amplituuddetektoreid;
  • sagedusdetektoreid.

Amplituuddemodulaatorina võib kasutada näiteks mähisjoonedetektorit. Tegemist on RC-ahelaga koormatud diooddetektoriga. Antud lahenduse juures jälgib koormusel tekkiv pinge amplituudmoduleeritud signaali mähisjoont[5].

Sagedusdemodulaatorina on võimalik kasutada suhtedetektorit, diskriminaatorit või sünkroondetektorit.

Next.svg Pikemalt artiklis Sagedusdetektor

FM-raadio skeeminäide[muuda | redigeeri lähteteksti]

FM-raadio plokkskeem

Tänapäeva FM-raadiovastuvõtjal moodustavad raadiosagedusaste (KS-võimendi ehk RF-võimendi), pingega tüüritav ostsillaator (VCO) ja segusti trükkplaadil ULL-tuuneri ploki. Selles plokis häälestatakse tuuneri võnkeringid soovitud jaama vastuvõtmiseks vajalikele sagedustele. Ostsillaatorist läheb signaal ka faasilukule (PLL), millele antakse tugisagedus kvartsostsillaatorist. Faasilukust saadakse stabiilne tüürpinge võnkeringide täpseks häälestamiseks tüürpingega, mis rakendatakse mahtuvusdioodidele. Segusti väljundist läheb signaalide segu vahesagedusvõimendisse, milles eraldab vahesagedusega 10,7 MHz signaali keraamiline pinnalainefilter ja selle väljundsignaali võimendab mikrolülitusel põhinev VS-võimendi. Viimase kiibil on ka FM-signaali demodulaator. Demoduleeritud signaal sisaldab infot [[piloottoon]i ja stereofoonilise (kahe kanali) heli kohta. Sellest multiplekssignaalist (täielikust stereosignaalist) moodustab stereodekooder vasaku ja parema kanali helisagedussignaali, mida võimendab kahekanaliline MS-võimendi. Mikroprotsessor juhib faasiluku tööd, võtab vastu juhtimissignaale eelvalikuklahvidelt või infrapunakiirega edastatavaid koode juhtpuldist ja salvestab valitud saatjate sagedused.

Kahekordne sagedusmuundus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eelvaadeldud skeemi kohaselt saavutatakse vajalik selektiivsus (eraldusvõime) peegelkanali suhtes kitsaribalise eelselektsiooniga, mis vajab igal laineribal eraldi võnkeringe. Seepärast kasutatakse professionaalsetes AM-vastuvõtjates ja paljude lühilaineribadega nn maailmaraadiotes kahekordset sagedusmuundust. Sel juhul valitakse esimene vahesagedus vastuvõetavate raadiosageduste ülemisest piirist kõrgem (üle 40 MHz). Siis jäävad peegelsagedused väga kõrgete sageduste vahemikku, nii et nende tõhusaks mahasurumiseks piisab ühestainsast madalpääsfiltrist lõikesagedusega 30 MHz (paljude sisendvõnkeringide asemel).

Esimesest segustist väljuv signaal läbib esimesele vahesagedusele vastava ribafiltri ja läheb edasi teise segustusastmesse. Teiseks vahesageduseks võib olla tavapärane 455 kHz. Järgnev ribafilter tagab vajaliku selektiivsuse naaberkanali suhtes.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver
  2. http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf
  3. Raadiolülitused, L. Abo, Tallinn 1990
  4. Kõrgsageduslik signaalitöötlus, loengukonspekt, I. Müürsepp, Tallinn 2011
  5. Modulatsioon, A. Meister, Tallinn 1999

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]