Superheterodüünvastuvõtja

Allikas: Vikipeedia

Superheterodüünvastuvõtja (ka supervastuvõtja) on tänapäeval enimlevinud vastuvõtja tüüp. Selle põhifunktsioonideks, nagu ka kõigil teiste vastuvõtjatel, 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 vahesagedusel olevaks signaaliks. Sellel vahesagedusel f_{VS} toimubki signaali põhiline võimendus, eraldamine naabersagedusega signaalidest ja lõpuks informatiivse signaali m(t) eraldamine vahesagedusest.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Heterodüünvastuvõtja (ka otsemuundusvastuvõtja) idee pakkus välja Reginald Fessenden 1901. aastal[1]. Tema ideeks oli antenni kaudu vastu võetud signaali muundamine, selleks lähedase sagedusega signaali kasutades, otse madalsageduslikuks signaaliks. Kuna tol ajal polnud võimalik konstrueerida stabiilset kohalikku generaatorit, siis see idee laialdasemat kasutust ei leidnud. Tänapäevase superheterodüünvastuvõtja idee pakkus välja Edwin H. Armstrong 1918. aastal[1]. Ta kasutas ära Fessenden'i patenteeritud idee sellise erinevusega, et erinevalt heterodüünvastuvõtjast muundatakse vastuvõetud signaal vahesagedusele. Tulenevalt sellest erinevusest nimetas Armstrong oma leiutise superheterodüünvastuvõtjaks.

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antenniga vastuvõetud signaali s(t) võimendatakse kõigepealt kõrgsagedusvõimendiga (KSV). Tavaliselt kuulub kõrgsagedusvõimendi koosseisu ka eelselektsioonifilter, mille peamiseks ülesandeks on peegelkanalite kõrvaldamine. Seejärel liigub signaal edasi segustisse, kus on lisaks sisendiks kohaliku ostsillaatori poolt genereeritav fikseeritud sagedusega harmooniline signaal f_{G}. Ideaalse sagedusmuunduri väljundis saadakse kaks sageduskomponenti f_{s} + f_{G} ja 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 informatiivne madalsageduslik komponent m(t).

Superheterodüünvastuvõtja põhimõtteskeem

Antenn[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antenni eesmärk on eetris olev elektromagnetväli muundada elektriliseks signaaliks. Antenni väljundis olev elektriline signaal on väga nõrk ja koosneb lisaks soovitud signaalile ka teiste saatjate poolt edastatud soovimatutest signaalides ja müradest.

Kõrgsagedusvõimendi (KSV)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Selle ahela peamiseks eesmärgiks on sobitada antenn vastuvõtjaga ja eelselekteerida soovitud signaalid. Tavaliselt ei ole KSV selektiivsus piisavalt hea, et kõrvalda soovitud signaali naaberkanalis olevaid signaale. Praktikas valitakse filtri ribalaius B järgneva eeskirja järgi:

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

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

Kõrgsagedusvõimendi mürategur peab olema äärmiselt väike, kuna see ahel määrab peamiselt kogu vastuvõtja mürateguri ja tundlikuse.

Sagedusmuundur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sisemine ostsillaator (heterodüün)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sisemise ostsillaatori ülesandeks on genereerida stabiilset harmoonilist signaali, oluline on siinkohal genereeritavate võnkumiste sagedus. Kuna superheterodüünvastuvõtja üheks eeliseks teiste ees on see, et suurem osa signaalitöötlusest toimub ühel sagedusel (vahesagedusel f_{VS}), siis genereeritav signaal peab olema valitud selliselt, et vahesagedus oleks, sõltumata vastuvõetava signaali s(t) sagedusest f_{s}, konstantne (f_{VS} = f_{s} - f_{G} = const.). Kuna enamasti kasutatakse vastuvõtjat rohkem kui ühe sagedusega signaali vastuvõtmiseks, on tarvilik sisemise ostsillaatori (ja ka kõrgsagedusvõimendi) juhtimine, 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 fs ja kohaliku generaatori väljundsignaal sagedusega f_{G}. Segusti, kui mittelineaarse ahela väljundis on signaalide kombinatsioon, mille spektris on lisaks signaalidele sagedustega f_{s} ja f_{G} ka nende kombinatsioonid 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 summast soovitud signaal. Selle ülesandega tegeleb vahesagedusfilter. Probleeme võib tekkida peegelsagedustega. Superheterodüünvastuvõtja eripäraks on see, et igal kohaliku ostsillatori sagedusel f_{G} saab vahesageduse moodustada 2 signaalisagedust: f_{s1} = f_{G} - f_{VS} ja f_{s2} = f_{G} + f_{VS}. Juhul, 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}. [3] Seda segavat signaali nimetatakse ‘’peegelsageduseks’’. Kuna vahesagedusfilter ei suuda neid kahte signaali üksteisest eristada, siis lahenduseks on peegelkanali maha surumine kõrgsagedusvõimendis eelselektsioonifiltriga [2]

Vahesagedusvõimendi[muuda | redigeeri lähteteksti]

See ahel on mõeldud vahesagedusel oleva signaali võimendamiseks. Selles ahelas toimub põhiline signaali võimendus, tüüpiliselt 80dB[4]. Muutmaks signaali võimsus võimendi väljundis sõltumatuks sisendsignaali võimsusest, rakendatakse reeglina automaatset võimenduse regulatsioon (AVR). AVR kujutab endast lülitust, mis vähendab võimendi võimendust seda rohkem, mida kõrgem on sisendsignaali tase. Eriti oluline on see aplituudmoduleeritud 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.[3]

Detektor (demodulaator)[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

  1. amplituuddetektoreid;
  2. faasidetetktoreid;
  3. sagedusdetekoreid.

Aplituuddemodulaatorina võib kasutada näiteks mähisjoone detektorit. Tegemist RC koormusega diooddetektoriga. Antud lahenduse juures jälgib koormusel tekkiv pinge amplituudmoduleeritud signaali mähisjoont[5].

Sagedusdemodulaatorina võib kasutada diskriminaatorit. Tegemist on ühe või kahe kandesageduse f_{c} suhtes lahku häälestatud võnkeringiga koos mähisjooneddetektoritega[5].

Sagedusdemodulaatori võib realiseerida sünkroondetektorina. Tegemist on korrutist ja madalpääsfiltrist koosneva lülitusega. Korruti sisendiks on moduleeritud signaal ja tugisignaal. On oluline, et moduleeritud signaal ja tugisignaal oleksid täpselt sama sageduse ja faasiga , vastasel korral erineb detekteeritud signaal oluliselt moduleerivast signaalist[5].

Kõiki eelpoolmainitud moduleeritud signaalide demoduleerimiseks võib kasutada ka olenevalt modulatsiooni viisist seadistatud faasilukku. Võrreldes teiste lahendustega on tegemist suhteliselt keerulise lülitusega, aga suureks eeliseks teiste ees on oluliselt parema kvaliteediga demoduleeritud signaal[4].

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

Kasutatud kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Raadiolülitused, L. Abo, Tallinn 1990.
  2. Modulatsioon, A. Meister, Tallinn 1999.
  3. Kõrgsageduslik signaalitöötlus, loengukonspekt, I. Müürsepp, Tallinn 2011
  4. http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver
  5. http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf
  6. http://www.eecg.utoronto.ca/~kphang/papers/2001/martin_AGC.pdf