Antena radioamatorska odbiera jednocześnie setki i tysiące sygnałów radiowych. Ich częstotliwości mogą się różnić w zależności od transmisji na falach długich, średnich, krótkich, ultrakrótkich oraz pasmach telewizyjnych. Pomiędzy nimi działają stacje amatorskie, rządowe, komercyjne, morskie i inne. Amplitudy sygnałów podawanych na wejścia antenowe odbiornika wahają się od mniej niż 1 μV do wielu miliwoltów. Krótkofalowce występują na poziomach rzędu kilku mikrowoltów. Zadanie odbiornika amatorskiego jest dwojakie: wybór, wzmocnienie i demodulacja pożądanego sygnału radiowego oraz odfiltrowanie wszystkich innych. Odbiorniki dla radioamatorów są dostępne zarówno osobno, jak i jako część transceivera.
Główne elementy odbiornika
Odbiorniki radiowe Ham muszą być w stanie odbierać bardzo słabe sygnały, oddzielając je od szumu i potężnych stacji, które są zawsze na antenie. Jednocześnie do ich retencji i demodulacji niezbędna jest wystarczająca stabilność. Ogólnie rzecz biorąc, wydajność (i cena) odbiornika radiowego zależy od jego czułości, selektywności i stabilności. Istnieją inne czynniki związane z eksploatacjącharakterystyka urządzenia. Obejmują one pokrycie częstotliwości i tryby odczytu, demodulacji lub wykrywania dla radiotelefonów LW, MW, HF, VHF, wymagania dotyczące zasilania. Chociaż amplitunery różnią się złożonością i wydajnością, wszystkie obsługują 4 podstawowe funkcje: odbiór, selektywność, demodulację i odtwarzanie. Niektóre zawierają również wzmacniacze wzmacniające sygnał do akceptowalnych poziomów.
Recepcja
Jest to zdolność odbiornika do obsługi słabych sygnałów odbieranych przez antenę. W przypadku odbiornika radiowego ta funkcjonalność dotyczy przede wszystkim czułości. Większość modeli ma kilka etapów wzmocnienia potrzebnych do zwiększenia mocy sygnału z mikrowoltów do woltów. Zatem całkowite wzmocnienie odbiornika może być rzędu miliona do jednego.
Dla początkujących radioamatorów warto wiedzieć, że na czułość odbiornika wpływa szum elektryczny generowany w obwodach anteny i samym urządzeniu, zwłaszcza w modułach wejściowych i RF. Powstają w wyniku termicznego wzbudzenia cząsteczek przewodnika oraz w elementach wzmacniacza, takich jak tranzystory i lampy. Ogólnie rzecz biorąc, szum elektryczny jest niezależny od częstotliwości i zwiększa się wraz z temperaturą i szerokością pasma.
Wszelkie zakłócenia obecne na zaciskach antenowych odbiornika są wzmacniane wraz z odbieranym sygnałem. Tak więc istnieje granica czułości odbiornika. Większość nowoczesnych modeli pozwala na pobranie 1 mikrowolta lub mniej. Wiele specyfikacji definiuje tę cechę wmikrowolty dla 10 dB. Na przykład czułość 0,5 µV dla 10 dB oznacza, że amplituda szumu generowanego w odbiorniku jest o około 10 dB mniejsza niż sygnału 0,5 µV. Innymi słowy, poziom szumów odbiornika wynosi około 0,16 μV. Każdy sygnał poniżej tej wartości zostanie przez nie zakryty i nie będzie słyszalny w głośniku.
Przy częstotliwościach do 20-30 MHz hałas zewnętrzny (atmosferyczny i antropogeniczny) jest zwykle znacznie wyższy niż hałas wewnętrzny. Większość odbiorników jest wystarczająco czuła, aby przetwarzać sygnały w tym zakresie częstotliwości.
Wybiórczość
Jest to zdolność odbiornika do dostrojenia się do żądanego sygnału i odrzucenia niechcianych. Odbiorniki wykorzystują wysokiej jakości filtry LC, które przepuszczają tylko wąskie pasmo częstotliwości. W związku z tym przepustowość odbiornika jest niezbędna do wyeliminowania niepożądanych sygnałów. Selektywność wielu odbiorników DV jest rzędu kilkuset herców. To wystarczy, aby odfiltrować większość sygnałów bliskich częstotliwości roboczej. Wszystkie amatorskie odbiorniki radiowe HF i MW muszą mieć selektywność około 2500 Hz dla amatorskiego odbioru głosu. Wiele odbiorników i transceiverów LW/HF wykorzystuje przełączane filtry, aby zapewnić optymalny odbiór każdego rodzaju sygnału.
Demodulacja lub wykrywanie
Jest to proces oddzielania składowej niskiej częstotliwości (dźwięku) od przychodzącego modulowanego sygnału nośnego. Obwody demodulacyjne wykorzystują tranzystory lub lampy. Dwa najpopularniejsze typy detektorów stosowane w RFodbiorników, jest diodą dla LW i MW oraz idealnym mikserem dla LW lub HF.
Odtwarzanie
Ostatecznym procesem odbioru jest konwersja wykrytego sygnału na dźwięk, który ma zostać przesłany do głośnika lub słuchawek. Zazwyczaj do wzmocnienia słabego wyjścia detektora stosuje się stopień o wysokim wzmocnieniu. Wyjście wzmacniacza audio jest następnie przesyłane do głośnika lub słuchawek w celu odtwarzania.
Większość krótkofalówek ma wewnętrzny głośnik i wyjście słuchawkowe. Prosty, jednostopniowy wzmacniacz audio odpowiedni do obsługi słuchawek. Głośnik zwykle wymaga 2- lub 3-stopniowego wzmacniacza audio.
Proste odbiorniki
Pierwsze odbiorniki dla radioamatorów były najprostszymi urządzeniami, które składały się z obwodu oscylacyjnego, detektora kryształów i słuchawek. Mogli odbierać tylko lokalne stacje radiowe. Jednak detektor kryształowy nie jest w stanie prawidłowo demodulować sygnałów LW lub SW. Ponadto czułość i selektywność takiego schematu jest niewystarczająca do pracy radioamatorskiej. Możesz je zwiększyć, dodając wzmacniacz audio na wyjście detektora.
Radio z bezpośrednim wzmocnieniem
Czułość i selektywność można poprawić, dodając jeden lub więcej etapów. Ten typ urządzenia nazywany jest odbiornikiem bezpośredniego wzmocnienia. Wiele komercyjnych odbiorników CB z lat 20. i 30. używał tego schematu. Niektóre z nich miały do uzyskania 2-4 stopnie wzmocnieniawymagana czułość i selektywność.
Odbiornik konwersji bezpośredniej
Jest to proste i popularne podejście do brania LW i HF. Sygnał wejściowy podawany jest do detektora wraz z RF z generatora. Częstotliwość tego ostatniego jest nieco wyższa (lub niższa) niż pierwsza, dzięki czemu można uzyskać takt. Na przykład, jeśli sygnał wejściowy to 7155,0 kHz, a oscylator RF jest ustawiony na 7155,4 kHz, wówczas miksowanie w detektorze wytwarza sygnał audio 400 Hz. Ten ostatni wchodzi do wzmacniacza wysokopoziomowego przez bardzo wąski filtr dźwiękowy. Selektywność w tego typu odbiorniku jest osiągana za pomocą obwodów oscylacyjnych LC przed detektorem oraz filtra audio pomiędzy detektorem a wzmacniaczem audio.
Superheterodyna
Zaprojektowany na początku lat 30-tych w celu wyeliminowania większości problemów, z jakimi borykały się wczesne typy amatorskich odbiorników radiowych. Obecnie odbiornik superheterodynowy jest używany w praktycznie wszystkich rodzajach usług radiowych, w tym w radiu amatorskim, reklamie, AM, FM i telewizji. Główną różnicą w stosunku do odbiorników z bezpośrednim wzmocnieniem jest konwersja przychodzącego sygnału RF na sygnał pośredni (IF).
Wzmacniacz HF
Zawiera obwody LC, które zapewniają pewną selektywność i ograniczone wzmocnienie przy żądanej częstotliwości. Wzmacniacz RF zapewnia również dwie dodatkowe korzyści w odbiorniku superheterodynowym. Po pierwsze, izoluje stopnie miksera i lokalnego oscylatora od pętli anteny. W przypadku odbiornika radiowego zaletą jest tłumienieniechciane sygnały dwukrotnie wyższą od pożądanej częstotliwości.
Generator
Potrzebne do wytworzenia fali sinusoidalnej o stałej amplitudzie, której częstotliwość różni się od przychodzącej nośnej o wartość równą IF. Generator wytwarza oscylacje, których częstotliwość może być wyższa lub niższa niż nośnik. Wybór ten zależy od wymagań dotyczących przepustowości i strojenia RF. Większość z tych węzłów w odbiornikach MW i amatorskich odbiornikach VHF dolnego pasma generuje częstotliwość powyżej nośnej wejściowej.
Mikser
Celem tego bloku jest konwersja częstotliwości przychodzącego sygnału nośnego na częstotliwość wzmacniacza IF. Mikser wyprowadza 4 główne wyjścia z 2 wejść: f1, f2, f1+f 2, f1-f2. W odbiorniku superheterodynowym używana jest tylko ich suma lub różnica. Inne mogą powodować zakłócenia, jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki.
Wzmacniacz IF
Wydajność wzmacniacza IF w odbiorniku superheterodynowym najlepiej opisuje wzmocnienie (GA) i selektywność. Ogólnie rzecz biorąc, parametry te określa wzmacniacz IF. Selektywność wzmacniacza IF musi być równa szerokości pasma przychodzącego modulowanego sygnału RF. Jeśli jest większy, to każda sąsiednia częstotliwość jest pomijana i powoduje zakłócenia. Z drugiej strony, jeśli selektywność jest zbyt wąska, niektóre wstęgi boczne zostaną obcięte. Powoduje to utratę wyrazistości podczas odtwarzania dźwięku przez głośnik lub słuchawki.
Optymalna szerokość pasma dla odbiornika krótkofalowego wynosi 2300–2500 Hz. Chociaż niektóre z wyższych wstęg bocznych związanych z mową wykraczają poza 2500 Hz, ich utrata nie wpływa znacząco na dźwięk lub informacje przekazywane przez operatora. Do pracy DW wystarcza selektywność 400–500 Hz. To wąskie pasmo pomaga odrzucić każdy sygnał o sąsiedniej częstotliwości, który może zakłócać odbiór. Droższe radia amatorskie wykorzystują 2 lub więcej stopni wzmocnienia IF poprzedzonych wysoce selektywnym filtrem kryształowym lub mechanicznym. Ten układ wykorzystuje obwody LC i konwertery IF między blokami.
Wybór częstotliwości pośredniej zależy od kilku czynników, do których należą: wzmocnienie, selektywność i tłumienie sygnału. Dla pasm niskich częstotliwości (80 i 40 m) IF stosowany w wielu nowoczesnych amatorskich odbiornikach radiowych wynosi 455 kHz. Wzmacniacze IF mogą zapewnić doskonałe wzmocnienie i selektywność w zakresie 400-2500 Hz.
Detektory i generatory bitów
Detekcja lub demodulacja jest zdefiniowana jako proces oddzielania składowych częstotliwości audio od zmodulowanego sygnału nośnego. Detektory w odbiornikach superheterodynowych są również nazywane drugorzędnymi, a podstawowym jest zespół miksera.
Automatyczna kontrola wzmocnienia
Celem węzła AGC jest utrzymanie stałego poziomu wyjściowego pomimo zmian na wejściu. Fale radiowe rozchodzące się po jonosferzeosłabiać, a następnie wzmacniać ze względu na zjawisko zwane zanikaniem. Prowadzi to do zmiany poziomu odbioru na wejściach antenowych w szerokim zakresie wartości. Ponieważ napięcie wyprostowanego sygnału w detektorze jest proporcjonalne do amplitudy odbieranego, jego część można wykorzystać do sterowania wzmocnieniem. W przypadku odbiorników wykorzystujących tranzystory lampowe lub NPN w węzłach poprzedzających detektor, w celu zmniejszenia wzmocnienia przykładane jest napięcie ujemne. Wzmacniacze i miksery wykorzystujące tranzystory PNP wymagają napięcia dodatniego.
Niektóre krótkofalówki, zwłaszcza te lepiej tranzystorowe, mają wzmacniacz AGC, który zapewnia większą kontrolę nad działaniem urządzenia. Automatyczna regulacja może mieć różne stałe czasowe dla różnych typów sygnałów. Stała czasowa określa czas trwania kontroli po zakończeniu emisji. Na przykład, podczas przerw między frazami, odbiornik HF natychmiast wznowi pełne wzmocnienie, co spowoduje denerwujący wybuch szumu.
Pomiar siły sygnału
Niektóre odbiorniki i transceivery mają wskaźnik, który wskazuje względną siłę transmisji. Zazwyczaj część wyprostowanego sygnału IF z detektora jest doprowadzana do mikro- lub miliamperomierza. Jeśli odbiornik ma wzmacniacz AGC, to ten węzeł może być również używany do sterowania wskaźnikiem. Większość mierników jest kalibrowana w jednostkach S (1 do 9), co oznacza zmianę siły odbieranego sygnału o około 6 dB. Odczyt środkowy lub S-9 służy do wskazania poziomu 50 µV. Górna połowa skaliMiernik S jest kalibrowany w decybelach powyżej S-9, zwykle do 60 dB. Oznacza to, że siła odbieranego sygnału jest o 60 dB wyższa niż 50 µV i równa 50 mV.
Wskaźnik rzadko jest dokładny, ponieważ na jego działanie wpływa wiele czynników. Jest to jednak bardzo przydatne przy określaniu względnego natężenia sygnałów przychodzących oraz podczas sprawdzania lub strojenia odbiornika. W wielu nadajnikach-odbiornikach dioda LED służy do pokazywania stanu funkcji urządzenia, takich jak prąd wyjściowy wzmacniacza RF i moc wyjściowa RF.
Zakłócenia i ograniczenia
Dobrze jest dla początkujących wiedzieć, że każdy odbiornik może mieć problemy z odbiorem z powodu trzech czynników: zewnętrznego i wewnętrznego szumu oraz sygnałów zakłócających. Zewnętrzne zakłócenia RF, zwłaszcza poniżej 20 MHz, są znacznie wyższe niż zakłócenia wewnętrzne. Dopiero przy wyższych częstotliwościach węzły odbiorcze stanowią zagrożenie dla wyjątkowo słabych sygnałów. Większość szumów jest generowana w pierwszym bloku, zarówno we wzmacniaczu RF, jak i na etapie miksera. Dołożono wszelkich starań, aby zredukować zakłócenia wewnętrznego odbiornika do minimalnego poziomu. Rezultatem są obwody i komponenty o niskim poziomie hałasu.
Zakłócenia zewnętrzne mogą powodować problemy podczas odbierania słabych sygnałów z dwóch powodów. Po pierwsze, zakłócenia odbierane przez antenę mogą maskować transmisję. Jeśli ten ostatni jest blisko lub poniżej poziomu hałasu przychodzącego, odbiór jest prawie niemożliwy. Niektórzy doświadczeni operatorzy mogą odbierać transmisje na LW nawet przy silnych zakłóceniach, ale głos i inne sygnały amatorskie są w takich warunkach niezrozumiałe.
