Радіоаматорський приймач: характеристики

Антена аматорського радіоприймача приймає сотні і тисячі радіосигналів одночасно. Їх частоти можуть змінюватись в залежності від передачі на довгих, середніх, коротких, ультракоротких хвилях і телевізійних діапазонах. У проміжках між ними працюють аматорські, урядові, комерційні, морські та інші станції. Амплітуди сигналів, що подаються на антенні входи приймача, варіюються від менш 1 мкВ до багатьох мілівольт. Радиолюбительские контакти відбуваються на рівні близько декількох мікровольт. Призначення аматорського ресивера двояке: вибір, посилення і демодуляція потрібного сигналу, і відсіювання всіх інших. Приймачі для радіоаматорів доступні як окремо, так і у вигляді складової частини трансивера.

Основні вузли ресивера

Радиолюбительские приймачі повинні мати можливість приймати вкрай слабкі сигнали, відокремлювати їх від шуму і потужних станцій, завжди присутніх в ефірі. При цьому для їх утримання і демодуляції необхідна достатня стабільність. В цілому продуктивність (і ціна) радіоприймача залежить від його чутливості, вибірковості і стабільності. Є й інші чинники, пов'язані з експлуатаційними характеристиками пристрою. До них відносяться охоплення і зчитування частоти, режими демодуляції або детектування ДВ, СВ, КВ, УКВ-радіоприймачів, вимоги до потужності. Хоча ресивери розрізняються по складності і продуктивності, всі вони підтримують 4 основні функції: прийом, селективність, демодуляцію і відтворення. Деякі також включають підсилювачі для підвищення рівня сигналу до прийнятних значень.

Прийом

Це здатність ресивера обробляти слабкі сигнали, які стягуються антеною. Для радіоприймача дана функціональна можливість насамперед пов'язана з чутливістю. Більшість моделей має кілька каскадів підсилення, необхідного для підвищення потужності сигналів від мікровольт до вольт. Таким чином, загальний коефіцієнт підсилення приймача може досягати порядку мільйони до одного. Початківцям радіоаматорам корисно знати, що на чутливість приймача впливають електричні шуми, що генеруються в антенних контурах і самому пристрої, особливо у вхідних і радіочастотних модулях. Вони виникають при термічному порушення молекул провідника і в компонентах підсилювача, таких як транзистори і трубки. В цілому електричний шум від частоти не залежить і збільшується з температурою і шириною смуги. Будь-які перешкоди, присутні в антенних терміналах приймача, посилюються разом з прийнятим сигналом. Таким чином, існує межа чутливості приймача. Більшість сучасних моделей дозволяє приймати 1 мкВ або менше. Багато специфікації визначають цю характеристику в микровольтах для 10 дБ. Наприклад, чутливість 05 мкВ для 10 дБ означає, що амплітуда шуму, генерованого в ресивері, приблизно на 10 дБ нижче сигналу в 05 мкВ. Інакше кажучи, рівень завад приймача становить близько 016 мкВ. Будь-який сигнал нижче цього значення буде перекриватися ними і не буде чути в динаміці. На частотах до 20-30 МГц зовнішній шум (атмосферне та антропогенний) зазвичай значно вище внутрішніх перешкод. Більшість приймачів мають достатню чутливість для обробки сигналів в цьому частотному діапазоні.

Селективність

Це здатність приймача налаштовуватися на потрібний сигнал і відхиляти небажані. В ресіверах використовуються высокодобротные LC-фільтри для пропускання тільки вузької смуги частот. Таким чином, смуга пропускання приймача має важливе значення для усунення небажаних сигналів. Селективність багатьох ДВ-ресиверів становить близько декількох сотень герц. Цього достатньо для відсіювання більшості сигналів, близьких до робочої частоті. Всі радиолюбительские приймачі КВ - та СВ-діапазонів повинні мати вибірковість близько 2500 Гц для аматорського голосового прийому. Багато ресивери та трансивери ДВ/КВ використовують перемикаються фільтри для забезпечення оптимального прийому сигналу будь-якого типу.

Демодуляція, або детекція

Це процес поділу НЧ-складової (звуку) входить модульованого сигналу несучої. У контурах демодуляції використовуються транзистори або лампи. Два найбільш поширених типи детекторів, застосовуваних у ВЧ-приймачах, – це діодний для ДВ і СВ і ідеальний змішувач для ДВ або КВ.

Відтворення

Фінальним процесом прийому є перетворення виявленого сигналу звукової для подачі на динамік або навушники. Зазвичай для посилення слабкого виходу з детектора використовується каскад з високим коефіцієнтом. Вихід аудіо підсилювача потім подається на динамік або навушники для відтворення. Більшість радіоаматорських приймачів мають внутрішній динамік і вихідне гніздо для навушників. Простий одноступінчатий аудіопідсилювач підходить для роботи з навушниками. Для динаміка зазвичай потрібно 2-х або 3-ступінчастий аудіопідсилювач.

Прості ресивери

Перші приймачі для радіоаматорів представляли собою прості пристрої, які складалися з коливального контуру, кристаллодетектора і навушників. Вони могли приймати лише місцеві радіостанції. Однак кристалічний детектор не здатний правильно демодулировать сигнали ДВ або КВ. Крім того, чутливість і селективність такої схеми недостатні для радіоаматорський роботи. Збільшити їх можна шляхом додавання аудіопідсилювач до виходу детектора.

Радіоприймач прямого підсилення

Чутливість і вибірковість можуть бути поліпшені шляхом додавання одного або декількох каскадів. Цей тип пристроїв називається приймачем прямого підсилення. Багато комерційні СВ-ресивери 20-х і 30-х рр. використовували таку схему. Деякі з них мали 2-4 ступені посилення для отримання необхідної чутливості і селективності.

Приймач прямого перетворення

Це простий і популярний підхід для прийому ДВ і КВ. Вхідний сигнал подається на детектор разом з РЧ від генератора. Частота останнього дещо вище (або нижче) першого, щоб можна було отримати биття. Наприклад, якщо на вході 71550 кГц, а ВЧ-генератор налаштований на 71554 кГц, то змішуванням в детекторі створюється звуковий сигнал 400 Гц. Останній надходить у високорівневий підсилювач через дуже вузький звуковий фільтр. Селективність в цьому типі ресивера досягається з допомогою коливальних LC-контурів перед детектором і звуковим фільтром між детектором та аудиоусилителем.

Супергетеродин

Розроблений на початку 1930-х років з метою усунення більшості проблем, з якими стикалися ранні типи радіоаматорських приймачів. Сьогодні супергетеродинний приймач використовується практично у всіх типах послуг радіозв'язку, включаючи радиолюбительские, комерційні, а також для амплітудної та частотної модуляції та телебачення. Основна відмінність від приймачів прямого підсилення полягає в перетворенні вхідного РЧ сигнал проміжний (ПЧ).

ВЧ-підсилювач

Містять LC-контури, які забезпечують певну селективність і обмежена на посилення необхідної частоті. РЧ-підсилювач також забезпечує додаткові переваги в супергетеродинном приймачі. По-перше, він ізолює каскади змішувача і локального генератора від контуру антени. Для радіоприймача перевага полягає в тому, що послаблюються небажані сигнали, частота яких вдвічі вище необхідної.

Генератор

Необхідний для створення синусоїдального сигналу з постійною амплітудою, частота якої відрізняється від вхідної несучої на величину, рівну ПЧ. Генератор створює коливання, частота яких може бути або вище, або нижче несівної. Цей вибір визначається смугою пропускання і вимогами до налаштування РЧ. Більшість таких вузлів у СВ-приймачах і нижньому діапазоні аматорських УКХ-ресиверів генерують частоту вище вхідний несучої.

Змішувач

Призначенням даного блоку є перетворення частоти вхідного несучого сигналу в частоту ПЧ-підсилювача. Змішувач виводить 4 основних вихідних сигналу з 2 вхідних: f 1 , f 2 , f 1 +f 2 , f 1 -f 2 . У супергетеродинном приймачі використовується тільки або їх сума, або різниця. Інші можуть спричинити перешкоди, якщо не буде вжито належних заходів.

ПЧ-підсилювач

Характеристики ПЧ-підсилювача в супергетеродинном приймачі найкраще описуються з точки зору коефіцієнта посилення (КУ) та селективності. Взагалі кажучи, ці параметри визначаються підсилювачем ПЧ. Селективність ПЧ-підсилювача повинна бути дорівнює ширині смуги вхідного модульованого РЧ-сигналу. Якщо вона більше, то будь-яка суміжна пропускається частота і викликає перешкоди. З іншого боку, якщо селективність занадто вузька, деякі бічні смуги будуть зрізані. Це призводить до втрати чіткості при відтворенні звуку динаміком або навушниками. Оптимальна смуга пропускання короткохвильового приймача дорівнює 2300-2500 Гц. Хоча деякі з більш високих бічних смуг, пов'язаних з мовними сигналами, що виходять за межі 2500 Гц, їх втрата істотно не впливає на звучання або інформацію, передану оператором. Селективність 400-500 Гц достатня для роботи ДВ. Ця вузька смуга допомагає відхилити будь-який сигнал сусідній частоти, який може заважати прийому. В аматорських радіоприймачах, ціна яких вища, використовуються 2 і більше каскаду ПЧ-посилення з попереднім високоселективним кристалічним або механічним фільтром. При такій компоновці між блоками використовуються LC-контури і перетворювачі ПЧ. Вибір проміжної частоти визначається декількома факторами, які включають: посилення, селективність і придушення сигналу. Для низькочастотних діапазонів (80 і 40 м) ПЧ, яка використовується в багатьох сучасних радіоаматорських приймачах, дорівнює 455 кГц. ПЧ-підсилювачі можуть забезпечити чудовий коефіцієнт посилення і селективність 400-2500 Гц.

Детектори та генератори биттів

Детекція, або демодуляція, визначається як процес поділу аудиочастотных компонентів від модульованого сигналу несучої. Детектори в супергетеродинних приймачах також називають вторинними, а первинним є вузол змішувача.

Автоматичне регулювання посилення

Метою сайту АРУ є підтримання постійного рівня вихідного сигналу, незважаючи на зміни вхідного. Радіохвилі, що поширюються через іоносферу, то послаблюються, то посилюються із-за явища, відомого як завмирання. Це призводить до зміни рівня прийому на антенних входах в широкому діапазоні значень. Оскільки напруга випрямленої сигналу в детекторі пропорційно амплітуді прийнятого, частина його може використовуватися для керування коефіцієнтом підсилення. Для приймачів, що використовують лампові або npn-транзистори у вузлах, що передують детектору, для зменшення КУ подається негативна напруга. Підсилювачі і змішувачі, що використовують pnp-транзистори, вимагають позитивного напруги. Деякі радиолюбительские приймачі, особливо найкращі транзисторні, мають підсилювач з АРУ для більшого контролю над характеристиками пристрою. Автоматичне регулювання може мати різні часові константи для сигналів різних типів. Постійна часу задає тривалість контролю після припинення трансляції. Наприклад, під час інтервалів між фразами КВ-ресивер негайно відновить повне посилення, що викличе дратівливий сплеск шуму.

Вимірювання сили сигналу

У деяких приймачах і прийомопередавача передбачений індикатор, який вказує відносну силу трансляції. Зазвичай частина випрямленої сигналу ПЧ від детектора подається на мікро - або міліамперметр. Якщо у приймача є підсилювач АРП, то цей вузол також можна використовувати для управління індикатором. Більшість вимірників калібруються в S-одиницях (від 1 до 9), які становлять приблизно 6-дБ зміна потужності прийнятого сигналу. Середня показання або S-9 служить для індикації рівня в 50 мкВ. Верхня половина шкали S-метра калібрується в децибелах вище S-9 зазвичай до 60 дБ. Це означає, що сила прийнятого сигналу на 60 дБ вище 50 мкВ і дорівнює 50 мВ. Індикатор рідко буває точним, оскільки на його роботу впливають багато факторів. Однак він дуже корисний при визначенні відносної інтенсивності вхідних сигналів, а також під час перевірки або настроювання приймача. У багатьох прийомопередавача індикатор використовується для відображення стану функцій пристрою, таких як кінцевий струм радіочастотного підсилювача і вихідна потужність РЧ.

Перешкоди і обмеження

Початківцям радіоаматорам корисно знати, що будь-ресивер може відчувати труднощі з прийомом з-за трьох чинників: зовнішнього і внутрішнього шуму і інтерферують сигналів. Зовнішні перешкоди на ВЧ, особливо нижче 20 МГц, набагато вище, ніж внутрішні. Тільки на більш високих частотах вузли приймача становлять загрозу для дуже слабких сигналів. Більшість шумів генерується в першому блоці, як в радіочастотному підсилювачі, так і в каскаді змішувача. Для зниження внутрішніх завад приймача до мінімального рівня було докладено багато зусиль. У результаті з'явилися малошумні схеми і компоненти. Зовнішні перешкоди можуть викликати проблеми при прийомі слабких сигналів з двох причин. По-перше, перешкоди, вловлюються антеною, можуть маскувати трансляцію. Якщо остання знаходиться поблизу або нижче рівня вхідного шуму, прийом практично неможливий. Деякі досвідчені оператори можуть приймати трансляції на ДВ навіть при сильних перешкодах, але голос і інші аматорські сигнали в цих умовах незрозумілі.