Superheterodynní rádiový přijímač (superheterodyn) je jedním z typů rádiových přijímačů založených na principu převodu přijímaného signálu na signál pevné mezifrekvence (IF) s jeho následným zesílením . Hlavní výhodou superheterodyn oproti rádiovému přijímači s přímým zesílením je to, že části přijímací cesty, které jsou pro kvalitu příjmu nejkritičtější (úzkopásmový filtr, mezifrekvenční zesilovač a demodulátor), by neměly být frekvenčně laděny, což jim umožňuje provádět s mnohem lepšími vlastnostmi.
Superheterodynní přijímač vynalezli téměř současně Němec Walter Schottky a Američan Edwin Armstrong v roce 1918 na základě nápadu Francouze L. Levyho .
Anténa
Zjednodušené blokové schéma superheterodyn s jednou frekvenční konverzí je na obrázku. Rádiový signál z antény je přiváděn na vstup vysokofrekvenčního zesilovače (ve zjednodušené verzi může chybět) a dále na vstup směšovače - speciálního prvku se dvěma vstupy a jedním výstupem, který provádí operace převodu signálu podle frekvence. Na druhý vstup směšovače je přiváděn signál z lokálního nízkovýkonového vysokofrekvenčního generátoru - lokálního oscilátoru . Oscilační obvod lokálního oscilátoru je laděn současně se vstupním obvodem směšovače (a obvody RF zesilovače) - obvykle proměnným kondenzátorem (KPI), méně často cívkou s proměnnou indukčností ( variometr , ferovariometr ). Na výstupu směšovače se tedy tvoří signály s frekvencí rovnou součtu a rozdílu frekvencí lokálního oscilátoru a přijímané radiostanice. Rozdílový signál konstantní mezifrekvence (IF) je extrahován pomocí pásmové propusti a zesílen v mezifrekvenčním zesilovači, načež vstupuje do demodulátoru , který obnovuje nízkofrekvenční (audio)frekvenční signál.
V moderních přijímačích se jako lokální oscilátor používá digitální frekvenční syntezátor s quartzovou stabilizací .
V konvenčních vysílacích přijímačích dlouhých, středních a krátkých vln je střední frekvence obvykle 465 nebo 455 kHz, v domácnostech ultrakrátkých - 6,5 nebo 10,7 MHz . Televizory používají mezifrekvenci 38 MHz.
V připojených a špičkových vysílacích přijímačích se používá dvojitá (výjimečně trojitá) frekvenční konverze. Výhody takového řešení a kritéria výběru pro první a druhý měnič jsou diskutovány níže.
Nejvýznamnější nevýhodou je přítomnost tzv. zrcadlového přijímacího kanálu - druhé vstupní frekvence, která dává stejný rozdíl s frekvencí lokálního oscilátoru jako pracovní frekvence. Signál vysílaný na této frekvenci může procházet přes mezifrekvenční filtry spolu s provozním signálem.
Předpokládejme například, že 6,5 MHz IF přijímač je naladěn na rádiovou stanici vysílající na 70 MHz a frekvence lokálního oscilátoru je 76,5 MHz. Na výstupu IF filtru bude přidělen signál s frekvencí 76,5 - 70 \u003d 6,5 MHz. Pokud však jiná výkonná radiostanice pracuje na frekvenci 83 MHz a její signál může unikat na vstup směšovače, pak rozdílový signál o frekvenci 83 - 76,5 = 6,5 MHz nebude potlačován, vstoupí do IF zesilovač a vytvářet rušení. Míra potlačení takové interference ( selektivita v obrazovém kanálu) závisí na účinnosti vstupního filtru a je jednou z hlavních charakteristik superheterodyn.
Rušení ze zrcadlového kanálu je redukováno dvěma způsoby. Nejprve se používají složitější a účinnější vstupní pásmové filtry , které se skládají z několika oscilačních obvodů. To komplikuje a prodražuje návrh, protože vstupní filtr musí být také frekvenčně laděn, navíc v koordinaci s laděním lokálního oscilátoru. Za druhé, střední frekvence je zvolena dostatečně vysoká ve srovnání s přijímanou frekvencí. V tomto případě se ukáže, že zrcadlový přijímací kanál je frekvenčně relativně vzdálený od hlavního kanálu a vstupní filtr přijímače jej dokáže účinněji potlačit. Někdy jsou IF dokonce mnohem vyšší než přijímací frekvence (tzv. "up conversion") a zároveň se pro zjednodušení přijímače obecně upouští od vstupního pásmového filtru a nahrazuje jej ne laditelný dolní propust . Ve voličích TV kanálů je naopak použit filtr s horní propustí . U kvalitních přijímačů se často používá metoda dvojité (někdy i trojité) frekvenční konverze, a pokud je z výše popsaných důvodů zvolen první IF vysoký, pak je druhý nízký (stovky, někdy i desítky kilohertzů [ 1] ), což umožňuje efektivněji potlačit rušení z frekvenčně blízkých stanic, to znamená zvýšit selektivitu přijímače v sousedním kanálu. Takové přijímače, přes poměrně vysokou složitost konstrukce a uvedení do provozu, jsou široce používány v profesionální a amatérské radiokomunikaci (viz R-250 , UW3DI transceiver ).
V superheterodynu je navíc možný parazitní příjem stanic pracujících na mezifrekvenci [2] . Brání tomu stíněním jednotlivých uzlů a přijímače jako celku a také použitím elektronkového filtru na vstupu naladěného na mezifrekvenci.
Obecně platí, že superheterodyn vyžaduje mnohem více péče při návrhu a uvádění do provozu než přijímač s přímým zesílením. Musíme použít poměrně složitá opatření, abychom zajistili stabilitu frekvence lokálního oscilátoru, protože na ní silně závisí kvalita příjmu. Signál lokálního oscilátoru nesmí unikat do antény, aby se samotný přijímač nestal zdrojem rušení. Pokud je v přijímači více než jeden lokální oscilátor, existuje nebezpečí, že údery mezi některými jejich harmonickými budou v frekvenčním pásmu zvuku a způsobí rušení ve formě pískání na výstupu přijímače. Proti tomuto jevu se bojuje racionálním výběrem frekvencí lokálních oscilátorů a pečlivým stíněním uzlů přijímače od sebe navzájem.
Použití pomocného oscilátoru v přijímači poprvé navrhl Američan Fessenden v roce 1901. Vytvořil také termín „heterodyn“. V přijímači Fessenden pracoval lokální oscilátor s frekvencí velmi blízkou frekvenci přijímaného signálu a výsledné zvukové frekvenční údery umožňovaly příjem telegrafního signálu (princip, na kterém pracuje přijímač přímé konverze ). Heterodynní přijímače byly rychle vylepšeny vynálezem vysokofrekvenčního elektronkového generátoru v roce 1913 (předtím se používaly generátory elektrických strojů).
V roce 1917 si francouzský inženýr L. Levy patentoval princip superheterodynního příjmu [3] . V jeho přijímači se frekvence signálu převáděla nikoli přímo na zvuk, ale na mezilehlou, která byla navolena na oscilačním obvodu a po jejím vstupu do detektoru. V roce 1918 doplnil W. Schottky Levyho obvod o mezifrekvenční zesilovač. Superheterodynní obvod byl v té době výhodný i proto, že tehdejší výbojky neposkytovaly potřebné zesílení při frekvencích nad několik set kilohertzů. Posunem spektra signálu do nižších frekvencí bylo možné zvýšit citlivost přijímače.
Bez ohledu na Schottkyho přišel s podobným schématem E. Armstrong (jeho patent obdržel v prosinci 1918, Schottkyho patentová přihláška byla podána v červnu). Armstrong nejprve postavil a otestoval superheterodyn v praxi. Poukázal také na možnost vícenásobné frekvenční konverze.
V prosinci 1921 anglický radioamatér na superheterodynu s pětistupňovým IF přijímal signály ze stanic z USA. Od té chvíle se objevil praktický zájem o superheterodody. První superheterodody byly objemné, drahé a neekonomické kvůli velkému počtu elektronek. Příjem doprovázely rušivé hvizdy, signál lokálního oscilátoru pronikající anténou rušil ostatní přijímače. Nějakou dobu panovalo dilema – co je lepší: jednodušší a spolehlivější přijímač s přímým zesílením, nebo složitý, rozmarný, ale vysoce citlivý superheterodyn, který dokáže pracovat s malou pokojovou anténou? Superheterodyn dokonce na čas ztratil svou pozici na trhu, když použití tetrody výrazně zlepšilo výkon přijímačů s přímým zesílením. [4] Další vylepšení výbojek však umožnilo značně zjednodušit a snížit náklady na superheterodynní přijímač: objevily se výbojky s více mřížkami s vysokým ziskem při vysoké frekvenci, specializované výbojky pro frekvenční měniče, které sloužily současně jako směšovač a místní oscilátor, stejně jako kombinované lampy obsahující dvě nebo tři elektronická zařízení. Stalo se možné postavit jednoduchý superheterodyn na třech nebo čtyřech lampách, nepočítaje usměrňovač [5] [6] . Díky tomuto a dalším vylepšením se od 30. let 20. století stal superheterodynní obvod postupně dominantním pro komunikační a vysílací přijímače. V roce 1930 navíc vypršel patent na princip superheterodynní recepce .
V Rusku a SSSR byl prvním sériovým superheterodynem podle některých zdrojů přijímač tankové radiostanice 71-TK vyvinuté v roce 1932 [7] (továrna č. 203 v Moskvě), podle jiných vysílací SG- 6 (nejpozději 1931 , Kozitsky v Leningradu), [8] , podle třetího - rádiový přijímač Dozor, vyvinutý koncem 20. let v Ostekhbyuro a převedený do sériové výroby ve stejném závodě pojmenovaném po něm. Kozitský. [9] První superheterodyn pro domácnost vyráběný ve velkém množství byl SVD z roku 1936 . Přibližně od konce 50. let se domácí vysílací a televizní přijímače v SSSR stavěly téměř výhradně podle superheterodynního schématu (kromě některých suvenýrových přijímačů, rozhlasových konstruktérů pro začátečníky a individuálních speciálních přijímačů).
| Rádio | |
|---|---|
| Hlavní části | |
| Odrůdy | |