Raadiovastuvõtjad

Vastuvõtjate liigitus

Raadiovastuvõtjaid (vv) võib liigitada oma otstarbe järgi professionaalseteks ja olme vastuvõtjateks. Professionaalsed vastuvõtjaid võib liigitada kasutuse järgi järgnevalt: sidevastuvõtjad, telemeetrilised vv, raadiojuhtimise vv, raadiolokatsiooni vv, raadionavigatsiooni vv jt.

Oma paigalduse järgi võib professionaalseid vastuvõtjaid jaotada: statsionaarseteks, mobiilseteks (õhusõidukite, laevade, autode jms vv).

Vastuvõetava signaali järgi liigitatakse vastuvõtjad pideva signaali ja diskreetse signaali vastuvõtjaiks. Pideva signaali vastuvõtjad (analoogvastuvõtjad) liigituvad modulatsiooni järgi (AM, FM, PM vv). Diskreetsete signaalide vastuvõtjad liigitatakse: impulssmodulatsiooni ja manipulatsiooni (digitaalmodulatsiooni) raadiovastuvõtjad.

Sagedusala järgi liigituvad vastuvõtjad: pikklaine, kesklaine, lühilaine, meeterlaine ja sentimeeterlaine vastuvõtjad.

Olmevastuvõtjad liigituvad sagedusala järgi pikk-, kesk-, lühi- ja meeterlaine vastuvõtjaiks.

Vastuvõtjate parameetrid

Kõikidel raadiovastuvõtjatel on ühised mõningad olulised parameetrid. Üheks selliseks parameetriks on vastuvõtja tundlikkus, millena mõistetakse minimaalset signaali elektromotoorjõudu või võimsust antennis, mis tagab vastuvõtja väljundis nimiparameetritega signaali. Tundlikkus on piiratud vastuvõtjas tekkivate müradega ja vastuvõtja võimendusega. Kui vastuvõtja sõlmedes tekkivad suured soojuslikud- või voolumürad, siis need võivad hakata segama soovitud raadiojaama signaali vastuvõttu. Kui vastuvõtja sõlmede võimendus pole küllaldaselt suur, siis nõrk signaal vastuvõtja sisendis ei taga vajaliku nivooga helisignaali taset vastuvõtja väljundis.

Tundlikkuse suurendamiseks tuleb vähendada vastuvõtjas mürasid. Tundlikkus on suures osas määratud vastuvõtja esimese võimendusastme omamüradega. Tundlikkuse väärtus AM vastuvõtjal umbes 50 ϻV, mobiiltelefonil umbes 0,1-10 ϻV.

Ülekantav sagedusriba – iseloomustab, missugune on vastuvõtukanali sagedusriba laius. Nõuded ribalaiusele on erinevad ringhäälingu ja sidevastuvõtjatele. Ringhäälingu jaamade vastuvõtjate sagedusriba laius peab tagama kvaliteetse heliülekande, mille puhul on vajalik üle kanda heli sagedusalas kuni 15–20 kHz, raadiotelefoni puhul peab raadiokanal tagama kõne ülekande, mille sagedusala on ca 4 kHz.

Lennundussides on nõutav sagedusriba laius 8,33 kHz, mis tagab moonutusteta kõne ülekande raadiotelefonis. Varem oli nõutav ribalaius 25 kHz, kuid tihenev lennuliiklus tekitas raadiokanalis vajaduse lennundusele ettenähtud raadiosagedusala kokku hoida ja sidekanalite arvu suurendada.

Vastuvõtjate struktuurskeemid

Kõrgsagedusvõimendi KSV 2 väljundist antakse võimendatud signaal detektorisse, kus eraldatakse moduleeriv helisignaal, mis antakse madalsagedusvõimendisse MSV, mille väljundisse on lülitatud valjuhääldi VH.

Otsevastuvõtja võimaldab vastu võtta eri liiki moduleeritud signaale, saavutatakse piisav signaali filtreerimine müradest. Puuduseks on see, et on vajalik kogu trakti selektiivsete ahelate eraldi häälestamine, mis teeb saatjale häälestamise tülikaks. Otsevastuvõtjat kasutatakse sellisel juhul kui on tegemist raadiosignaali vastuvõtuga ühel kindlal sagedusel.

Superheterodüünvastuvõtja

Superheterodüünvastuvõtja leiutas ameerika insener Edwin Howard Armstrong esimese maailmasõja ajal 1917- 1919, teenides USA mereväes. Superheterodüünvastuvõtja on kujunenud kõige levinumaks raadiovastuvõtja liigiks nii professionaalsete kui olmevastuvõtjate hulgas. Tal on lihtne häälestussüsteem ja efektiivne mürade filtreerimine, sest kogu signaalitöötlus toimub ühel kindlal sagedusel (vahesagedusel). Superheterodüünvastuvõtja häälestamisel erinevatele sagedustele, ta parameetrid praktiliselt ei muutu.

Superheterodüünvastuvõtja struktuurskeem on toodud joonisel 2. Antennist eraldatakse vastuvõtja selektiivsete sisendahelate abil soovitud raadiosaatja signaal, mis antakse segustisse. Segustisse antakse ka vastuvõtja skeemi kuuluva ostsillaatori poolt genereeritav signaal. Vastuvõtja ostsillaatorit nimetatakse ka heterodüüniks, mille järgi on antud vastuvõtjate liik oma nime saanud. Ostsillaatori signaali sagedus f_os on alati kindla sageduse võrra kõrgem kui kandevlaine sagedus f_k.. Seda sagedust nimetatakse vahesageduseks f_vs, sest ta on kandevsageduse ja ostsillaatori sageduse vahe:

f_vs = f_os - f_k .

Eelmainitud vahesageduse muutumatus kandevlaine ja ostsillaatori sageduste vahena on tagatud sellega, et sisendringi selektiivsete ahelate ja ostsillaatori sageduse häälestamine toimub ühe ja sama muudetava kondensaatorite plokiga. Varematel aegadel kasutati selleks mitmesektsioonilist pöördkondensaatorit, tänapäeval kasutatakse laialdaselt juhitavaid mahtuvusdioode, millega häälestatakse sünkroonselt sisendvõnkeringe ja ostsillaatori sagedust.

Kui segusti mittelineaarsele elemendile (dioodile, transistorile vms), mille tunnusjooneks on ruutkarakteristika i = au², antakse kaks erineva sagedusega signaali:

1) ostsillaatori signaal u_os(t ) = U_ossin (ω_os t ) ,
2) kandevsignaal u_k(t ) = U_k sin (ω_k t ),

siis nende kahe signaali (võnkumiste) tuiklemisel saadakse rida erinevate sagedustega komponente. Vahesagedusvõimendis (VSV) paiknev ribafilter on häälestatud signaalide vahesagedusele (f_os- f_k) ning sõnumit sisaldav vahesagedussignaal filtreeritakse välja ja võimendatakse.

Superheterodüünvastuvõtja vahesagedusvõimendi aste määrab ära suurel määral vastuvõtja olulised näitajad nagu tundlikkus, ülekantava signaali ribalaius ja sageduslik selektiivsus (jaamade eraldatavus). Tundlikkus on määratud astme(te) võimendusega, mis vahesagedusvõimenditel on K ≈ 1000.

Vahesagedusvõimendist antakse vajalikule nivoole võimendatud raadiosignaal detektorisse DET, kus raadiosignaalist eraldatakse moduleeriv helisageduslik signaal, mis antakse madalsagedusvõimendisse MSV, mille väljundis on valjuhääldi. Detekteerimisel tekkivat alaliskomponenti kasutatakse automaatse võimenduse reguleerimise lülituses AVR. Jooniselt 2 on näha, et AVR pinge juhitakse vahesagedusvõimendisse, kus ta reguleerib astme alalisvoolu režiimi kaudu VSV võimendust. Kui vastuvõetava signaali võimsus suureneb, siis AVR vähendab seda, signaali nõrgenedes AVR suurendab võimendust. Sellega hoitakse valjuhääldist kostuva heli valjuse tase püsivana.

Digitaalne superheterodüünvastuvõtja sarnaneb oma tööpõhimõttelt ja struktuurilt analoog superheterodüünile, kuid põhiline signaalitöötlus toimub digitaalselt. Joonisel 3 on toodud digitaalse superheterodüünvastuvõtja struktuurskeem. Vastuvõtja sisendahelad on sarnased analoogvastuvõtja sisendahelatega, selekteeritud raadiosaatja signaal võimendatakse kõrgsagedusvõimendis KSV, võimendatud signaal antakse translaatorisse, kus analoogtöötlusega muudetakse signaali parameetrid vastavaks translaatorile järgneva analoog-digitaalmuunduri (A/D) tehnilistele tingimustele. A/D muunduris muundatakse informatsiooni sisaldav analoog-raadiosignaal digitaal-raadiosignaaliks.

Digitaaltöötlus toimub I/Q tehnoloogiat kasutades, kus komplekssignaali reaalosa I ja imaginaarosa Q antakse A/D muunduri väljundist eraldi segustitesse SEG 1 ja SEG 2, kus nad segustatakse digitaalse ostsillaatori signaaliga. Edasine signaali töötlus toimub digitaalses madalpääsfiltris MPF, mille sagedusriba laius määrab ära vastuvõtukanali ribalaiuse, edaspidine digitaaltöötlus (DSP inglise keeles Digital Signal Processing) sisaldab signaali mähisjoone detekteerimist amplituudmodulatsiooni korral, sagedusmodulatsiooni juures kasutatakse sageduse diskriminaatori algoritmi. Detekteeritud infot sisaldav signaal antakse D/A muundurisse, mille helisageduslik analoogsignaal edastatakse madalsagedusvõimendisse MSV.