Adás és vételtechnika

Ebben a leckében blokkdiagrammok segítségével azt fogjuk megtanulni, hogyan épülnek fel a rádióadó- és vevőberendezések.

Adástechnika

Egy adóberendezésben mindenek előtt nagyfrekvenciás rezgéseket kell előállítani. Kezdetben ezt LC oszcillátorokkal odották meg. Ezek olyan erősítők, melyek rezonáns áramköröket (induktivitásokat és kondenzátorokat) tartalmaznak a színuszos jel előállításához. Manapság ezek az oszcillátorok legtöbbször PLL (phase locked loop) fáziszárt hurok áramkörök, melyekben a frekvencia digitálisan szabályozható.

1. ábra: FM és SSB adók működésének alapelvei

Ez az oszcillátorjel fog frekvencia-többszörözés vagy keverés után a nagyfrekvenciás erősítőfokozaton keresztül az antennára jutni.

Az előző leckében már megismertük az SSB modulációt. SSB moduláció esetén fontos tudnunk, hogy miután a vivőhullám elnyomásra kerül, az SSB adó nem bocsájt ki nagyfrekvenciás jeleket a kimenetén ha nincs modulációs jellel vezérelve, ráadásul a kimeneti teljesítmény annak a függvénye, milyen hangosan beszélünk a mikrofonba (lásd a TG504-es tesztkérdést).

Természetesen a teljesítmény túlzott növelésének is megvannak a határai. A kimeneti jel limitálása miatt erős torzítás keletkezik - ezt hívják "fröcskölésnek" -, zavart okozva mind adásunk érthetőségében, mind a közeli frekvenciákon forgalmazóknak. Minden SSB adó kijelzi az ún. ALC szintet. Az automatikus kimenőszint beállítás (automatic level control) kijelzésnek lehetőleg a legkisebb értéket kell mutatnia. Minden adóberendezés leírásában megtalálható milyen ALC kijelzésnél éri el a berendezés a legnagyobb kimeneti teljesítményét. Ezt vagy avval érhetjük el, hogy halkabban beszélünk a mikrofonba vagy bekapcsoljuk berendezésünk automatikus mikrofon érzékenység vezérlő áramkörét. Abban az esetben ha egy különálló végfokozatot használunk lehetőségünk van egy közbenső teljesítménycsökentő fokozat használatára (lásd a TG500-as tesztkérdést).

FM adó esetében a szabályozás teljesen más módon történik. Ebben az adásmódban a vivőhullám teljesítménye állandó, nem függ a hangerőtől. A nagyobb moduláló jel nagyobb frekvencialöketet jelent, mely ha nagyobb a használt csatornaszélességnél torzítás- illetve a szomszéd csatornákban zavar keletkezik. Megoldás a halkabb mikrofonba beszélés vagy a moduláló jel csökkentése. Ne feledjük, a moduláció csökkentése ebben az esetben nem jelenti rádiónk hatótávolságának csökkenését (lásd a TG502-es tesztkérdést).

A transzverter

2. ábra: Egy 2 méteres sávra készült transzverter blokkdiagramja

Az adó- és vevő berendezésekben frekvenciakeveréssel tudunk új frekvenciákat előállítani. Ezt amiatt is érdemes megtanulnunk, mert ezen az elven működnek az un. transzverterek. Sok esetben a rádióamatőröknek kiváló paraméterekkel rendelkező rövidhullámú adóvevő berendezése van és ezt szeretnék a 2 m-es illetve a 70 cm-es hullámhosszú sávokban is használni. Ehhez a megfelelő frekvenciaváltást biztosító eszköz szükséges. Amennyiben ezt berendezést csak vételi oldalon használjuk, akkor konverterről, ha adás oldalon is használjuk akkor transzverterről (transceiver converter, adó konverter) beszélünk.

A frekvenciváltást egy keverő fokozattal valósítják meg. Amikor egy keverőfokozat bemenetére két különböző frekvenciájú jelet adunk, a kimenetén ezek összegének és különbségének megfelelő frekvenciájú jelet kapunk. Amennyiben rövidhullámú berendezésünk adófrekvenciája 28-30 MHz közötti és ehhez hozzákeverünk egy 116 MHz frekvenciájú jelet a keverés eredményeként ezek összegét is megkapjuk, amely 144-146Mhz között lesz, vagyis éppen a 2m-es amatőrsávban (2. ábra).

Nézzük meg fordított irányt is: a 2 m-es amatőrsávban (144-146 MHz között) venni kívánt jelhez keverjünk hozzá 116 MHz-es jelet. A két jel különbsége a 28-30 MHz sávban lesz vehető rövidhullámú készülékünkkel. Hasonlóképpen muködik a 10 m / 70 cm sáv-konverter illetve transzverter (3. ábra).

3. ábra: 10-m/70-cm transzverter

Vételtechnika

A vevő feladata, hogy az antennáról érkező jelek közül kiszűrje a venni kívánt frekvenciájú jelet és demodulálja azt.

A szükséges "szelektivitást" két különböző vételi technikával érhetjük el: az ún. egyenes vevőkkel illetve a frekvenciakeverés elvén működő vevőkkel (szupervevők).

Az egyenes vevő

Az egyenes vevőben a antenna által felfogott jel frekvenciája nem változik egészen a demodulátorig.

4. ábra: Az egyenes vevő elvi felépítése

Egy vevőkészülék annál jobb, annál nagyobb a szelektivitása, azaz minél jobban el tudja választani a hasznos jelet a zavaró állomások jelétől. Ezt az elválasztást sávszűrőkkel oldják meg.

5. ábra: Egykörös (A) és többkörös (B) sávszűrő

A legegyszerűbb sávszűrő egyetlen párhuzamos rezgőkörből áll. A sávszűrő jellegzetes átviteli görbéje az 5/A ábrán látható. A szükséges sávszélesség megvan, de az átviteli görbe nagyon széles. Ennek következményeként a szomszédos állomásokat alig nyomja el, tehát a szelektivitása kicsi.

Ha a szűrőben több rezgőkört kapcsolunk össze, akkor például az 5/B ábrán látható karakterisztikát kapjuk. Ennek a szűrőnek ugyanakkora a sávszélessége (a 70%-os, azaz -3 dB-es pontok között), de az oldalmeredeksége sokkal nagyobb, ami által a szomszédos állomásokat sokkal nagyobb mértékben csillapítja. Ezáltal jobb a szelektivitása.

Mivel az egyenes vevőben a jel frekvenciája nem változik (nincs keverés), ezért minden szűrőt a vételi frekvenciára kell hangolni. Ha csak egy rezgőkör van a készülékben (egykörös vevő), akkor ez nem jelent gondot. Ilyen kapcsolás például az audion, amelynek szelektivitása nagyon kicsi.

6. ábra: Az együttfutás problémája

Amennyiben a nagyobb szelektivitás érdekében több rezgőkörből felépített szűrőket alkalmazunk (többkörös vevő), akkor ezeket a köröket egyszerre kell a vett jel frekvenciájára hangolni. Két rezgőkör esetén ez még egy kettős forgókondezátorral megoldható. Több körnél viszont az egyes körök rezonancifrekvenciája annyira eltérő lesz, hogy a szűrő karakterisztikája frekvenciafüggő lesz és a paraméterei nagyon leromlanak (ez az együttfutás problámája). A megoldást a keverés fogja jelenteni.

A szupervevő

Egy adott frekvencia vételére nem nehéz egy többkörös, nagyon szelektív erősítőt (vevőt) készíteni. A szupervevő a frekvenciakeverést alkalmaz (mint transzvertereknél már láttuk) ahhoz, hogy a vett jelet a szelektív középfrekvenciás erősítő általában alacsonyabb frekvenciájára átültesse.

7. ábra: A szupervevő blokkdiagramja

A keverő fokozat ugyanúgy működik, amint azt az adóknál leírtuk. A keverő kiemenetén a két bemeneti frekvencián kívül azok összege és különbsége is megjelenik. A vételtechnikában csak a különbségi frekvenciát használjuk fel.

8. ábra: A bemeneti keverő elvi felépítése

1. feladat
Egeszítsük ki az alábbi táblázatot a keverő be- illetve kimenetén mérhető frekvenciákkal. Az oszcillátor mindig 455 kHz-el a bemeneti frekvencia felett rezeg.

Ennek a megoldásnak van azért hátránya is, amit a következő táblázat kitöltésével világítunk meg.

2. feladat
írjuk be az alábbi táblázatba a hiányzó frekvenciákat. Az oszcillátor mindig 455 kHz-el az f_be1 bemeneti frekvencia felett rezeg. Az f_be2 az oszcillátorral szintén 455 kHz-es különbségi frekvenciát képez.

A fenti táblázat soraiban található frekvenciákat felrajzolva például a következő ábrához jutunk.

9. ábra: A tükörfrekvencia

Mindegy, hogy melyik frekvenciára készítjük el az ábrát, mindig ugyanaz adódik: a másik frekvencia, amit a vevő ugyanúgy vesz az oszcillátor frekvenciájára szimetrikusan helyezkedik el. Ezért ezt tükörfrekvenciának nevezik.

f_t = f_be + 2 ^. f_kf , ha f_oszc

nagyobb, mint f_be

f_t = f_be - 2 ^. f_kf , ha f_oszc

kisebb, mint f_be

Az első képlet szerint a tükörfrekvencia mindig a középfrekvencia kétszeresével felljebb helyezkedik el, mint a bemeneti frekvencia. Ez akkor igaz, ha az oszcillátor a bemeneti frekvencia fellet rezeg. A oszcillátor rezeghet a bemeneti jel alatt is, ezt azonban a gyakorlatban ritkán alkalmazzák. Ebben az esetben érvényes a második képlet, a tükörfrekvencia a bemeneti frekvenciánál kétszeres középfrekvenciával kisebb.

A nemkívánatos tükörfrekvenciás vételt a keverő elé elhelyezett bemeneti sávszűrővel (preselektor) lehet csökkenteni. Ezt a szűrőt a oszcilátorral együtt hangoljuk, így mindig csak a kívánt frekvenciájú jelet engedi át, a többit pedig elnyomja.

Ez a módszer csak viszonylag alacsony frekvenciákon (középhullám és a rövidhullámú sáv alja) műküdik kielégítően, ahol a tükörfrekvencia eltérése a vételi frekvenciától aránylag nagy. Az előző, tükörfrekvenciákat tartalmazó táblázatból az első és az utolsó sort véve a következő látható:

Azaz amíg a 80 méteres sávban (3500 kHz) a tükör- és a vételi frekvencia relatív eltérése 26%, addig a 10 m-es sávban (28 MHz) már csak 3%. A 10 m-es sávban egy rezgőkör szelektivitása nem elengendő a szükséges tükörfrekvenciás elnyomás eléréséhez.

A probléma megoldása a magasabb KF választása, amit a következő példa illusztrál.