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.

fbe/kHz foszc/kHz fkf/kHz
3 500 3 955 455
3 600 4 055
3 800 455
7 000 7 455
14 200 455
28 500 455

A teljesen kitöltött táblázatból a következőt olvashatjuk ki: ha a 3500-3800 kHz tartományt (80 méteres sávot) kívánjuk venni, akkor az oszcillátornak 3955 kHz-től 4255 kHz-ig kell beállíthatónak lennie. A középfrekvencia (KF) mindig ugyanaz marad. A vevő jóságát (szelektivitását) a középfrekvenciás ersősítő határozza meg.

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 fbe1 bemeneti frekvencia felett rezeg. Az fbe2 az oszcillátorral szintén 455 kHz-es különbségi frekvenciát képez.

fe1/kHz fe2/kHz fo/kHz fz/kHz
3 500 4 410 3 955 455
3 600 4 510 4 055 455
3 800 455
7 000 7 455 455
14 200 455
28 500 29 410 455

Ezt a másik frekvenciát a vevő ugyanúgy tudja venni, mint ez eredetit, feltéve ha nem teszünk ez ellen.

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.

ft = fbe + 2 . fkf , ha foszc

nagyobb, mint fbe

ft = fbe - 2 . fkf , ha foszc

kisebb, mint fbe

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:

fbe1/kHz fbe2/kHz foszc/kHz fkf/kHz
3 500 4 410 3 955 455
28 500 29 410 455



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.

fbe1/kHz fbe2/kHz foszc/kHz fkf/kHz
3 500 21 500 12 500 9 000
7 000 9 000
28 500 46 500 37 500 9 000

A középfrekvenciát 9 MHz-nek

(9 000 kHz) választottuk.



A tükörfrekvenciák relatív távolsága a 80 m-es sávban több, mint 500%, és még 10 m-en is 63%. Ez az eddiginél lényegesen nagyobb tükörfrekvenciás elnyomást eredményez. Ennek a jó tulajdonságnak is megvan azonban az ára.

A magasabb KF-ből adódóan egy hasonló felépítésű sávszűrőnek nem ugyanakkora a szelektivitása. Ezt a következőképpen láthatjuk be: egy rezgőkör sávszélességét a rezonancia frekvencia és a jósági tényező hányadosa adja meg.

Képlettel:


Példa
Q=50 jóság esetén 455 kHz-es középfrekvenciával a sávszélesség


3. feladat
Mekkora egy 9 MHz-es rezgőkör sávszélessége, ha a jósága 50?

Megoldás: Ha jól számoltunk, akkor az előző eredmény 20-szorosa jött ki.

A gyakorlatban a KF-erősítők szűrői több rezgőkörből vannak kialakítva úgy, hogy az eredő karakterisztikának nagy legyen az oldalmeredeksége, azaz a szelektivitása.


10. ábra: Azonos sávszélességű, különböző szelektivitású szűrők.

Még nagyobb oldalmeredekséget kvarcszűrőkkel lehet elérni, ezek viszont sokkal drágábbak is a rezgőkörös szűrőknél.

A kettősszuper

Az alacsony KF azzal az előnnyel jár, hogy kis ráfordítással (olcsón) jó szelektivitás érhető el, a magas KF előnye pedig, hogy könnyen megvalósítható a tükörfrekvenciás elnyomás. A kettőt egyesítésére dolgozták ki a kettős keverésű szuper (kettősszuper) vevőt. Ennek a jó tükörfrekvenciás elnyomás érdekében magas az első KF-je, a második KF pedig alacsony, hogy jó legyen a (közel)szelektivitás.


11. ábra: A kettősszuper felépítése

Az olcsó rövidhullámú vevőkészülékek első KF-je 10,7 MHz, a második pedig 455 kHz. A tükörfrekvenciás távolság így 20 MHz és 455 kHz-en rezgőkörök szűrővel könnyen elérhető a 10 kHz-es szelektivitás, ami műsorszóró állomások vételéhez elegendő.

4. feladat
Mekkora legyen a második oszcillátor frekvenciája?

Két lehetőség van: a oszcillátor rezeghet a bemeneti frekvencia felett vagy alatta.

A korszerű amatőr adóvevőkben a szelektivitást jó minőségű kvarcszűrő adja, az egyszerűbb tükörfrekvenciás elnyomás érdekében az első KF-et még magasabbra választják.


12. ábra: Egy magas KF-ű kettősszuper blokkdiagramja

A modern adóvevők többnyire 20-100 MHz átfogású PLL oszcillátorokkal működnek. Ha az első KF értéke mondjuk 50 MHz, akkor a teljes rövidhullámú sáv lefedéséhez az oszcillátort vagy 20-tól 47 MHz-ig (alsó keverés, az frekvenciák összegét használják), vagy 53-tól 80 MHz-ig (felső keverés, a frekvenciák különbségét használják) kell hangolni.

A tükörfrekvencia kétszer ötven MHz-cel feljebb található, ami már olyan nagy frekvencia, hogy a bemeneten egy olyan sávszűrő is elegendő, amely az egész rövidhullámú tartományt 3-tól 30 MHz-ig átengedi.

Egy ilyen szűrőt nem kell hangolni. Ezáltal a készülék kezelése kényelmesebbé válik, mivel csak a VFO-t (többnyire PLL oszcillátort) kell hangolni.

Mindazonáltal itt is jelentkezik egy hátrány: az első keverőfokozatnak a teljes rövidhullámú tartományból származó jeleket (beleértve a műsorszóró állomások erős jeleit) kell feldolgoznia. A jobb minőségű készülékekben ezért átkapcsolható oktáv-szűrőket (pl. 1-2 MHz, 2-4 MHz, 4-8 MHz, stb.) vagy automatikusan hangolt bementi szűrőt (preszelektort) használnak.

A konverter

Egy meglevő rövidhullámú vevő felhasználhatunk mint KF erősítőt, demodulátort és HF erősítőt URH (2m vagy 70cm) jelek vételére. Ehhez mindössze egy frekvenciváltót (keverőt) kell a vevő elé kapcsolni. Ha például a 2m-es sávot akarjuk venni 144-től 146 MHz-ig, akkor egy 116 MHz-es oszcillátor szükséges, amit a 38,667 MHz háromszorozásával kaphatunk. 144 MHz-et 166 MHz-cel keverve 28 MHz-et kapunk. A rövidhullámú vevőt (a képen RX) 30 MHz-re hangolva a 146 MHz-et tudjuk venni (146-116 = 30).


13. ábra: A vevőkonverter

Tesztkérdések

TF500 Egy 28,5 MHz-re hangolt felső keveréses vevő KF-je 10,7 MHz. Mekkora a tükörfrekvencia?

  • a) 17,8 MHz

  • b) 39,2 MHz

  • c) 49,9 MHz

  • d) 48,9 MHz

TF501 A vevő melyik egysége határozza meg a szelektivitást?

  • a) Az előfokozat előköre.

  • b) A KF-erősítő szűrője.

  • c) A keverőoszcillátor rezgőköre.

  • d) A PLL frekvenciaszintézer.

TF502 Milyen eljárással változtatja meg egy konverter az alapvevő vételi frekvenciasávját?

  • a) Visszacsatolással.

  • b) Többszörözéssel.

  • c) Frekvenciaosztással.

  • d) Keveréssel.

TF503 Melyik állítás igaz a kettősszuper készülékekre?

  • a) Alacsony KF-fel könnyű jó szelektivitást elérni.

  • b) Az antenna által vett jel frekvenciája nem változik a demodulátorig.

  • c) Magas KF-fel könnyű jó szelektivitást elérni.

  • d) Alacsony második KF-fel könnyű jó tükörfrekvenciás elnyomást elérni.

TF504 Mi határozza meg a szupervevő tükörfrekvenciás elnyomását?

  • a) Az első KF értéke.

  • b) A demodulátor karakterisztikája.

  • c) Az oszcillátorok behangolása.

  • d) A PLL frekvenciaszintézis.

TG500 Hogyan lehet egy SSB adó nagyfrekvenciás kimenő teljesítményét csökkenteni?

  • a) A hangfrekvenciás meghajtás csökkentésével és/vagy egy csillapító beiktatásával
  • a meghajtó és a végfokozat közé.

  • b) A végfokozat munkapontjának változtatásával.

  • c) A löket csökkentésével és/vagy egy csillapító beiktatásával
  • a meghajtó és a végfokozat közé.

  • d) Csak a löket csökkentésével egyedül.

TG501 A következő kijelentések közül melyik vonatkozik a transzverter működésére?

  • a) A transzverter adás és vétel esetén is (mondjuk) a 70 cm-es jelet
  • a 10 m-es sávba helyezi át.

  • b) A transzverter vétel esetén (mondjuk) a 70 cm-es jelet
  • a 10 m-es sávba helyezi át, adás esetén pedig a 10 m-es sávú jelet 70 cm-re.

  • c) A transzverter adás és vétel esetén is (mondjuk) egy frekvenciamodulált
  • jelet átalakít amplítúdómodulálttá.

  • a) A transzverter csak vétel esetén helyezi át (mondjuk) a 70 cm-es jelet
  • a 10 m-es sávba.

TG502 Mi lehet tenni, ha egy kézi- vagy mobilrádió lökete túl nagy?

  • a) Hangosabban beszélni a mikrofonba.

  • b) Teljesítmény növelni.

  • c) Teljesítmény csökkenteni.

  • d) Halkabban beszélni a mikrofonba.

TG503 Általában mi a hatása a túl nagy mikrofonerősítésnek egy SSB adóvevő esetén?

  • a) A szomszédos frekvencián dolgozó állomásoknál jelentkező "fröcslökés".

  • b) Számítógépek zavarása.

  • c) Más sávon dolgozó állomások zavarása.

  • d) Az adóvevő tápellátásának zavarása.

TG504 Mi a hatása a túl kicsi mikrofonerősítésnek egy SSB adóvevő esetén?

  • a) Más sávon dolgozó állomások zavarása.

  • b) Számítógépek zavarása.

  • c) Kicsi kimenő teljesítmény.

  • d) TV vétel zavarása.


Creative Commons License © http://tankonyv.ham.hu, utolsó módosítás: 2006.09.26. 09:00
Eredeti mű: © Eckart Moltrecht DJ4UF, http://www.amateurfunkpruefung.de