|
'''Superheterodüünvastuvõtja''' (kalühemalt '''supervastuvõtja''') on tänapäeval enimlevinudpõhiline [[vastuvõtjaraadiovastuvõtja]] tüüp. Selle põhifunktsioonideks, nagu ka kõigil teisteteistel vastuvõtjatel[[raadiovastuvõtja]]tel, on [[antenn]]i kaudu vastu võetud [[Signaal (tehnika)|signaali]] viimine kasutajale vastuvõetavasse vormi (näiteks pilt, heli, jms).
Supervastuvõtja eripära seisneb selles, et kõik sisendlülituse poolt eraldatud [[raadiosignaal]]id muundatakse [[sagedusmuundur]]is [[vahesagedus]]elühe kindlal sagedusel ‒ vahesagedusel ‒ olevaks signaaliks. Sellel vahesagedusel <math>f_{VS}</math> toimubki signaali põhiline võimendus, eraldamine naabersagedusega signaalidest ja lõpuks informatiivse signaali <math>m(t)</math> eraldamine vahesagedusest.
== Ajalugu ==
''Heterodüünvastuvõtja '' (kaehk otsemuundusvastuvõtja ) idee pakkus välja [[ :en:Reginald Fessenden|R. Fessenden]] 1901. aastal<ref name="sup_het_ajalugu">http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver</ref>. (Sõna heterodüün moodustati kreeka sõnast ''heteros'' teine ja ladina sõnast ''dynamis'' jõud.) Tema ideeks oli antenni kaudu vastu võetudvastuvõetud signaali muundamine otse madalsageduslikuks signaaliks, kasutades selleks lähedase sagedusega signaali kasutades, otse madalsageduslikuks signaaliks. Kuna tol ajal polnud võimalik konstrueerida stabiilset kohalikku generaatoritkõrgsagedusgeneraatorit ([[ostsillaator]]it), siis see idee laialdasemat kasutust ei leidnud. ▼
Tänapäevase superheterodüünvastuvõtjaSuperheterodüünvastuvõtja idee pakkus välja Edwin H. Armstrong 1918. aastal<ref name="sup_het_ajalugu"/>. Ta kasutas ära Fessenden'iFessendeni patenteeritud sageduse muundamise idee selliseselle erinevusega, et erinevaltvastuvõetud heterodüünvastuvõtjastsignaal muundatakse vastuvõetudühele signaalkindlale vahesagedusele ja alles sellest saadakse madalsageduslik signaal (audiosignaal). Tulenevalt sellest erinevusest nimetas Armstrong oma leiutise ''superheterodüünvastuvõtjaks ''. ▼▲''Heterodüünvastuvõtja'' (ka otsemuundusvastuvõtja) idee pakkus välja [[Reginald Fessenden]] 1901. aastal<ref name="sup_het_ajalugu">http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver</ref>. Tema ideeks oli antenni kaudu vastu võetud signaali muundamine, selleks lähedase sagedusega signaali kasutades, otse madalsageduslikuks signaaliks. Kuna tol ajal polnud võimalik konstrueerida stabiilset kohalikku generaatorit, siis see idee laialdasemat kasutust ei leidnud.
▲Tänapäevase superheterodüünvastuvõtja idee pakkus välja Edwin H. Armstrong 1918. aastal<ref name="sup_het_ajalugu"/>. Ta kasutas ära Fessenden'i patenteeritud idee sellise erinevusega, et erinevalt heterodüünvastuvõtjast muundatakse vastuvõetud signaal vahesagedusele. Tulenevalt sellest erinevusest nimetas Armstrong oma leiutise ''superheterodüünvastuvõtjaks''.
[[Pilt:Superheterodüünvastuvõtja_põhimõtteskeem_veidi_muudetud.PNG| |pisi|center| 600px| Superheterodüünvastuvõtja põhimõtteskeemplokkskeem]] ▼
== Tööpõhimõte ==
Antenniga[[Antenn]]iga vastuvõetud signaali <math>s(t)</math> võimendatakse kõigepealt kõrgsagedusvõimendiga (KSV). Tavaliselt kuulub kõrgsagedusvõimendi koosseisu ka eelselektsioonifilter, mille peamiseks ülesandeks on peegelkanalitepeegelkanali sagedusega võnkumiste kõrvaldamine. Seejärel liigub signaal edasi [[segusti]]sse, kus on lisaks sisendikslisasisendiks kohaliku [[ostsillaator]]i poolt genereeritav fikseeritud sagedusega harmooniline signaal <math>f_{G}</math>. Ideaalse sagedusmuunduri väljundis saadakse kaks sageduskomponenti : summasagedus <math>f_{s} + f_{G}</math> ja vahesagedus <math>f_{s} - f_{G}</math>. Kuna eesmärk on viia signaal vahesagedusele, siis segustile järgneb vahesagedusfilter, mille eesmärgiks on eraldada vahesagedus <math>f_{VS} = f_{s} - f_{G}</math>. Järgnevas vahesagedusvõimendis (VSV) toimub vastuvõetud signaali põhiline võimendamine. Seejärel eraldatakse detektoris (D) vahesagedusel olevast signaalist informatiivne madalsageduslik komponent ‒ helisagedussignaal ehk audiosignaal<math>m(t)</math>. ▼
▲Antenniga vastuvõetud signaali <math>s(t)</math> võimendatakse kõigepealt kõrgsagedusvõimendiga (KSV). Tavaliselt kuulub kõrgsagedusvõimendi koosseisu ka eelselektsioonifilter, mille peamiseks ülesandeks on peegelkanalite kõrvaldamine. Seejärel liigub signaal edasi [[segusti]]sse, kus on lisaks sisendiks kohaliku [[ostsillaator]]i poolt genereeritav fikseeritud sagedusega harmooniline signaal <math>f_{G}</math>. Ideaalse sagedusmuunduri väljundis saadakse kaks sageduskomponenti <math>f_{s} + f_{G}</math> ja <math>f_{s} - f_{G}</math>. Kuna eesmärk on viia signaal vahesagedusele, siis segustile järgneb vahesagedusfilter, mille eesmärgiks on eraldada vahesagedus <math>f_{VS} = f_{s} - f_{G}</math>. Järgnevas vahesagedusvõimendis (VSV) toimub vastuvõetud signaali põhiline võimendamine. Seejärel eraldatakse detektoris (D) vahesagedusel olevast signaalist informatiivne madalsageduslik komponent <math>m(t)</math>.
▲[[Pilt:Superheterodüünvastuvõtja_põhimõtteskeem_veidi_muudetud.PNG|Superheterodüünvastuvõtja põhimõtteskeem]]
=== Antenn ===
Antenni eesmärk on [[eeter|eetris]] olev [[elektromagnetväli]] muundada elektriliseks signaaliks. Antenni väljundis olev elektriline signaal on väga nõrk ja koosneb lisaks soovitud signaalile ka teiste saatjate poolt edastatud soovimatutest signaalides ja [[müra]]dest.
=== Kõrgsagedusvõimendi (KSV) ===
Selle ahelavõimendusastme peamiseks eesmärgiks on sobitada antenn vastuvõtjaga ja eelselekteerida soovitud sagedusega signaalid. Tavaliselt ei ole KSV selektiivsus piisavalt hea, et kõrvalda soovitud signaali naaberkanalis olevaid signaale. Praktikas valitakseVõimendusastme ''LC''-filtri [[ribalaius]] ''B'' valitakse praktikas järgneva eeskirjaseose järgi:
:<math>B_{S} < B < 4f_{VS}</math> <ref name= "''sup_het_am_ylevaade "''>http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf</ref>, ▼
kus <math>B_{S}</math> on vastuvõetud signaali ribalaius, <math>B</math> on filtri ribalaius ja <math>f_{VS}</math> on vahesagedus , millele vastuvõetud signaali viiakse. ▼
Kõrgsagedusvõimendi mürategurmüratase peab olema äärmiseltvõimalikult väikemadal, kunasest see ahel määrab peamiselt kogu vastuvõtja mürateguri ja tundlikuse. ▼▲<math>B_{S} < B < 4f_{VS}</math> <ref name="sup_het_am_ylevaade">http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf</ref>,
▲kus <math>B_{S}</math> on vastuvõetud signaali ribalaius, <math>B</math> filtri ribalaius ja <math>f_{VS}</math> on vahesagedus, millele vastuvõetud signaali viiakse.
==== Sisemine ostsillaator ( [[heterodüün ]]) ==== ▼Sisemise ostsillaatori ehk kohaliku ostsillaatori ülesandeks on genereerida stabiilset harmoonilist signaali, kusjuures oluline on siinkohal genereeritavate võnkumiste sagedus. Kuna superheterodüünvastuvõtja üheks eeliseks teiste ees on see, et suurem osa signaalitöötlusest toimub ühel sagedusel (vahesagedusel <math>f_{VS}</math>), siis genereeritav signaal peab olema valitud selliselt, et vahesagedus oleks , sõltumatasõltumatult vastuvõetava signaali <math>s(t)</math> sagedusest <math>f_{s}</math> , konstantnepüsiv (<math>f_{VS} = f_{s} - f_{G} = \text{const .}</math>). ▼
Kuna enamastiüldiselt kasutatakse vastuvõtjat rohkem kui ühe sagedusega signaali vastuvõtmiseks, on tarvilik sisemise ostsillaatori (ja kasagedust kõrgsagedusvõimendi)muuta juhtimineselliselt, et vastuvõtja oleks häälestatud soovitud raadiokanalile. Lisaks eelnevale on ostsillaatori ja KSV juhtimine vajalik kompenseerimaks vastuvõetud signaali sageduse muutust (näiteks [[Doppleri efekt]]ist tulenev sagedusnihe). ▼▲Kõrgsagedusvõimendi mürategur peab olema äärmiselt väike, kuna see ahel määrab peamiselt kogu vastuvõtja mürateguri ja tundlikuse.
▲==== Sisemine ostsillaator (heterodüün) ====
▲Sisemise ostsillaatori ülesandeks on genereerida stabiilset harmoonilist signaali, oluline on siinkohal genereeritavate võnkumiste sagedus. Kuna superheterodüünvastuvõtja üheks eeliseks teiste ees on see, et suurem osa signaalitöötlusest toimub ühel sagedusel (vahesagedusel <math>f_{VS}</math>), siis genereeritav signaal peab olema valitud selliselt, et vahesagedus oleks, sõltumata vastuvõetava signaali <math>s(t)</math> sagedusest <math>f_{s}</math>, konstantne (<math>f_{VS} = f_{s} - f_{G} = const.</math>).
▲Kuna enamasti kasutatakse vastuvõtjat rohkem kui ühe sagedusega signaali vastuvõtmiseks, on tarvilik sisemise ostsillaatori (ja ka kõrgsagedusvõimendi) juhtimine, et vastuvõtja oleks häälestatud soovitud raadiokanalile. Lisaks eelnevale on ostsillaatori ja KSV juhtimine vajalik kompenseerimaks vastuvõetud signaali sageduse muutust (näiteks [[Doppleri efekt]]ist tulenev sagedusnihe).
==== Segusti ====
[[Segusti]] sisenditeks on vastuvõetud signaal sagedusega fs<math>f_{s}</math> ja kohaliku ostsillaatori (generaatori) väljundsignaal sagedusega <math>f_{G}</math>. Segusti, kui mittelineaarse ahela väljundis on signaalide kombinatsioon, mille spektris onsisalduvad lisaks signaalidele sagedustega <math>f_{s}</math> ja <math>f_{G}</math> ka nende kombinatsioonidvahe <math>f_{G} - f_{s}</math> või <math>f_{s} - f_{G}</math> (vahesagedus) ning ka võnkumised sagedusega <math>f_{s} + f_{G}</math> <ref name="''Raadiolülitused"''>Raadiolülitused, L. Abo, Tallinn 1990</ref>.
=== Vahesagedusfilter ===
Kuna segusti väljundis olev signaal on kombinatsioon erinevate sagedustega signaalidest, siis on tarvilik eraldada kõigi erinevate signaalide summastsegust soovitud signaal. SelleSeda ülesandegaülesannet tegelebtäidab vahesagedusfilter. Probleeme võib tekkida peegelsagedustega. Superheterodüünvastuvõtja eripäraks on see, et igal kohaliku ostsillatori sagedusel <math>f_{G}</math> saab vahesageduse moodustada 2kaks signaalisagedust: <math>f_{s1} = f_{G} - f_{VS}</math> ja <math>f_{s2} = f_{G} + f_{VS}</math>. Juhul, kuiKui soovitakse vastu võtta signaali sagedusel <math>f_{s1}</math> ja sagedusel <math>f_{s2}</math> töötab teine saatja, siis segusti väljundis ja filtri sisendis on lisaks soovitud signaali sagedusele <math>f_{s1}</math> lisaks segav signaal sagedusega <math>f_{s2}</math>. <ref name="Raadiolülitused"/> Seda segavat signaali nimetatakse ‘’peegelsageduseks’’peegelsageduseks. Kuna vahesagedusfilter ei suuda neid kahte signaali üksteisest eristada, siis lahenduseks on peegelkanali maha suruminemahasurumine kõrgsagedusvõimendis eelselektsioonifiltriga <ref name="sup_het_am_ylevaade"/>.
=== [[Vahesagedusvõimendi]] ===
See ahel on mõeldud vahesagedusel oleva signaali võimendamiseks. Selles ahelas toimub põhiline signaali võimendus, tüüpiliselt 80dB80 dB<ref name="''konspekt"''> Kõrgsageduslik signaalitöötlus, loengukonspekt, I. Müürsepp, Tallinn 2011</ref>. Muutmaks signaali võimsus võimendi väljundis sõltumatuks sisendsignaali võimsusest, rakendatakse reeglina automaatset võimenduse regulatsioonreguleerimist (AVR). AVRAVRi kujutab endast lülitust, mislülitus vähendab võimendi võimendust seda rohkem, mida kõrgem on sisendsignaali tase. Eriti oluline on see aplituudmoduleeritudamplituudmoduleeritud signaalide korral, kus informatiivse signaali tase väljundis on lineaarselt seotud vastuvõetud signaali võimsusega. Olemuslikult on tegemist negatiivse tagasisidestusega, kus reguleerivaks pingeks on harilikult amplituuddetekteeritud signaali alaliskomponent, mis on võrdeline kandesageduse amplituudiga.<ref name="Raadiolülitused"/>
=== Detektor ([[demodulaator]]) ===
Selles ahelas toimub informatiivseinformatsiooni edastava signaali <math>m(t)</math> eraldamine vahesagedusega kandesignaalist. Olenevalt modulatsiooniviisist valitakse ka detektor. JälgitavaEraldatava signaali parameetri alusel eristatakse: ▼# *amplituuddetektoreid; ▼*sagedusdetektoreid.
'''Aplituuddemodulaatorina'''Amplituuddemodulaatorina võib kasutada näiteks ''mähisjoone detektorit''mähisjoonedetektorit. Tegemist on [[RC -filter|''RC''-ahelaga]] koormusegakoormatud diooddetektoriga. Antud lahenduse juures jälgib koormusel tekkiv pinge amplituudmoduleeritud signaali mähisjoont<ref name= "''Modulatsioon "''> "Modulatsioon, A. Meister, Tallinn 1999 "</ref>. ▼▲Selles ahelas toimub informatiivse signaali <math>m(t)</math> eraldamine vahesagedusega kandesignaalist. Olenevalt modulatsiooniviisist valitakse ka detektor. Jälgitava signaali parameetri alusel eristatakse:
# faasidetetktoreid;
# sagedusdetekoreid.
[[Sagedusdemodulaator]]ina on võimalik kasutada suhtedetektorit, diskriminaatorit või sünkroondetektorit.
▲'''Aplituuddemodulaatorina''' võib kasutada näiteks ''mähisjoone detektorit''. Tegemist RC koormusega diooddetektoriga. Antud lahenduse juures jälgib koormusel tekkiv pinge amplituudmoduleeritud signaali mähisjoont<ref name="Modulatsioon">"Modulatsioon, A. Meister, Tallinn 1999"</ref>.
{{vaata|Sagedusdetektor}}
==FM-raadio skeeminäide==
'''[[Sagedusdemodulaator]]ina''' võib kasutada ''diskriminaatorit''. Tegemist on ühe või kahe kandesageduse <math>f_{c}</math> suhtes lahku häälestatud võnkeringiga koos mähisjooneddetektoritega<ref name="Modulatsioon"/>.
[[Pilt:Superhet.ee.png|center|700px|FM-raadio plokkskeem]]
Tänapäeva FM-raadiovastuvõtjal moodustavad raadiosagedusaste (KS-võimendi ehk RF-võimendi), [[pingega tüüritav ostsillaator]] (VCO) ja segusti trükkplaadil ULL-tuuneri ploki. Selles plokis häälestatakse tuuneri võnkeringid soovitud jaama vastuvõtmiseks vajalikele sagedustele. Ostsillaatorist läheb signaal ka [[faasilukk|faasilukule]] (PLL), millele antakse tugisagedus [[kvartsostsillaator]]ist. Faasilukust saadakse stabiilne tüürpinge võnkeringide täpseks häälestamiseks tüürpingega, mis rakendatakse [[mahtuvusdiood]]idele.
Segusti väljundist läheb signaalide segu vahesagedusvõimendisse, milles eraldab vahesagedusega 10,7 MHz signaali keraamiline [[pinnalainefilter]] ja selle väljundsignaali võimendab [[kiip|mikrolülitusel]] põhinev [[vahesagedusvõimendi|VS-võimendi]]. Viimase kiibil on ka FM-signaali [[sagedusdetektor|demodulaator]]. Demoduleeritud signaal sisaldab infot [[piloottoon]i ja stereofoonilise (kahe kanali) heli kohta. Sellest multiplekssignaalist (täielikust stereosignaalist) moodustab [[stereodekooder]] vasaku ja parema kanali helisagedussignaali, mida võimendab kahekanaliline [[helisagedusvõimendi| MS-võimendi]]. [[Mikroprotsessor]] juhib faasiluku tööd, võtab vastu juhtimissignaale eelvalikuklahvidelt või infrapunakiirega edastatavaid [[kood]]e juhtpuldist ja salvestab valitud saatjate sagedused.
==Kahekordne sagedusmuundus==
'''Sagedusdemodulaatori''' võib realiseerida ''sünkroondetektorina''. Tegemist on korrutist ja madalpääsfiltrist koosneva lülitusega. Korruti sisendiks on moduleeritud signaal ja tugisignaal. On oluline, et moduleeritud signaal ja tugisignaal oleksid täpselt sama sageduse ja faasiga , vastasel korral erineb detekteeritud signaal oluliselt moduleerivast signaalist<ref name=" Modulatsioon "/>.
Eelvaadeldud skeemi kohaselt saavutatakse vajalik selektiivsus (eraldusvõime) peegelkanali suhtes kitsaribalise eelselektsiooniga, mis vajab igal laineribal eraldi võnkeringe. Seepärast kasutatakse professionaalsetes AM-vastuvõtjates ja paljude lühilaineribadega nn maailmaraadiotes kahekordset sagedusmuundust. Sel juhul valitakse esimene vahesagedus vastuvõetavate raadiosageduste ülemisest piirist kõrgem (üle 40 MHz). Siis jäävad peegelsagedused väga kõrgete sageduste vahemikku, nii et nende tõhusaks mahasurumiseks piisab ühestainsast madalpääsfiltrist lõikesagedusega 30 MHz (paljude sisendvõnkeringide asemel).
Esimesest segustist väljuv signaal läbib esimesele vahesagedusele vastava ribafiltri ja läheb edasi teise segustusastmesse. Teiseks vahesageduseks võib olla tavapärane 455 kHz. Järgnev ribafilter tagab vajaliku selektiivsuse naaberkanali suhtes.
Kõiki eelpoolmainitud moduleeritud signaalide demoduleerimiseks võib kasutada ka olenevalt modulatsiooni viisist seadistatud ''faasilukku''. Võrreldes teiste lahendustega on tegemist suhteliselt keerulise lülitusega, aga suureks eeliseks teiste ees on oluliselt parema kvaliteediga demoduleeritud signaal<ref name="konspekt"/>.
== Viited ==
<references/>
==Välislingid==
== Kasutatud kirjandus ==
# *[http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver Superheterodyne Receiver]▼
# *[http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf The Super-heterodyne Receiver]▼# Raadiolülitused, L. Abo, Tallinn 1990.
# Modulatsioon, A. Meister, Tallinn 1999.
# Kõrgsageduslik signaalitöötlus, loengukonspekt, I. Müürsepp, Tallinn 2011
▲# http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Superheterodyne_Receiver
▲# http://www.info411.ece.mcgill.ca/411_notes/super-het.pdf
# http://www.eecg.utoronto.ca/~kphang/papers/2001/martin_AGC.pdf
[[Kategooria:RaadioRaadiotehnika]]
[[Kategooria:Seadmed]]
| 