Een amateurradioantenne ontvangt honderden en duizenden radiosignalen tegelijk. Hun frequenties kunnen variëren afhankelijk van de uitzending op lange, middellange, korte, ultrakorte golven en televisiebanden. Tussenin opereren amateur-, overheids-, commerciële, maritieme en andere stations. De amplitudes van de signalen die aan de antenne-ingangen van de ontvanger worden toegevoerd, variëren van minder dan 1 μV tot vele millivolt. Amateurradiocontacten vinden plaats op niveaus in de orde van grootte van enkele microvolts. Het doel van een amateurontvanger is tweeledig: het gewenste radiosignaal selecteren, versterken en demoduleren, en alle andere uitfilteren. Ontvangers voor radioamateurs zijn zowel afzonderlijk als als onderdeel van de zendontvanger verkrijgbaar.
Hoofdcomponenten van de ontvanger
Ham-radio-ontvangers moeten extreem zwakke signalen kunnen opvangen, en ze scheiden van de ruis en krachtige zenders die altijd in de lucht zijn. Tegelijkertijd is voldoende stabiliteit nodig voor hun retentie en demodulatie. Over het algemeen zijn de prestaties (en prijs) van een radio-ontvanger afhankelijk van de gevoeligheid, selectiviteit en stabiliteit. Er zijn andere factoren die verband houden met de operationeleapparaat kenmerken. Deze omvatten frequentiedekking en lees-, demodulatie- of detectiemodi voor LW-, MW-, HF-, VHF-radio's, stroomvereisten. Hoewel ontvangers variëren in complexiteit en prestaties, ondersteunen ze allemaal 4 basisfuncties: ontvangst, selectiviteit, demodulatie en afspelen. Sommige bevatten ook versterkers om het signaal naar acceptabele niveaus te versterken.
Receptie
Dit is het vermogen van de ontvanger om de zwakke signalen te verwerken die door de antenne worden opgevangen. Voor een radio-ontvanger heeft deze functionaliteit vooral te maken met gevoeligheid. De meeste modellen hebben verschillende versterkingsstadia die nodig zijn om het signaalvermogen van microvolt naar volt te verhogen. De totale ontvangerwinst kan dus in de orde van een miljoen tot één zijn.
Het is handig voor beginnende radioamateurs om te weten dat de gevoeligheid van de ontvanger wordt beïnvloed door elektrische ruis die wordt gegenereerd in de antennecircuits en het apparaat zelf, vooral in de invoer- en RF-modules. Ze ontstaan door thermische excitatie van geleidermoleculen en in versterkercomponenten zoals transistors en buizen. Over het algemeen is elektrische ruis frequentie-onafhankelijk en neemt toe met temperatuur en bandbreedte.
Elke interferentie die aanwezig is op de antenne-aansluitingen van de ontvanger wordt versterkt samen met het ontvangen signaal. Er is dus een grens aan de gevoeligheid van de ontvanger. Bij de meeste moderne modellen kunt u 1 microvolt of minder gebruiken. Veel specificaties definiëren dit kenmerk inmicrovolt voor 10 dB. Een gevoeligheid van 0,5 µV voor 10 dB betekent bijvoorbeeld dat de amplitude van de ruis die in de ontvanger wordt gegenereerd ongeveer 10 dB lager is dan het signaal van 0,5 µV. Met andere woorden, het geluidsniveau van de ontvanger is ongeveer 0,16 V. Elk signaal onder deze waarde wordt erdoor gedekt en is niet hoorbaar in de luidspreker.
Bij frequenties tot 20-30 MHz is externe ruis (atmosferisch en antropogeen) meestal veel hoger dan interne ruis. De meeste ontvangers zijn gevoelig genoeg om signalen in dit frequentiebereik te verwerken.
Selectiviteit
Dit is het vermogen van de ontvanger om af te stemmen op het gewenste signaal en ongewenste signalen af te wijzen. De ontvangers gebruiken LC-filters van hoge kwaliteit om slechts een smalle frequentieband door te laten. De bandbreedte van de ontvanger is dus essentieel om ongewenste signalen te elimineren. De selectiviteit van veel DV-ontvangers ligt in de orde van enkele honderden hertz. Dit is voldoende om de meeste signalen dicht bij de werkfrequentie weg te filteren. Alle HF- en MW-amateurradio-ontvangers moeten een selectiviteit hebben van ongeveer 2500 Hz voor amateurstemontvangst. Veel LW/HF-ontvangers en transceivers gebruiken schakelbare filters om een optimale ontvangst van elk type signaal te garanderen.
Demodulatie of detectie
Dit is het proces waarbij de laagfrequente component (geluid) wordt gescheiden van het binnenkomende gemoduleerde draaggolfsignaal. Demodulatiecircuits gebruiken transistors of buizen. De twee meest voorkomende soorten detectoren die worden gebruikt in RFontvangers, is een diode voor LW en MW en een ideale mixer voor LW of HF.
Afspelen
Het laatste ontvangstproces is het omzetten van het gedetecteerde signaal in geluid dat naar de luidspreker of hoofdtelefoon wordt gestuurd. Meestal wordt een high-gain-trap gebruikt om de output van de zwakke detector te versterken. De uitvoer van de audioversterker wordt vervolgens naar een luidspreker of hoofdtelefoon gevoerd om af te spelen.
De meeste hamradio's hebben een interne luidspreker en een hoofdtelefoonuitgang. Een eenvoudige eentraps audioversterker die geschikt is voor gebruik met een hoofdtelefoon. De luidspreker vereist meestal een 2- of 3-traps audioversterker.
Eenvoudige ontvangers
De eerste ontvangers voor radioamateurs waren de eenvoudigste apparaten die bestonden uit een oscillerend circuit, een kristaldetector en een koptelefoon. Ze konden alleen lokale radiostations ontvangen. Een kristaldetector is echter niet in staat om LW- of SW-signalen correct te demoduleren. Bovendien is de gevoeligheid en selectiviteit van een dergelijk schema onvoldoende voor amateurradiowerk. U kunt ze verhogen door een audioversterker toe te voegen aan de uitgang van de detector.
Direct-versterkte radio
Gevoeligheid en selectiviteit kunnen worden verbeterd door een of meer fasen toe te voegen. Dit type apparaat wordt een directe versterkingsontvanger genoemd. Veel commerciële CB ontvangers uit de jaren '20 en '30 dit schema gebruikt. Sommigen van hen hadden 2-4 stadia van versterking om te krijgenvereiste gevoeligheid en selectiviteit.
Directe conversie ontvanger
Dit is een eenvoudige en populaire benadering voor het nemen van LW en HF. Het ingangssignaal wordt samen met de RF van de generator naar de detector gevoerd. De frequentie van de laatste is iets hoger (of lager) dan de eerste, zodat een beat kan worden verkregen. Als de invoer bijvoorbeeld 7155,0 kHz is en de RF-oscillator is ingesteld op 7155,4 kHz, produceert het mengen in de detector een audiosignaal van 400 Hz. Deze laatste komt de versterker op hoog niveau binnen via een zeer smal geluidsfilter. Selectiviteit in dit type ontvanger wordt bereikt met behulp van oscillerende LC-circuits voor de detector en een audiofilter tussen de detector en de audioversterker.
Superheterodyne
Ontworpen in het begin van de jaren dertig om de meeste problemen van de vroege typen amateurradio-ontvangers te elimineren. Tegenwoordig wordt de superheterodyne-ontvanger gebruikt in vrijwel alle soorten radiodiensten, waaronder amateurradio, reclame, AM, FM en televisie. Het belangrijkste verschil met ontvangers met directe versterking is de conversie van het inkomende RF-signaal naar tussensignaal (IF).
HF versterker
Bevat LC-circuits die enige selectiviteit en beperkte versterking bieden bij de gewenste frequentie. De RF-versterker biedt ook twee extra voordelen in een superheterodyne-ontvanger. Ten eerste isoleert het de mixer- en lokale oscillatortrappen van de antennelus. Voor een radio-ontvanger is het voordeel dat verzwakteongewenste signalen tweemaal de gewenste frequentie.
Generator
Nodig om een sinusgolf met constante amplitude te produceren waarvan de frequentie verschilt van de binnenkomende draaggolf met een hoeveelheid die gelijk is aan de IF. De generator creëert oscillaties waarvan de frequentie hoger of lager kan zijn dan de drager. Deze keuze wordt bepaald door de bandbreedte en RF-afstemmingsvereisten. De meeste van deze knooppunten in MW-ontvangers en lage band amateur VHF-ontvangers genereren een frequentie boven de ingangsdraaggolf.
Mixer
Het doel van dit blok is om de frequentie van het binnenkomende draaggolfsignaal om te zetten in de frequentie van de IF-versterker. De mixer heeft 4 hoofduitgangen van 2 ingangen: f1, f2, f1+f 2, f1-f2. In een superheterodyne-ontvanger wordt alleen hun som of verschil gebruikt. Anderen kunnen storing veroorzaken als de juiste maatregelen niet worden genomen.
IF versterker
De prestaties van een IF-versterker in een superheterodyne-ontvanger kunnen het best worden beschreven in termen van versterking (GA) en selectiviteit. Over het algemeen worden deze parameters bepaald door de IF-versterker. De selectiviteit van de IF-versterker moet gelijk zijn aan de bandbreedte van het inkomende gemoduleerde RF-signaal. Als deze groter is, wordt elke aangrenzende frequentie overgeslagen en veroorzaakt interferentie. Aan de andere kant, als de selectiviteit te smal is, zullen sommige zijbanden worden afgekapt. Dit resulteert in een verlies van helderheid bij het afspelen van geluid via de luidspreker of hoofdtelefoon.
De optimale bandbreedte voor een kortegolfontvanger is 2300-2500 Hz. Hoewel sommige van de hogere zijbanden die bij spraak horen, zich uitstrekken tot meer dan 2500 Hz, heeft hun verlies geen significante invloed op het geluid of de informatie die door de operator wordt overgebracht. De selectiviteit van 400-500 Hz is voldoende voor de werking van de DW. Deze smalle bandbreedte helpt om elk aangrenzend frequentiesignaal te verwerpen dat de ontvangst zou kunnen verstoren. Hoger geprijsde amateurradio's gebruiken 2 of meer IF-versterkingsfasen voorafgegaan door een zeer selectief kristal of mechanisch filter. Deze lay-out maakt gebruik van LC-circuits en IF-converters tussen blokken.
De keuze van de middenfrequentie wordt bepaald door verschillende factoren, waaronder: versterking, selectiviteit en signaalonderdrukking. Voor de lage frequentiebanden (80 en 40 m) is de IF die in veel moderne amateurradio-ontvangers wordt gebruikt 455 kHz. IF-versterkers kunnen een uitstekende versterking en selectiviteit bieden van 400-2500 Hz.
Detectors en beatgenerators
Detectie, of demodulatie, wordt gedefinieerd als het proces waarbij audiofrequentiecomponenten worden gescheiden van een gemoduleerd draaggolfsignaal. De detectoren in superheterodyne-ontvangers worden ook secundair genoemd en de primaire is de mixerassemblage.
Auto Gain Control
Het doel van het AGC-knooppunt is om ondanks veranderingen in de invoer een constant uitgangsniveau te behouden. Radiogolven die zich voortplanten door de ionosfeerverzwakken en vervolgens intensiveren vanwege een fenomeen dat bekend staat als vervaging. Dit leidt tot een verandering in het ontvangstniveau aan de antenne-ingangen in een breed bereik van waarden. Aangezien de spanning van het gelijkgerichte signaal in de detector evenredig is met de amplitude van het ontvangen signaal, kan een deel ervan worden gebruikt om de versterking te regelen. Voor ontvangers die buis- of NPN-transistors gebruiken in de knooppunten voorafgaand aan de detector, wordt een negatieve spanning aangelegd om de versterking te verminderen. Versterkers en mixers die gebruikmaken van PNP-transistoren hebben een positieve spanning nodig.
Sommige hamradio's, vooral de betere getransistoriseerde, hebben een AGC-versterker voor meer controle over de prestaties van het apparaat. Automatische aanpassing kan verschillende tijdconstanten hebben voor verschillende signa altypes. De tijdconstante geeft de duur van de controle aan na het beëindigen van de uitzending. Tijdens de intervallen tussen frases zal de HF-ontvanger bijvoorbeeld onmiddellijk de volledige versterking hervatten, wat een vervelende uitbarsting van ruis zal veroorzaken.
Signaalsterkte meten
Sommige ontvangers en zendontvangers hebben een indicator die de relatieve sterkte van de uitzending aangeeft. Typisch wordt een deel van het gelijkgerichte IF-signaal van de detector toegevoerd aan een micro- of milliampèremeter. Als de ontvanger een AGC-versterker heeft, kan dit knooppunt ook worden gebruikt om de indicator te bedienen. De meeste meters zijn gekalibreerd in S-units (1 tot 9) die een verandering van ongeveer 6 dB in de ontvangen signaalsterkte vertegenwoordigen. De middelste waarde of S-9 wordt gebruikt om het niveau van 50 µV aan te geven. Bovenste halve schaalDe S-meter is gekalibreerd in decibel boven S-9, doorgaans tot 60 dB. Dit betekent dat de ontvangen signaalsterkte 60 dB hoger is dan 50 µV en gelijk is aan 50 mV.
De indicator is zelden nauwkeurig omdat veel factoren de prestaties beïnvloeden. Het is echter erg handig bij het bepalen van de relatieve intensiteit van inkomende signalen en bij het controleren of afstemmen van de ontvanger. In veel transceivers wordt de LED gebruikt om de status van apparaatfuncties aan te geven, zoals de uitgangsstroom van de RF-versterker en het RF-uitgangsvermogen.
Interferentie en beperkingen
Het is goed voor beginners om te weten dat elke ontvanger ontvangstproblemen kan ondervinden vanwege drie factoren: externe en interne ruis en storende signalen. Externe RF-interferentie, vooral onder de 20 MHz, is veel hoger dan interne interferentie. Alleen bij hogere frequenties vormen de ontvangerknooppunten een bedreiging voor extreem zwakke signalen. De meeste ruis wordt gegenereerd in het eerste blok, zowel in de RF-versterker als in de mixertrap. Er is veel moeite gedaan om de interferentie van de interne ontvanger tot een minimum te beperken. Het resultaat zijn ruisarme circuits en componenten.
Externe interferentie kan om twee redenen problemen veroorzaken bij het ontvangen van zwakke signalen. Ten eerste kan interferentie die door de antenne wordt opgepikt, de uitzending maskeren. Als deze zich in de buurt van of onder het inkomende ruisniveau bevindt, is ontvangst bijna onmogelijk. Sommige ervaren operators kunnen uitzendingen op de LW zelfs met zware interferentie ontvangen, maar de stem en andere amateursignalen zijn onder deze omstandigheden onbegrijpelijk.
