Samenstelling van ontvanger

redbox.gif (41 octets)

Een veel gebruikte werk methode om complexe samenstellingen uit te leggen is bij middel van blokken die elk een bepaald onder samenstel voorstellen. U zal merken dat bv een ontvanger onderanderen bestaat uit onderanderen een mengtrap, oscillator enz die telkens een blok ik het schema vormen.
Wat is nu een ontvanger ?

Een beetje uit verband zou men kunnen zeggen dat dit een verstrker is maar wel een bijzondere. Dit is wat te eenvoudig van voorstellen daar zoals te verwachten, een groot aantal onderdelen maken dat we met een ontvanger te maken hebben. Immer de signalen waar we mee werken zijn uitermaten klein en bovendien in een soort omslag, modulatie, verpakt is. Een signaal van pakweg 10 µV is inderdaad niet groot. Dus er is nogwat werk aan de winkel om het geluid hoorbaar te maken. Het is duidelijk, om toch wat te horen hebben we een laag frequent van millW tot watt nodig.
In eerste instantie moet het radio frequent (HF) voldoende groot zijn om het mogelijk te maken er het laag frequent (demodulatie of detectie) uit te halen. We zullen in eertse instantie omzetten te einde de detectie van het informatie signaal mogelijk te maken. Daarna versterken we opnieuw tot een vermogen geschikt voor de luisdsreken of wat dan ook.
Ontvangers zijn min of meer gelijkaardig. Het verschil zit hem vooral in het soort informatie die de modulatie zal bepalen (AM, FM, SSB data enz..). We gaan het ons niet te moeilijk maken en direct een de nog steeds (zal wel zo blijven) gebruikte superheterodyne ontvanger onder de "loep" nemen.
De superheterodyne ontvanger

Zo ziet het overzicht schema er uit. We zullen elk blok wat nader bestuderen door het volgen van het ontvangen signaal op de antenne. PM: op de antenne komen ALLE mogelijke RF signalen die op dat moment in de lucht en voldoende sterk op de antenne komen. Dus U merkt het, de antenne is belangrijk maar wordt elders bestudeerd (afgestemde antenne of niet en andere invloeden).
Het ontvange signaal op de antenne vloet naar de voorversterker. U moet het niet ver gaan zoeken, die doet niks anders dan het RF met een 10 à 15 db naar omhoog brengen. Mogelijk kan deze IN en UIT geschakeld worden. Soms zal je tevens een verzwakker al dan niet regelbaar vinden.

Een filter over een bepaalde band zal het signaal wat properder voor de menging maken.

Stel nu dat dit RF naar een passieve mengtrap gevoerd wordt (vb diode(s) ) dan mogen we een verzwakker van bv 10 db verwachten.

Le signal reÁu sur l'antenne va entrer dans l

Het resultaat na de mengtrap is een midden frequent van in ons geval 9000 kHz maar steeds een vaste waarde in frequentie. Door de verzwakking voordien (menging, filter) zullen we flink moeten versterken. Een 50 à 60 db of meer zal nodig zijn.

Enerzijds moet het midden frequent (MF) voldoende groot voor de detectie zijn (de detectie zelf en de verzwakking door de detectie) en voldoende ontdaan van niet nuttig signaal.

We hebben nu in ons geval geluid dat we willen beluisteren. Bij middel van een voldoende gevoelige weergever (hoofd telefoon) zouden we direct na de detectie het LF kunnen horen.

De ingangs voorversterker:

Een verduidelijking: U zal niet steeds dit onderdeel terug vinden. U moet weten dat voor de lagere HF banden een voorversterker minder zin heeft daar veel ruis ons plezier meestal dederft. De hogere HF banden, daar kunnen we ons voordeel mee doen. (hoger dan bv: 10 mHz). Het filter dat U merkt zal steeds verliezen veroorzaken. Het lijkt dus maar normaal dat we dit compenseren. Dit is eveneens waar voor de mengtrap. Opgepast: het gebruik van een voorversterker kan ook nadelig werken. Een saturatie (verzadiging) van de mengtrap kan voorkomen en hierdoor kunnen op de antenne niet aanwezige signalen doen ontstaan.(intermodulatie om het wat met indrukwekendheid te zeggen). Onthoud goed dat voorversterken niet steeds zaligmakend is. Daarom is deze kennis wel belangrijk. Wie is er nu geïnteresseerd in ruis ? Dit schema is een voorbeeld , andere kombinnaties bestaan.
Het filter :

De ruimte rondom ons bevat steeds meer en meer electromagnetische velden. Alle mogelijke diensten als navigatie, militair en noem maar op maken gebruik van radio uitzendingen. De ene al sterker dan de andere (bedenk maar de honderde kW van "broadcast"). een veevoud van signalen zullen op Uw antenne terecht komen. De meeste antennes zullen hier reeds een bepaalde selectie gaan doen door dat ze dan afgestemd is. Dit sluit niet uit dat andere signalen toch spanning op de aantenne verwekken. Sterke signalen kunnen ons het leven lastig maken. Ideaal zou zijn dat we over een filter beschikken die slechts een signaal, het gewenste , zou doorlaten. Door onze interesse kan de amateur, als hij dat wenst, redelijk dit doel benaderen. Commerciëel zit dat anders.
De mengtrap :

Bij de super heterodune ontvanger vinden we steeds een of meer mengtrappen. Het doel is om het gewenste signaal eenvoudiger verder te kunnen verwerken. Het door ons gewenste signaal dat eender welke frequentie uit onze toegelaten banden kan zijn hadden we graag op een gestandardiseerde manier verder bewerkt. De mentrap laat toe om het ontvange signaal om te vormen tot één met een VASTE frequentie. Het is duidelijk dat verder verwerken als versterken beter filteren enz... eenvoudiger wordt. De gebruiker hoeft geen regelingen meer te doen daar alles standaart verloopt.

Eén signaal is afkomstig van de ontvangst antenne. Het tweede wordt door de oscillator geleverd. De som of het verschil in frequentie levert het midden frequent FI dat steeds van zelfde frequentie is.

Noot: Indien het gaan om de som van beide frequenties dan spreken we van een supradyne. Anders hebben we het met een infradyne te doen.

We gaan dit nog eens met andere woorden uitleggen. Het midden frequent, IF of FI, wordt uit vast ingestelde versterkers samengesteld. Toch zullen alle door ons gewenste signalen na regeling naar de detector of demodulator gestuurd worden. We draaien aan de afstemknop en selecteren een andere frequentie en toch wordt dat ontvangen signaal door een VAST ingesteld systeem IF (intermediat frequency) verder bewerkt. Het is nodig dit goed te begrijpen. Een midden frequent moet dan ook goed gekozen worden. De industrie heeft dat voor ons gedaan doordat de huidige componenten complex geïntegreerd op deze keuze geproduceerd worden. Niks staat U in de weg indien U dat verkiest eigen cijfers te gaan gebruiken, maar ik denk dat je dat niet lang zal doen.

We gaan nu verder zien hoe een en ander in zijn werk gaat. Antenne signaal en oscillator leveren zoals gesteld het midden frequent. Wat cijfers zal wat duidelijkheid brengen.

  • De frequentie FI (IF) bedraagt 9 MHz
  • Stel het door ons gewenste signaal te beluisteren is 7,075 MHz
We eisen dat Fin + LO = 9 MHz of
Fin - LO = 9 MHz.
Dit laat ons nu toe om de frequentie van de lokale oscillator te bereken (LO).
LO= Fin + FI    weze LO= 7,075 + 9 + 16,075
LO= Fin - FI   weze LO = 7,075 - 9 = 1,925 MHz
Kijk eens aan, als we de LO frequentie veranderen dan zijn er TWEE signalen verschillend aan de eerste die voor ontvangst in aanmerking komen. Inderdaad wijzigen we LO dan is het verschil of som ook veranderd. ELK signaal op de antenne dat na aftrekken of optellen die 9 mHz als rezultaat hebben kunnen verder versterk of wat dan ook worden. Dit is nu de werking van een superheterodyne ontvanger. Vooral belangrijk is dat U inziet dat vanaf deze menging het eenvoudiger wordt om het signaal verder te versterken en demoduleren.
Nogmaals anders samengewat: Afstemmen op een ander gewenst signaal doet men door de lokale oscillator te regelen.
De lokale oscillator LO:

Voor de eenvoud wordt dit blok enkelvoudig voorgesteld. Een LO kan onderverdeeld worden door meerdere blokken en dit volgens het gebruikte type. De oscillator moet zoals gezegd, regelbaar zijn binnen een bepaalde grens. Men zal deze dan ook benoemen als VFO (Variable Frequency Oscillator).

U hebt er zeker al horen over spreken: "frequency synthesiser". Omdat meestal we graag op een eenvoudige manier de afstem frequentie willen aflezen wordt dit type oscillator (maar wel een complex type) dikwijls gebruikt. De technologie komt ons hier wel ter hulp door doorgedreven integratie.

Een vaste en zuivere kristal oscillator wordt met een veranderlijke oscillator (VFO) gemengd. DAt resultaat na filtering is ons LO signaal.

Het is logisch dat de zuiverheid van ons LO signaal mede de kwaliteit van de ontvanger bepalen. Dit is stof voor een ander hoofdstuk.

crx2.gif (1632 octets)
Het midden frequent IF :

Een zeer bijzonder onderdeel van de ontvanger. Hier bekomen we de maximum aan winst en selectiviteit en andere voordelen als AGC (automatic gain controle) , s Meter enz...

De selectiviteit :

Een ideaal IF zou enkel dat signaal waar we ontvangst van wensen door te laten en NIKS anders. Echter zoals steeds lukt dit maar ten dele. Andere RF signalen in de directe omgeving van dat gewenste kunnen min of meer doorgelaten worden en ons resultaat negatief beïnvloeden. We zullen filtr(s) gaan toepassen. De keuze van het filter hangt af van de gebruikte modulatie (CW, AM, SSB, FM...). Voor spraak in SSB (LSB of USB, wie kent het nog?) zou een breedte van 300 Hz tot 2,4 kHz en daar buiten niks meer perfect zijn. Afhankelijk van de kwaliteit van de ontvangers zal men een complexer systeem gaan gebruiken. Kwarts filters gebruik wordt aangewezen. In pricipe houdt niks ons tegen om meer dan één filter te gebruiken. Zelfs complexe keuze van filters in functie van het soort signaal is mogelijk. De keerzijde is toch de kostprijs.
De winst :

80 dB een gebruikelijke waarde maar men moet bedacht zijn dat het geheel niet gaat oscilleren. Want dan is alle moeite voor niks. Stabiliteit !!. U ziet aan de ingang dat een afgestemde kring het mogelijk maakt om het gewenste signaal uit het spectrum te halen. Men doet hier aan filtering. In ons voorbeeld is dat een 9 mHz signaal. Verder op kunnen we gaan versterken al dan niet samen met het gebruik van afgestemde kringen.
De "s" Meter :

Als we een sgnaal ontvangen hadden we toch ook graag geweten hoe sterk de ontvangst is (amateurs spreken graag van "s" punten. De sterkte van een signaal wordt op een logarithmische schaal afgelezen , schaal in "s" punten van 6 db gecalibreerd. Telken malen dat een ontvanst 4 maal in vermgen streker is wordt een "s" punt afgelezen. Weinig hoog wetenschappelijk want men zal maar het niveau van het AGC signaal meten en uitdrukken in "s" punten. We kunnen enkel zeggen dat een signaal zoveel punten beter of minder ontvangen wordt dan een vergelijkend signaal. Immers wat er op de antenne komt en dan nog de invloed van voorversterker laten ons volledig onwetend. Belangrijk, U doet enkel vergelijkende metingen...
De AGC:

Een afkorting van "Automatic Gain Controle" of automatische winst regeling. Zonder dit onderdeel zou een zwak antenne signaal maar flauwtjes in onze oren klinken. Sterke ontvangst zou ons plots zowat doof maken (ook niet gewenst). Men kan erom glimlachen maar als U over de band zou draaien zonder AGC dan merkt U wel wat ik bedoel. Merk wel dat dit verhaal geldt voor CW, AM en SSB . Telkenmale zou U het volume met de hand moeten bijstellen. Wat doet men dan: de versterkers kunnen door verandering op de instelling geregeld worden dat door een electrische spanning. Door nu de max versterking volgens het zwakste nog nuttige niveau op de antenne te kiezen en de andere signalen min of meer te versterken volgens hun niveau zal het signaal min of meer gelijk aan de detectie toegevoerd worden. Anders uitgedrukt., op het einde van de IF zal het niveau van dit signaal dienen om de versterking van meerdere actieve kringen bij te stellen en dit op een zodanige manier dat het te detecteren signaal ongeveer constant blijft. In theorie gaat dit prima, de praktijk kan anders uitvallen. Enige kennis van dit verhaal laat toe om als een regelbare "RF" versterker gebruikt wordt dit onderdeel oordeelkundig te gebruiken. Veel mensen maken weinig van dit middel gebruik en toch zou men het ruisniveau opvallen kunnen verminderen. De praktijk maakt dit duidelijk.
De versdhrikkelijke 'spiegel frequnetie (spook) :

Men hoort er dikwijls over praten en met reden. Wat hieronder volgt zal wel verduidelijken.
crx3.gif (1825 octets)
Bekijk goed het schema links. Het is maar een voorstelling want op de antenne komen veel niet gewenste signalen. De oscillator draait op 10 mHz. Het IF midden frequent bedraagt 4 mHz. Een signaal op 14 mHz of een op 6 mHz zullen beiden een 4 mHz IF signaal geven. Wat nu, want een van beiden moeten we niet hebben. Bij menging onstaan ook resultaten van som frequentie maar dit liggen op respectievelijk op 24 en 16 mHz.

Hebt U opgemerkt dat beide signalen langs weerszijde van de LO frequentie liggen? Of beter nog dat de afstand tussen beide signalen tweemaal de IF frequentie is. Voor de 6 mHz is de 14 mHz de spiegel frequentie.

In elk geval zitten we met een probleem dat eigen is aan de toepassing van het superheterodyne princiep.

Een eenvoudig maar toch niet voor de hand liggende oplossing is filteren aan de ingang. Dit filter MOET een goed gekozen doorlaatband bezitten en daar vringt het schoentje.

Maar stel nu dat we gebruik maken van een hoog in frequentie MF (IF) .
Stel, zoals veel gebruikt bv 70 mHz en maak hoger voorbeeld af met dit nieuwe cijfer. Frequentie op 2 maal de frequentie van LO zouden het zelfde als hoger reageren. U, opmerkzaam als U bent ziet dat de spiegel frequentie veel te ver af gelegen is om nog problemen te veroorzaken. Tevens is bouw en regelen van filters voor hogere frequentie eenvoudiger.

De detectie :

Als alles goed ging hebben we nu een sterk en zuiver signaal IF. We hoeven enkel dit signaal naar het gebruiks formaal om te zetten (spraak ...) . We gaan dat nuttig signaal "detecteren" of omzetten. Volgens het soort modulatie dat het nuttig signaal had ondergaan moeten we nu het omgekeerde doen, namelijk demoduleren of detectie toepassen. Het is goed om het hoofdstuk over de modulatie en demodulatie te herzien.
Laagfrequent voor en vermogen versterker :

Al dat werk tot hiertoe gedaan help ons niet verder daar het signaal dat we bekoimen hebben nog steeds niet voor ons gehoor geschikt is. Zoals reeds gesteld moet nog een versterking gebeuren. Hoeveel ? dat hangt er van af: daarom.. We zullen na de detectie meestal het LF nog wat gaan versterken. Soms zal nog een filtering (LF) gebeuren. Als U de detectie herlezen het begrijp je dat het signaal inderdaad nog klein is. Voor spraak zou het hier kunnen volstaan indien we direct en liefst hoogohmig gaan beluisteren. Er is niet veel vermogen bij detectie beschikbaar vandaar dat een gevoelige omzetting naar audie moet. In het andere geval is het nodig om vermogen aan dat gedetecteerd signaal te gaan toevoegen. Comfortabel luisteren kan 2 à 5 Watt vergen. (minder kan, het is maar hoe het niveau je bevalt.
Nota : Tot hier hebben we de enkelvoudige superheterodyne gebruikt. (één enkel IF of midden frequent.) Naar wens kunnen meer dan een omzetting naar IF plaats hebben. Volgens kwaliteit en cocept weet de constructeur wel hoe hij tewerk gaat.
De ontvanger met directe omzetting:
Het schema hieronder stelt zo een opzet voor: Als U de cijfers van de RF signalen en oscillator bekijkt dan merkt U dat het verschil frequentie AUDIO is. Men doet hier een detectie van een SSB signaal. Herlees het deel over SSB. Anders uitgedruk kan men zeggen dat het midden frequent nu laag frequent is. Mooi, dit oogt eenvoudig en is het in principe ook. Hebben we nu werkelijk geen detectie ? Naar mijn gevoel is er geen verschil dan alleen het gebruik van de modulatie principes.

Doordenkers: Gaat het om een morse of CW signaal dan hoeft men enkel de oscillator zo te kiezen dat het resultaat de gewenste toon heeft. Gaat het om een in amplitude gemoduleerd signaal dan hoeven we er maar aan te denken dat naast de audio info van een AM signaal er tevens twee zijbanden geproduceerd worden. Als de OL frequentie met zorg geregeld wordt ontstaat door menging een zweving identiek aan het laag frequent, mooi, toch het principe.

 

crx4.gif (2508 octets)
Het spreekt voor zich dat voorversterker en filtering ook hun belang hebben en eigenlijk de zaak niet eenvoudiger maken. Om een degelijk laag frequent te bekomen moet een voldoende eisen voldaan worden.
Op het schema ziet U dat het midden frequent verdwenen is. Verder dat staat de LO op een frequentie gelegen dicht bij dit van het antenne signaal.. Dit is het specifieke aan dit soort ontvanger. U moet het goed weten en begrijpen: de frequentie omzetting gebeurt naar het audio gebied. Ter verduidelijking: U ontvangt een puur RF zonder enige modulatie van 7075 kHz. Verder stemt U de oscillator af op 7074 kHz. Door zweving (menging) ontstaan naar de som het verschil 7075 - 7074 = 1kHz. Het is dit fluitsignaal dat men uiteindelijk zal horen.

Weet dat de som frequentie omdat deze veel te groot is er zo wordt uitgefilterd (meer dan 14 mHz).

Hoe kan het anders, er is ook wel een nadeel of moeilijkheid aan deze werkwijze. Stel we plaatsen de LO (lokale oscillator) op 7076 kHzdan bekomen we eveneens 1 kHz als zweving. We detecteren met dit type oscillator de twee zijbanden.

Tevens kan doordat het LF sterk versterkt en het gebruik van een beperkt aantal onderdelen het geheel zal oscilleren. Zelf kan een mechanische schok Uw ontvanger ongenietbaar door die oscillatie worden.

Waarom is dit soort ontvanger dan toch nog interessant ?

- Kostprijs. geen kwarts filter , IF ...

- Zijn eenvoud van constructie vooral.

- Met wat meeval ondervindt U weinig vervorming en het geluid zal glas helder klinken.

Reeds vemeld maar toch belangrijk. Uw ontvanger beschikt meestal over een meettoestel dat U aangaande het relatieve niveau van het ingangs signaal zal informeren. Men meet hiertoe het AGC (autmatic gain) of AVC (automatische volume controle) van de ontvangst. Welk streepje hoeveel micro Volt op de antenne betekend heeft minder belang (dit zou dan een absolute meting zijn en U beschikt dan over een veldsterkte meter). Als U weet dat naar een volgend streepje er 6 db verschil in niveau zit dan beschikt U over een goed relatie meettoestel geijkt in "s" punten.
Die 6 db of een "s" punt komt niet zomaar uit de luscht vallen. Hierover bestaan internationale afspraken in de schoot van O.A. IARU (international Amateur Radio Union) opdat iedereen de zelfde taal zou spreken. (één s punt hier is even groot dan een s punt in Australië. Indien Uw toestel deze afspraak respecteert dan mag U zich gelukkig wanen. Meestal is de tolerantie bijna evengroot dan de waarden. Dus, vergeet het, uw s meter is geen meting...  
Waarden in punten "S" Decametrische banden (HF) Banden 144 MHz en >
dBm 50W spanning/50W dBm 50W spanning/50W
1 - 121 0,2 µV - 141 0,02 µV
2 - 115 0,4 µV - 135 0,04 µV
3 - 109 0,8 µV - 129 0,08 µV
4 - 103 1,6 µV  - 123  0,16 µV
5 - 97 3,15 µV - 117 0,315 µV
6 - 91 6,3 µV - 111 0,63 µV
7 - 85 12,5 µV - 105  1,25 µV
8 - 79 25 µV - 99 2,5 µV
9 - 73 50 µV - 93 5 µV
 
Tot zover de algemeenheden aangaande de ontvanger. Een aanrader, herlees de hoofdstukken over ruis, interceptie punt en U kan met een geruste ziel zeggen dat Uw kennis over dit onderwerp niet ondermaats is. Bovendien zal die kennis U instaat stellen om goed gewapend in kennis over dit onderwerp een keuze van apparatuur kunnen maken. Wat niet wil zeggen dat hiermee alles over dit onderwerp verteld is.