Amatérská rádiová anténa přijímá stovky a tisíce rádiových signálů současně. Jejich frekvence se mohou lišit v závislosti na přenosu na dlouhých, středních, krátkých, ultrakrátkých vlnách a televizních pásmech. Mezi tím fungují amatérské, vládní, komerční, námořní a další stanice. Amplitudy signálů aplikovaných na anténní vstupy přijímače se mění od méně než 1 μV do mnoha milivoltů. Amatérské rádiové kontakty se vyskytují na úrovních řádově několika mikrovoltů. Účel amatérského přijímače je dvojí: vybrat, zesílit a demodulovat požadovaný rádiový signál a odfiltrovat všechny ostatní. Přijímače pro radioamatéry jsou k dispozici samostatně i jako součást transceiveru.
Hlavní součásti přijímače
Ham radiopřijímače musí být schopny zachytit extrémně slabé signály a oddělit je od hluku a silných stanic, které jsou vždy ve vysílání. Zároveň je nutná dostatečná stabilita pro jejich udržení a demodulaci. Obecně platí, že výkon (a cena) rádiového přijímače závisí na jeho citlivosti, selektivitě a stabilitě. S provozem souvisí i další faktoryvlastnosti zařízení. Patří mezi ně frekvenční pokrytí a čtení, demodulační nebo detekční režimy pro LW, MW, HF, VHF rádia, požadavky na napájení. Přestože se přijímače liší složitostí a výkonem, všechny podporují 4 základní funkce: příjem, selektivitu, demodulaci a přehrávání. Některé zahrnují také zesilovače pro zesílení signálu na přijatelnou úroveň.
Recepce
Toto je schopnost přijímače zpracovat slabé signály zachycené anténou. U rádiového přijímače tato funkce souvisí především s citlivostí. Většina modelů má několik stupňů zesílení potřebných ke zvýšení výkonu signálu z mikrovoltů na volty. Celkový zisk přijímače tedy může být v řádu milionů ku jedné.
Pro začínající radioamatéry je užitečné vědět, že citlivost přijímače je ovlivněna elektrickým šumem generovaným v obvodech antény a v samotném zařízení, zejména ve vstupních a RF modulech. Vznikají tepelným buzením molekul vodičů a v součástech zesilovačů, jako jsou tranzistory a elektronky. Obecně je elektrický šum nezávislý na frekvenci a zvyšuje se s teplotou a šířkou pásma.
Jakékoli rušení přítomné na anténních svorkách přijímače je zesíleno spolu s přijímaným signálem. Citlivost přijímače je tedy omezena. Většina moderních modelů umožňuje odebírat 1 mikrovolt nebo méně. Mnoho specifikací definuje tuto vlastnost vmikrovolty pro 10 dB. Například citlivost 0,5 µV pro 10 dB znamená, že amplituda šumu generovaného v přijímači je asi o 10 dB nižší než u signálu 0,5 µV. Jinými slovy, hladina šumu přijímače je asi 0,16 μV. Jakýkoli signál pod touto hodnotou bude pokryt a nebude slyšet v reproduktoru.
Při frekvencích do 20–30 MHz je vnější hluk (atmosférický a antropogenní) obvykle mnohem vyšší než vnitřní hluk. Většina přijímačů je dostatečně citlivá na to, aby zpracovala signály v tomto frekvenčním rozsahu.
Selektivita
Toto je schopnost přijímače naladit se na požadovaný signál a odmítnout nežádoucí. Přijímače používají vysoce kvalitní LC filtry, aby propustily pouze úzké pásmo frekvencí. Pro eliminaci nežádoucích signálů je tedy nezbytná šířka pásma přijímače. Selektivita mnoha DV přijímačů je v řádu několika stovek hertzů. To stačí k odfiltrování většiny signálů blízkých pracovní frekvenci. Všechny radioamatérské přijímače HF a MW musí mít selektivitu asi 2500 Hz pro amatérský příjem hlasu. Mnoho LW/HF přijímačů a transceiverů používá přepínatelné filtry k zajištění optimálního příjmu jakéhokoli typu signálu.
Demodulace nebo detekce
Jedná se o proces oddělení nízkofrekvenční složky (zvuku) od příchozího modulovaného nosného signálu. Demodulační obvody využívají tranzistory nebo elektronky. Dva nejběžnější typy detektorů používané v RFpřijímače, je dioda pro LW a MW a ideální směšovač pro LW nebo HF.
Přehrávání
Konečným procesem příjmu je přeměna detekovaného signálu na zvuk, který je přiváděn do reproduktoru nebo sluchátek. Typicky se pro zesílení slabého výstupu detektoru používá stupeň s vysokým ziskem. Výstup audio zesilovače je poté přiveden do reproduktoru nebo sluchátek pro přehrávání.
Většina radioamatérů má interní reproduktor a výstupní konektor pro sluchátka. Jednoduchý jednostupňový audio zesilovač vhodný pro ovládání sluchátek. Reproduktor obvykle vyžaduje 2- nebo 3-stupňový audio zesilovač.
Jednoduché přijímače
První přijímače pro radioamatéry byly nejjednodušší zařízení, která se skládala z oscilačního obvodu, krystalového detektoru a sluchátek. Mohli přijímat pouze místní rozhlasové stanice. Krystalový detektor však není schopen správně demodulovat LW nebo SW signály. Navíc citlivost a selektivita takového schématu je nedostatečná pro radioamatérskou práci. Můžete je zvýšit přidáním audio zesilovače k výstupu detektoru.
Rádio s přímým zesilovačem
Citlivost a selektivitu lze zlepšit přidáním jednoho nebo více stupňů. Tento typ zařízení se nazývá přijímač s přímým zesílením. Mnoho komerčních CB přijímačů z 20. a 30. let použil toto schéma. Některé z nich měly k dispozici 2-4 stupně zesílenípožadovaná citlivost a selektivita.
Přijímač přímé konverze
Toto je jednoduchý a oblíbený přístup k odběru LW a HF. Vstupní signál je přiváděn do detektoru spolu s RF z generátoru. Frekvence druhé je o něco vyšší (nebo nižší) než první, takže lze získat takt. Pokud je například vstup 7155,0 kHz a RF oscilátor je nastaven na 7155,4 kHz, pak smícháním v detektoru vznikne zvukový signál 400 Hz. Ten vstupuje do vysokoúrovňového zesilovače přes velmi úzký zvukový filtr. Selektivita u tohoto typu přijímače je dosažena pomocí oscilačních LC obvodů před detektorem a audio filtru mezi detektorem a audio zesilovačem.
Superheterodyn
Navrženo na počátku 30. let 20. století k odstranění většiny problémů, kterým čelily rané typy amatérských rádiových přijímačů. Dnes se superheterodynní přijímač používá prakticky ve všech typech rozhlasových služeb, včetně amatérského rádia, reklamy, AM, FM a televize. Hlavním rozdílem od přijímačů s přímým zesílením je konverze příchozího RF signálu na mezilehlý signál (IF).
HF zesilovač
Obsahuje LC obvody, které poskytují určitou selektivitu a omezené zesílení na požadované frekvenci. RF zesilovač také poskytuje dvě další výhody v superheterodynním přijímači. Nejprve izoluje stupně směšovače a lokálního oscilátoru od anténní smyčky. U rádiového přijímače je výhodou tlumenýnežádoucí signály dvojnásobek požadované frekvence.
Generátor
Potřebné k vytvoření sinusovky s konstantní amplitudou, jejíž frekvence se liší od příchozí nosné o hodnotu rovnající se IF. Generátor vytváří oscilace, jejichž frekvence může být vyšší nebo nižší než nosná. Tato volba je určena požadavky na šířku pásma a RF ladění. Většina těchto uzlů v MW přijímačích a nízkopásmových amatérských VHF přijímačích generuje frekvenci nad vstupní nosnou.
Mixér
Účelem tohoto bloku je převést frekvenci příchozího nosného signálu na frekvenci mezifrekvenčního zesilovače. Směšovač vydává 4 hlavní výstupy ze 2 vstupů: f1, f2, f1+f 2, f1-f2. V superheterodynním přijímači se používá pouze jejich součet nebo rozdíl. Jiné mohou způsobit rušení, pokud nebudou přijata správná opatření.
IF zesilovač
Výkon mezifrekvenčního zesilovače v superheterodynním přijímači je nejlépe popsán z hlediska zisku (GA) a selektivity. Obecně řečeno, tyto parametry jsou určeny mezifrekvenčním zesilovačem. Selektivita mezifrekvenčního zesilovače se musí rovnat šířce pásma příchozího modulovaného RF signálu. Pokud je větší, pak je jakákoli sousední frekvence přeskočena a způsobuje rušení. Na druhou stranu, pokud je selektivita příliš úzká, dojde k oříznutí některých postranních pásem. To má za následek ztrátu čistoty při přehrávání zvuku přes reproduktor nebo sluchátka.
Optimální šířka pásma pro krátkovlnný přijímač je 2300–2500 Hz. Přestože některá vyšší postranní pásma spojená s řečí přesahují 2500 Hz, jejich ztráta výrazně neovlivňuje zvuk nebo informace přenášené operátorem. Pro provoz DW je dostatečná selektivita 400–500 Hz. Tato úzká šířka pásma pomáhá odmítnout jakýkoli sousední frekvenční signál, který by mohl rušit příjem. Amatérská rádia s vyšší cenou používají 2 nebo více IF stupňů zesílení, kterým předchází vysoce selektivní krystalový nebo mechanický filtr. Toto rozložení používá LC obvody a IF převodníky mezi bloky.
Volba mezifrekvence je určena několika faktory, které zahrnují: zisk, selektivitu a potlačení signálu. Pro nízkofrekvenční pásma (80 a 40 m) je IF používaný v mnoha moderních radioamatérských přijímačích 455 kHz. Mezifrekvenční zesilovače mohou poskytnout vynikající zisk a selektivitu od 400 do 2500 Hz.
Detektory a generátory rytmu
Detekce neboli demodulace je definována jako proces oddělení audiofrekvenčních složek od modulovaného nosného signálu. Detektory v superheterodynních přijímačích se také nazývají sekundární a primární je sestava směšovače.
Automatické ovládání zisku
Účelem AGC uzlu je udržovat konstantní výstupní úroveň navzdory změnám na vstupu. Rádiové vlny šířící se ionosférouzeslabit a poté zesílit v důsledku jevu známého jako vyblednutí. To vede ke změně úrovně příjmu na anténních vstupech v širokém rozsahu hodnot. Vzhledem k tomu, že napětí usměrněného signálu v detektoru je úměrné amplitudě přijímaného signálu, lze jeho část použít k řízení zesílení. U přijímačů používajících elektronkové nebo NPN tranzistory v uzlech před detektorem je aplikováno záporné napětí pro snížení zisku. Zesilovače a směšovače používající PNP tranzistory vyžadují kladné napětí.
Některá amatérská rádia, zvláště ta lepší tranzistorová, mají AGC zesilovač pro větší kontrolu nad výkonem zařízení. Automatické nastavení může mít různé časové konstanty pro různé typy signálů. Časová konstanta udává dobu trvání kontroly po ukončení vysílání. Například během intervalů mezi frázemi HF přijímač okamžitě obnoví plný zisk, což způsobí nepříjemný výbuch šumu.
Měření síly signálu
Některé přijímače a transceivery mají indikátor, který ukazuje relativní sílu vysílání. Typicky je část usměrněného IF signálu z detektoru aplikována na mikro- nebo miliampérmetr. Pokud má přijímač AGC zesilovač, pak lze tento uzel použít i k ovládání indikátoru. Většina měřidel je kalibrována v S-jednotkách (1 až 9), které představují přibližně 6 dB změnu síly přijímaného signálu. Střední hodnota nebo S-9 se používá k indikaci úrovně 50 µV. Horní polovina stupniceS-metr je kalibrován v decibelech nad S-9, typicky do 60 dB. To znamená, že síla přijímaného signálu je o 60 dB vyšší než 50 µV a rovná se 50 mV.
Ukazatel je zřídka přesný, protože jeho výkon ovlivňuje mnoho faktorů. Je však velmi užitečný při určování relativní intenzity příchozích signálů a při kontrole nebo ladění přijímače. V mnoha transceiverech se LED používá k zobrazení stavu funkcí zařízení, jako je výstupní proud RF zesilovače a výstupní výkon RF.
Rušení a omezení
Pro začátečníky je dobré vědět, že jakýkoli přijímač může mít potíže s příjmem kvůli třem faktorům: vnějšímu a vnitřnímu šumu a rušivým signálům. Vnější RF rušení, zejména pod 20 MHz, je mnohem vyšší než vnitřní rušení. Přijímací uzly ohrožují extrémně slabé signály pouze na vyšších frekvencích. Většina šumu je generována v prvním bloku, a to jak ve vf zesilovači, tak ve fázi směšovače. Bylo vynaloženo velké úsilí na snížení vnitřního rušení přijímače na minimální úroveň. Výsledkem jsou nízkošumové obvody a součástky.
Externí rušení může způsobit problémy při příjmu slabého signálu ze dvou důvodů. Za prvé, rušení zachycené anténou může maskovat vysílání. Pokud je tato úroveň blízko nebo pod úrovní příchozího hluku, příjem je téměř nemožný. Někteří zkušení operátoři mohou přijímat vysílání na LW i při silném rušení, ale hlas a další amatérské signály jsou za těchto podmínek nesrozumitelné.
