Un'antenna radioamatoriale riceve centinaia e migliaia di segnali radio simultaneamente. Le loro frequenze possono variare a seconda della trasmissione su onde lunghe, medie, corte, ultracorte e sulle bande televisive. Nel mezzo operano stazioni amatoriali, governative, commerciali, marittime e di altro tipo. Le ampiezze dei segnali applicati agli ingressi dell'antenna del ricevitore variano da meno di 1 μV a molti millivolt. I contatti radioamatoriali si verificano a livelli dell'ordine di pochi microvolt. Lo scopo di un ricevitore amatoriale è duplice: selezionare, amplificare e demodulare il segnale radio desiderato e filtrare tutti gli altri. I ricevitori per radioamatori sono disponibili sia separatamente che come parte del ricetrasmettitore.
Componenti principali del ricevitore
I ricevitori radioamatoriali devono essere in grado di captare segnali estremamente deboli, separandoli dal rumore e dalle stazioni potenti che sono sempre in onda. Allo stesso tempo, è necessaria una stabilità sufficiente per la loro conservazione e demodulazione. In generale, le prestazioni (e il prezzo) di un ricevitore radio dipendono dalla sua sensibilità, selettività e stabilità. Ci sono altri fattori legati all'operativitàcaratteristiche del dispositivo. Questi includono la copertura della frequenza e le modalità di lettura, demodulazione o rilevamento per radio LW, MW, HF, VHF, requisiti di alimentazione. Sebbene i ricevitori varino per complessità e prestazioni, supportano tutti 4 funzioni di base: ricezione, selettività, demodulazione e riproduzione. Alcuni includono anche amplificatori per aumentare il segnale a livelli accettabili.
Ricevimento
Questa è la capacità del ricevitore di gestire i deboli segnali captati dall'antenna. Per un ricevitore radio, questa funzionalità è principalmente correlata alla sensibilità. La maggior parte dei modelli ha diversi stadi di amplificazione necessari per aumentare la potenza del segnale da microvolt a volt. Pertanto, il guadagno complessivo del ricevitore può variare da un milione a uno.
È utile per i radioamatori alle prime armi sapere che la sensibilità del ricevitore è influenzata dal rumore elettrico generato nei circuiti dell'antenna e nel dispositivo stesso, in particolare nei moduli di ingresso e RF. Derivano dall'eccitazione termica delle molecole conduttrici e nei componenti dell'amplificatore come transistor e tubi. In generale, il rumore elettrico è indipendente dalla frequenza e aumenta con la temperatura e la larghezza di banda.
Qualsiasi interferenza presente ai terminali dell'antenna del ricevitore viene amplificata insieme al segnale ricevuto. Pertanto, c'è un limite alla sensibilità del ricevitore. La maggior parte dei modelli moderni ti consente di prendere 1 microvolt o meno. Molte specifiche definiscono questa caratteristica inmicrovolt per 10 dB. Ad esempio, una sensibilità di 0,5 µV per 10 dB significa che l'ampiezza del rumore generato nel ricevitore è di circa 10 dB inferiore al segnale di 0,5 µV. In altre parole, il livello di rumore del ricevitore è di circa 0,16 μV. Qualsiasi segnale al di sotto di questo valore sarà coperto da loro e non sarà ascoltato dall' altoparlante.
A frequenze fino a 20-30 MHz, il rumore esterno (atmosferico e antropico) è generalmente molto più alto del rumore interno. La maggior parte dei ricevitori è sufficientemente sensibile per elaborare i segnali in questa gamma di frequenze.
Selettività
Questa è la capacità del ricevitore di sintonizzarsi sul segnale desiderato e rifiutare quelli indesiderati. I ricevitori utilizzano filtri LC di alta qualità per far passare solo una banda stretta di frequenze. Pertanto, la larghezza di banda del ricevitore è essenziale per eliminare i segnali indesiderati. La selettività di molti ricevitori DV è dell'ordine di diverse centinaia di hertz. Questo è sufficiente per filtrare la maggior parte dei segnali vicini alla frequenza operativa. Tutti i ricevitori radioamatori HF e MW devono avere una selettività di circa 2500 Hz per la ricezione vocale amatoriale. Molti ricevitori e ricetrasmettitori LW/HF utilizzano filtri commutabili per garantire una ricezione ottimale di qualsiasi tipo di segnale.
Demodulazione o rilevamento
Questo è il processo di separazione della componente a bassa frequenza (suono) dal segnale portante modulato in ingresso. I circuiti di demodulazione utilizzano transistor o tubi. I due tipi più comuni di rivelatori utilizzati in RFricevitori, è un diodo per LW e MW e un mixer ideale per LW o HF.
Riproduzione
Il processo finale di ricezione sta convertendo il segnale rilevato in suono da inviare all' altoparlante o alle cuffie. Tipicamente, uno stadio ad alto guadagno viene utilizzato per amplificare l'uscita debole del rivelatore. L'uscita dell'amplificatore audio viene quindi inviata a un altoparlante o alle cuffie per la riproduzione.
La maggior parte delle radioamatori ha un altoparlante interno e un jack di uscita per le cuffie. Un semplice amplificatore audio monostadio adatto al funzionamento in cuffia. L' altoparlante richiede solitamente un amplificatore audio a 2 o 3 stadi.
Ricevitori semplici
I primi ricevitori per radioamatori erano i dispositivi più semplici che consistevano in un circuito oscillatorio, un rivelatore di cristalli e cuffie. Potevano ricevere solo stazioni radio locali. Tuttavia, un rivelatore di cristalli non è in grado di demodulare correttamente i segnali LW o SW. Inoltre, la sensibilità e la selettività di un tale schema sono insufficienti per il lavoro radioamatoriale. Puoi aumentarli aggiungendo un amplificatore audio all'uscita del rivelatore.
Radio amplificata diretta
La sensibilità e la selettività possono essere migliorate aggiungendo uno o più stadi. Questo tipo di dispositivo è chiamato ricevitore ad amplificazione diretta. Molti ricevitori CB commerciali degli anni '20 e '30 utilizzato questo schema. Alcuni di loro avevano 2-4 stadi di amplificazione da otteneresensibilità e selettività richieste.
Ricevitore a conversione diretta
Questo è un approccio semplice e popolare per prendere LW e HF. Il segnale di ingresso viene inviato al rivelatore insieme alla RF dal generatore. La frequenza di quest'ultimo è leggermente superiore (o inferiore) rispetto al primo, in modo da poter ottenere un battito. Ad esempio, se l'ingresso è 7155,0 kHz e l'oscillatore RF è impostato su 7155,4 kHz, il missaggio nel rivelatore produce un segnale audio a 400 Hz. Quest'ultimo entra nell'amplificatore di alto livello attraverso un filtro sonoro molto stretto. La selettività in questo tipo di ricevitore si ottiene utilizzando circuiti LC oscillatori davanti al rivelatore e un filtro audio tra il rivelatore e l'amplificatore audio.
Supereterodina
Progettato all'inizio degli anni '30 per eliminare la maggior parte dei problemi incontrati dai primi tipi di ricevitori radioamatoriali. Oggi, il ricevitore supereterodina viene utilizzato praticamente in tutti i tipi di servizi radio, inclusi radioamatori, commerciali, AM, FM e televisione. La principale differenza rispetto ai ricevitori ad amplificazione diretta è la conversione del segnale RF in ingresso in segnale intermedio (IF).
Amplificatore HF
Contiene circuiti LC che forniscono selettività e guadagno limitato alla frequenza desiderata. L'amplificatore RF offre anche due ulteriori vantaggi in un ricevitore supereterodina. Innanzitutto, isola gli stadi del mixer e dell'oscillatore locale dal loop dell'antenna. Per un ricevitore radio, il vantaggio è quello attenuatosegnali indesiderati il doppio della frequenza desiderata.
Generatore
Necessario per produrre un'onda sinusoidale ad ampiezza costante la cui frequenza differisca dalla portante in ingresso di una quantità pari a IF. Il generatore crea oscillazioni, la cui frequenza può essere superiore o inferiore alla portante. Questa scelta è determinata dalla larghezza di banda e dai requisiti di sintonia RF. La maggior parte di questi nodi nei ricevitori MW e nei ricevitori VHF amatoriali a banda bassa genera una frequenza al di sopra della portante di ingresso.
Miscelatore
Lo scopo di questo blocco è convertire la frequenza del segnale portante in ingresso nella frequenza dell'amplificatore IF. Il mixer emette 4 uscite principali da 2 ingressi: f1, f2, f1+f 2, f1-fa2. In un ricevitore supereterodina, viene utilizzata solo la loro somma o differenza. Altri possono causare interferenze se non vengono prese le misure adeguate.
amplificatore IF
Le prestazioni di un amplificatore IF in un ricevitore supereterodina sono meglio descritte in termini di guadagno (GA) e selettività. In generale, questi parametri sono determinati dall'amplificatore IF. La selettività dell'amplificatore IF deve essere uguale alla larghezza di banda del segnale RF modulato in ingresso. Se è maggiore, qualsiasi frequenza adiacente viene s altata e provoca interferenza. Se invece la selettività è troppo stretta, alcune bande laterali verranno tagliate. Ciò si traduce in una perdita di nitidezza durante la riproduzione dell'audio tramite l' altoparlante o le cuffie.
La larghezza di banda ottimale per un ricevitore a onde corte è 2300–2500 Hz. Sebbene alcune delle bande laterali superiori associate al parlato si estendano oltre i 2500 Hz, la loro perdita non influisce in modo significativo sul suono o sulle informazioni trasmesse dall'operatore. La selettività di 400–500 Hz è sufficiente per il funzionamento del DW. Questa larghezza di banda ridotta aiuta a rifiutare qualsiasi segnale di frequenza adiacente che potrebbe interferire con la ricezione. I radioamatori più costosi utilizzano 2 o più stadi di guadagno IF preceduti da un cristallo altamente selettivo o da un filtro meccanico. Questo layout utilizza circuiti LC e convertitori IF tra i blocchi.
La scelta della frequenza intermedia è determinata da diversi fattori, che includono: guadagno, selettività e soppressione del segnale. Per le bande di bassa frequenza (80 e 40 m), l'IF utilizzato in molti moderni ricevitori per radioamatori è 455 kHz. Gli amplificatori IF possono fornire un eccellente guadagno e selettività da 400-2500 Hz.
Rivelatori e generatori di battiti
Il rilevamento, o demodulazione, è definito come il processo di separazione delle componenti di frequenza audio da un segnale portante modulato. I rivelatori nei ricevitori supereterodina sono anche chiamati secondari e il primario è il gruppo mixer.
Controllo guadagno automatico
Lo scopo del nodo AGC è di mantenere un livello di uscita costante nonostante i cambiamenti nell'input. Onde radio che si propagano attraverso la ionosferaattenuare quindi intensificare a causa di un fenomeno noto come sbiadimento. Ciò comporta una modifica del livello di ricezione agli ingressi dell'antenna in un'ampia gamma di valori. Poiché la tensione del segnale raddrizzato nel rivelatore è proporzionale all'ampiezza di quello ricevuto, una parte di esso può essere utilizzata per controllare il guadagno. Per i ricevitori che utilizzano tubi o transistor NPN nei nodi che precedono il rivelatore, viene applicata una tensione negativa per ridurre il guadagno. Amplificatori e mixer che utilizzano transistor PNP richiedono una tensione positiva.
Alcuni radioamatori, specialmente quelli a transistor meglio, hanno un amplificatore AGC per un maggiore controllo sulle prestazioni del dispositivo. La regolazione automatica può avere diverse costanti di tempo per diversi tipi di segnale. La costante di tempo specifica la durata del controllo dopo la fine della trasmissione. Ad esempio, durante gli intervalli tra le frasi, il ricevitore HF riprenderà immediatamente il pieno guadagno, causando un fastidioso scoppio di rumore.
Misurare la potenza del segnale
Alcuni ricevitori e ricetrasmettitori hanno un indicatore che indica la potenza relativa della trasmissione. Tipicamente, una parte del segnale IF rettificato dal rivelatore viene applicata a un micro o milliamperometro. Se il ricevitore dispone di un amplificatore AGC, questo nodo può essere utilizzato anche per controllare l'indicatore. La maggior parte dei misuratori è calibrata in unità S (da 1 a 9), che rappresentano una variazione di circa 6 dB nella potenza del segnale ricevuto. La lettura centrale o S-9 viene utilizzata per indicare il livello di 50 µV. Mezza scala superioreL'S-meter è calibrato in decibel sopra S-9, tipicamente fino a 60 dB. Ciò significa che la potenza del segnale ricevuto è 60 dB superiore a 50 µV ed è uguale a 50 mV.
L'indicatore è raramente accurato poiché molti fattori influenzano le sue prestazioni. Tuttavia, è molto utile per determinare l'intensità relativa dei segnali in ingresso e per controllare o sintonizzare il ricevitore. In molti ricetrasmettitori, il LED viene utilizzato per mostrare lo stato delle funzioni del dispositivo come la corrente di uscita dell'amplificatore RF e la potenza di uscita RF.
Interferenza e limitazioni
È bene per i principianti sapere che qualsiasi ricevitore può riscontrare difficoltà di ricezione dovute a tre fattori: rumore esterno e interno e segnali di interferenza. L'interferenza RF esterna, specialmente al di sotto di 20 MHz, è molto più alta dell'interferenza interna. È solo a frequenze più alte che i nodi ricevitori rappresentano una minaccia per segnali estremamente deboli. La maggior parte del rumore viene generato nel primo blocco, sia nell'amplificatore RF che nello stadio mixer. Sono stati compiuti molti sforzi per ridurre al minimo l'interferenza del ricevitore interno. Il risultato sono circuiti e componenti a basso rumore.
Le interferenze esterne possono causare problemi durante la ricezione di segnali deboli per due motivi. Innanzitutto, l'interferenza captata dall'antenna può mascherare la trasmissione. Se quest'ultimo è vicino o al di sotto del livello di rumore in ingresso, la ricezione è quasi impossibile. Alcuni operatori esperti possono ricevere trasmissioni sulla LW anche con forti interferenze, ma la voce e altri segnali amatoriali sono incomprensibili in queste condizioni.
