Кіріспе

Радио қабылдағыштың жобалануы радио қабылдағыштың әртүрлі компоненттерінің электрондық жобалануын қамтиды, ол антеннадан радиожиілік сигналын өңдеп, аудио сияқты қолданылатын ақпаратты шығарады. Қазіргі заманғы қабылдағыштың күрделілігі және қолданылатын схемалар мен әдістердің мүмкін диапазоны электроника және коммуникациялық инженерияда толығырақ қарастырылады. Осы мақалада "радио қабылдағыш" термині радиосигналды қабылдауға және сигналдан пайдалы ақпарат алуға, ең бастысы, коммуникациялық немесе хабар тарату жүйесінде радиосигналды тарату кезінде модуляцияланған базалық сигналды (мысалы, аудио) қайта құруға арналған кез келген құрылғыны білдіреді.

Негізгі ескертулер

Радио қабылдағыштың конструкциясында практикалық нәтижеге қол жеткізу үшін бірнеше негізгі критерийлерді ескеру қажет. Басты критерийлер – күшейту, таңдау, сезімталдық және тұрақтылық. Қабылдағышта бастапқыда радиотасымалдағыш сигналына енгізілген ақпаратты қалпына келтіру үшін детектор болуы керек, бұл процесс модуляция деп аталады. Күшейту қажет, себебі антеннамен ұсталған сигналдың қуат деңгейі өте төмен болады, пиковат немесе фемтоваттар шамасында. Құлаққаптар арқылы естілетін сигналды алу үшін бұл сигнал триллион есе немесе одан да көп күшейтілуі керек. Қажетті күшейту шамалары соншалықты үлкен, сондықтан логарифмдік бірлік – децибел қолданылады. Триллион есе күш – 120 децибелге тең, бұл көптеген стандартты қабылдағыштарда қол жеткізілетін мән. Күшейтуді қабылдағыштың бір немесе бірнеше күшейткіш сатылары қамтамасыз етеді. Күшейтудің бір бөлігі жүйенің радиожиіліктік бөлігінде, ал қалғаны қалпына келтірілген ақпараттың (аудио, бейне немесе деректер сигналдары) жиіліктерінде қолданылады. Таңдау – бұл берілісте болатын көптеген станциялардың арасынан тек біреуін таңдау мүмкіндігі. Жолақты өткізгіш сүзгі – қабылдағыштың әдеттегі сатысы. Қабылдағышта жеткілікті таңдау үшін бірнеше жолақты өткізгіш сүзгілер болуы мүмкін. Сонымен қатар, қабылдағыштың конструкциясы қабылдағышта пайда болатын қате сигналдардан қорғалуын қамтамасыз етуі керек, олар қажетті сигналға кедергі келтіруі мүмкін. Белгілі бір аймақтағы хабар тарату станцияларына жиіліктер тағайындалады, соның арқасында қабылдағыштар қажетті хабарды дұрыс таңдай алады. Бұл берілген аймақта жұмыс істейтін хабар тарату станцияларының санын шектейтін маңызды фактор. Сезімталдық – бұл сигналды фондық шудан қалпына келтіру қабілеті. Шу жіберуші мен қабылдағыш арасындағы жолда пайда болады, бірақ қабылдағыштың өзінде де маңызды мөлшерде пайда болады. Кез келген тізбек абсолюттік нөлден жоғары температурада кездейсоқ шу тудырады, ол қажетті сигналдарға қосылады. Кейбір жағдайларда атмосфералық шу қабылдағыштың өзінде туындайтын шудан әлдеқайда көп болады, бірақ кейбір конструкцияларда сигналдарды жылу шуымен жасыруды болдырмау үшін қабылдағыштың кейбір сатыларына криогендік салқындату сияқты шаралар қолданылады. Жақсы қабылдағыш дизайнының шу көрсеткіші жұмыс температурасы мен қажетті сигналдың ені үшін теориялық минимумнан бірнеше есе ғана жоғары болуы мүмкін. Мақсаты – қалпына келтірілген сигналдың шуға қатынасын мақсатты қолдану үшін жеткілікті деңгейге жеткізу. Бұл қатынас децибелмен де көрсетіледі. Сигналдың шуға қатынасы 10 дБ (сигнал шудан 10 есе күшті) тәжірибелі операторлар үшін дауыстық байланыс үшін қолдануға болады, бірақ жоғары сапалы музыканы қайтаруға арналған қабылдағышқа 50 дБ немесе одан да жоғары сигналдың шуға қатынасы қажет болуы мүмкін. Тұрақтылық кемінде екі мағынада қажет. Жиіліктік тұрақтылық: қабылдағыш кіріс радио сигналына «түйілуі» керек және уақыт өте келе немесе температураның өзгеруіне байланысты «қайыстырылмауы» керек. Сонымен қатар, күшейтудің үлкен шамасын мұқият бақылау керек, сонда қабылдағышта қате шығындар пайда болмайды. Бұл қалпына келтірілген ақпараттың бұрмалануына немесе ең жаман жағдайда басқа қабылдағыштарға кедергі келтіретін сигналдардың сәулеленуіне әкелуі мүмкін. Детектор сатысы радиожиіліктік сигналдан ақпаратты қалпына келтіреді және бастапқыда тасымалдағыш толқынға енгізілген дыбысты, бейнені немесе деректерді шығарады. Детекторлар амплитудалық модуляция үшін «мұқаба» детекторы сияқты қарапайым немесе жиілік секіруі сияқты жаңа әдістер үшін күрделі тізбектер болуы мүмкін. Қабылдағыш үшін негізгі емес, автоматты күшейтуді басқару пайдаланушыға ыңғайлы, себебі ол автоматты түрде алынған сигнал деңгейлерінің өзгеруіне немесе әртүрлі таратушылардан алынған әртүрлі деңгейлерге бейімделеді. Осы көптеген, кейде қарама-қайшы факторларды шешу үшін әртүрлі тәсілдер мен қабылдағыштың «блок-схемалары» әзірленді. Осы техникалық мақсаттарға қол жеткізілгеннен кейін, қалған жобалау процесі экономика, патенттік құқықтар және тіпті сән сияқты факторлармен күрделенеді.

Кристалл радиосы

Кристалл радиосында ешқандай активті бөліктер қолданылмайды: ол тек радиосигналдың өзімен қуаттанады, оның анықталған қуаты дыбыс естілуі үшін құлаққаптарға жіберіледі. Тіпті минималды сезімталдыққа қол жеткізу үшін, кристалл радио үлкен антеннаны (әдетте ұзын сымды) пайдаланып, төмен жиіліктермен шектеледі. Ол, қазіргі жартылай өткізгіштер әзірленбеген заманда ашылған, алғашқы «мысық мұрты» диоды сияқты, жартылай өткізгіш диодтың қандай да бір түрін пайдалану арқылы сигналды анықтауға негізделген. Кристалл қабылдағышы өте қарапайым, оны жасау оңай немесе тіпті дала жағдайында жасауға болады, мысалы, «траншея радиосы». Дегенмен, кристалл радионың жұмыс істеуі үшін күшті радиожиілікті сигнал және ұзын антенна қажет. Ол тек бір реттелген тізбек болғандықтан, таңдау қабілеті нашар.

Реттелген радиожиілік

Реттелген радиожиілік қабылдағышы (TRF) радиожиілік күшейткіштен тұрады, оның бір немесе бірнеше каскады бар, барлығы тілеулі қабылдау жиілігіне келтірілген. Одан кейін, әдетте диодты қолданатын оқшаулағыш, одан соң дыбыс күшейтіледі. Бұл триодты вакуумдық түтік ойлап табылғаннан кейін дамытылды, бұл радиосигналдарды қабылдауды электрондық күшейту арқылы күрт жақсартты, бұрын мұндай мүмкіндік болмаған еді. Супергетеродин қабылдағышының айтарлықтай жақсарған таңдамалық қабілеті TRF дизайнын дерлік барлық қолданыста жеңіп шықты, алайда TRF дизайны сол дәуірдің арзан "транзисторлық радиоларында" 1960 жылдарға дейін қолданылып келді.

Рефлекс

Рефлекстік қабылдағыш – 20-шы ғасырдың басында жасалған, бір сатылы TRF қабылдағышынан тұратын құрылғы, бірақ ол детекторланғаннан кейін дыбыс сигналын күшейту үшін де сол күшейткіш түтікті пайдаланған. Бұл түтіктердің әрқайсысының өндіріс құны жоғары (және электр қуатын көп тұтынушы) болған заман болғандықтан, қосымша түтік орнатудың орнына пассивті элементтердің санын көбейту тиімді деп есептелген. Бұл конструкция өте тұрақсыз және қазірде қолданылмайды.

Қайта жаңғыртылатын

Регенеративті қабылдағыштың да өркендеу кезеңі болды, себебі белсенді элементті (вакуумдық түтік) қосу қымбат деп есептелді. Қабылдағыштың күшейімін арттыру үшін, оның жалғыз радиожиілікті күшейткіш сатысында оң кері байланыс қолданылды; бұл қабылдағыштың селективтігін бір рет күйленген тізбектен күтілетіннен әлдеқайда арттырды. Кері байланыстың мөлшері нәтижедегі күшейімді анықтауда өте маңызды болды және радио операторы оны мұқият реттеуі керек еді. Кері байланысты белгілі бір шектен асыру сатының өзі күйленген жиілігінде тербелуіне себеп болды. Өздігінен тербеліс AM (дауыс) радиосигналын қабылдау сапасын төмендетті, бірақ оны CW (Морзе коды) қабылдағышы ретінде пайдалы етті. Тербеліс пен радиосигнал арасындағы айырмашылық дыбыстық «сылдыр» дыбысын тудыратын болды. Регенеративті қабылдағыштың тербелісі жергілікті кедергілердің көзіне айналуы мүмкін. Суперрегенеративті қабылдағыш деп аталатын жақсартылған конструкция, тербелістің жинақталуына мүмкіндік берді, содан кейін ол «сөндірілді», бұл цикл жылдам (ультрадыбыстық) жылдамдықпен қайталанды. Нақты регенеративті қабылдағыштың схемасынан оның көп сатылы TRF қабылдағышымен салыстырғандағы қарапайымдығын көруге болады, сонымен қатар оң кері байланыс арқылы күшейтудің бірдей деңгейіне қол жеткізуге болады.

Супергетеродин

Қазіргі заманғы қабылдағыштардың дені супергетеродиндік құрылымға негіделген. Антеннадан келетін радиожиіліктік (RF) сигнал қабылдағыштың шу деңгейін жақсарту үшін бір күшейткіш сатысынан өтуі мүмкін, бірақ төмен жиіліктерде мұндай күшейту көбінесе қолданылмайды. RF сигналы жергілікті осциллятордың шығысымен бірге араластырғышқа енгізіліп, аралық жиіліктік (IF) сигналды құрайды. Супергетеродиндік қабылдағыштың бастапқы жетілдірілуі – жергілікті осциллятор мен араластырғышты "конвертер" деп аталатын бір құрылғыға біріктіру болды. Жергілікті осциллятор қабылдауға арналған жиіліктен сәл жоғары (немесе төмен) жиілікке бапталады, нәтижесінде IF сигналы тар жолақты көп сатылы күшейткіште одан әрі күшейтілетін белгілі бір жиілікте пайда болады. Қабылдағышты баптау жергілікті осциллятордың жиілігін өзгерту арқылы жүзеге асырылады, ал сигналды өңдеу (әсіресе қабылдағыштың сезімталдығын арттырумен байланысты) ыңғайлы түрде бір жиілікте (IF жиілігінде) жасалады, сондықтан әртүрлі станцияларды іздеу үшін қосымша баптау қажет болмайды. Осы жерде AM және FM радио хабарларын таратуға арналған супергетеродиндік қабылдағыштардың типтік блок-схемалары көрсетілген. Бұл FM құрылғысы, ескі FM қабылдағыштарында қолданылатын жиілік дискриминаторынан немесе қатынас детекторынан айырмашылығы, заманауи фазалық құлыпталған цикл детекторын пайдаланады. Орта толқынды (AM хабарларын тарату) қабылдауға арналған бір түрлендірулі супергетеродиндік AM қабылдағыштарында IF жиілігі әдетте 455 кГц құрайды. FM (88–108 МГц) радио хабарларын таратуға арналған көптеген супергетеродиндік қабылдағыштар 10,7 МГц IF жиілігін қолданады. Телевизиондық қабылдағыштар көбінесе шамамен 40 МГц аралық жиіліктерді пайдаланады. Кейбір заманауи көп диапазонды қабылдағыштар төмен жиілікті диапазонды алдымен әлдеқайда жоғары жиілікке (VHF) түрлендіреді, содан кейін екінші араластырғыш, баптамалы жергілікті осциллятор және екінші IF сатысы сигналды жоғарыда сипатталғандай өңдейді.

Бағдарламалық анықтауы бар радио

Бағдарламалық қамтамасыздандырылған радио (SDR) – бұл радиобайланыс жүйесі, онда дәстүрлі түрде аппараттық құралдарда іске асырылатын компоненттер (мысалы, араластырғыштар, сүзгілер, күшейткіштер, модуляторлар/демодуляторлар, детекторлар және т.б.) енді дербес компьютерде немесе кіріктірілген жүйеде бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы іске асырылады. SDR концепциясы жаңа емес, бірақ цифрлық электрониканың үдемелі дамуы бұрын тек теориялық тұрғыда ғана мүмкін болған көптеген процестерді қолдануға мүмкіндік береді.