Mieszacz

Mieszacz (układ przemiany częstotliwości) to podstawowy człon konstrukcyjny superheterodyny, służący do wytworzenia z dwóch wejściowych sygnałów o różnych częstotliwościach trzeciego sygnału, o częstotliwości będącej kombinacją częstotliwości sygnałów wejściowych. W klasycznej superheterodynie częstotliwość sygnału wyjściowego jest stała i dla jego wydzielenia na wyjściu mieszacza stosuje się filtr pasmowy, obwód rezonansowy, albo inny element selektywny.

Do przeprowadzenia mieszania dwóch częstotliwości niezbędny jest element nieliniowy – na przykład dioda, tranzystor, lampa próżniowa lub specjalny układ elektroniczny (na przykład mnożący). Mieszanie może zachodzić na drodze sumacyjnej (na wejście elementu mieszającego podana jest suma obu sygnałów) lub iloczynowej (mieszanie jest realizowane poprzez mnożenie sygnałów wejściowych). Niektóre rozwiązania układów przemiany częstotliwości wykorzystują ten sam element aktywny zarówno do mieszania częstotliwości, jak i jako generator lokalny (mieszacz samodrgający).

Jeżeli ${\displaystyle f_{1}}$ i ${\displaystyle f_{2}}$ to częstotliwości sygnałów wejściowych, to wykorzystuje się zwykle jedną z dwóch częstotliwości wyjściowych, ${\displaystyle |f_{1}-f_{2}|}$ lub ${\displaystyle f_{1}+f_{2}.}$ W odbiornikach radiowych wykorzystuje się najczęściej ${\displaystyle f_{1}-f_{2},}$ gdzie ${\displaystyle f_{2}}$ to częstotliwość sygnału odbieranego, a częstotliwość heterodyny ${\displaystyle f_{1}}$ jest od niego większa^[1].

Generator lokalny

Podwójny kondensator zmienny stosowany w celu uzyskania współbieżności przestrajania obwodów wejściowych i heterodyny

Heterodyna (inaczej generator lokalny) to generator sygnału o określonej częstotliwości. W typowym układzie odbiornika superheterodynowego generator lokalny jest przestrajany, a szerokość zakresu jego przestrajania odpowiada szerokości zakresu fal odbieranych przez odbiornik. Stabilność częstotliwości heterodyny ma decydujący wpływ na stabilność odbieranej częstotliwości całego odbiornika.

Klasyczne heterodyny budowane były jako generatory LC z obwodem rezonansowym ustalającym częstotliwość drgań. Dla ich przestrajania stosowano zwykle kondensatory zmienne (rzadziej zmienne indukcyjności). Dla zapewnienia współbieżności przestrajania heterodyny, układów wejściowych i wzmacniacza wielkiej częstotliwości produkowano specjalne wielosekcyjne kondensatory zmienne (potocznie zwane agregatami). W odbiornikach popularnych zawierały one zwykle dwie sekcje, w wysokiej klasy niekiedy więcej. W nowocześniejszych układach heterodyny przestrajane są elektronicznie, przeważnie używa się do tego celu diod pojemnościowych (warikapów).

Heterodyna z syntezą częstotliwości

Schemat blokowy radioodbiornika superheterodynowego FM z syntezą częstotliwości. Rolę heterodyny pełni generator sterowany napięciem (VCO), którego częstotliwość stabilizowana jest za pomocą synchronicznej pętli fazowej (SPF).

W odbiornikach z syntezą cyfrową częstotliwość heterodyny jest ustawiana cyfrowo i stabilizowana za pomocą generatora kwarcowego o dużej stabilności. Takie syntezatory charakteryzują się bardzo dużą precyzją ustawienia oraz stałością częstotliwości i nie wymagają układu ARCz.

Początkowo układy syntezy częstotliwości składały się z wielu mieszaczy oraz kwarcowych generatorów wzorcowych i powielaczy częstotliwości. Częstotliwość ustawiano zespołem przełączników. Były to układy bardzo skomplikowane i stosowano je wyłącznie w odbiornikach radiokomunikacyjnych wysokiej klasy^[1].

Wraz z rozwojem i upowszechnieniem się techniki synchronicznej pętli fazowej (SPF, PLL) powstały układy syntezy częstotliwości oparte na tym rozwiązaniu. Ich częstotliwość stabilizowana jest pojedynczym kwarcowym generatorem wzorcowym. Oscylatory lokalne działające na zasadzie syntezatora częstotliwości opartego na pętli SPF są powszechnie stosowane we współczesnych odbiornikach sterowanych cyfrowo^[2].

Wzmacniacz częstotliwości pośredniej

Wzmacniacz częstotliwości pośredniej zapewnia uzyskanie odpowiedniej czułości i selektywności odbiornika. Czułość zależy generalnie od wzmocnienia układu (liczby i rodzaju stopni wzmacniacza), a selektywność od rodzaju i liczby elementów selektywnych – filtrów kwarcowych, ceramicznych lub obwodów strojonych LC. Elementy selektywne mogą być rozmieszczone w poszczególnych stopniach wzmacniacza (wzmacniacz o selektywności rozproszonej) lub skupione w jednym miejscu, zwykle na jego wejściu (wzmacniacz o selektywności skupionej).

W klasycznym układzie superheterodyny elementy selektywne są nastrojone na jedną stałą częstotliwość pośrednią, co umożliwia osiągnięcie dużego wzmocnienia i selektywności.

Wzmacniacz wielkiej częstotliwości

Na wejściu niektórych odbiorników superheterodynowych stosuje się wzmacniacz wielkiej częstotliwości, zwykle strojony na częstotliwość odbieranego sygnału lub zawierający odpowiednie filtry pasmowe. Układ taki poprawia separację mieszacza od anteny (zapobiega emisji sygnału heterodyny) oraz zwiększa selektywność dla dużych odstrojeń. Zwykle zwiększa też czułość użytkową odbiornika, ponieważ współczynnik szumów tego wzmacniacza jest z reguły mniejszy od współczynnika szumów mieszacza^[4].

Układ z wielokrotną przemianą częstotliwości

Schemat blokowy odbiornika krótkofalarskiego z podwójną przemianą częstotliwości

W odbiornikach radiowych, które powinny spełniać wysokie wymagania techniczne, stosuje się podwójną przemianę częstotliwości. Pierwszą częstotliwość pośrednią dobiera się stosunkowo dużą, aby uzyskać duże tłumienie sygnałów lustrzanych. Druga częstotliwość pośrednia jest znacznie mniejsza, co umożliwia łatwiejsze uzyskanie odpowiedniego wzmocnienia i selektywności wzmacniacza^[5].

Gdy pierwsza heterodyna jest przestrajana, a druga ma stałą częstotliwość, wtedy obie częstotliwości pośrednie są stałe. Możliwe jest też rozwiązanie odwrotne (ze stałą częstotliwością pierwszej heterodyny), wówczas sygnał pierwszej częstotliwości pośredniej nie ma stałej częstotliwości.

Układ homodynowy

W układzie homodynowym (krótko homodynie) częstotliwość heterodyny jest równa częstotliwości odbieranego sygnału, częstotliwość pośrednia formalnie wynosi więc 0. Gdy częstotliwość heterodyny jest automatycznie dostrajana do odbieranego sygnału za pomocą synchronicznej pętli fazowej, odbiornik nazywa się synchrodyną. Sygnał po wyjściu z mieszacza może być wykorzystany bezpośrednio (w telegrafii CW), skierowany do przetwornika analogowo-cyfrowego lub detektora (na przykład cyfrowego demodulatora FSK)^[6].

Odbiorniki realizowane programowo

We współczesnych odbiornikach realizowanych programowo stosuje się na wejściu mieszanie częstotliwości w celu otrzymania sygnału pośredniej częstotliwości o parametrach właściwych do przetwarzania analogowo-cyfrowego. Dalsza obróbka sygnału jest już wykonywana na drodze cyfrowej^[7].