Dit hoofdstuk behandelt hoe ontvangers werken: van de eenvoudige kristalontvanger tot moderne superheterodyne-ontvangers. We bespreken menging, spiegelfrequenties, selectiviteit, detectieschakelingen en de S-meter.
Een ontvanger moet drie taken uitvoeren:
Vergelijk het ontvangen van radiosignalen met een zaal vol pratende mensen: zonder selectie is er algehele onverstaanbaarheid. Een ontvanger moet eerst het gewenste signaal "oppikken" uit die chaos, het versterken omdat ontvangen radiosignalen meestal te zwak zijn om direct hoorbaar te zijn, en vervolgens de originele modulatie (het audiosignaal) weer uit het HF-signaal halen.
De eenvoudigste ontvanger, zonder versterking. Bestaat uit een LC-kring voor selectie en een diode voor detectie. Alleen geschikt voor AM. Dit is een apparaat uit de oertijd van de radio, toen er nog weinig zenders waren en ze op relatief lage frequenties uitzonden.
Een rechtuitontvanger bevat een HF-versterker en werkt zonder frequentieomzetting. Het signaal wordt direct versterkt, gedetecteerd en naar de luidspreker gestuurd. Dit type ontvanger is iets geavanceerder dan de kristalontvanger doordat het signaal wel wordt versterkt, maar de verwerking gebeurt rechtstreeks op de ontvangen frequentie.
Nadeel: De selectiviteit is op hogere frequenties onvoldoende, zelfs met meerdere afstemkringen. Ook met twee gekoppelde afstemcondensatoren op een gezamenlijke as blijft het moeilijk om op de korte golf voldoende selectief te zijn. Dit probleem wordt opgelost door de superheterodyne-ontvanger.
De oplossing voor het selectiviteitsprobleem: frequentieomzetting naar een vaste, lagere frequentie waarop betere filtering mogelijk is. Het principe is dat de ontvangen frequentie wordt gemengd naar een vaste andere frequentie (de middenfrequentie, vaak 450 of 455 kHz) waarop goede selectie mogelijk is met speciale filters. De naam "middenfrequentie" (MF) komt doordat deze schakeling tussen het HF- en het LF-deel van de ontvanger zit.
| Blok | Functie |
|---|---|
| HF-trap (preselectie) | Versterkt signaal, bepaalt gevoeligheid, onderdrukt ver afgelegen frequenties (veraf-selectiviteit) |
| Oscillator (VFO/LO) | Wekt de mengfrequentie op; VFO = Variable Frequency Oscillator, LO = Local Oscillator |
| Mengtrap (mixer) | Zet ontvangen frequentie om naar middenfrequentie (MF) |
| MF-versterker | Versterkt het MF-signaal, bepaalt bandbreedte en nabij-selectiviteit |
| Detector | Haalt de oorspronkelijke modulatie uit het signaal |
| LF-versterker | Versterkt het audiosignaal voor luidspreker/koptelefoon |
HF → Mengtrap → Middenfrequent → Detectie → LF
"Hij mengt met de lepel"
De oscillatorfrequentie kan boven of onder de te ontvangen frequentie liggen. Het mengproces (ook wel frequentieconversie of frequentietransformatie genoemd) produceert altijd som- en verschilfrequenties. De oscillator wordt zo afgestemd dat het verschil tussen ontvangstfrequentie en oscillatorfrequentie voor alle frequenties gelijk blijft aan de middenfrequentie.
Oscillatorfrequentie hoger dan signaalfrequentie
MF = fosc - fsignaal
Oscillatorfrequentie lager dan signaalfrequentie
MF = fsignaal - fosc
MF-trap is afgestemd op 450 kHz. Te ontvangen: 1000-1500 kHz.
Een ernstig probleem bij superheterodyne-ontvangers: er is altijd een tweede frequentie die dezelfde middenfrequentie oplevert. Dit komt doordat een verschilfrequentie in een mengschakeling op twee manieren tot stand kan komen: via bovenmenging en via ondermenging. De mengschakeling maakt geen onderscheid - verschil is verschil, ongeacht hoe het ontstaat.
Als spiegelfrequenties niet goed worden onderdrukt, ontvang je als het ware twee keer zoveel stations als er in werkelijkheid zijn!
Oplossing: de dubbelsuper!
Een dubbelsuper heeft twee mengschakelingen en twee middenfrequenties:
Veelgebruikte frequenties: eerste MF 9 of 10,7 MHz, tweede MF 455 kHz. De eerste oscillator is afstembaar (VFO), de tweede oscillator kan een kristaloscillator zijn omdat beide middenfrequenties constant zijn.
Selectiviteit is de mate waarin ongewenste frequenties worden onderdrukt ten opzichte van de frequentie waarop de ontvanger staat ingesteld. Er zijn twee soorten selectiviteit die elk op een andere plek in de ontvanger worden gerealiseerd.
| Type | Wat het betekent | Waar het zit |
|---|---|---|
| Veraf-selectiviteit | Onderdrukking van ver afgelegen frequenties (incl. spiegelfrequenties) | HF-trap (preselectie) |
| Nabij-selectiviteit | Onderdrukking van frequenties vlak bij gewenste frequentie | MF-trap(pen) |
Moderne MF-filters zijn meestal kristalfilters. Vaak gebruikte frequenties zijn 10,7 MHz en 9 MHz. Een enkel kristal heeft een te smalle doorlaat voor bijvoorbeeld enkelzijbandsignalen. Kristalfilters worden daarom opgebouwd uit meerdere kristallen die onderling iets in resonantiefrequentie verschillen, zodat samen de gewenste bandbreedte wordt bereikt. Vroeger werden ook LC-filters (inductief gekoppelde kringen) en mechanische filters toegepast.
Ruis bestaat uit oneindig veel frequenties tegelijk met wisselende amplitudes. Het is het gevolg van trillende atomen, moleculen en bewegende elektronen wanneer er stroom door een geleider loopt. Ruis is altijd aanwezig in elektronische schakelingen en begrenst de gevoeligheid van een ontvanger - een signaal dat zwakker is dan de ruis kan niet meer worden ontvangen.
Een ingangsverzwakker lijkt vreemd (je wilt juist versterken!), maar helpt tegen intermodulatie en kruismodulatie bij zeer sterke signalen. Door het signaal te verzwakken voordat het de versterkertrappen bereikt, worden deze ongewenste effecten verminderd en kan de verstaanbaarheid van een gewenst signaal er een stuk beter op worden.
Deze termen komen vaak voor als foute antwoorden bij examenvragen over andere onderwerpen!
De AVR (Automatische Versterkings Regeling) of AGC (Automatic Gain Control) zorgt dat grote verschillen in signaalsterkte hanteerbaar blijven. Zonder AVR zou je bij sterke signalen overdreven hard geluid horen en bij zwakke signalen bijna niets.
Dit systeem zorgt ervoor dat grote verschillen in signaalsterkte voor koptelefoon, luidspreker en menselijk oor hanteerbaar worden.
De eenvoudigste detector: een diode richt het AM-signaal gelijk, een laagdoorlaatfilter haalt de hoogfrequente componenten eruit. Wat overblijft is de omhullende = het oorspronkelijke audiosignaal. Na gelijkrichting zijn er meerdere frequenties aanwezig (draaggolf met harmonischen, draaggolf plus en min audiofrequentie, en de audiofrequentie zelf), maar het laagdoorlaatfilter laat alleen de audiofrequentie door.
Bij EZB (enkelzijbandmodulatie) is de draaggolf onderdrukt. Die moet bij ontvangst weer worden toegevoegd om bij demodulatie het oorspronkelijke signaal terug te krijgen.
| Afkorting | Betekenis | BFO-positie |
|---|---|---|
| USB | Upper Sideband (bovenzijband) | BFO iets lager dan signaal |
| LSB | Lower Sideband (onderzijband) | BFO iets hoger dan signaal |
Verkeerde keuze levert onverstaanbaar geluid op! Het klinkt dan als iets dat in de verte op spraak lijkt, maar niet te verstaan is.
Een CW-signaal (morse) is een draaggolf die aan/uit gaat. Detectie met een AM-detector geeft alleen stilte of ruisverschillen - je hoort geen pieptoon. Daarom wordt CW gemengd met de BFO, net als bij EZB. Het verschil tussen signaal en BFO geeft de hoorbare pieptoon. Mengen als USB of LSB maakt voor CW niets uit, want een CW-signaal bevat maar een frequentie.
FM-detectoren heten discriminatoren. Omdat bij FM de informatie in de frequentie zit (niet de amplitude), wordt het signaal eerst door een begrenzer gehaald die alle amplitudevariaties weghaalt. Vergelijk het met een grasmaaier: die snijdt alle grassprieten af op dezelfde hoogte. Een begrenzer doet hetzelfde met het signaal. Omdat storingen vrijwel altijd een AM-karakter hebben (variaties in amplitude), worden ze door begrenzing effectief onderdrukt.
Bij FM-ontvangers in stand-by hoor je veel ruis als er geen signaal is. Dit komt door de grote HF- en MF-versterking in de ontvanger. De squelch-schakeling schakelt de verbinding tussen discriminator en LF-versterker uit zolang het signaal onder een instelbare drempel ligt. Zodra er een signaal binnenkomt, neemt dat als het ware de demodulator over en verdwijnt de ruis.
Een transceiver is een combinatie van zender (transmitter) en ontvanger (receiver) in een behuizing, waarbij delen worden gedeeld (bijv. oscillatoren). In de dagelijkse praktijk van de zendamateur zitten zender en ontvanger meestal samen in een behuizing en maken ze deels gebruik van dezelfde schakelingen.
De S-meter geeft de signaalsterkte aan (Signal Strength). De schaal loopt van S1 tot S9. De aflezing dient om het zendende station over de ontvangen signaalsterkte te kunnen informeren.
Hoewel deze vermogensverschillen enorm lijken, werkt ons gehoor op vergelijkbare wijze - je merkt wel iets van zulke verschillen, maar lang niet zoveel als de getallen suggereren.
| Frequentiegebied | S9 = spanning op antenne-ingang |
|---|---|
| HF (tot 30 MHz) | 50 μV |
| VHF/UHF (boven 30 MHz) | 5 μV |
(uitgaande van 50 Ω ingangsimpedantie) - Dit is een factor 10 in spanning, oftewel een factor 100 in vermogen (20 dB). In de praktijk zijn de meeste S-meters alleen (min of meer) geijkt voor S9.