Zadaniem odbiornika radiowego jest odbiór energii określonej fali elektromagnetycznej, wzmocnienie jej i odtworzenie informacji zawartych w fali.

Informacje wysyłane są przez stacje nadawcze jako fale radiowe zmodulowane sygnałem akustycznym (mowa, muzyka, efekty dźwiękowe). Stosuje się modulacje amplitudy lub modulacje częstotliwości. Zadaniem odbiornika jest zamiana informacji zawartej w falach radiowych na napięcie elektryczne, a następnie przetworzenie na dźwięk.

Tabela 1. Podział fal i ich podstawowe parametry.

Funkcja dekodowania polega na wydobyciu z odebranych fal informacji, które zostały do nich włączone podczas transmisji: dźwięków lub sygnałów cyfrowych (RDS, DRM, DAB, sygnały czasu itp.).

Rozwój radioodbiorników doprowadził do opracowania układu superheterodynowego (rys. 1.2). Wykorzystuje się w nim zasadę mieszania wysokiej częstotliwości z częstotliwością pochodzącą z generatora sygnału zwanego heterodyną. W odbiorniku następuje wymiana odbieranej fali wysokiej częstotliwości zależnej od odbieranej stacji na falę o częstotliwości (zwanej częstotliwością pośrednią) zależnej od zastosowanego odbiornika.

Proces zamiany częstotliwości realizowane jest za pomocą układu nazywanego mieszaczem. Miesza on dwa sygnały – o określonej częstotliwości pochodzącej z odbieranej stacji oraz o częstotliwości z lokalnego generatora (heterodyna). Na wyjściu otrzymuje się trzeci sygnał o częstotliwości zależnej od tych sygnałów. Mieszacz jest układem nieliniowym, który zniekształca wejściowy sygnał sinusoidalny w celu uzyskania harmonicznych sygnałów. W tym przypadku dla dwóch sygnałów na wejściu mieszacza otrzymuje się harmoniczne każdego z nich oraz harmoniczne sumy i różnicy tych sygnałów.

Sygnał na wyjściu mieszacza jest następnie wzmacniany w wzmacniaczu selektywnym. Bezpośrednie wzmacnianie sygnału o częstotliwości odbieranej stacji wymagałoby dostrojenia układu wzmacniacza do odbieranej częstotliwości, a więc wszystkie jego stopnie musiałyby być przestrajane. Dlatego ogranicza to ilość obwodów oraz duże trudności konstrukcyjne. W celu uproszczeniu konstrukcji radioodbiorników, częstotliwość pośrednią dobiera się pod kątem jej łatwości w przetwarzaniu i wzmacnianiu.

Do wejścia mieszacza doprowadzone są dwa sygnały:

• sygnał wejściowy otrzymany z anteny fIndeks dolny s_s,

• sygnał wytworzony w heterodynie fIndeks dolny h_h.

Na podstawie tych sygnałów na wyjściu mieszacza otrzymuje się sygnał o częstotliwości pośredniej fIndeks dolny p_p. Odbiór sygnału wymaga zastosowania heterodyny o częstotliwości:

lub

Można wybrać dowolną z tych zależności, lecz ze względu na zakłócenia w postaci gwizdu bezpieczniej jest wybrać częstotliwość heterodyny powyżej częstotliwości sygnału odbieranego, a więc również powyżej częstotliwości pośredniej (druga zależność).

Częstotliwość pośrednia może być dowolna, jednak w praktyce stosuje się wartości – ok. 120 kHz (poniżej zakresu fal długich) lub ok. 450 kHz (pomiędzy falami długimi a średnimi). Dla modulacji FM przyjęto częstotliwość 10,7 MHz. Częstotliwość pośrednia jest stała, dlatego przestrajane muszą być tylko obwody, które znajdują się przed mieszaczem oraz obwód heterodyny. Należy zwrócić uwagę, że o selektywności odbiornika decydują obwody pośredniej częstotliwości, o czułości odbiornika decyduje wzmocnienie wzmacniacza częstotliwości pośredniej, zaś na odbieraną częstotliwość ma wpływ częstotliwość heterodyny.

Należy również zwrócić uwagę, że sygnał wysokiej częstotliwości z anteny przesyłany jest przez filtr wejściowy. Jego podstawowym zadaniem jest tłumienie tzw. częstotliwości lustrzanej. Są to częstotliwości, które pozwalają uzyskać określoną częstotliwość pośrednią nie tylko dla częstotliwości wejściowej, ale także dla drugiej częstotliwości. Częstotliwości lustrzane są położone symetrycznie do użytecznej częstotliwości wejściowej względem częstotliwości heterodyny i powodują zakłócenia sygnału na wyjściu mieszacza.

Sygnał z mieszacza jest wzmacniany na stopniu pośredniej częstotliwości, a następnie demodulowany w detektorze w celu wyodrębnienia informacji. Po wzmocnieniu w stopniu małej częstotliwości sygnał podawany jest na głośnik. Dostrajanie odbiornika radiowego do żądanej stacji nadawczej przeprowadza się przez równoczesną zmianę pojemności kondensatorów obwodu wejściowego i heterodyny. W odbiornikach radiowych wielozakresowych dla fal długich, średnich i krótkich zakresy mają różne obwody rezonansowe oraz sprzężenia cewek heterodyny. Ponadto do detekcji sygnałów przy modulacji FM oraz modulacji AM służą różne detektory.

Różne modulacje:

• FM: modulowana częstotliwość

• AM: Modulacja amplitudy:

  • LW (GO): długie fale

  • MW (OM): średnie fale

  • SW (OC): krótkie fale

• DAB +: Digital Audio Broadcasting (dawniej we Francji znany jako RNT: Digital Terrestrial Radio)

Odbiornik superheterodynowy jest najdoskonalszą odmianą układową odbiorników radiowych. Może być rozbudowany o dodatkowe stopnie, jak wzmacniacze wysokiej częstotliwości na wejściu, dodatkowe stopnie pośredniej częstotliwości, dodatkowe układ małej częstotliwości, układów automatycznej regulacji częstotliwości i wzmocnienia, itp. (rys. 1.3).

Opis najważniejszych bloków:

• Wzmacniacz w.cz. – układ wzmacniacza wyposażony w odpowiednie filtry pasmowe, umożliwiający separację mieszacza od anteny

• Mieszacz – układ przemiany częstotliwości

• Wzmacniacz p.cz. – wzmacniacz częstotliwości pośredniej wyposażony w odpowiednie elementy selektywne, nastrojone na stałą częstotliwość pośrednią

• Demodulator FM – przekształca sygnał radiowy modulowany częstotliwością FM na sygnał niskiej częstotliwości audio

• Dekodery stereo i RDS – dekoder stereo poprzez użycie filtrów przetwarza sygnał audio na sygnał stereo (dekodowanie kanału lewego L i prawego R); zadaniem dekodera RDS (ang. radio data system) jest odbieranie i przetwarzanie dodatkowych danych zawartych w sygnale radiowym FM (nazwa stacji, wiadomości, informacje o utworach itp.)

• Wzmacniacz m.cz. – zwiększenie mocy sygnału audio w celu zasilenia głośników

• Mikrokontroler – układ sterujący operacjami odbiornika oraz obsługą interfejsu, m.in.: sterowanie częstotliwością i zmianą stacji, obsługa wyświetlacza, kontrola głośności, kontrola zasilania, komunikacja z innymi urządzeniami, pamięć stacji

• VCO – heterodyna, generator sterowany napięciem (ang. Voltage Controlled Oscillator)

• SPF – stabilizacja częstotliwości poprzez synchronizację pętli fazowej

• Obwody strojone – umożliwiają wybieranie i odbieranie sygnałów z różnych stacji radiowych oraz pomiędzy różnymi pasmami częstotliwości

Charakterystyczną cechą odbiornika radiowego jest nie tylko zakres odbieranych częstotliwości i moc wyjściowa, ale również czułość, selektywność, stabilność i dynamika.

Czułość

Czułość odbiornika określa jego zdolność do odbioru słabych lub odległych nadajników. W przypadku odbiorników konsumenckich z modulacją amplitudy, czułość jest często definiowana jako napięcie, które należy przyłożyć do wejścia, aby uzyskać moc 50 mW w głośniku. W przypadku odbiorników przenośnych ze zintegrowaną anteną ferrytową wskazane jest pole elektryczne niezbędne do uzyskania określonego stosunku sygnału do szumu, a zatem czułość podawana jest w V/m.

Selektywność

Selektywność odbiornika określa zdolność odbiornika do oddzielenia sygnału pożądanego od sygnałów zakłócających (na przykład innych nadajników) na zbliżonych częstotliwościach. Producenci ograniczają się do podania współczynnika tłumienia sąsiedniego kanału lub kanału przemiennego, to znaczy stosunku między mocami mierzonymi w głośniku, gdy odbiornik jest ustawiony na częstotliwość Fp, generator jest ustawiony na częstotliwość Fp, Fp + LC lub Fp + 2LC. LC, szerokość kanału, wynosi 5 lub 10 kHz dla krótkofalowych transmisji AM, 9 lub 10 kHz dla średnio- lub długofalowych transmisji AM, 200 lub 300 kHz dla ultrafalowych transmisji FM.

Stabilność

Określa, jak zmienia się strojenie odbiornika, w przypadku zmiany temperatury otoczenia lub napięcie zasilania. W odbiornikach superheterodynowych określona jest przez stabilność częstotliwości lokalnego oscylatora. Stabilność jest wyrażana w Hz/°C lub w Hz/V.

Dynamika

Dynamika odbiornika to stosunek największego tolerowanego sygnału na wejściu (jeśli sygnał jest zbyt duży, pojawiają się zniekształcenia) do najsłabszego sygnału (określanego przez szum odbiornika). Wyrażana jest w dB.

Standard DAB (ang. Digital Audio Broadcasting) umożliwia cyfrowe nadawanie programów radiowych drogą naziemną lub satelitarną. W dobrych warunkach odbioru jakość jest zbliżona do jakości cyfrowych odtwarzaczy muzycznych lub odtwarzaczy audio CD, jednak w zależności od stopnia kompresji jakość jest różna.

Podczas transmisji każdemu programowi mogą towarzyszyć informacje takie jak jego nazwa, tytuły programów lub utworów nadawanych na antenie, a nawet dodatkowe obrazy i dane. Tradycyjne analogowe odbiorniki radiowe AM i FM „nie potrafią” dekodować cyfrowych danych DAB, należy użyć odpowiedniego do tego celu odbiornika.

RQHFzyLULw9eF

Zdjęcie przedstawia odbiornik DAB. Zewnętrznym wyglądem odbiornik DAB przypomina tradycyjne radio. Ma prostą i elegancką konstrukcję w kształcie prostopadłościanu z zaokrąglonymi rogami. Jest wykonany z tworzywa sztucznego. Na przedniej części odbiornika znajduje się wyświetlacz, na którym wyświetlane są informacje o stacjach radiowych, nazwy programów, godzina, a także inne ważne dane. Widnieje tu także tabliczka z nazwą producenta oraz modelu. Powyżej znajdują się przyciski sterujące i do nawigacji po menu urządzenia. Na górnej części odbiornika znajduje się także antena.

Opis najważniejszych bloków:

• Tuner A/C – odbiór sygnału analogowego DAB oraz przetworzenie na sygnał cyfrowy

• Demodulator OFDM – dekodowanie sygnału cyfrowego, oddzielenie danych informacyjnych FIC (ang. Fast Information Channel) od danych głównych MSC (ang. Main Service Channel) oraz korekcja błędów transmisji

• Dekoder kanałów – odseparowanie poszczególnych kanałów danych

• Dekoder stereo – dekoder stereo poprzez użycie filtrów przetwarza sygnał audio na sygnał stereo (dekodowanie kanału lewego L i prawego R)

• Dekoder danych DEMUX – odseparowanie poszczególnych kanałów audio od danych dodatkowych

• Mikrokontroler – układ sterujący operacjami odbiornika oraz obsługą interfejsu użytkownika, m.in.: synchronizacja odbiornika i zarządzanie parametrami transmisji oraz szerokością pasma, kontrola głośności, kontrola zasilania, obsługa pamięci, zarządzanie wyborem usług, komunikacja z innymi urządzeniami

• Interfejs użytkownika – umożliwia użytkownikowi dostęp do wszystkich funkcji, opcji, portów i obsługi kanałów muzycznych oraz graficznych, w zależności od modelu

Zalety radia DAB:

• brak szumu tła („syku”) z powodu zakłóceń lub słabego odbioru,

• automatyczne tworzenie listy stacji przez odbiorcę,

• większej liczba nadawanych stacji,

• brak zakłóceń podczas użytkowania w odbiorze mobilnym (np. samochód), również przy dużych prędkościach,

• dodatkowe dane związane z programami: tekst, obraz, strony internetowe.

Częstotliwości DAB

W zależności od kraju, pasmo III VHF (174–240 MHz) i pasmo L w UHF (1452–1492 MHz) może być przeznaczone na DAB.

Alokację kanałów radia cyfrowego w paśmie III przedstawia rysunek nr 5:

Modulacja

Zdefiniowano cztery tryby transmisji, ponumerowane od I do IV.

• Tryb I dla pasma III, naziemnego

• Tryb II dla pasma L, telewizja naziemna i satelitarna

• Tryb III dla częstotliwości poniżej 3 GHz, naziemna i satelitarna

• Tryb IV dla pasma L, telewizja naziemna i satelitarna

Zastosowano modulacje DQPSK z metodą OFDM, która zapewnia dobrą odporność na tłumienie i zakłócenia. Pasmo III podzielono na 41 bloków o szerokości 1,536 MHz.

W układach tych zastosowano modulację DQPSK z metodą OFDM, która zapewnia dobrą odporność na tłumienie i zakłócenia oraz umożliwia przesyłanie wielu strumieni danych równocześnie.

Modulacja DQPSK (ang. Differential Quadrature Phase Shift Keying) jest odmianą modulacji, w której informacja jest kodowana przez zmiany fazy sygnału nośnego (koduje zmiany faz między kolejnymi symbolami). OFDM (ang. Orthogonal Frequency Division Multiplexing) to technika modulacji i demodulacji, która dzieli pasmo komunikacyjne na wiele podnośnych o równych odstępach częstotliwości. W technice tej każda podnośna OFDM modulowana jest oddzielnie za pomocą DQPSK

Tabela 2. Pasmo III z podziałem na bloki:

Antena

W większości instalacji antena do odbioru DAB, pracująca w zakresie od 174 MHz do 230 MHz, będzie anteną dodatkową.

Grafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”DxNpUNQ6RGrafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”

Wróć do spisu treściD15XOHD4MWróć do spisu treści

Powrót do materiału głównegoDDc7oBa11Powrót do materiału głównego