A szuperheterodin rádiókészülék egy olyan rádiókészülék, ahol bemenő rádiójelet egy alacsonyabb, középfrekvenciájú jellé alakítják azáltal, hogy összekeverik a készüléken belüli, az oszcillátor által generált jellel. Ezt a középfrekvenciát könnyebb kezelni és erősíteni, mint a kezdeti rádiófrekvenciát.[1]
Az egyenes vevők hiányosságának áthidalására találták ki a szuperheterodin elvet. Úgy kerülték ki a sok együtt hangolandó rezgőkör problémáját, hogy bevezettek egy úgynevezett középfrekvenciát (KF, angolul IF = intermediate frequency). Az összes szűrőkört és jelerősítőt erre a rögzített középfrekvenciára hangolják. A bejövő jel frekvenciáját pedig a lehető leghamarabb erre a frekvenciára keverik le.[2]
A szuperheterodin rádiókészülékeket nevezik még szuper-rendszernek vagy frekvenciaváltós rendszernek is.
Szuperheterodin elven mind adó, mind vevőkészülékeket jelenleg is gyártanak, viszont egyre inkább kezdi kiszorítani az SDR alapú technológia. Mivel a digitális jelfeldolgozás felső határfrekvenciája napjainkban is korlátozott, így az SDR technológiát gyakran ötvözik a szuperheterodin rendszerrel.
Szuperheterodin elven működnek a földfelszíni, kábel és műholdas televízió vevőkészülékek és adóberendezések nagy része is.
A szuperheterodin elv
Ha egy modulált jelet összekeverünk egy oszcillátorról jövő szinuszos jellel, előáll egy új vivőfrekvencia. Ez az újonnan előállt vivőfrekvencia nem tiszta szinuszos jel, hanem modulált rádiófrekvenciás jel, ahol a moduláló alapsávi jel megegyezik az eredetileg bejövő modulált jel moduláló alapsávi jelével. A keverés során csak a vivőfrekvencia változik meg, maga az átvitt információ változatlan marad.[3]
A hordozófrekvencia megváltoztatása oly módon, hogy a moduláció változatlan marad. Ez történik pl. a frekvenciaváltó (szuperheterodin) vevőkészülékek keverőfokozatában is, amely a rádiófrekvenciás hordozófrekvenciát alakítja át a sokkal könnyebben felerősíthető és szűrhető középfrekvenciára.[4]
Ezt a folyamatot nevezik még transzponálásnak, illetve frekvenciaátalakításnak is.
Fizikai alapja
Ha U1 és U2 amplitúdójú, f1 és f2 frekvenciájú szinuszos jelet összekeverünk, akkor idő függvényében a kimenő feszültség amplitúdója a következő képlet szerint alakul:
vagyis az összekevert jel két komponenst tartalmaz, de azok az eredeti két jel frekvenciáitól eltérőek:
Attól függően, hogy a szuperheterodin készülékben melyik komponenst használjuk középfrekvenciaként, kétféle keverés lehetséges:
ha a használt középfrekvenciánál az antennajel nagyobb frekvenciájú, akkor felső
ha a használt középfrekvenciánál az antennajel kisebb frekvenciájú, akkor alsó
A szuperheterodin rendszer előnyei és hátrányai[3]
A szuperheterodin rendszer előnyei
A középfrekvenciát olyan nagyságúnak lehet megválasztani, amely frekvencián a szükséges erősítés és a szelektivitás a lehető legolcsóbb alkatrészekkel megvalósíthatóak.
A behangolt középfrekvenciás köröket, sávszűrőket az állomásra hangolási folyamatnál nem szükséges utánhangolni. Így a középfrekvenciás erősítő akárhány hangolt kört tartalmazhat, hangoláskor nincs együttfutási probléma.
Leegyszerűsítette a frekvenciamodulált jelek vételére alkalmas vevőkészülékeket, hiszen a frekvenciamodulált jelek demodulálása is egy vagy több hangolt kört tesz szükségessé, amit állomáskereséskor szintén egyszerre kell hangolni a nagyfrekvenciás erősítővel. Kereskedelmi forgalomba műsorszóró FM vételre alkalmas készülékek csak szuperheterodin kivitelben készültek.
Nem szükséges, hogy a demodulátor előtti teljes erősítés ugyanazon a frekvencián történjen, ami nagy erősítésnél instabilitást okozna.
Mivel az erősítés frekvenciája nem az antennakör frekvenciáján történik, így az erősített jel ha visszajut a készülék bemenetére, nem okoz gerjedést.
Adóberendezéseknél az adási frekvenciától jóval kisebb frekvenciájú jelen történhet a moduláció, ami nagyobb frekvenciastabilitást ad.
Adóberendezéseknél a bonyolult, több hangolt kört tartalmazó modulátorok (pl. SSB) rezgőköreit nem kell átállítani az adási frekvencia megváltoztatásával. A frekvenciamodulált jel előállítása is egyszerűbben megoldható kisebb frekvencián.
A szuperheterodin rendszer hátrányai
Mivel a keverés során két középfrekvencia is létrejön, így keletkezik egy tükörfrekvencia. A szuperheterodin vevők egyik tulajdonsága, ha a tükörfrekvencián is van adóállomás, akkor annak a jele zavarja a venni kívánt adóállomás jelét. Minél nagyobb középfrekvenciát használ a vevőkészülék, annál kisebb ez a zavaró hatás. Az elnyomás mértéke a tükörszelektivitás, ennek számértéke minimum 200 (46dB) kell legyen. A jobb minőségű vevőkészülékeknél ez az érték 1000-2000 (60-66 dB) között van.[5]
A szuperheterodin rádiókészülékek felépítése
A szuperheterodin rádiókészülékek legfontosabb szerkezeti elemei
A rádiókészülék üzemi frekvenciáját változtatja meg külső beavatkozás hatására, a helyi oszcillátor és a nagyfrekvenciás előerősítő(k) hangolt köreinek módosításával. Továbbá ez a szerkezeti elem gondoskodik arról is, hogy az oszcillátor és nagyfrekvenciás előerősítő közötti különbségi frekvencia mindig a középfrekvencia legyen.
Az ingadozó vételi jel kiegyenlítésére szolgáló áramkör.
Hangfrekvenciás erősítő
A hangjelet erősíti arra a szintre, ami képes megszólaltatni egy fejhallgatót vagy hangszórót.
A mikrofonból érkező jelet erősíti arra a szintre, ami a modulátor meghajtásához szükséges.
Szuperheterodin rendszerű rádióvevő
Szuperheterodin rendszerű rádióadó
Amplitúdó-modulált jelek előállítására képes adó
Frekvenciamodulált jelek előállítására képes adó
A szuperheterodin és az SDR rendszer ötvözése
A technológia a ’90-es években alakult ki, elsők között az ICOM amatőr készülékeiben (az IC756PRO-II például 36 kHz-es KF jelet digitalizál a DSP számára). Vétel oldalon a demoduláció, vagy akár az automatikus erősítésszabályozás (AGC) is ebben a fokozatban, digitális műveletként valósul meg, ahol a jelfeldolgozó egység dedikált célhardveren (DSP) kívül lehet általános célú mikroprocesszor is.[6]
Az SDR által digitalizálható antennajel felső határfrekvenciájának korlátot szab a digitalizálást végző áramkör műveleti sebessége.
