Superheterodynmottaker

En superheterodynmottaker er en radiomottaker som utnytter en spesiell kobling for å unngå problemene som en såkalt rettmottaker oppviser. Superheterodynteknikken er en frekvensblandemetode som teknisk forenkler det å ta imot et signal på en valgt frekvens/kanal i et frekvensområde og samtidig dempe signalene på nærliggende frekvenser/kanaler. Superheterodynmottakeren ble oppfunnet rundt 1918 og er den vanligste radiomottakertypen i dag, også i moderne satellittmottakere. Teknikken har gitt navn til flere radioapparater, blant annet forkortelsen super i Tandbergs klassiske sølvsuper-serie. Navnet superheterodyn er dannet av det latinske ordet super («over») og de greske hetero («forskjellig») og dyn («kraft»).

Oppgaven til elektronikken i enhver radiomottaker er å forsterke antennesignalet fra den senderen som man vil høre på. Signalet fra andre sendere må tilsvarende svekkes for ikke å forstyrre signalet hovedsignalet. Det er særlig nabokanalene som utgjør problemet; ligger kanalene lengre vekk blir svekkelsen større. Følgelig må forsterkningen være ganske smalbåndet, for vanlig AM er den 2x nyttesignalets båndbredde, eller ca. 9 kHz i Europa. For å oppnå både høy forsterkning og smal båndbredde må det forsterkes over flere trinn (3-6 er typisk; jo flere jo bedre). For valg av sender må alle disse trinnene avstemmes for denne; alle trinnene må varieres samtidig og alle må forsterke det samme frekvensbåndet. Dette er ikke helt lett å få til billig og samtidig i høy kvalitet, tatt i betraktning temperatursvingninger og elde. Avvik i senterfrekvensen mellom trinnene fører til lavere forsterkning og større båndbredde for hele forsterkeren; det vil si mer støy i signalet.

Superheterodynmottakeren omgår problemene beskrevet ovenfor ved å innføre en flertrinns smalbåndet forsterker (kalt mellomfrekvensforsterker) med fast senterfrekvens (rundt 455 kHz for AM-båndene og 10.7 MHz for FM-båndet). Denne forsterkeren sørger for mye forsterkning og samtidig god dempning av sideliggende frekvenser. Siden frekvensen er fast, må noen andre mekanismer tilføyes for å kunne stille inn en stasjon (nyttefrekvens).

Den ene nye mekanismen består i å lage en oscillatorkopling for et sinussignal, hvor frekvensen følger den innstilte nyttekanalen. Den følger nyttefrekvensen, men den har en gitt frekvensavstand til denne. Dette kan gjøres enkelt, er altså billig. Frekvensavstanden er lik mellomfrekvensen.

Den andre nye mekanismen dannes av et såkalt blandetrinn som tilføres to signaler (fra antennen og fra oscillatoren) og gir ut blandeprodukter av disse. Trinnet må være ulinjært, må altså forvrenge signalene noe, for at blandeprodukter skal oppstå. Det kan vises matematisk at blandeproduktene inneholder frekvensene n*f1 – m*f2 og m*f2 – n*f1, hvor m og n er heltall. I praksis er både m og n oftest lik 1 i radioteknikken. f1 og f2 er frekvensene til de to signalene som tilføres blanderen.

Med disse byggeklossene kan superheterodynmottakeren så settes sammen: Antennesignalet (nyttesignalet) (fa) er det ene av de to signalene som tilføyes blandetrinnet; det andre er oscillatorsignalet (fo). Med m og n lik 1 kommer det så både fa – fo og fo – fa ut av blandetrinnet. Siden fo er spesifisert til å følge fa i en gitt avstand blir både fa – fo og fo – fa faste frekvenser. Mottakeren lages slik at én av disse to frekvensene blir lik den faste frekvensen fm, som mellomfrekvensforsterkeren så behandler.

Imidlertid er et nytt fenomen oppstått ved konstruksjonen over. Systemet forsterker to forskjellige antennefrekvenser, som det ble antydet over. Ved å snu på ligningene finner en to antennefrekvenser som gir mellomfrekvensen: fm = fa - fo kan være nyttesignalet, men fm = fo - fs, der fs er en ny frekvens, blir forsterket like mye. Senderen som ligger ved denne frekvensen vil forstyrre nyttesignalet betraktelig hvis den er aktiv. Den nye, uønskede frekvensen karakteriseres ved at den ligger to mellomfrekvenser unna nyttefrekvensen, på den andre siden av oscillatorfrekvensen. Det kan ses på som at oscillatorfrekvensen er et speil for nyttefrekvensen, og av den grunn kalles den nye frekvensen speilfrekvensen. Et talleksempel: Når en sender som ligger på 1 MHz vil mottas, og mellomfrekvensforsterkeren forsterker 455 kHz, ligger oscillatorfrekvensen på 1455 kHz. Ut fra blanderen kommer signaler fra stasjoner som sender på 1000 kHz, som ønsket, men også for en sender med 1910 kHz bærebølge.

Det må derfor tilføres enda en mekanisme før konstruksjonen er ferdig: En avstemt forsterker som følger antennesignalet før blandetrinnet blir nødvendig. Den forsterker nyttesignalet og demper speilfrekvensen. Oppgaven er dog langt enklere enn å dempe for nabokanaler, siden 2*fm er et godt stykke unna nyttesignalet. Ett trinn er ofte nok, men i kvalitetsapparater, eller der nyttesignalet ligger langt over mellomfrekvensen (slik at 2*fm blir relativ liten), brukes ofte to trinn.

Det er ikke noe i veien for å ha to superheterodynkoplinger etter hverandre, noe som gjøres i avansert utstyr.

Lokaloscillatorens frekvens kan som nevnt legges over eller under nyttesignalet, med mellomfrekvensen som avstand. For mottakere for frekvenser som ligger lavere enn mellomfrekvensen (for AM-radio langbølgen) kan lokaloscillatoren kun ligge over hovedfrekvensen.

Siden de forskjellige senderne mottas med svært varierende signalstyrke har både rett- og superheterodynmottakeren automatisk kontroll av forsterkningen. Forsterkningen reguleres både i inngangstrinnet (antenneforsterkeren) og i de videre trinnene i mellomfrekvensforsterkeren. Mekanismen forkortes oftest med AGC fra engelsk Automatic Gain Control.

For militære formål er superen noe suspekt siden lokaloscillatoren kan lekke frekvensen sin ut til antennen via blandetrinnet og slik avsløre lyttere.

En meget billig (og tilsvarende ustabil) metode for å oppnå høy forsterkning med smal båndbredde er å sende antennesignalet til et trinn som er på grensen til å oscillere ved senderfrekvensen. Å kople noe av et forsterket signal til foregående forsterkertrinn kalles tilbakekobling. Denne graden av tilbakekopling må innstilles nøye når senderen er funnet. Graden endrer seg noe med innstilt frekvens; reaksjonsmottakere er svært upraktiske og ikke i bruk i dag. Den sender dessuten ut et kraftig signal hvis den skulle oscillere, noe som gjør hele prinsippet ulovlig.

• Radio