7.3      Αυτόματος Έλεγχος Κέρδους του δέκτη

Στην έξοδο του φίλτρου ενδιάμεσης συχνότητας η στάθμη του διαμορφωμένου φέροντος (που είναι πλέον στη συχνότητα f_I) είναι κατά κανόνα ανεπαρκής, για να οδηγήσει τον αποδιαμορφωτή που ακολουθεί. Πριν το σήμα σταλεί στον αποδιαμορφωτή, ενισχύεται από τον ενισχυτή I.F. (ενισχυτής ενδιάμεσης συχνότητας) που περιλαμβάνει ένα ή περισσότερα στάδια ενίσχυσης. Επίσης, όπως τονίστηκε σε προηγούμενη παράγραφο πρέπει να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι, ανεξάρτητα από τον τύπο εκπομπής, το είδος της διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται, το είδος του δέκτη και των χρησιμοποιούμενων κεραιών, η ισχύς του σήματος στην είσοδο παρουσιάζει μεγάλες μεταβολές. Αυτές οι μεταβολές οφείλονται στην απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη ή ακριβέστερα στην απόσταση των κεραιών εκπομπής και λήψης, σε φαινόμενα διαλείψεων, απόσβεσης του φέροντος λόγω εμποδίων κ.α. Μπορεί μάλιστα να ξεπεράσουν τα 100 dB. Είναι λοιπόν προφανές ότι, αν δε ληφθεί μέριμνα να αντισταθμίζονται αυτές οι μεγάλες διακυμάνσεις του σήματος μέσα στο δέκτη, εκτός από το δυσάρεστο συναίσθημα κατά την ακρόαση, σε κάποιες ακραίες περιπτώσεις εμφανίζεται παραμόρφωση του σήματος λόγω κορεσμού και σε κάποιες άλλες το ασθενές σήμα είναι πνιγμένο στο θόρυβο (λόγος S/N, ισχύος σήματος/θόρυβο, κατώτερος κάποιας συγκεκριμένης αποδεκτής τιμής).

Για την αποφυγή αυτών των δυσάρεστων αποτελεσμάτων υιοθετείται η χρήση ενισχυτικών σταδίων RF και IF ελεγχόμενου κέρδους. Η διάταξη που παίζει αυτόν το ρόλο ονομάζεται διάταξη αυτόματου ελέγχου του κέρδους (AGC: AutomaticGainControl) και φαίνεται στο σχήμα 7.3.1.

Σχήμα 7.3.1:Ετερόδυνος δέκτης με διάταξη AGC

To σήμα στην έξοδο του ενισχυτή ενδιάμεσης συχνότητας ανορθώνεται και μετατρέπεται σε συνεχή τάση, που αντιπροσωπεύει την ένταση του πεδίου στην είσοδο του δέκτη (δημιουργείται δηλαδή ένα είδος πεδιομέτρου). Στην συνέχεια συγκρίνεται με μια προκαθορισμένη τιμή που λαμβάνεται ως αναφορά στάθμης. Ανάλογα με το αποτέλεσμα της σύγκρισης, το στάδιο AGC ελέγχει με αρνητική ανάδραση την ενίσχυση όλων των σταδίων RF και IF του δέκτη.

7.4      Δέκτης με δύο στάδια ετεροδύνωσης

7.4.1 Παρασιτική απόκριση του δέκτη

Ένα από τα βασικά προβλήματα στους δέκτες που λειτουργούν με μεγάλο εύρος συχνοτήτων είναι τα φαινόμενα της παρασιτικής απόκρισης. Συμβαίνει πολλές φορές, όταν έντονα φέροντα σήματα φτάνουν στην είσοδο του δέκτη, τα στάδια εισόδου και ενδεχομένως και τα στάδια των ενδιάμεσων συχνοτήτων να λειτουργούν σε κορεσμό, δηλαδή να λειτουργούν σε μη γραμμική περιοχή (ιδιαίτερα όταν ο δέκτης δε διαθέτει διάταξη AGC). Το αποτέλεσμα είναι να δημιουργούνται λόγω παραμορφώσεων διάφοροι συνδυασμοί συχνοτήτων μεταξύ των φερουσών, που προκύπτουν από τη συμβολή φερόντων
σημάτων, ή συνδυασμοί των φερουσών και της συχνότητας του τοπικού ταλαντωτή ενδιάμεσης (f_T).

Αν θεωρήσουμε δύο φέροντα σε συχνότητες f₁ και f₂, οι συνδυασμοί αυτοί στην είσοδο του δέκτη αποδεικνύεται ότι είναι της μορφής:

Ν₁f₁ + N₂f₂ ,

όπου Ν₁ και Ν₂ ακέραιοι θετικοί ή αρνητικοί αριθμοί.

Αν αυτοί οι συνδυασμοί συχνοτήτων δώσουν αποτέλεσμα που βρίσκεται μέσα στη ζώνη λειτουργίας του δέκτη, είναι προφανές ότι ο δέκτης το αντιλαμβάνεται ως ένα υπαρκτό και αληθινό φέρον. Αν ο δέκτης συντονιστεί σ’ αυτή την εικονική συχνότητα, προφανώς στην έξοδο της αποδιαμόρφωσης εμφανίζονται παρασιτικά σήματα που, αν η συχνότητά τους είναι τέτοια που να καταφέρουν να διέλθουν όλα τα στάδια χαμηλών συχνοτήτων και να ενισχυθούν από τον ενισχυτή εξόδου,   δημιουργούν δυσάρεστα για την ακρόαση αποτελέσματα.

Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό με τον όρο παρεμβολή (interferences) φερόντων σημάτων.

Αποδεικνύεται ότι οι ενοχλητικότεροι συνδυασμοί συχνοτήτων για τις παρεμβολές είναι τα παράγωγα τάξης 3, δηλαδή οι συνδυασμοί συχνοτήτων που αντιστοιχούν στη σχέση:

½Ν₁½ +½Ν₂½ = 3 και Ν₁, Ν₂ έχουν αντίθετο πρόσημο.

Δηλαδή συνδυασμοί, όπως:

2f₁ – f₂ και   2f₂ – f₁.

Η παραπάνω παρατήρηση τεκμηριώνεται με απλά παραδείγματα. Ας θεωρήσουμε ότι ένας δέκτης με ζώνη λειτουργίας από 88 MHz έως 108 MHz δέχεται στην είσοδό του δύο έντονα φέροντα σήματα με συχνότητες f₁ = 95 MHzκαι 96 ΜΗz. Αν (λόγω έλλειψης γραμμικότητας στη συμπεριφορά του δέκτη) εμφανιστούν παράγωγα συχνοτήτων τάξης 3, με βάση τις προηγούμενες σχέσεις έχουμε:

2f₁ – f₂ = 2 . 95 – 96 = 94 MHz

2f₂ – f₁ = 2 . 96 – 95 = 97 MHz

Οι δύο αυτές εικονικές συχνότητες βρίσκονται μέσα στη ζώνη λειτουργίας του δέκτη. Ο δέκτης, αν συντονιστεί κατάλληλα, θα τις εκλάβει ως πραγματικό φέρον και θα επεξεργαστεί το παρασιτικό κύμα κανονικά έως και την αποδιαμόρφωσή του. Από την άλλη πλευρά, αν υπάρχει πραγματική εκπομπή σήματος στη συχνότητα των 97 ή 94 MHz, είναι προφανές ότι παρενοχλείται.

Εξίσου ενοχλητικό με το προηγούμενο πρόβλημα είναι και η ενδοδιαμόρφωση (intermodulation) λόγω μη γραμμικής συμπεριφοράς του σταδίου ετεροδύνωσης. Αφορά τη συμβολή ισχυρού φέροντος σήματος (f) με το σήμα του τοπικού ταλαντωτή (f_T). Αποδεικνύεται ότι σ’ αυτή την περίπτωση δημιουργούνται παράγωγα σήματα σε συνδυασμούς συχνοτήτων της μορφής:

Mf + Nf_T,   όπου Μ , Ν ακέραιοι θετικοί ή αρνητικοί.

Αν οι προκύπτουσες τιμές ικανοποιούν τη συνθήκη

Μf + Nf_T = ± f_I                                 (10)

(οι τιμές Μ=1 και Ν=1 αντιστοιχούν στην περίπτωση κανονικής λήψης συχνότητας f = f_T – f_I και της συχνότητας ειδώλου f΄= f_T + f_I) και διέλθουν από το φίλτρο ενδιάμεσης συχνότητας και την αποδιαμόρφωση, δημιουργούν ενοχλητικά παρασιτικά σήματα στην έξοδο.

Μετασχηματίζοντας την προηγούμενη σχέση, προκύπτουν οι ανεπιθύμητες συχνότητες που εκλαμβάνει ο δέκτης ως φέροντα σήματα:

f₁ = (Nf_T – f_I) / Μ     και f₂ = (Nf_T + f_I) / M             (11)

Είναι εύκολο να διαπιστώσουμε διερευνώντας ότι ενοχλητικότερες είναι οι παρασιτικές συχνότητες που αντιστοιχούν σε Ν = M, δηλαδή οι συχνότητες της μορφής:

f = f_T ± f_I/M                                             (12)

Για παράδειγμα:

Αν Μ=2, τότε f = f_T – f_I/2 = (f_o + f_I ) – f_I/2 = f_o + f_I/2 ,

όπου f_o η συχνότητα φέροντος, στην οποία έχει συντονιστεί ο δέκτης. Η ανεπιθύμητη παρασιτική συχνότητα f είναι πολύ κοντά στην ωφέλιμη (fo) και δεν μπορεί να εξαλειφθεί εύκολα με φίλτρο.

7.4.2 Δέκτης με δύο στάδια ετεροδύνωνσης (μετάθεσης συχνότητας)

Η χρησιμοποίηση δύο σταδίων μετάθεσης συχνότητας στο δέκτη δίνει λύση στα διάφορα προβλήματα που δημιουργεί το μοναδικό στάδιο ετεροδύνωσης. Είδαμε ότι όσο μικρότερη είναι η ενδιάμεση συχνότητα που χρησιμοποιείται στον δέκτη τόσο πιό εύκολη είναι η κατασκευή των σταδίων ενδιάμεσης συχνότητας (φίλτρου και ενισχυτών) που έμμεσα, μέσω του συντελεστή ποιότητας Q = f_I/(BW), ορίζουν την επιλεκτικότητα του δέκτη. Από την άλλη πλευρά όσο μεγαλύτερη τιμή ενδιάμεσης συχνότητας επιλέγεται τόσο πιό εύκολα απορρίπτεται η ενοχλητική συχνότητα είδωλο.  

Η αντίφαση αυτή καταργείται, αν υιοθετηθεί η χρήση δύο σταδίων ενδιάμεσης συχνότητας, f_{I1 ,}f_I2 με f_I1 > f_I2, όπως φαίνεται και στο σχήμα 7.4.1. Το πρώτο στάδιο ενδιάμεσης συχνότητας f_I1 διευκολύνει την απόρριψη της συχνότητας είδωλο, ενώ το δεύτερο κάνει την επιλογή του καναλιού ακρόασης.

Σχήμα 7.4.1: Δέκτης με δύο στάδια ετεροδύνωσης

Στο πρώτο στάδιο ετεροδύνωσης αξιοποιείται συνθέτης συχνοτήτων PLL που συντονίζει το δέκτη στην επιθυμητή συχνότητα f_T1 = f_o + f_I1. Στη συνέχεια η συχνότητα f_I1 μετατίθεται στην δεύτερη ενδιάμεση με τη βοήθεια του δεύτερου σταθερού τοπικού ταλαντωτή, που μπορεί να έχει συχνότητα f_T2 = f_I1 + f_I2 ή f_T2 = f_I1 - f_I2. Σ’ αυτή την περίπτωση ο αποδιαμορφωτής εκλαμβάνει ως διαμορφωμένο φέρον το σήμα που προκύπτει από το δεύτερο στάδιο ετεροδύνωσης.  

Εφαρμογή: Ας υποθέσουμε, για παράδειγμα, ότι ένας δέκτης που προορίζεται να λάβει ανεξάρτητα κανάλια εκπομπής σε συχνότητες πάνω από 200 MHz με εύρος ζώνης BW = 5 kHz διαθέτει δύο στάδια ενδιάμεσων συχνοτήτων, με συχνότητες αντίστοιχα f_Ι1 = 21,4 MHz και f_Ι2 = 455 kHz. Με βάση προηγούμενη συνθήκη, για να έχουμε απόρριψη των συχνοτήτων εικόνας, είναι προφανές, καθώς 2f_I1 = 42,8 MHz, ότι η ζώνη λειτουργίας του δέκτη μπορεί να είναι έως και 40 MHz, με την προϋπόθεση ότι ο τοπικός ταλαντωτής ρυθμίζεται από 221,4 MHz έως 261,4 MHz.

Προσθήκη νέου σχολίου