Superheterodynmottagare (enkelsuper)

Som den enklaste mottagaren lärde vi känna detektormottagaren i föregående kapitel. En detektormottagare är en s.k. raktmottagare, som vi också redan träffat på på instegsnivån. I en raktmottagare, som i figur HAREC-13.3.1, demoduleras signalen bara efter mottagning och eventuell förstärkning. Det här mottagarkonceptet har dock nackdelen dålig selektivitet. För att förbättra den kunde man kombinera flera filter i ingångsfilterblocket (2) för att öka selektiviteten. Men då skulle alla dessa filter behöva justeras när mottagningsfrekvensen byts, och det är mycket besvärligt. Därför utvecklades superheterodynmottagaren (jfr figur HAREC-13.3.2), som i fackspråk också kallas superheterodyn eller superhet.

1) Kort beskrivning: Blockschema med signalflöde från vänster till höger: antenn (”1”), filter (”2”), förstärkare (”3”), likriktare (”4”), ytterligare en förstärkare (”5”), högtalare (”6”).
2) Utförlig beskrivning: Bilden visar ett blockschema av flera moduler förbundna med en horisontell linje. Längst till vänster finns en antennsymbol (V-formad symbol) (”1”). Till höger om den står ett block med tre vågformade linjer (filter), där den övre och den nedre vågformade linjen är överstrukna (”2”). Till höger följer ett block med en åt höger pekande triangel (förstärkare) (”3”). Nästa block innehåller en diodsymbol, bestående av en åt höger pekande triangel och till höger om den en vertikal linje (”4”). Därefter följer ytterligare ett block med en åt höger pekande triangel (förstärkare) (”5”). Längst till höger står en högtalarsymbol, visad som ett smalt block med en membran som öppnar sig åt höger (”6”). Det finns inga andra märkningar.
Figur HAREC-13.3.1: Raktmottagare
Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Blockdiagram med antenn till vänster, tre förstärkarblock (”HF”, ”MF”, ”LF”), två blandare, två oscillatorer som matar in underifrån (”VFO”, ”BFO”) och en högtalare till höger; allt förbundet med pilar från vänster till höger.
2) Detaljerad beskrivning: Längst till vänster står en antennsymbol; en ledning leder åt höger in i ett kvadratiskt block med en åt höger pekande triangel (förstärkare), under det märkningen ”HF”. En pil pekar vidare åt höger mot ett kvadratiskt block med en cirkel med kors (blandarsymbol). Underifrån leder en pil från en mindre kvadrat med vågformade linjer och en snett uppåt höger riktad pil uppåt in i denna blandare; denna lilla kvadrat är märkt ”VFO”. Åt höger följer en pil till ytterligare ett kvadratiskt block med åt höger pekande triangel; under det står ”MF”. Därefter följer åter en pil åt höger till ett blandarblock (kvadrat med cirkel och kors). Underifrån går en pil från en liten kvadrat med flera vågformade linjer uppåt in i denna blandare; denna lilla kvadrat är märkt ”BFO”. Därefter leder en pil åt höger till ytterligare ett kvadratiskt block med åt höger pekande triangel; under det står ”LF”. Sist pekar en pil åt höger mot en högtalarsymbol (tratt/ljudomvandlare). Alla förbindelser är ritade som genomgående linjer med pilspetsar; märkningarna är ”HF”, ”MF”, ”LF”, ”VFO” och ”BFO”. Inga siffer- eller axelangivelser finns.
Figur HAREC-13.3.2: Superheterodynmottagare med förstärkare

Idén med superheterodynmottagaren är lika enkel som genial. I stället för avstämbara filter används en variabel oscillator (VFO, engelska Variable Frequency Oscillator), med vars hjälp den mottagna signalen först omsätts till en fast frekvens, den så kallade mellanfrekvensen $f_\mathrm{MF}$ (ofta förkortad MF). För denna fasta mellanfrekvens går det att bygga mycket selektiva och högkvalitativa filter. Figur HAREC-13.3.3 illustrerar principen.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Diagram över ett blockschema med en följd av block. Till vänster finns en antenn som leder till ett block märkt ”HF 3–30 MHz”. Därefter följer en blandarkrets. Linjen leder vidare till ett block ”ZF 455 kHz”, följt av ytterligare en blandarkrets. Därefter finns ett block ”NF” och i slutet en högtalarsymbol. Nedtill leder linjer från ett block ”VFO 3,455–30,455 MHz” till den första blandarkretsen och från ett block ”BFO” till den andra blandarkretsen.
Figur HAREC-13.3.3: Superheterodynmottagare med filter

Ingångsfiltret släpper först bara igenom det önskade frekvensområdet, till exempel kortvågsområdet. Därefter omsätter en blandare ingångssignalen tillsammans med VFO-frekvensen till den konstanta mellanfrekvensen, till exempel $\qty{455}{\kilo\hertz}$. I det konkreta exemplet kan VFO:n ställas in mellan $\qty{3,455}{\mega\hertz}$ och $\qty{30,455}{\mega\hertz}$ för att kunna blanda ned hela kortvågsområdet. Den avgörande fördelen med superheterodynmottagaren jämfört med raktmottagaren ligger just i denna konstanta mellanfrekvens: Filtreringen av signalen kan optimeras för en fast frekvens, vilket ger mycket hög selektivitet.

Eftersom filtren inte behöver vara avstämbara kan de optimeras med avseende på bandbredd och flanktäthet, till exempel genom att använda kristall-, keramik- eller digitala filter. Så kan man till exempel för talöverföring (SSB) använda filter med en bandbredd på ca $\qty{2,4}{\kilo\hertz}$ och för telegrafi (CW) smalbandiga filter på ca $\qty{300}{\hertz}$. Även för andra överföringsmetoder som AM, FM eller digitala moder kan motsvarande anpassade filter användas.

Med det här konceptet uppnår superheterodynmottagaren en betydligt högre selektivitet än raktmottagaren. En ytterligare fördel är att alla efterföljande delar alltid arbetar med samma mellanfrekvens och därför inte heller behöver vara avstämbara, vilket förenklar uppbyggnaden och förbättrar mottagningskvaliteten.

Superheterodynmottagare kan arbeta med en eller flera mellanfrekvenser. I det enklaste fallet är det en direktblandande mottagare, där mellanfrekvensen är den önskade LF-frekvensen. För det ändamålet måste oscillatorfrekvensen ligga mycket nära mottagningsfrekvensen.

En superheterodynmottagare har dock också vissa nackdelar, framför allt förekomsten av så kallade spegelfrekvenser. Den problematiken samt avancerade mottagarkoncept som dubbelsuper med flera mellanfrekvenser tar vi upp närmare först på HAREC-nivån.

Uppfinnaren av superheterodynmottagaren kan inte entydigt anges. Det beror bland annat på att utvecklingen sammanfaller med första världskriget, då alla inblandade krigsparter arbetade intensivt på att förbättra radiotekniken. Oberoende av varandra sysslade omkring år 1918 flera forskare med denna funktionsprincip, bland andra Edwin Armstrong i USA, Lucien Lévy i Frankrike och Walter Schottky i Tyskland.

Begreppet heterodyn respektive superheterodyn är en nybildning. Det består av det latinska super (”över”) samt de grekiska orden hetero (”olika”) och dynamis (”kraft” respektive ”verkan”). Namnet beskriver superheterodynmottagarens grundläggande funktionsprincip: blandning av två signaler med olika frekvens för att skapa en ny frekvens.


Fortsätt till nästa avsnitt: Närselektivitet i superheterodynmottagaren