Wednesday, May 30, 2007

Ostale primjene radio

Ostale primjene radio
uređaja

Osim za radio astronomiju radio uređaj može poslužiti ponekad i za razonodu. U ovom članku opisati ćemo što se sve može uhvatiti komunikacijskim radio prijemnikom ili scannerom. Članak je namijenjen prije svega onima koji su odlučili kupiti uređaj za radio astronomiju, a sada ih zanima što se još može čuti s tim uređajem. Ovaj tekst im također može pomoći prilikom nabave uređaja jer odmah mogu vidjeti dali njihov uređaj koji će kupiti podržava neke od navedenenih frekvencija u ovom tekstu koje im se čine zanimljivima. Slijedi kratki opis radijskog spektra od 2 do 1000 MHz, no prije toga moramo se upoznati sa zakonom.

Zakon o telekomunikacijama - članak 93 - tajnost radijskih poruka

(1) Vlasniku, odnosno korisniku radijske postaje zabranjeno je:

  1. neovlašteno doznati, upotrebljavati, objaviti ili proslijediti drugima sadržaj radijske poruke koja nije namijenjena javnosti,
  2. prenositi u nekodiranom obliku radijske poruke koje imaju obilježja tajnosti,
  3. prenositi lažne i pogrješne signale i priopćenja, osobito ako se odnose na opasnost, hitnost, sigurnost ili identifikaciju,
  4. prenositi signale i priopćenja koja se ne odnose na njegovu djelatnost,
  5. primati signale i priopćenja koja nisu namijenjena njemu i nisu za opći prijam.

(2) Povredom tajnosti radijske poruke ili priopćenja iz stavka 1. ovoga članka ne smatra se prijam poruke, signala ili priopćenja u obliku radijske smetnje, uz uvjet da se Agencija bez odgode izvijesti o takvom prijamu pisanim putem, u svrhu utvrđivanja smetnje.

Najbitnija točka u njemu koju obavezno morate zapamtiti jest točka pod brojem jedan, i to dio koji glasi: ''...objaviti ili proslijediti drugima sadržaj radijske poruke...''. Pritom se naravno misli na pohranjivanje (snimanje) radijskih poruka. Možemo također vidjeti da nam točka 5. zabranjuje prijem emisija koje nisu namijenjene nama. Iz ovoga je sasvim jasno da je prekršaj slušati frekvenciju od primjerice policije ili vojske i svakako ćete snositi neke sankcije ukoliko budete uhvaćeni da to činite. No taj prekršaj je sitnica u odnosu na prekršaj koji činite snimanjem ili bilo kakvim bilježenjem tih emisija! Za takav prekršaj može se dobiti zatvorska kazna bez ikakvih problema, kao i optuža za špijunažu i tko zna što. Stoga čak i ako slušate, ništa ne snimajte! Odnosno, kako poznato nepisano pravilo kaže: ''Slušaj što god hoćeš i koliko god hoćeš i dokle god šutiš o tome i nikome ne prosljeđuješ ono što slušaš dotle ti se ništa neće desiti.''.

Spomenimo i ostale točke Zakona. Točka broj 2 je nebitna, jer se vjerojatno odnosi na državne službe, pa ju nećemo komentirati. Točka broj 3 odnosi se na odašiljanje lažnih signala. Ostaje pomalo nejasno kakve to veze ima sa tajnošću radijskih poruka. Eventualno logičko objašnjenje jest da je u pitanju prijepis nekog prastarog zakona te nestručnost osobe koja je ubacila ovaj podstavak. Točka broj 4 je jasna i jednostavna, no u često slučajeva zna se desiti da je se mnogi ne pridržavaju. Koliko mi je poznato, nitko još nije bio sankcioniran zbog ove točke, već se stvar najčešće riješava upozorenjem. Spomenimo da se ni pripadnici državnih službi baš ne pridržavaju ove točke.

Pod (2) je napomenuto da ukoliko primate emisiju u obliku smetnje koju primjerice uzrokuje demodulacija neke jake lokalne postaje, time ne kršite zakon. No dužni ste obavijestiti Agenciju o problemu proboja dotične postaje. Primjerice živite odmah preko puta policijske postaje, a posjedujete uređaj sa lošom selektivnošću. Agencija će tada izvršiti ispitivanje. Ukoliko se pokaže da je sustav odašiljača i antene na policijskoj postaji u skladu sa propisanim normama, to onda znači da je problem u vašem uređaju. Nažalost u zakonu ne piše dali će vam se uređaj oduzeti zbog toga što ima lošu selektivnost, no u svakom slučaju biti ćete prisiljeni ugraditi ili pojasni filter ili ulazni attenuator ili promijeniti lokaciju antene ili pak sve od navedenog, sve dok nadležno tijelo ne utvrdi da na vašem uređaju više nema proboja bliske postaje.

Da se isti zakon može tumačiti na više načina dokazuje i jedna zanimljiva rasprava na usenetu. Navedeni su zanimljivi argumenti za i protiv slušanja naših državnih službi (MUP, HV i sl.). Najzanimljiviji isječci nalaze se ovdje. Svakako pročitati prije ozbiljnijeg bavljenja slušanjem i presretanjem radijskih komunikacija.

Opis radijskog spektra od 2 do 1000 MHz

Na području od 2 do 15 MHz ukoliko uređaj posjeduje SSB, možemo čuti mnoštvo poruka koje razmjenjuju razne diplomatske ambasade svijeta (primjerice između Rusije i Kube). Pomorske komunikacije između brodova i kopna. Radio telefone, uređaje koji su zapravo telefoni, ali jedan dio prijenosa informacije vrše radiovalovima, kada nije moguće provesti žice, npr. na brodovima i sl. Tu je i mnoštvo teleksa, RTTY-a, i cijelo brdo digitalnih modulacija od kojih je većinu moguće dekodirati uz pomoć računala. Vojne i povjerljive komunikacije nije moguće dekodirati, jer su kriptirane. Tu je još mnoštvo telefaxova meteoroloških postaja koji su namijenjeni brodovima. Zatim razne poruke namijenjene tajnim agentima, koje se šalju šifrirano brojevima (number stations). Zatim pozicije zrakoplova koje se automatski kodirano šalju kontroli leta. Naravno uz pomoć računala i zvučne kartice to se lako dekodira pa je moguće lociranje zrakoplova preko računalnog programa, pri čemu je moguće doslovno na geografskoj mapi u programu pratiti civilni ili vojni avion kako leti preko primjerice Atlantika, za više informacija pogledajte ovdje. Napomenimo samo početnicima da HF air band nema nikakve veze sa VHF air band-om - frekvencijama na kojima piloti razgovaraju sa kontrolom leta, obzirom da je u pitanju skroz drugo frekvencijsko područje, kao i činjenici da se HF valovi prostiru duž površine Zemlje odbijanjem od ionosfere pa ih se može uhvatiti na velikim udaljenostima dok su VHF valovi samo dometa horizonta jer se ne odbijaju od ionosfere. Više o propagacijama (odbijanju valova od ionosfere) objašnjeno jest u tekstu pod nazivom 'Ispod 100 kHz'.


Korisničko sučelje jednog od programa za prijem i dekodiranje digitalnih signala na HF-u


Zapravo područje HF-a (high frequency 3 MHz – 30 MHz) je toliko zanimljivo i bogato da bi trebao jedan cijeli tekst koji bi se samo bavio tom temom. Ono što je bitno istaknuti jest da je za HF potreban prijemnik visoke kvalitete. Ispod 500$ takav se ne može naći. Raspon frekvencija mu je najčešće 100 kHz – 30 MHz uz obavezno posjedovanje SSB modulacije (vidi tekst o modulacijama) i vrhunska selektivnost. Također potreban je izrazito kvalitetan antenski sustav kao i poznavanje osnova teorije elektromagnetizma, propagacija, elektrotehnike i antenskih sustava – kako bismo efektno riješili sve probleme s kojima se redovito susrećemo na HF-u (izrada antena, attenuatora, filtera, antenskih transformatora i sl.) Hvatanje HF-a sa nekakvim ručnim scannerom i pendrek antenom prikopčanom na njega jednostavno zaboravite! Više o presretanju poruka na HF-u možete naći ovdje.

Kada smo već spomenuli ''number stations'' preporučam da skinete audio zapis spy-station-special.mp3 (4.9 MB) koji je emitiran na Hobart Radio International-u. (NAPOMENA: Audio zapis skinite tako da desnom tipkom miša kliknete na gornji link i odaberete Save As). Riječ je o emisiji koja traje oko 50 minuta, a posvečena je nepoznatim i pomalo tajanstvenim porukama koje se odašilju na kratkom valu (među koje spadaju i 'number stations'). Emisija je na engleskom jeziku i ako ga razumijete, svakako ju poslušajte. Ako se već duže bavite slušanjem kratkog vala onda OBAVEZNO poslušajte ovu emisiju! Jest da je zapis velik 4.9 MB, ali unutra je skoro sat vremena materijala. Vjerujte, nebih ga stavljao online da nije tako dobar. Početnicima (na kratkom valu) ne preporučam da ga skidaju.

Što se tiće interaktivnog izmjenjivanja iskustva sa ostalim osobama ili radioamaterima koje se bave sličnom ovakvom djelatnošću (presretanjem radijskih poruka). Instaliravanjem programa mIRC, spojite se na neki zIRC-ov server primjerice deliverance.ca.us.zirc.org i komandom /j #wunclub uđete na kanal wunclub. Tamo bude najčešće preko 30 ljudi (članova je preko stotinu) i mnogi od njih će vam rado pomoči ako trebate neku informaciju. Moram osobno priznati da sam večinu toga vezanog uz presretanje poruka, saznao upravo tamo. A i puno je lakše pitati direktno pitanje, nego tražiti po web-u. Kako izgleda jedna tipična noć na #wunclub kanalu možete vidjeti ovdje.

Na području 3.5 do 3.8 MHz (80 metarsko područje) moguće je čuti mnoštvo radio amatera iz cijelog svijeta. Većina ih komunicira morse kodom (CW) koji se uz pomoć računala može lagano dekodirati ukoliko ne poznajete Morse-ov kod. A moguća je i glasovna komunikacija LSB modulacijom. Zna povremeno biti 'zanimljivih' razgovora na 3.725 MHz sa našim istočnim 'komšijama'. Evo jednog kratkog primjera (mp3 180 kb).

Na području od 26.965 do 27.405 MHz nalazi se Citizen Band ili skraćeno svima znani CB. Najčešća modulacija jest AM, a povremeno zna biti FM (koji je zapravo jedini službeno i dozvoljen). Prije dvadeset godina ovdje je bilo gotovo nemoguće pronaći slobodni kanal i sve je vrvilo ćakulama od zore do mraka. Danas je nažalost obrnuto. U prosjeku zauzeta su dva do tri kanala dnevno. Osim korisnika u svojim kućama, redoviti posjetitelji su kamiondžije koji ćakulaju dok voze ili čekaju u nekoj gužvi na granici. Podsjetimo se, CB je uz PMR jedino područje frekvencija na kojem je dozvoljeno odašiljanje bez posjedovanja amaterske dozvole. Kod kupovine prijemnika ili scannera valja paziti da podržava AM za ovo područje (većina jeftinih scannera nažalost nudi samo FM na ovom području). Popis svih CB kanala nalazi se ovdje. Osim lokalnog CB-a, ponekad tokom dana (idealno nedjeljom ujutro) možemo ćuti i neke udaljene postaje koje najčešće dolaze iz Ukrajine i Rusije. Sloj ionosfere koji omogućava ovako daleke veze na tako visokim frekvencijama postoji samo tokom dana, stoga je to ujedno i uvjet ukoliko vas zanima ovaj CB DX. Evo primjera jednog takvog razgovora.

Od 30 do 35 MHz nalazi se low VHF band, najčešće korišten od strane vojske. Tokom dana zbog propagacija mogući je prijem komunikacija i izvan horizonta. Konkretno iz Hrvatske bez problema se čuju vojne komunikacije u Iraku. Primjeri nekih od frekvencija u Iraku su 30.300, 30.350, 30.475, 33.425, 33.550, 34.600, 35.800 MHz. Sve navedene frekvencije su FM modulacija.

Frekvencije od 36 do 47 MHz obuhvaćaju područje na kojem rade bežični mikrofoni koji se koriste na koncertima. Primjeri frekvencija su: 36.70, 37.10, 37.16, 40.68, 42.89, 44.87, 47.27 MHz FM.

U području od 43 do 50 MHz nalaze se bežični telefoni. Gotovo svako domaćinstvo ima jedan, što garantira neprekidan dnevni program na svih 36 kanala, čiji popis se nalazi ovdje.

Od 88 do 108 MHz imamo komercijalni radijski FM program koji se šalje WFM modulacijom. Ako nekoga zanima povremeno slušanje omiljene radio stanice, neka pripazi da prijemnik ima i Wide FM modulaciju. Radio program se ne može slušati običnom Narrow FM modulacijom.

Frekvencijsko područje od 118 do 138 MHz obuhvaća VHF air band. Ovdje možemo čuti poruke kontrole leta avionima, razgovore pilota oko slijetanja ili polijetanja. Popis frekvencija za područje grada Zagreba nalazi se ovdje. Ako nekoga zanima popis najprometnijih frekvencija za područje grada Zagreba, on se nalazi ovdje, mada i dalje preporučam da za potrebe skaniranja samo koristite onaj prvi popis, jer je manji i jednostavniji. Osim glasovnih poruka postoji i Acars, digitalni sustav koji se može dekodirati računalom, a nosi podatke o tipu aviona i kratke poruke namijenjene kontroli leta. Spomenimo još da helikopteri i avioni hrvatske vojske komuniciraju sa kontrolom leta na ovim frekvencijama. Nažalost konkretne frekvencije vam ne mogu dati.

Na frekvenciji 143.625 MHz FM modulacijom imamo međunarodnu svemirsku postaju ISS koju možemo uhvatiti kada preleti iznad nas. Popis ostalih frekvencija vezanih uz ISS je ovdje, a preporučam nabavu programa Predict kako bi se mogla proračunati vremena kada će ISS biti iznad nas, da ne moramo svako malo na internet gledati gdje je ISS. Program je besplatan, a nudi nam upravo ono što trebamo. Naime većina ostalih programa prikazuje podatke o tome kada će ISS biti vidljiv na nebu, što nama ne znaći puno obzirom da je radio prijemniku svejedno vidi li se ISS okom ili ne, bitno je da je iznad nas. Dakle ostali programi jesu točni, ali ne daju potpuni popis preleta, več samo onaj vidljiv golim okom (kada smo mi u sumraku ili mraku, a satelit je još uvijek obasjan Sunčevom svjetlošću pa je vidljiv). Sa druge strane postoje programi koji prikazuju vremena preleta, ali nisu u stanju generirati listu za ispis (kao primjerice Starry Night). Predict nam nudi generiranje liste u tekst file, onoliko velike koliko god želimo, pa si možemo za slijedeći tjedan isprintati listu i pogledati kada nam najviše odgovara slušati ISS. Jedini nedostatak jest što su vremena u UTC-u pa se čovjek često zabuni. Postoji verzija programa i za Windows i za Linux, s time što je ona za Linux daleko bolja, jer nudi pomoćni program Gsat (vidi sliku dolje) koji ima grafičko sučenje i prikazuje točnu lokaciju ISS-a. Jedina zamjerka jest malo spetljana instalacija oko programa Gsat, no postoji detaljna uputa ovdje. Ono što je jako bitno jest svakih 3-4 tjedna sa Predict-ovog web sitea skidati listu orbitalnih paramtera za satelite, obzirom da orbita ISS-a nije fiksna već se pomalo mijenja. Druga bitna stvar jest sinkornizirati sat od vašeg računala sa međunarodnim servisom točnog vremena, pomoću primjerice programa AtomicClock.


Grafičko sučelje progarma gsat.

Od 144 do 146 MHz nalazi se radio amatersko područje. Među radio amaterima poznatije kao 2m (dvometarsko područje). Ovdje radio amateri razgovaraju kako lokalno tako i preko repetitora. Razmak između svakog kanala jest 25 kHz (npr. Kanal1 = 145.200 MHz, Kanal2 = 145.225 MHz itd.). Zna biti zanimljivih razgovora, ali nažalost i nekulturnih ispada pojedinaca, pogotovo na repetitoru Kozara. Kompletan popis frekvencija sa repetitorima nalazi se ovdje.

U području od 146 do 156 MHz FM ima nekoliko službi dostave, vozna služba i sl.

Od 156 do 165 MHz FM na području grada Zagreba i okolice nalazi se MUP, tj. prometna policija. U samom gradu Zagrebu nema više prometne policije na tim frekvencijama jer je prešla na digitalni sustav TETRA koji je nemoguće presretati i prisluškivati. Bilo kakva rasprava o prisluškivanju TETRA sustava je sama po sebi gubitak vremena. No spomenimo da je u okolici Zagreba još uvijek prisutan analogni sustav i moguće ga je prisluškivati. Slično je vjerojatno i u drugim hrvatskim gradovima. Bilo kako bilo, imajte na umu da je prisluškivanje frekvencija MUP-a ilegalno i osobno vam ne preporučam da to radite. Osim prometne policije, radio uređaje posjeduje i interventna policija. No, obzirom na djelatnosti kojima se bave, frekventno područje u kojemu se nalazi interventna policija neće biti navedeno u ovom tekstu. Razlog je sasvim jasan: moguća zlouporaba od strane kriminalaca. Isto tako ne preporučam vam da mi šaljete e-mail i tražite popis frekvencija od interventne, jer će svi mailovi biti prosljeđeni MUP-u, pa vi onda njima objašnjavajte za što vam trebaju te frekvencije.

Od 165 do 173 MHz imamo čitav niz službi. Od ZET-a, Elektre, Komunalaca, Taxi-a, Autocesta, pa do Vodovoda i Grijanja. Nekoliko primjera frekvencija može se naći ovdje.

Između 240 i 260 MHz FM nalazi se NATO satelit na kojemu je za vrijeme rata na Kosovu bilo dosta zanimljivih stvari. Danas nema gotovo više ničega osim pirata iz Brazila i Rusije koji zlorabe satelit za vlastite potrebe. Satelitu može svatko pristupiti, a ponaša se kao obični repetitor. Slušanje satelita moguće je samo uz pomoć usmjerene Yagi ili LPDA antene i pojačala. Kao antena može poslužiti obična kombinirana logaritamska TV antena za 70 kuna, a ima može ju se kupiti u svakoj trgovini el. dijelova. Pojačalo od 20 dB se može nabaviti na istom mjestu gdje i antena, cijena je oko 100 kn, a radi se o najobičnijem TV pojačalu koje pojačava sve što se nalazi od 150 do 900 MHz. Što se tiće pozicije satelita ne nebu, preporučam vam program Wxtrack s pomoću kojega ćete dobiti točan smjer i elevaciju antene prema satelitu (unutar programa postoji tzv 'radarski prikaz' gdje vam se lijepo prikaže smjer i elevacija). Iako u ovom frekvencijskom području ima dosta satelita, oni koji vas zanimaju se nalaze na lokaciji 20 west. U programu odaberete jedan od njih, provjerite na mapi da se zaista nalazi na 20W, odite na radarski prikaz i stvar je riješena. Isto tako od pomoći vam može biti ova web stranica koju uređuju dva moja poznanika. Na stranici imate i uputu za izradu antene.

Na frekvenciji 443.850 MHz imamo službu na Sljemenu (skijaška staza).

Između 444 i 445 MHz nalaze se Hrvatske Željeznice. Popis njihovih frekvencija nalazi se ovdje.

Na 446 MHz nalazi se PMR, danas jako popularan. To su oni uređaji koji se prodaju u gotovo svakom većem supermarketu. Izlazna snaga jednog takvog uređaja jest svega 0.5W, što u gradskom području znači da možemo uhvatiti samo one u blizini. Modulacija je FM, no valja paziti da ako kupujemo prijemnik ili scanner kojim želimo uhvatiti PMR, on mora biti u stanju na 446 MHz imati preciznost pomaka od barem 1 kHz. Nažalost mnogi ručni scanneri na tom području imaju korak od 10 kHz što baš ne odgovara rasteru PMR-a. U popisu koji se nalazi ovdje je lista svih 8 kanala PMR-a, tako da će odmah biti jasno u čemu je problem ako nam scanner ima korak od 10 kHz.

Na frekvenciji 454 MHz imamo zimsku službu.

Spomenimo i neke audio kanale televizijskih progama na području Zagreba, ukoliko ikad zatrebaju. HTV1 = 208.76 MHz, HTV2 = 532.76 MHz, RTL = 508.75 MHz, OTV = 788.74 MHz, Nova = 852.75 MHz. Modulacija za sve navedene je WFM.

Od 900 MHz do 1000 MHz, nalazi se područje GSM-a. Prisluškivanje nije moguće, obzirom da se radi o digitalnoj modulaciji, koja je uz sve to još i kriptirana. Detaljna spektralna analiza ovog područja može se vidjeti ovdje zajedno s prikazom područja na kojem mobilni uređaj vrši odašiljanje.


Za ozbiljnije slušanje zaboravite ručne scannere i pendrek antene. Nabavite
komunikacijski prijemnik i postavite vanjsku antenu. Photo by:
Tomislav Štimac

Kao što se vidi, čak i ako vam dosadi radio astronomija, postoji još jako puno toga što možete uhvatiti vašim radio prijemnikom. Zapravo možda je bolje prvo slušati navedene stvari, stvoriti iskustvo i znanje i zatim krenuti u ozbiljnije projekte tj. u radio astronomiju.

Ovime završavamo prikaz radijskog spektra do 1 GHz. Postoje i neke komunikacije i sustavi koji se nalaze iznad 1 GHz (mikrovalno područje), no s njima se nećemo ovdje baviti, jer osim mikrovalnog prijemnika, traže i mikrovalnu antenu (tanjur), LNA, vrhunske koaksijalne kablove i dosta znanja. Mikrovalno područje nije toliko jednostavno kao HF/VHF i njime se ne bismo trebali previše baviti dok ne upoznamo niža frekventna područja i steknemo neko teorijsko znanje.

Kada već spominjemo presretanje komunikacija, svakako vam preporučam da pročitate intervju sa bivšim NSA obavještajcem, svakako danas najpoznatije agencije u svijetu po pitanju prisluškivanja. Ono po čemu je zanimljiv ovaj intervju jest da je napravljen davne 1972. godine, kada još nitko živ nije znao za NSA! Zapravo da budemo iskreni, ima i dan danas ljudi koji ne znaju za NSA, a u javnosti se je o ovoj agenciji počelo pričati tek unazad par godina. Upravo ta činjenica starosti ovog intervjua daje dodatnu težinu. Pretpostavljam da si sada postavljate pitanje kako je onda ovaj intervju dospio u javnost, i kako čovjek nije osuđen zbog izdaje. Evo o čemu se radi. Kada je NSA saznala za intervju, članak je već bio vani na cesti. U svom intervjuu bivši obavještajac je iznesao toliko povjerljivih podataka (za ono vrijeme), da bi njegovo uhićenje i suđenje značilo da su ti podaci istiniti! A tada, 1972. godine NSA ipak "nije postojala". Čak niti ruski KGB nije tada znao za NSA! Intervju je na engleskom jeziku, a može ga se pročitati ovdje.

Antene

Prvo i osnovno jest da antena mora biti montirana na krovu, odnosno bilo gdje izvan zidova vaše kuće. Druga bitna stvar jest vrsta antene. Kao što je poznato, jedna antena (primjerice dipol) znači jedno frekvencijsko područje šrine svega par MHz. Obzirom da smo nabrojali jako puno frekvencijskih područja, ispada da bi nam trebalo barem 30 antena, svaka za svoju frekvenciju. Zato ćemo morati nabaviti specijalnu široko pojasnu antenu.

Za slušanje radio valova od 100 kHz do 20 MHz, koristi se 20 - 30m žice debljine 2.5 kvadrata spojene na transformator impedancije, najčešće 9:1. Mnogi radio amateri si sami rade takav transformator, no od nedavno na tržištu se je pojavio jedan kojeg gotovo nitko nije uspio nadmašiti po kvaliteti. Riječ je o proizvodu poznate tvrtke RF Systems, a proizvod se zove Magnetic Balun, cijenom oko 50 eura opravdava uložen novac. Osim što vrši automstsko prilagođavanje impedancije, on vrši i galvansko odvajanje antene od kabela, što sa posljedicu ima puno nižu razinu pozadinskog šuma jer se transmisija ne obavlja električkim nego magnetskim putem.


RF Systems MLB MkII
(20m žice, izolator, špaga i transformator impedancije)

Za potrebe slušanja frekvencija od 20 MHz do 1.3 GHz postoji specijalna široko pojasna omni direkcionalna antena koja se zove Discone. Ona se ne može koristiti za radio astronomiju, ali za stvari koje smo naveli na ovoj stranici ona predstavlja vjerovatno najbolji izbor uz LPDA antenu, koja je nešto užeg frekvencijskog raspona, ali zato sa puno večim pojačanjem signala. Uz napomenu da je LPDA usmjerena vrsta antene i da nam je za nju potreban antenski rotor što dodatno poskupljuje sustav. Sa raznim 'teleskop' ili pendrek antenama, nemamo što raditi ako nas ozbiljnije zanimaju stvari koje smo opisali u ovo tekstu, jer svaka takva antena je dizajnirana je samo za jednu frekvenciju. Druga bitna stvar kod kvalitetnog hvatanja signala jest dobar kabel. Do 20 MHz koristi se RG-58, a od 20 MHz koristi se RG-213/U.


Discone


LPDA

Kada već spominjemo discone, napomenimo da se ta antena se nesmije direktno spajati na uređaj jer će ga spaliti. Naime radi se o vrsti antene koja je 'vruća' tj. neovisna o zemlji i koja pri najmanjoj atmosferskoj promjeni (npr. prolaz oblaka iznad kuće) generira visoki napon na izlazu, koji je dovoljno visok da spali vaš uređaj. Zato prije svega morate kupiti spravu koja se zove Lightning Arrestor, u Njemačkoj poznatija kao Blitzshutz. Tvrtka Diamond ih proizvodi i može ih se nabaviti npr. kod firme Wimo, primjerice model CA-23RP. Tek kada nabavite taj lightning arrestor možete prikopčati discone antenu na vaš uređaj. No to i dalje nije 100% zaštita da ga antena neće spaliti, zato je neophodno da kada ne radite da je uređaj odspojen od antene! Ovo je najvažnije pravilo za rad s takvom vrstom antene. Zbog čega je to tako biti će vam jasno kada se prvi oblaci približe vašoj kući i kada iskre poćnu skakati na kabelu od discone antene. Znači pravilo je: odspojiti antenu kada se ne radi. A kad se radi valja pogledati u nebo s vremena na vrijeme. Ako se pojave niski oblaci, antenu valja odspojiti odmah!

Preporuka za investiranje novca

Ukoliko vas zaista interesira presretanje komunikacija, moja osobna preporuka jest da se ostavite slušanja raznih hrvatskih državnih službi (tipa MUP, HV i sl.), tj. ostavite kompletnog VHF-a, jer tamo zapravo nema ničega zanimljivog - barem što se tiče područja Hrvatske. Ako želite zaista pametno uložiti vaš novac, kupite što kvalitetniji kratkovalni prijemnik i napravite što kvalitetniji antenski sustav. A ono što je najbitnije jest da vam tamo nitko nema pravo braniti presretanje komunikacija. Jer na kratkom valu zapravo sve dolazi sa područja izvan Republike Hrvatske. To znači da hrvatski organi vlasti nemaju šta tražiti u vašoj kući, pa čak i da javno svima kažete da presrećete međunarodne komunikacije, dešifrirate ih ili obrađujete. Jednom riječju, naša policija vam ne može ništa, jer ne postoji konkretan hrvatski zakon koji bi to sankcionirao.

Elektromagnetske smetnje i prevencija

Elektromagnetske smetnje i prevencija

Po svojem uzroku, smetnje u području frekvencija radio valova dijelimo na one prirodne i na one izazvane od strane čovjeka. Skračenica koju koriste radio amateri pa tako i radio astronomi za prirodne smetnje jest QRN, a skračenica za smetnje izazvane čovjekovin dijelovanjem QRM. Generatori prirodnih smetnji su: Sunce, atmosferske vremenske (ne)prilike na Zemlji, te radiovalovi iz dubokog svemira. Dok u generatore smetnji izazvanih od strane čovjeka spadaju: radijski odašiljači, dalekovodi, trafostanice, automobili i skuteri (iskre na svječicama), napajanja od računala, printeri, monitori (obični CRT i LCD), te gotovo svi kućanski električni uređaji (mikseri, usisavači i sl.).

Prije nego idemo vršiti neku opservaciju s radio uređajem, valjalo bi naučiti prevenciju od smetnji, tj. upoznati se sa tim smetnjama, kako one djeluju, gdje i kada se pojavljuju. Na taj način biti će puno lakše vršiti snimanja, koja će uz to biti i kvalitetnija, što je na njima manje smetnji.

Prirodne smetnje

Od ovih smetnji zapravo nema nikakve obrane i jedino je rješenje pričekati da nestanu. Krenimo sa najslabijima, a to su smetnje iz svemira. Tokom drugog svjetskog rata, Britanci su posjedovali radar koji je radio na 900 MHz i koji je došao kao zamjena za prethodni slabiji model koji je radio na kratkom valu 20-55 MHz (Chain Home Radar). Mada je ovaj noviji bio neusporedivo bolji, s vremena na vrijeme pokazivao bi neke čudne simptome. Operatori su primijetili da kada god je Mliječna Staza iznad horizonta, na radaru dolazi do dramatičnog povećanja šuma. Prvi koji je otkrio galaktički šum, a ujedno i otac radio astronomije jest Karl Guthe Jansky. Radeći za tvrtku Bell Laboratories, dobio je zadatak da otkrije odakle dolaze šumovi koji smetaju tadašnji telefonski prijenos koji je išao preko kratkog vala. Jansky je 1932.g. konstruirao veliku antenu te krenuo vršiti mjerenja koja su rezultirala pronalaskom izvora smetnje koji je dolazio s neba, a taj izvor je bio centar naše galaktike Mliječne Staze.

Druga prirodna smetnja s kojom se svaki dan susrećemo jest Sunce. Svaki vlasnik radio uređaja ili scannera može primijetiti povećanje šuma, čim Sunce izađe na nebo. Ovo se može vrlo lagano provjeriti sa običnom usmjerenom VHF antenom (za TV na primjer), tako da ju uperimo u nebo pred sam izlazak sunca, podesimo prijemnik na neku frekvenciju gdje ne emitira niti jedna stanica, i pričekamo da Sunce izađe. Kako se sunce pojavi na nebu, tako će i količina šuma na našem prijemniku porasti.

Treća prirodna smetnja koju ćemo opisati, spada u onu najjaču. U usporedbi sa njom, navedene dvije su gotovo beznačajne. Radi se o atmosferskim uvjetima na Zemlji i tu prije svega mislimo na količine oluja u neposrednoj okolini do cca. 3000 km od naše lokacije. Ova smetnja frekvencijski se proteže od 0 Hz do 10 MHz, a iznad toga joj snaga opada. Prisutna je u onom intenzitetu u kojem su prisutne oluje oko našeg područja. Stoga ukoliko radimo na frekvencijama ispod 10 MHz, prije opservacije valja na internetu pregledati satelitsku snimku naoblake. Primjerice ovdje se može dobiti takva snimka.

Za potrebe ovog članka, izvršili smo frekvencijsku analizu prisutnosti smetnji u rasponu frekvencija radiovalova od 50 kHz do 20 MHz. Snimanje je vršeno u 04:00 ujutro, doba kada ustaju mnogi radio astronomi, pogotovo oni koji hvataju prirodne Zemaljske radio valove, poput Whistlera i Chorusa. Snimano je pet frekvencijskih područja i to redom: 67 kHz; 500 kHz; 5 MHz; 10 MHz; 20 MHz. Kod snimanja, najveća pozornost obratila se je na to da sve snimke budu snimane istim intenzitetom i pojačanjem, kako bi ih se međusobno moglo uspoređivati. Za te potrebe poslužio nam je komunikacijski prijemnik Icom R-75 koji je opremljen potpunom manualnom kontrolom pojačanja radijskog signala (AGC). Kao što znamo AGC vrši automatsko poglašnjavanje slabih signala, i stišavanje jakih signala, što u našem slučaju ne bi bilo dobro, jer bi sve snimke bile jednako glasne, pa bi analiza bila nemoguća. Zato je za potrebe snimanja na radio uređaju isključen AGC i manualno podešena jakost pojačanja koja je ostavljena ista za sva mjerenja.


Icom R-75

Slika ispod pokazuje nam srednje vrijednosti jakosti smetnji za svako mjereno područje. Kao što vidimo, intenzitet je bio najveći na području od 500 kHz. A uvjeti za normalni rad postoje tek na 20 Mhz. Koga zanima audio zapis svakog od analiziranih frekvencijski područja, može ih poslušati ovdje. U jednu snimku 'zaljepljeno' je svih 5 zapisa, svaki duljine 10 sekundi, što nam daje ukupno trajanje snimke od 50 sekundi. Zapisi u snimci su poslagani sljedećim redoslijedom: 67kHz, 500kHz, 5MHz, 10MHz, 20MHz. Komprimirani su mp3 formatom, i zauzimaju svega 180 kB, stoga preporučam njihovo slušanje. Sve snimke predstavljaju direktnu transpoziciju navedenih frekvencija u audio područje, sa širinom signala 2.6 kHz.

Ako pogledamo ispod satelitsku snimku tog dana, možemo primijetiti da su uvjeti bili izrazito olujni u gotovo cijeloj Europi. Stoga ni ne čudi ovako velika količina buke na snimkama. Sada je jasno da raditi opservacije ispod 10 MHz prilikom ovako olujnih nevremena nema smisla.

Smetnje izazvane od strane čovjeka

Svojim djelovanjem, čovjek nenamjerno stvara veliku količinu elektromagnetskih smetnji. Primjerice ako živimo pored jakog odašiljača, postoji velika mogućnost da naš radio prijemnik neće biti u stanju uhvatiti niti jednu stanicu, zbog preopterećenja ulaznih krugova uređaja. S druge strane, ako pored nas živi neki radio amater, koji nema tako jaki odašiljač, ali ga nije pravilno opremio filtrima, opet postoji mogućnost smetnji na našem radio uređaju, zbog proboja neke od harmoničkih frekvencija koje emitira uređaj tog radio amatera.

Ako živimo u zgradi, tu je čitav niz smetnji koje nas prate na raznim frekvencijama. Od prigušnica fluorescentnih svjetiljki, miksera, usisavača i sl. koji bez problema izrazito jako zagađuju spektar do 1MHz. Na 35 kHz mogu se čuti smetnje nečijeg TV prijemnika, a zvuče ovako. Zatim na 293 kHz imamo primjer smetnje za koju sam ustanovio da dolazi od ploča osigurača koje se nalaze u stubištu. Ista stvar nalazi se i na parnom harmoniku te frekvencije, tj. na 586 kHz, a može se čuti ovdje. Točno porijeklo i uzrok tog signala ne znam, no signal gazi apsolutno sve signale u blizini i onemogućava njihovo hvatanje.

Monitori i TV uređaji proizvode jake smetnje i do 50 MHz. A ako nam se pred zgradom voze mladići sa svojim skuterima, možemo očekivati smetnje i do par stotina MHz. Ako imamo antenu spojenu na pojačalo, to najbolje možemo provjeriti po TV programu, na kojemu se mogu prilikom prolaza motora pojaviti smetnje u obliku vodoravnih crtica. No primijetio sam da je najveće zagađenje od tih skutera na frekvenciji oko 118-137 MHz kada se sluša AM modulacijom. Na ovom području frekvencija nalazi se kontrola letenja, civilna i vojna avio komunikacija (detalji su objašnjeni u tekstu 'Ostale primjene radio uređaja'). Ovdje je primjer karakterističnog zvuka impulsnog šuma koji proizvede jedan takav motor, odnosno svječica u njemu i koji se može čuti u pozadini dok slušamo razgovore kontrole leta, a ponekad nam potpuno prekriti prijem. Kvalitetniji prijemnici posjeduju Noise Blanker (NB) koji izrazito kvalitetno odstranjuje takav impulsni šum. Noise Blanker se također može koristiti kod loših vremenskih uvjeta, kada uklanja neke klikove, smanjujući pritom količinu pucketanja, i slušanje pritom čini ugodnijim. Valja napomenuti da on najbolje radi sa SSB modulacijom. Upotreba Noise Blankera u druge svrhe rezultira lošijim prijemom od onog bez njega. Računalni miš također proizvodi širokopojasne smetnje dok ga pomičemo.

Zagađenja ispod frekvencija 100 kHz opisali smo detaljno u tekstu 'Ispod 100 kHz' pa ih ovdje nećemo ponavljati. U svakom slučaju jasno je da boravak u gradu svakako predstavlja lošu situaciju za radio astronomske opservacije, no valja znati da situacija nije loša na svim frekvencijama. Onaj tko će se baviti SETI analizom, ili izradom radio karti neba, taj ne treba brinuti niti gdje se nalazi, niti kakve su vremenske prilike, jer na 1.4 GHz nema praktički nikakvog zagađenja, niti prirodnog, niti čovjekovog. Sa druge strane, onaj kojega zanimaju prirodni radio fenomeni ispod 100 kHz, taj će morati otići što dalje od grada, odnosno da budem konkretan, što dalje od civilizacije. Uz to morati će paziti na vremenske uvjete prilikom vršenja promatranja.

Zaštita od smetnji

Od prirodnih smetnji kao što smo rekli, nema zaštite, no od smetnji uzrokovanih čovjekovim djelovanjem postoji više načina zaštite. Prvo i osnovno je analiza našeg sustava, provjerom zagađenja našeg okruženja. Počnimo od računala i monitora. Velika količina zagađenja može doći od lošeg napajanja, stoga valja provjeriti dali je naše napajanje FCC atestirano (dali ima na sebi FCC oznaku ili naljepnicu). Detaljan opis i riješenje ovog problema objašnjeno je ovdje. Monitor je poželjno gasiti kada god nije potreban, a idealno bi bilo i računalo i monitor ugasiti, odspojiti od mreže, te sve snimati na minidisk ili sličan uređaj, a zatim kasnije to prebaciti na računalo. Napomenimo da po pitanju zagađenja, LCD monitor zagađuje nešto manje EM spektar, ali i dalje zagađuje. Druga bitna stvar ako živimo u gradu jest galvanski izolirati antenu od kabela, kako nam smetnje iz našeg stana ili kuće, ne bi ulazile u antenu. Za to nam služi 1:1 transformator koji sami možemo napraviti. Razlika signala koji primamo preko transformatora i onog koji primamo bez je više nego drastična, pogotovo ako nam je antena postavljena na nekoj zgradi. Naravno ovo vrijedi za antene frekvencije do 20 MHz koje se rade ili kao dipol ili kao longwire. Primjer jedne longwire antene sa ugrađenim galvanskim transformatorom opisali smo u tekstovima 'Ostale primjene radio uređaja' i 'Ispod 100 kHz'.

Poželjno je napraviti i prirodno uzemljenje, tako što se vodovodna cijev duljine 2m zabije u zemlju i prikopča se kabel na nju. Naime obično uzemljenje kakvo ima večina domačinstava radi više štete nego koristi, tj. ne radi nikakvu korist. A prijemnik koji je spojen na prirodno uzemljenje ima neusporedivo kvalitetniji prijem i manje je podložan vanjskim smetnjama.

Ukoliko živimo u zgradi, imajmo na umu da je zagađenje manje u kasnijim noćnim satima kada večina ljudi ode spavati. Tada ostane još samo pokoja perilica za rublje i frižideri, što neće praviti veće probleme. Ukoliko ćemo vršiti opservacije oluja na Jupiteru pri 20 MHz, tada se ionako podrazumjeva da radimo u noćnim satima kada je Sunca zašlo.

Uklanjanje smetnji iz zgrade (područje 0-3 MHz)

Glavnina smetnji koje dolaze iz zgrade potječu od loših transformatora. Loše transformatore možemo prepoznati po tome što su neobično lagani kada ih podignemo. Oni naime vrše transformiranje napona na nešto drugačiji način, čija je posljedica generiranje smetnji od 50 kHz pa do 3 MHz. U biti radi se struji koja najčešće putuje po vanjskoj strani vodiča, pa klasični filteri ne pomažu. Da stvar bude gora, transformatori za napajanje pojačala antena se upravo rade u ovoj lošoj izvedbi. To konkretno znači da smetnja putuje po vanjskoj strani koaxa, dolazi na antenu u od tamo se zrači u okolni prostor. Ako je naša antena na krovu, jasno je da će ona pobrati tu smetnju. Stoga prva stvar koju trebamo napraviti jest uzemljiti antene na krovu kod kojih nađemo pojačalo. Za to nam može poslužiti gromobran koji prethodno malo isturpijamo, skinemo sloj od oksidacije i uz pomoć dvije aligatorske štipaljke i žice spojimo metalni nosač antene na gromobran. Ako imamo prenosivi prijemnik scanner, možemo odmah vršiti ispitivanje antena koje zrače smetnje. Područje najvećeg zagađena je od 270 - 400 kHz i vrlo lagano se detektira čim se približimo jednoj takvoj anteni.

Druga stvar koja može dovesti smetnju do našeg prijemnika jest koaksijalni kabel. Naime, kabel od naše antene tj. njegov oplet također je odlično mjesto preko kojeg ta smetnja ulazi naš prijemnik. Problem se rješava tako da se oplet (zemlja) od kabela uzemlji. Sada parazitna smetnja ne ulazi u naš prijemnik, nego odlazi u zemlju. Ukoliko prijemnik posjeduje priključak za uzemljenje, jednostavno ga prikopčamo. Ako ga nema, onda se sa aligatorskom štipaljkom možemo ''spojiti'' na vanjski metalni dio konektora od antene. Ono što je bitno naglasiti, jest da se ovdje radi o pravom uzemljenju koji moramo sami iskopati. Ne možemo spojiti uzemljenje od AC utičnice, jer je tamo prisutna ista smetnja i prikopčavanjem ne bismo ništa postigli. Spomenimo da se prikopčavanjem pravog uzemljenja dramatično poboljšava prijem našeg uređaja na niskim frekvencijama, stoga postoji puno dobrih razloga za iskopavanjem prirodnog uzemljenja. (Napomena: na VHF-u i UHF-u nema razlike u kvaliteti prijema ako smo spojeni na prirodno uzemljenje. Stoga, ako se bavimo samo tim opsezima, nema potrebe raditi uzemljenje).

Treće mjesto prijema ove smetnje je preko utičnica od struje. Kao što smo rekli, ova smetnja putuje po vanjskoj strani vodova i nažalost niti naš stan neće biti pošteđen ako netko od susjeda ima uključen ovaj transformator. Pretpostavimo da vršimo analizu i presretanje digitalnih radijskih komunikacija uz pomoć računala (npr CW, RTTY i sl.), tada se podrazumijeva da je ono spojeno preko zvučne kartice na prijemnik. Tu nastaje problem, jer smetnja sada preko našeg računala i kabela zvučne kartice ulazi u prijemnik. Uz tu smetnju postoji još čitav niz drugi smetnji koje pak potječu od računala i monitora i ulaze u naš prijemnik. Jedino rješenje jest upotreba 1:1 transformatora između zvučne kartice i prijemnika. Riječ je o galvanskom transformatoru koji vrši odvajanje dva struja kruga. Smetnji je sada puno teže preći taj transformator, tako da se velik dio vraća nazad i odlazi u uzemljenje naše AC utičnice. Obzirom da se radi o jako snažnoj smetnji, nažalost jedan njen dio će ipak proći preko transformatora i ući u prijemnik. No, možemo reći da prikopčavanje transformatora izrazito smanjuje smetnje. Što se nabave tiče, ovaj transformator postoji u primjerice Chipoteci, a deklariran je kao prilagodni transformator za auto radio.

Filteri

Neke od smetnji izazivati će nam i radio postaje - ovisno o našoj lokaciji te smetnje mogu biti daleko jače od ostalih vrsti smetnja. Naprimjer, kada je prijemnik podešen na neku frekvenciju koja se nalazi blizu stanice koja je signalom jača 10 000 puta, logično je da postoji velika mogućnost smetnje, čak i ako imamo vrhunski prijemnik. Stoga se može reći da je problem jakih lokalnih stanica prisutan kod svih vrsta prijemnika. Onoliko koliko imamo slabiji prijemnik, toliko će ovaj problem biti izraženiji. Kao što smo već prije spomenuli, sposobnost prijemnika da izdvoji željenu stanicu naziva se selektivnost. Kod nabave uređaja valja gledati da je selektivnost što bolja, ali opet ne možemo očekivati čuda ukoliko se nalazimo pored neke lokalne FM ili ne daj bože AM postaje.

Pogledajmo dva klasična primjera. Prvi je tipičan 'gradski problem' koji izazivaju jake FM postaje (88-108MHz). Zbog izuzetne snage, u stanju su se demodulirati od 60-150 MHz. Ovo primjerice može biti problem kod radio astronomije (detekcija meteora) kada se koriste signali TV postaja od kojih su neki u rasponu između 60-88 MHz. No ne mora problem biti samo kod radio astronomije. Ukoliko u slobodno vrijeme slušamo radioamatere (2m područje) ili pak kontrolu leta i avione, na slabijem prijemniku ćemo uvijek imati takozvani 'overload', situaciju kada prijemnik 'pliva' na jakim lokalnim FM signalima i teško mu je izdvojiti željeni signal (prisutna je jaka buka u pozadini). Kod slabijih uređaja (ručni prijemnici) ovaj problem je prisutan skroz do 150 MHz. Primjerice na amaterskom 2m pojasu možemo u pozadini čuti radijsku postaju kako svira. Jednostavno, ona je toliko jaka da se demodulira. Ovdje je primjer takve situacije. Uz ljudski glas, možemo čuti muziku kako svira. Uređaj u ovom slučaju bio je ručni prijemnik Yupiteru MVT-7200 (po mnogima najbolji ručni prijemnik, no i dalje jako ograničen lošim filterima u odnosu na stacionarne uređaje).

Stoga je jedino rješenje izrada vanjskog filtera. Cilj i svrha filtera jest blokirati neželjeni signal prije nego što uđe u prijemnik. Filterom ćemo povećati selektivnost našeg prijemnika, i bez obzira koliko kvalitetan prijemnik bio, sa dodatnim filterom, biti će još kvalitetniji. Nažalost kod onih slabijih prijemnika, filter jednostavno moramo imati.

Prema vrsti modulacije postaje se dijele na AM i FM. Frekvencijski gledano, AM postaje emitiraju od 150 kHz do 25 MHz, a FM postaje emitiraju od 88-108 MHz. Da ne kompliciramo stvari s brojevima (frekvencijama) i mi ćemo podijeliti filtere na AM i FM. Pri podjeli mislimo na frekvencijsko područje, a ne na vrstu filtera, jer filter je filter bez obzira za koju modulaciju ga mi koristili. Drugi razlog podjele jest izvedba filtera - za AM postaje koristiti ćemo pasivne elektroničke komponente, a za FM postaje koristiti ćemo običan koaksijalni kabel.

FM filter

Filteri izrađeni od koaksijalnog kabela idealni su za FM područje. Cijena im je praktički beznačajna u odnosu na kupljene FM filtere (cijena ide i preko 100 USD!), a nisu ništa lošiji. Točan naziv ovog filtera jest FM notch filter, tj. filter koji blokira zadano frekvencijsko područje.

Princip koaxijalnog filtera zasniva se na rezonanciji. Na T konekciju spojena je 1/4 valna transmisijska linija sa otvorenim krajem izrađena od koaxa. Ona kao takva djeluje kao da je kratko spojena (rezonantni titrajni krug), mada joj je kraj otvoren. Filter se računa po slijedećem principu. (1) Podijelimo 300 sa željenom frekvencijom izraženom u MHz. (2) Brzina prostiranja elektromagnetskih valova u čvrstom poli-etilenom koaksijalnom kabelu iznosi 66% od c. U pjenastom iznosi 78% od c. Ovaj parametar poznatiji je pod imenom ''velocity factor''. To znači da moramo izračunati 66% (ili 78%) dobivene vrijednosti iz prethodnog koraka. Ako ne znamo koji tip kabela imamo, na web-u se mogu skinuti tablice iz kojih se očita ''velocity factor'' za željni kabel. No moja preporuka kod izrade filtera jest kupovina najjeftinijeg 50 omskog kabela, a to je RG-58 izrađen od čvrstog polietilena. (3) Sada još samo ostaje dobiveni rezultat podijeliti sa 4, jer tražimo 1/4 valne duljine.

Primjer - radimo filter za jaku lokalnu FM stanicu na 100 MHz:

  1. 300 / 100 MHz = 3 m
  2. koristimo kabel RG-58. 66% od 3m = 1.98m
  3. podijelimo s 4 i dobijemo 0.495m (49.5 cm)
  4. odrežemo 49.5 cm kabela i napravimo T konekciju
  5. drugi kraj koaxa ostaje otvoren i ne spaja se nigdje (vidi sliku)

Na slici iznad crnom bojom označen je centralni vod, a crvenom bojom oplet. Slika služi više za orijentaciju, jer u praksi se T konekcija radi na samom BNC konektoru, obzirom da je najjednostavnija, a ujedno najkvalitetnija. Primjer se može vidjeti na slici ispod.


Unutrašnjost FM filtera s jednim koaxom.

Ukoliko živimo u gradu, najbolje je napraviti npr. 4 koaksijalna filtera, svaki za jednu frekvenciju u rasponu između 88-108 (ne za točno 88 i 108). Na taj način smo pokrili cijelo FM područje. Koaksijalni kablovi se zatim ubace u metalno kućište na kojem smo montirali BNC konektore i imamo filter ravan onomu koji košta 30 puta skuplje. Ukoliko radimo filter od samo jednog koaxijalnog kabela, onda ga proračunamo za najnižu frekvenciju 88 MHz i zatim ga režemo dok ne ''pogodimo'' stanicu koja nam radi smetnju.

Nedostatak ovog filtera jest što se on ponavlja na 3/4 valne duljine - zato treba paziti prilikom dizajniranja, da ne ''pogazimo'' i neku zanimljivu frekvenciju iznad. Drugi nedostatak ovog filtera jest ukoliko ga koristimo u blizini izvora smetnji (računalo, monitor, miš), smetnja može ući u prijemnik kroz koax od filtera, stoga filter mora obavezno biti u metalnom kućištu, a prijemnik što dalje od računala.


Filter postavljen između prijemnika Yupiteru MVT-7200 i kabela od antene.
(Napomena: sprava između filtera i kabela je visokonaponska zaštita)

Nakon što prikopčamo filter na uređaj, smetnja u pozadini (muzika) jednostavno nestaje. Ovdje možemo poslušati primjer snimljen na radio-amaterskom 2m opsegu (144-146 MHz). Prvo je snimka bez filtera (koju smo već poslušali). A zatim snimka s filterom. Kao što čujemo, više je nego očito da komercijalna FM postaja radi smetnje i oslabljuje signal koji želimo uhvatiti, a filter nam efikasno riješava problem.

AM filter

Drugi problem koji smo spomenuli su AM postaje. Kod primjerice slušanja Jupitera na 20 MHz, postoji velika mogućnost demoduliranja neke jake lokalne SW postaje. Ovdje ćemo navesti primjer BBC world service-a koji se emitira i čuje na 12095 kHz, no demodulirao se također i na 27445 kHz. Dakako na ovoj drugo frekvenciji signal je bio neusporedivo slabiji, no još uvijek dovoljno jak da nam remeti čistoću odabranog frekvencijskog opsega na kojem ne bi smjelo biti ikakvog signala. Uređaj u ovom slučaju jest Icom PCR-1000, računalno kontroliran prijemnik. U pitanju definitivno nije zrcalna frekvencija, jer IF (međufrekvencija) ovog uređaja nalazi se na 10.7 MHz, što znači da bi zrcalna frekvencija trebala biti na 22795 kHz, no tamo (srećom) nema ničega (što je dobro, jer znači da uređaj ima dobre karakteristike potiskivanja zrcalnih frekvencija). Jednostavno radi se o demodulaciji jake postaje. Ovdje možemo čuti audio zapis postaje (tj. više postaja u isto vrijeme) koja se kao duh pojavljuje na 27.445 MHz.



Shema filtera za 17 MHz

Najjednostavnije rješenje jest izrada visoko propusnog (high pass) Chebyshev filtera. Na slici iznad možemo vidjeti takav 5-polni filter. Dijelovi za to, dostupni su u primjerice Chipoteci i sličnim trgovinama. Zapravo jedino ograničenje su induktiviteti kojih na našim prostorima nema baš u nekom velikom odabiru. No onoliko koliko ih ima, dovoljno je za napraviti filter do cca 17 MHz, što uopće nije loše, jer tu ionako završava područje emitiranja većine SW postaja.

Graf iznad prikazuje performansu ovog visoko propusnog filtera. Horizontalna linija prikazuje raspon frekvencija u rasponu od 10 MHz do 30 MHz. Vertikalna oslabljenje signala od 0 do -20 dB. Pri 16 MHz naš filter će prigušiti neželjeni signal 10 puta, a pri 14 MHz prigušenje će biti 100 puta, što je sasvim dovoljno da blokiramo neželjenu stanicu na 12 MHz. Kod idealnog filtera pri 12 MHz prigušenje bi bilo 1000 puta, no u praksi to baš nije tako, stoga ćemo ostati na procjeni od oko 100 puta.

Sada još ostaje spojiti filter na uređaj, i kao što možemo čuti ovdje, smetnja od stanice je nestala. Slika iznad pokazuje nam graf u rasponu od 26 - 28 MHz. Crvenom bojom vidimo situaciju prije nego je filter prikopčan na prijemnik, a plavim bojom nakon što smo spojili filter. Na crvenom grafu možemo vidjeti čitav niz fantomskih stanica između 27 i 28 MHz koje zapravo uopće ne postoje. Isto tako možemo vidjeti kako se je smanjio prag šuma našeg prijemnika, što će reći da je upotrebom filtera naš prijemnik povećao osjetljivost na slabe signale za gotovo 12 dB. A to je kao da nam je netko dao mogućnost da vidimo u 16 puta tamnijem prostoru. Pogledajmo na plavom grafu primjerice stanicu koju smo uhvatili na 26.640 MHz. Bez filtera (crveni graf) mi ju uopće ne bismo registrirali. Jednostavno, prijemnik nam je prenapučen jakim signalima (overload) i ''pluta'' na njima.


Pre-selektor kućne izrade

Osim visoko propusnog, moguće je napraviti i nisko propusni filter, tj. više takvih filtera koji se međusobno preklapaju. Tada se uređaj naziva ''pre-selektor'' i na njemu prekidačima odabiremo frekvencijski pojas koji želimo propuštati, a sve ostalo blokiramo. Time štitimo uređaj od neželjenih smetnji, povećavamo mu dinamički raspon i sposobnost detektiranja stanica ili pojava koje imaju izrazito slabe radijske signale (npr. one koje dolaze iz svemira).

DSP Audio Filter

Ovaj filter nalazi na samom kraju procesa prijema. Stoga ne valja očekivati od njega da radi čuda. Njegova jedina namjera jest da nam slušanje učini ugodnijim. Povećavanjem snaga računalnih procesora postalo je moguće u realnom vremenu procesirati audio signal. Nama najzanimljivija primjena bila bi izrada filtera. I zaista postoji već nekoliko računalnih programa koji upravo to rade. Najpoznatiji među njima jest besplatni program po imenu BR Universal Filter. Sam sustav računalnog procesiranja zasniva se uz pomoć Fourierovih transformacijskih algoritama (Fast Fourier Transforms - FFT). Računalo uzorkuje (semplira) audio signal preko zvučne kartice i pretvara ga u digitalni signal tj. vrši A/D konverziju. Uzevši signal u rasponu 0 - 20 kHz računalo ga raspodijeli na primjerice 4096 (ili više) kanala i zatim vrši obradu svakog od tih kanala. Konkretno u našem slučaju mijenja vrijednost jakosti signala u pojedinom kanalu, što će rezultirati efektom filtera.

Kod primjerice SSB prijema, često se odmah pored našeg željenog signala nalazi susjedni, čak i nakon što je radio uređaj izvršio filtriranje. Zapravo, ne mora to uopće biti susjedni kanal, već jednostavno neki zalutali heterodyn, carrier od nekog CW operatera, ili neki kontrolni signal koji se nalazi u postaji koja emitira, a koji postaja nije filtrirala kako spada, pa je prodro u signal govora, pomiješao se s njim i zatim odaslao u eter.

Slika iznad prikazuje nam prijem AM signala na CB području. Lijevo je originalni ne-procesirani signal, a desno procesiran (obrađen) signal. U programu smo aktivirali tri filtera.

Prvi filter koji smo primijenili je visoko propusni filter podešen na 178 Hz. Njegova funkcija je da reže sve što se nalazi ispod te frekvencije. Tu prije svega mislimo na niske šumove, brujanja i sl. Ovaj filter nije neophodan, ali njegovom primjenom dobivamo puno ugodniji signal, pogotovo ako slušamo preko slušalica.

Drugi filter služi za poboljšanje odnosa signala i šuma (signal to noise ratio). Naime, kao što smo naučili u tekstu o modulacijama, ljudski glas je raspoznatljiv i pri širini signala od svega 3 kHz. Zapravo, upravo u tom području, nalazi se većina njegove energije. Na višim frekvencijama imati ćemo sve manju energiju (jakost signala), a sve veću količinu šuma. Stoga nema potrebe težiti ka slušanju frekventno bogatog ljudskog glasa, kada će on ionako biti izgubljen u šumu. Primjenom nisko propusnog filtera podešenog na 2966 Hz, mi smo zapravo napravili više koristi nego štete. Jest da je glas sada izobličen, ali je daleko manje šuma, pa lakše možemo slušati. Desni prikaz na slici lijepo pokazuje učinak ovog filtera koji je odrezao sve što se nalazi iznad 3.5 kHz.

Treći filter je vjerojatno onaj najbitniji. Radi se o tzv. ''notch'' filteru izrazito uskog područja djelovanja, a zadatak mu je potisnuti neželjene uskopojasne signale - primjerice carriere i sl. Ovaj filter je primjerice na amaterskom području 80m (3.5 - 3.8 MHz) gotovo neophodan, gdje sve vrvi takvim signalima. U našem konkretnom primjeru na slici iznad imamo nešto drugačiju situaciju. Kod stanice koju smo slušali nešto očito ne radi kako spada, pa se sa govorom miješa sinusni signal frekvencije oko 3kHz (vjerojatno neki referentni signal od oscilatora). Slušati nečiji govor s takvim signalom u pozadini koji ''pišti'' može biti poprilično naporno. Tada jednostavno aktiviramo notch filter, dovedemo ga do neželjenog signala i vršimo fino podešavanje njegove centralne frekvencije kao i širine dok potpuno ne potisnemo neželjeni signal. Konkretno, na lijevom prikazu možemo kod 3 kHz vidjeti neželjeni signal. Podešavanjem filtera došli smo do vrijednosti 3061 Hz na kojoj je neželjeni signal potpuno potisnut što se lijepo može vidjeti na desnom prikazu.

Radijski prijemnik

Radijski prijemnik

U članku ''Osnove modulacija'' objasnili smo praktički sve osnovne stvari koje su nam potrebne da shvatimo princip funkcioniranja radijskog prijemnika. Sada ostaje samo dodati nekoliko novih definicija i zatim povezati stvari u cijelu sliku. Prvo ćemo opisati jednostavni direktni prijemnik kojim možemo hvatati SSB postaje, a potom napredniji super heterodinski prijemnik, kakav je zapravo danas standard.

Direktni prijemnik za SSB

Signal preko antene dolazi na filter. Cilj ovog filtera jest potisnuti sve neželjene stanice, kako ne bi došlo do preopterećenja ulaznog RF pojačala. U ovom primjeru imamo uređaj kojim želimo slušati 80m radioamaterski opseg na frekvencijama od 3.5 do 3.8 MHz. Zato ćemo na ulaz postaviti što snažniji pojasno propusni filter. Njegova svrha jest propustiti frekvencije u rasponu 3.5 - 3.8 MHz, a blokirati sve ostale.

Nakon izvršenog filtriranja, slijedi pojačanje signala na vrijednost koja nam omogućuje njegovo daljnje procesiranje. Pojačan signal ulazi u miješalo (mixer) gdje se miješa sa signalom lokalnog oscilatora. Iza miješala postavlja se nisko propusni audio filter. Njegov zadatak jest propustiti samo audio frekventne signale do najviše 3 kHz. To je naime optimalna vrijednost za hvatanje željene SSB postaje i blokiranje susjedne koja se nalazi na 6kHz. Sada još samo ostaje pojačati dobiveni audio signal. Prikopčamo slušalice i slušamo željenu postaju.


Shema direktnog prijemnika za SSB

Odlika direktnog prijemnika s teoretske strane jest najveća moguća osjetljivost radijskog prijema. Dakle, s direktnim prijemnikom trebali bismo biti u stanju uhvatiti i one najslabije signale koje sa ostalim vrstama prijemnika ne bismo mogli. Dakako, to je tako samo u teoriji. Naime prvi nedostatak direktnog prijemnika jest problem stanica na zrcalnim frekvencijama, koje najnormalnije ulaze u naš prijemnik i miješaju sa željenim stanicama čime kvaliteta direktnog prijemnika pada na ocjenu: jako loše.

Drugi nedostatak direktnog prijemnika jest jako mali raspon frekvencija koje možemo hvatati, najčešće svega nekoliko MHz. Razlog tome jest ulazni filter koji je fiksni i ne može mu se mijenjati vrijednost. Kada bismo stavili neki širi filter, došlo bi do potpunog preopterećenja ulaznog pojačala, što bi rezultiralo potpunom nemogućnošću prijema bio koje postaje. Jer valja imati na umu da su snage nekih postaja i milijun puta jače od nekih drugih, i kao takve jednostavno će proći kroz filter ukoliko nije dovoljno jak. Stoga smo primorani napraviti izrazito jaki i strmi filter, a takav u pravilu ne može biti širi od nekoliko MHz, npr. 3.5 - 3.8 MHz.

Direktni prijemnici kao takvi nemaju baš neku veliku primjenu u svijetu radijskih uređaja. Omeđeni su izrazito uskim frekvencijskim područjem koje mogu hvatati. Blokiranje neželjenih zrcalnih frekvencija ravno je nuli. Stoga se je još davno javila potreba za izradom uređaja koji će omogućiti normalniji i kvalitetniji prijem. Tako su nastali dvostruki i trostruki heterodinski prijemnici (poznatiji kao super heterodinski). Sada ćemo objasniti jedan takav dvostruki heterodinski prijemnik. No, prije toga, valja se upoznati s nekim pojmovima.

Promjenjiv i fiksni filter

Promjenjivi filteri funkcioniraju tako da je moguće kontrolirati područje koje će filtrirati, a koje će propuštati. Kod fiksnih filtera to nije moguće. Međutim, po pitanju efikasnosti filtriranja, fiksni filter je neusporedivo bolji od promjenjivog, što je i logično. Stoga svaki prijemnik uvijek posjeduje i jedan i drugi filter. Zadatak promjenjivog filtera jest da potiskuje zrcalne frekvencije, a fiksnog da definira međufrekvenciju tj. propušta samo željen raspon frekvencija na izlazu iz miješala. U pravilu, generalna razlika između promjenjivog i fiksnog filtera jest u krivulji gušenja. Kod fiksnog, ta krivulja je jako strma, i filter efikasno počinje gušiti neželjene signale već odmah pored željene frekvencije. Kod promjenjivog filtera, krivulja je blaga, i efikasno gušenje počinje tek na nekim većim udaljenostima od željene frekvencije. Zato se prijemnici dizajniraju tako da imaju visoke međufrekvencije, primjerice 50 MHz, kako bi promjenjivi filter bio dovoljno udaljen on neželjene postaje. Jer, što je filter udaljeniji od područja propuštanja, to je filtriranje veće.


Frekvencijski odziv fiksnog filtera


Frekvencijski odziv promjenjivog filtera

Na slikama iznad imamo primjer filtera za područje 3.5 - 3. 8 MHz. Vertikalna linija prikazuje oslabljenje signala od 0 do -20 dB, što je ravno oslabljenju od 100 puta. Fiksni filter propušta naše željeno područje i odmah zatim efikasno guši sve ostale neželjene frekvencije na kojima ima drugih postaja koje bi mogle prodrijeti u naš uređaj. S druge strane, kada bismo upotrijebili promjenjivi filter za ovu aplikaciju, rezultat ne bi zadovoljavao. Jake postaje na primjerice 4 MHz bi se bez problema probile. Ako se uzme u obzir činjenica da je njihova snaga primjerice barem 1000 veća od snage amaterske postaje koju mi slušamo na 3.7 MHz logično je da bi se ona probila i onemogućila prijem onoga što mi želimo slušati. Jer ako pogledamo graf, promjenjivi filter oslabljuje neželjenu stanicu koja se nalazi na 4MHz za samo 6 dB, odnosno 4 puta, što je nedovoljno. Trebalo bi ju oslabiti barem 1000 puta da imamo koliko toliko ''fair play'' jer bi joj tada snaga bila jednaka amaterskoj postaji koju mi slušamo na 3.7 MHz. Tada se ne bi mogla samo tako demodulirati, jer ipak nismo radio podesili na njenu frekvenciju.


Tvrtka Ten-Tec odavno je odbacila klasične IF filtere i prešla iskljućivo na
DSP filtere koji se odlikuju gotovo savršenim performansama.

Vrste filtriranja

Prema vrsti filtriranja razlikujemo četiri vrste filtera. Prvi jest nisko propusni filter, na engleskom jeziku poznatiji kao low pass filter, ili skraćeno LPF. Kao što ime kaže, zadatak mu je da propušta samo niske frekvencije, a blokira visoke. Druga vrsta jest visoko propusni filter. On radi potpuno suprotno od ovog prvog. Propušta samo visoke frekvencije, a blokira niske. U engleskom jeziku naziva se high pass filter - HPF.

Treća vrsta filtera jest ona koja se najčešće upotrebljava u radio uređajima, a to je pojasno propusni filter, na engleskom jeziku zvan band pass filter - BPF. Zadatak mu je propustiti samo frekvencije koje se nalaze unutar omeđenog pojasa, a blokirati sve ostale. Možemo ga zamisliti i kao kombinaciju prva dva filtera. Četvrta vrsta filtera jest pojasno zaporni filter, u engleskom jeziku znan kao notch filter tj. NF. On funkcionira tako da blokira samo frekvencije omeđene pojasom, a sve ostale propušta. U radio uređaju ima primjenu samo u audio dijelu gdje otklanja neželjene uskopojasne smetnje od primjerice carriera susjedne postaje. Primjenu ovog filtera možemo vidjeti u tekstu ''Elektromagnetske smetnje'' u poglavlju o DSP audio filteru. Slika ispod pokazuje nam frekvencijski odziv svakog od navedenih filtera.


LPF


HPF


BPF


NF

Zrcalna frekvencija

Pretpostavimo da želimo uhvatiti neku SSB stanicu koja se nalazi na 32 MHz (32000 kHz). Lokalni oscilator postavlja se na 32003 kHz i kao što smo naučili u članku 'Osnove modulacija' na izlazu miješala se dobivaju zbroj i razlika ulaznih frekvencija. Dakle dobivamo 32003 - 32000 kHz = 3 kHz i 32003 + 32000 = 64003 kHz. Za sada je sve u redu. 3kHz uredno slušamo u našim slušalicama, a 64 MHz se automatski filtrira filterom koji se nalazi odmah iza miješala.

No tu postoji jedan problem koji nismo spomenuli u poglavlju o miješalima. Postoji još jedna kombinacija koja će na izlazu također dati 3kHz! A to je frekvencija 32006kHz. Naime 32006 - 32003 je također 3 kHz. Ukoliko se na 32006 kHz nalazi neka postaja koja emitira, kada ju dovedemo na miješalo, ono će ju uredno spustiti na 3kHz. To znači da ćemo uz našu postaju na 32003 kHz slušati i drugu na 32006 kHz. Rezultat je takav da ne razumijemo niti jednu niti drugu postaju.

Problem zrcalne frekvencije rješava se upotrebom međufrekvencije u radijskom prijemniku. Umjesto da željenu postaju odmah spustimo u audio područje, mi ju prvo transponiramo na primjerice 50 MHz. Sada je puno lakše izvršiti filtriranje zrcalne frekvencije, jer je razmak između željene i zrcalne stanice puno veći. Primjerice, želimo slušati onu istu stanicu na 32 MHz. Signal transponiramo na 50 MHz. To ćemo izvršiti tako da 32 MHz pomiješamo sa 82 MHz što na izlazu daje 50 MHz i 114 MHz. Ovu drugu na izlazu iz miješala otklanja pojasno propusni filter, tako da ostaje samo 50 MHz. No, u miješalo također može ući i zrcalna stanica (nitko joj to ne brani!) koja se nalazi na 132 MHz, kao što prikazuje slika ispod.

Naime, stanica na 132 MHz pomiješana s lokalnim oscilatorom na 82 MHz će također dati 50 MHz na izlazu iz mješala. Tu sada nastupa promjenjivi filter (VF) koji se nalazi ispred RF pojačala. Obzirom da je podešen na 32 MHz, on će tu frekvenciju uredno propustiti, a onu na 132 MHz blokirati, kao što pokazuje slika iznad. Razlog jest taj što je 132 MHz dovoljno udaljeno od 32 MHz i filter će ju moći efikasno ukloniti i time spriječti ulaz te zrcalne frekvencije. Sjetimo se poglavlja o promjenjivom filteru i krivulji gušenja. Postoji inače i jedno pravilo koje kaže: ''što je međufrekvencija niža, to je teže ukloniti zrcalnu frekvenciju''. Gotovo je nemoguće napraviti promjenjivi filter koji će propuštati 32.000 MHz, a u isto vrijeme blokirati 32.006 MHz. S druge strane, poprilično je jednostavno izraditi promjenjivi filter koji će propuštati 32.000 MHz, a blokirati 132.000 MHz.


Većina modernih prijemnika odlikuje se visokom
sposobnošću otklanjanja zrcalnih frekvencija.

Međufrekvencija (IF)

Za postignuti određenu međufrekvenciju nije dovoljno samo miješalo, već kombinacija miješala i filtera. Naime, miješalo propušta apsolutno sve i ono ne zna što mi želimo, a što ne. Taj dio određujemo filterom. Gledajući s programerske strane, možemo filter zamisliti kao pomoćni uređaj za programiranje miješala. Uzmimo klasičan primjer spuštanja frekvencije kod većine super heterodinih prijemnika, a to je spuštanje sa prve na drugu međufrekvenciju, tj. sa 50 MHz na 10.7 MHz. Situacija je slijedeća. Na miješalo ulazi signal frekvencije 50 MHz. A lokalni oscilator spojen na miješalo smo podesili na 39.3 MHz. Na izlazu dobivamo 50 + 39.3 = 89.3 MHz i 50 - 39.3 = 10.7 MHz. Ako pogledate shemu bilo kojeg radio prijemnika, vidjeti ćete da je na izlazu frekvencija 10.7 MHz. U redu, ali gdje je nestala ona na 89.3? Jednostavno, uklonjena jest pojasno propusnim filterom koji filtrira sve što se nalazi iznad i ispod frekvencije 10.7 MHz. Obzirom da se za prijem ostalih stanica uvijek mijenja vrijednost lokalnog oscilatora, to znači da ćemo na izlazu uvijek imati fiksnu međufrekvenciju od 10.7 MHz. Stoga se nakon svakog miješala nalazi pojasno propusni filter. Upravo taj filter određuje koja će biti međufrekvencija, a ne oscilator ili mixer.

Dvostruki (super heterodinski) prijemnik za AM i SSB

Definirajmo prvo termin. Prijemnik se zove dvostruki zato što posjeduje dvije međufrekvencije. Prva je na 10.7 MHz, a druga na 455 kHz. Opišimo sada njegov rad. Signal dolazi preko antene na ulaz našeg radijskog uređaja. Tu se nalazi ulazni filter i svrha mu je otkloniti neželjene frekvencije. Primjerice, ako imamo uređaj koji hvata od 2MHz - 20MHz, na ulazu će se prvo nalaziti visoko propusni filter (ulazni filter) koji će blokirati signale koji se nalaze ispod 2 MHz, jer oni nam nepotrebno opterećuju ulazne krugove pojačala i prijete demodulacijom. Tu prije svega mislimo na lokalne radijske LW i MW postaje kojih je podosta ispod 2 MHz. Spomenimo odmah da širokopojasni prijemnici i scanneri koji posjeduju širok raspon prijema od npr. 100 kHz do 1.3 GHz najčešće na ulazu imaju nekoliko takvih filtera koji su predviđeni za razne frekvencijske opsege i automatski se aktiviraju kada dođemo na određene frekvencije. Naime na uređaj koji ima širok raspon prijema od npr. 100 kHz - 1.3 GHz ne možemo staviti samo jedan filter jer ga gledano sa frekvencijske strane zapravo nemamo gdje staviti. Stoga se cijela stvar podijeli na nekoliko dijelova. Npr. prvi filter propušta signale od 100 kHz do 1.5 MHz. Drugi filter propušta od 1.5 MHz do 20 MHz. Treći od 20 MHz do 50 MHz i sl. Kada se nađemo na nekoj frekvenciji, filter se automatski uključuje. Naravno, bilo bi idealno kada bismo imali beskonačno takvih filtera, jer tada bi prijemnik imao vrhunsku selektivnost. Nažalost, većina prijemnika ima najviše dva do tri takva filtera.


Shema dvostrukog prijemnika za AM i SSB

Nakon ulaznog filtera, nalazi se jedan specijalni promjenjivi filter označen kao VF. On ima strogo određenu namjenu, a ta je da uklanja signale sa zrcalnih frekvencija. Promjena njegove frekvencije (koju propušta) vrši se automatski. Mada je na slici nacrtan odvojeno, ovaj filter je zapravo sastavni dio RF pojačala. Osim za filtriranje, pojačalo nam služi da pojača slabe signale na zadovoljavajuću vrijednost kako bi ih se moglo dalje procesirati. Potom slijedi sklop koji čine mixer, lokalni oscilator i filter. Funkcija ovog sklopa jest transponirati signal na međufrekvenciju, u ovom slučaju na 10.7 MHz. Frekvencijska širina signala ovisi o širini filtera. U našem slučaju, obzirom da je prijemnik namijenjen slušanju AM postaja, koristiti ćemo filter širine 9 kHz. Razlog upotrebe ovog filtera jest taj što je maksimalna moguća širina AM postaje 9 kHz. Mogli smo odabrati širi filter, ali onda bismo imali manje pojačanje i veći šum.

Signal se sada nalazi na 10.7 MHz i potom ga se još jednom filtrira od zrcalnih frekvencija, pojačava i spušta na 455 kHz. Zatim slijedi sklopka za odabir rada AM ili SSB. Ukoliko odaberemo AM, signal ulazi u AM demodulator gdje se demodulira. Potom slijedi audio filter širine 4.5 kHz koji nam omogućuje ugodno slušanje AM postaja bez previše šumova, a ujedno vrši i filtriranje susjedne postaje u slučaju da takva postoji. Širi filter nam nije potreban, jer AM postaja ne može odašiljati frekvencije više od 4.5 kHz. Tj. može, ali onda bi gazila susjedne postaje.

Ukoliko odaberemo SSB, tada nam ostaje signal sa 455 kHz transpozicijom spustiti u audio područje. Tu se još nalazi i sklop SSB selektor s kojim odabiremo dali želimo slušati USB ili LSB. Potom slijedi audio filter, čija preporučena širina bi bila 3 kHz. To znači da u uređaju moramo imati dva audio filtera. Jedan za AM, a drugi za SSB širine do 3 kHz, obzirom da je tolika i širina SSB signala. Širi filter uzrokovao bi loš prijem jer bi nam smetala susjedna stanica. I na samom kraju nalazi se audio pojačalo koje nam služi da pojača signal koji ćemo na kraju čuti u našim slušalicama.

Mada nije nacrtano, postoji još jedno rješenje SSB prijema, a ono je uz pomoć BFO-a, tj. beat frequency oscilatora. Naime AM demodulator će demodulirati i SSB signal ako mu dodamo carrier koji je nije prisutan u SSB signalu, jer je uklonjen tokom stvaranja SSB signala (vidi tekst ''Osnove modulacija''). Na taj način SSB signal smo pretvorili u AM signal i demodulator će ga najnormalnije demodulirati. U ovom slučaju imali bismo oscilator (BFO) podešen na frekvenciju 455 kHz koji bi se pridodao SSB signalu na 455 kHz i zajedno bi ušli u demodulator.

AM demodulacija (AM detektor)

Ako pogledamo shemu našeg dvostrukog prijemnika za AM i SSB, primijetiti ćemo jednu neobičnost. Naime AM demodulator spojen je na signal čija frekvencija je 455 kHz. Kako je to moguće? Zar ne bi trebalo taj signal prvo spustiti u audio područje, pa ga tek onda demodulirati onakvim postupkom kojim smo ga modulirali? Zapravo i ne. Nema potrebe za time, jer postoji neusporedivo jednostavnije rješenje.

Amplituda signala na 455 kHz mijenja se točno onako kako ju je oblikovao modulacijski signal npr. ljudski govor. Drugim riječima, taj glas je ''urezan'' u amplitudu signala na 455 kHz. Taj urez još se naziva ovojnica ili envelopa. To nam lijepo prikazuje slika 1. Sve što mi trebamo je ''pokupiti'' tu ovojnicu, a ostalo filtrirati (ukloniti).


Slika 1


Slika 2


Slika 3

Kao što znamo dioda propušta signal samo u jednom smjeru - tj. ispravlja ga. Na slici ispod dioda D spojena je na transformator AM detektora preko kojeg dolazi signal. Kada taj signal prođe diodu, on će biti ispravljen što nam pokazuje slika 2. Sada još samo ostaje ukloniti visokofrekventni signal frekvencije 455 kHz. To se radi uz pomoć kondenzatora C i otpora R koji tvore niskopropusni filter. Na izlazu sada imamo napon U kakav nam prikazuje slika broj 3. A taj napon jest upravo modulacijski signal, tj. ljudski govor u ovom slučaju.

Obzirom da AM signal sadrži i val nosioc kojemu se amplituda nikad ne mijenja, na izlazu ćemo dobiti i određenu količinu istosmjerne komponente. Taj problem rješava se upotrebom još jednog kondenzatora koji nije nacrtan, a spaja se u seriju pa kao takav predstavlja beskonačni otpor za frekvenciju 0 Hz tj. istosmjernu (DC) komponentu napona.

Modulacije

Modulacije

Mada postoji više modulacijskih postupaka prema vrstama prijenosnog signala (kao npr. periodičnim impulsima ili npr. digitalni modulacijski postupak) onaj najpoznatiji i najrašireniji jest postupak modulacije sinusnog signala. Na tom postupku se temelji većina modulacija vezanih uz radio tehniku i tu prije svega mislimo na AM i FM modulaciju. Modulacijom sinusnog signala premješta se informacijski signal iz osnovnog pojasa frekvencija u područje viših frekvencija.

Pojam modulacije podrazumijeva mijenjanje parametara pomoćnog signala ovisno o signalu koji sadrži informaciju. Pomoćni signal naziva se još i val nosioc (carrier), a signal koji sadrži informaciju te vrši promjenu vala nosioca naziva se modulacijski signal. Kao rezultat modulacije nastaje signal koji zovemo modulirani signal. Sklop u kojemu se obavlja modulacija naziva se modulator.

Objasnimo to sljedećim primjerom. U radio stanici, dok govorimo kroz mikrofon, naš glas se pretvara u električki signal koji sadržava informaciju. To je modulacijski signal. Nakon toga modulacijski signal ulazi u modulator gdje će se pomiješati sa valom nosiocem koji je također ušao u modulator i kao rezultat na izlazu iz modulatora dobiti ćemo modulirani signal visoke frekvencije.

Miješala (mixeri)

Kao prvu stvar bitno je navesti da 'mixer' o kojemu mi pričamo nema apsolutno nikakve veze sa audio mixerom spravom preko koje se snimaju i miješaju audio kanali - primjerice u audio studiju. Posljedica korištenja pogrešnog naziva jest najčešće zbunjenost korisnika kada im se spomene 'mixer' u radio tehnici.

Miješalo tj. mixer jest uređaj koji obavlja funkciju transpozicije frekvencije. Sastoji se od nelinearnog elementa (npr. reaktancija, bipolarni tranzistor,otpor ili dioda s negativnim otporom) na kojemu se miješaju radiofrekvencijski signal (RF) i signal lokalnog oscilatora (LO), kako bi se između većeg broja novostvorenih frekvencijskih komponenata filtriranjem izdvojila ona željena. U heterodinskim prijemnicima frekvencija izlaznog signala naziva se i međufrekvencija (IF), a predstavlja razliku između frekvencije LO signala i frekvencije RF. Iza miješala se postavlja filter koji zapravo određuje tu međufrekvenciju. Ovo je jako bitno istaknuti, jer miješalo nezna koju frekvenciju mi želimo transponirati. Taj dio posla obavljamo filterom i kalkulacijom. Ako npr. kod radio uređaja filter iza miješala propušta frekvenciju 10.7 MHz širinom npr. 15 kHz - tada kažemo da je međufrekvencija tog uređaja 10.7 MHz. Pa ćemo u skladu sa time izračunati koliku frekvenciju moramo podesiti na lokalnom oscilatoru kako bismo uhvatili željenu stanicu i transponirali ju na 10.7 MHz.


Tipičan primjer miješala i filtera u radio uređaju

Kada na ulaz miješala dovedemo dva sinusna signala, na izlazu dobivamo njihov produkt i razliku. Matematički gledano, možemo reći da miješalo (mixer) vrši operaciju množenja dvaju signala. Sada je jasno zašto 'mixer' nema nikakve veze sa audio mikserom u studiju na kojemu se vrši matematička operacija zbrajanja dvaju ili više signala. Zbrajanjem se naime vrše samo promjene u domeni amplitude, dok frekvencijska domena ostaje nepromijenjena. Kod množenja međutim nije tako.

Pretpostavimo da smo na ulaz miješala (mixera) doveli dva sinusna vala. Prvome je frekvencija f1=110 kHz, a drugi neka ima frekvenciju f1=100 kHz. Na izlazu iz miješala dobivamo njihov produkt i razliku: f1+f2 i f1-f2, što će reći 210 khz i 10 kHz. Najčešća primjena miješala jest kod transpozicije frekvencije. Jer ako pogledamo što se je desilo kod f1-f2, možemo zaključiti da smo signal koji se je nalazio na 110 kHz transponirali na 10 kHz.

Pogledajmo sada drugi primjer miješala, na kojem primjerice funkcionira većina modulatora (AM, USB, LSB, DSB). Imamo dva sinusna vala f1= 10 kHz, f2=80 kHz. Na izlazu iz miješala multiplikacijom dobivamo dva sinusna vala f1+f2= 90 kHz i f1-f2= -70 kHz. Kao što znamo frekvencija ne može imati negativnu vrijednost (vidi dno teksta), što znaći da ćemo dobiti f1-f2= 70 kHz.

No prava miješala, osim zbroja i razlike ulaznih frekvencija, na izlazu daju neke neželjene produkte i tu prije svega mislimo na propuštanje ulaznih signala. Tako će miješalo iz prethodnog primjera na izlazu osim 110 kHz i 90 kHz djelomično propustiti i signale f1 i f2. Doduše f1 nas ne mora brinuti jer je mu je frekvencija niska, ali f2 (100 kHz) nam može praviti probleme u stupnjevima koji slijede nakon miješala. Većina današnjih miješala su u stanju blokirati te neželjene produkte i to u rasponu od 20 do 60 dB. Sa druge strane stara miješala iz doba vakuumskih cijevi gotovo uopće ne blokiraju ulazne signale.

Modulacije

AM modulacija
Iz prethodnog poglavlja o miješalima saznali smo da je miješalo utoliko bolje koliko bolje blokira ulazne signale. No ipak postoji jedan izuzetak. Sada ćemo opisati proces miješanja kod kojeg miješalo uz standardni produkt zbroja i razlike, propušta i jedan od ulaznih signala i to toliko jako da mu je energija gotovo jednaka onoj od produkata. Taj proces modulacije spada u najstariji proces konvertiranja informacije u radio val, a zove se amplitudna modulacija (AM).

Na slici ispod možemo vidjeti isti primjer kao i kod prethodnog slučaja s mixerom, samo što ovdje signale 10 kHz i 80 kHz propuštamo kroz AM modulator. Razlika je očigledna jer osim zbroja i razlike modulator je na izlazu dao i signal od 80 kHz koji je doslovno 'prošao' kroz modulator.

Mijenjanje amplitude vala nosioca u funkciji ovisnosti o razini modulacijskog signala rezultira postupkom koji zovemo modulacija amplitude. To se može vidjeti na slici ispod koja na vertikalnoj osi prikazuje amplitudu signala, a na horizontalnoj vrijeme - tj. prikazuje valni oblik (waveform). Modulacijski signal ljudskog glasa (Sl. 1) modulira amplitudu vala nosioca (Sl. 2), što rezultira modulacijom(Sl. 3).


Sl 1. Govor

+


Sl 2. Carrier

=


Sl 3. Modulirani signal

Slika nam prikazuje isječak kratak svega nekoliko mikrosekundi, da dobijemo predodžbu kako izgleda proces miješanja dvaju signala. A slika ispod pokazuje nam kombinaciju prve i treće slike kako bismo na najjednostavniji način vidjeli kako ljudski glas (podebljana linija) modulira amplitudu carriera.


Pogledajmo sada spektralnu karakteristiku i izgled AM signala na sljedećem primjeru. Ljudski glas širine 3 kHz pomiješati ćemo u AM modulatoru sa carrierom frekvencije 100 kHz. Na izlazu iz modulatora dobivamo 100 kHz carrier i dva bočna pojasa (sidebanda) svaki širine 3 kHz. Dakle ista priča kao i kod miješala, samo što kao što smo već pokazali u sredini imamo i val nosioc (carrier) jer AM proces potječe iz doba miješala koja su propuštala i ulazne signale, pa se je takav sistem modulacije održao do danas. To se može vidjeti na slici ispod.


Sl. 4 Govor


Sl. 5 Moduliran signal (AM)

Slika 4 pokazuje spektralni signal ljudskog glasa širine 3 kHz. Horizontalna linija označava frekvenciju, vertikalna amplitudu (jakost signala). Na izlazu iz modulatora dobivamo signal moduliran AM modulacijom i možemo ga vidjeti na slici 5.

Kao što se vidi na slici 5, od jednog signala, dobili smo dva, od kojih je ljevi (onaj koji se nalazi od 97-100 kHz) spektralno zaokrenut naopačke, dok je desni (100-103 kHz) zadržao potpuno istu spektralnu karakteristiku kakvu je imao kada je bio u audio području (0-3 kHz). Pogledajmo sliku 4 i usporedimo ju sa desnim bočnim pojasom USB na slici 5. Kao što vidimo oni su identični. Signal u sredini (onaj najjači) na 100 kHz jest val nosioc (CW - carrier wave).

Pogledajmo sada konkretan primjer. Slika iznad prikazuje nam AM modulirani signal Hrvatskog Radia na frekvenciji 1125 kHz. Da bismo prikazali kompletan AM signal, morali smo sa prijemnikom doći 3 kHz ispod, tako da je prijemnik bio podešen na 1122 kHz. Na slici se može vidjeti gornji i donji bočni pojas koji su identični, ali spektralno zaokrenuti. Jaki signal u sredini između njih je carrier. U dvanaestoj sekundi prestaje muzika, ali kao što vidimo, carrier i dalje ostaje. To je upravo glavna karakteristika AM modulacije i ono po čemu se razlikuje od SSB-a i DSB-a. Kod njih bi naime prilikom prestanka muzike signal potpuno nestao, jer množenje bilo kojeg broja sa nulom daje nulu za rezultat. Da je tome tako, možemo se uvjeriti u bočnim pojasevima koji nestaju u dvanaestoj sekundi. Pa čemu onda služi taj carrier uopće?

O AGC-u: Carrier u AM signalu služi kao dobra referenca nekim el. krugovima u radio prijemniku, a među ostalim daje nam i korisnu informaciju o jakosti signala, pa radio prijemnik može u skladu sa jakošću carriera vršiti automatsko pojačanje signala (AGC - automatic gain control). Nema svaka radijska postaja istu jakost signala. Jakost signala ovisi o udaljenosti od odašiljača, jakosti odašiljača i konfiguraciji terena, a može varirati tako da je neka stanica i 1 000 000 puta jača od druge. Kada ne bi bilo AGC-a, odabir različitih stanica bio bi zahtjevan i naporan posao gdje bi za svaku stanicu posebno trebalo podešavati pojačanje radio signala. Ako je podešenje prejako, signal distordira, ako je preslabo, ne čujemo stanicu. Iz tog razloga svi radio uređaji posjeduju AGC. Mada AGC djeluje kao jako dobra i korisna stvar, kod radio astronomije, valjalo bi potražiti uređaj kod kojega se AGC može isključiti. Takvih uređaja nema mnogo, i nažalost najčešće spadaju u visoku klasu komunikacijskih prijemnika (primjerice Icom R-75 koji posjeduje polu manuelno i potpuno manuelno podešavanje sa isključenim AGC-om.). Ovo je osobito važno kod analize signala sa primjerice Jupitera ili Sunca, gdje bi nam AGC zbog automatskog poglašnjavanja izbrisao podatke o dinamičkoj raznolikosti signala. Naime mi upravo želimo čuti te razlike jer pomoću njih određujemo jakost pojave. Osim kupovinom prijemnika visoke klase, problem AGC-a može se riješiti izgradnjom vlastitog prijemnika - kakav je primjerice Radio Jove koji služi opservacijama Sunca i Jupitera.

DSB modulacija (dual side band)
Radi se o modulaciji koja nastaje primjenom balansnog miješala odnosno balansnog modulatora. Balansno miješalo propušta isključivo samo produkt (zbroj i razliku) i gotovo potpuno blokira ulazne signale da se ne pojave na izlazu. Stoga se može reći da kod DSB modulacije imamo čistu matematičku multiplikaciju dvaju signala bez primjesa njihovih originalnih komponenti. DSB modulacija nema neku široku primjenu, no opisali smo ju kako bi bilo jasnije poglavlje o miješalima koja su zapravo potpuno ista svojstvima DSB modulatora. Slika ispod prikazuje izgled DSB signala koji bismo dobili miješanjem glasa i carriera iz prethodnog poglavlja AM modulacija.

SSB modulacija (single side band)
Ako pogledamo AM signal u sredini imamo val nosioc (carrier), a sa strane su bočni pojasevi (side bandovi). Ispod carriera nalazi se donji bočni pojas, a iznad gornji bočni pojas. Kod SSB modulatora prvo se izvrši klasična AM modulacija, a zatim se kroz filter propušta samo jedan bočni pojas, dok se carrier i drugi bočni pojas filtriraju. Vrsta SSB modulacije ovisi o filteru koji se nalazi iza modulatora. Ako propuštamo gornji bočni pojas (upper side band) tada će se modulacija zvati USB, a ako propuštamo donji bočni pojas, (lower side band) tada će se modulacija zvati LSB.

USB modulacija (upper side band)
Kao što smo vidjeli kod AM modulacije gornji bočni pojas USB sadržava potpuno iste spektralne karakteristike kao i originalni signal. To znači da prebacivanjem našeg radio prijemnika na USB, mi zapravo pretvaramo naš prijemnik u konverter frekvencije koji vrši transpoziciju dijela radijskog spektra (određenog i omeđenog širinom filtera) u audio područje. Ovo je jako zanimljivo ukoliko nekoga zanima kako izgleda npr. AM signal neke radijske postaje. Transponiramo ju u audio područje i na računalu izvršimo frekvencijsku analizu. Na taj način smo prikazali signal Hrvatskog Radia na frekvenciji 1125 MHz.

LSB modulacija (lower side band)
Kod donjeg bočnog pojasa, signal je spektralno invertiran. Dali ste se ikada pitali kako bi zvučala vaša omiljena pjesma kada biste ju spektralno invertirali? Dakle kada bi duboki tonovi završili tamo gdje su visoki, a visoki tonovi završili na mjestu dubokih. Ako neka AM postaja svira tu pjesmu, u donjem bočnom pojasu (LSB-u) pjesma je spektralno invertirana, dok je ona na USB-u u normalnom spektralnom stanju. Radio amateri na 80m području (3.5 - 3.8 MHz) razgovaraju preko LSB modulacije. Kada bismo transponirali taj signal u audio područje (prebacivanjem prijemnika na USB ) ljudski glas bi zvučao skoro neprepoznatljivo jer je spektralno invertiran LSB modulacijom. Tek kada bismo prebacili prijemnik na LSB, čuli bismo normalan ljudski glas.

Direktan prijem
Moguće ga je ostvariti u primjerice rasponu frekvencija od 0-20 kHz, kod VLF prijemnika. Oni naime rade bez transpozicije frekvencije tako što elektromagnetske valove pojačavaju i dovode do slušalica gdje se oni pretvaraju u akustične koje potom možemo čuti.

No ne moramo mi slušati te radio valove da bismo ih hvatali 'direktno'. Puno jednostavnije rješenje jest analiza signala u računalu. Tada je direktan prijem moguć do one frekvencije do koje je A/D konverter u stanju ići. Kod tipične audio kartice A/D konverter ide do 22 kHz. No danas se već za malo novaca može nabaviti A/D konverter do 16 MHz i uz pomoću kojega na računalu možemo u realnom vremenu gledati i analizirati kompletan radijski spektar od 0 do 16 MHz. Zatim se softverski prema potrebi može vršiti filtriranje, transpozicija i/ili demodulacija određenog signala bilo gdje u tom području. Na tom principu funkcioniraju neki softverski radio uređaji.

U vrstu direktnog prijema spada i transpozicija signala, kada jedan dio spektra naprimjer širine 6 kHz pri frekvenciji 20 MHz spustimo u audio područje. Pritom se ne vrši nikakva demodulacija, već se sadržaj signala ostavlja onakav isti kakav je bio na 20 MHz gdje smo ga uzeli. Prebacivanjem prijemnika na USB, mi vršimo transpoziciju tj. spuštanje signala u audio područje.

Sjećam se kada sam davno jednom čitao članak o SETI-ju i radio teleskopu preko kojega su se prikupljale informacije. U članku je među ostalim pisalo kako su na frekvenciji 1420 MHz uzeli jedan uski frekventni pojas širine 5 kHz i spustili ga u audio područje 0 do 5 kHz, te su ponudili na web stranici mogućnost da si skinemo taj audio zapis kako bismo mogli 'čuti' svemir. Ovo mi nikako nije bilo jasno, obzirom da sam do tada znao samo za postojanje AM i FM modulacija. Pa sam se pitao, kako to oni 'direktno' slušaju 1420 MHz? Znači li to da oni 'direktno' slušaju svemir? Odgovor je zapravo jako jednostavan, a glasi transpozicija i objašnjen je u poglavlju o miješalima.

FM modulacija
Radi se o potpuno drugačijoj vrsti modulacije od svih navedenih. Kod FM-a, modulacijski signal (npr. govor) modulira frekvenciju vala nosioca (carrier). Ono što je bitno naglasiti jest da devijacija frekvencije ovisi o amplitudi modulacijskog signala. Što modulacijski signal ima jaču amplitudu, to će njegova spektralna kvaliteta biti bolja, ali će modulirani signal biti širi, jer ćemo carrier tjerati gore-dolje sa sve većim vrijednostima. Veličina promjene frekvencije carriera naziva se frekventna devijacija. A odnos te devijacije i frekvencije modulacijskog signala naziva se index modulacije.

FM modulacija je mnogo kompliciranije područje od AM-a i dok se ne krene u praktični rad sa FM modulacijom, dotle niti jedno objašnjenje neće biti od velike pomoći. Nema niti potrebe ulaziti u ovo područje, jer FM modulacija nema praktički nikakvu primjenu u radio astronomiji. Doduše, postoji jedan izuzetak - odašiljanje signala u svemir.

Slika iznad prikazuje nam kako je kod frekventno moduliranog signala amplituda uvijek konstantna, dok je frekvencija promjenjiva. Mnogi ljudi često postave pitanje zbog čega je prilikom odašiljanja poruka (mogućim civilizacijama) u svemir korištena FM, a ne AM modulacija. Radi se o tome da kod FM modulacije mi nosaču (carrieru) mijenjamo frekvenciju, a amplituda (tj. jakost) signala ostaje konstantna. Kod AM modulacije, kako i samo ime kaže, vrši se modulacija amplitude, pa jakost signala nije konstantna, nego varira. Stoga je logično da takvu vrstu modulacije ne bi bilo pametno koristiti za poruku koja će toliko dugo putovati svemirom. Jer nije niti bitno dali će signal doći u čitavom obliku, dovoljno je da bilo šta dođe, pa je konstantna amplituda daleko bolje rješenje od promjenjive.

Negativna frekvencija ?
Frekvencija je veličina koja nam prikazuje količinu titraja (neke promatrane pojave) u sekundi, a izražena je prema jednadžbi f[Hz] =1/t[sec]. Ako pogledamo jednadžbu, vidjeti ćemo da pri vrijednosti frekvencije 0 Hz vrijeme odlazi u beskonačnost. Iz ovoga možemo zaključiti da 0 Hz zapravo nije frekvencija. Zvuči zanimljivo, no postoji li nešto u prirodi kako bismo mogli provjeriti da je to zaista tako? Postoji li neka fizikalna veličina koja nema frekvenciju? Naravno da postoji! Zove se istosmjerni napon, odnosno DC. On nema frekvenciju i gledano kroz osciloskop on predstalja beskonačno ravnu vodoravnu liniju - upravo onako kako nam pokazuje i jednadžba.

A što je sa negativnom frekvencijom? Ne postoji. Odgovor nam leži u samoj definiciji frekvencije. Da bismo izrazili frekvenciju treba nam broj titraja u jedinici vremena. Npr. udario je loptom 2 puta u sekundi o pod. Možemo li reći da je udario -2 puta o pod? Ne, jer to je nonsens. Baš zato za frekvenciju ne možemo reći da je negativna, jer nam njena definicija to ne dozvoljava!

Dobro, ali dali je moguće prevariti nekako matematičku jednadžbu, npr. upotrebom neke matematičke operacije koju primjenimo na dva sinusna vala? Ovo smo spomenuli u poglavlju o miješalima, kada smo imali situaciju gdje smo pomiješali dva sinusna vala f1= 10 kHz, f2=80 kHz. Na izlazu iz miješala multiplikacijom dobili smo dva sinusna vala f1+f2= 90 kHz i f1-f2= 70 kHz. Dakle nismo dobili -70 kHz, nego 70 kHz. Upravo zato što negativna frekvencina ne postoji! To se također može provijeriti izradom sklopa koji će na izlazu davati signal i koji možemo spuštati sve niže u frekvenciji i približiti ga nuli. No, kada dođe do nule, neće otići u minus! Ne. Signal se jednostavno počne vračati nazad (penjati u frekvenciji). Doslovno se odbija od DC-a kao od ogledala i vraća nazad. S time što riječ ogledalo treba doslovno shvatiti jer signal je sada spektralno okrenut naopačke i izgleda točno onako kako izgleda LSB sginal. To naime i jest LSB signal.

PRAKTIČNI PRIMJER: SSB modulacija i demodulacija - korak po korak

Modulacija
Ljudski glas kroz mikrofon ulazi u radio uređaj. Ako pogledamo spektralnu analizu ljudskog glasa na slici 6, vidjeti ćemo da neke frekvencijske komponente idu i do 15 kHz. To bi bilo previše široko za moduliranje, stoga se signal prvo mora filtrirati. Naime, kod SSB modulacije modulirani signal je jednake širine modulacijskom signalu. To znači, ako u audio području nešto zauzima 0 - 15 kHz, toliko će zauzimati i u radio frekventnom području, npr. od 3500 - 3515 kHz.


Slika 6

Širina od 15 kHz je nedopustiva, jer bismo gazili druge radio amatere s našim signalom. Osim toga imali bismo izrazito nisku efikasnost odaslane snage. Jer, umjesto da svu snagu usmjerimo u područje širine 3 kHz mi bismo ju razvukli na širinu 15 kHz što će rezultirati lošim odnosom signala i šuma. Na audio snimci 01original.mp3 [100kB] možemo čuti originalni ljudski glas nakon što je ušao u mikrofon.


Slika 7

Slika 7 prikazuje nam filtriran ljudski glas kojemu su odstranjene sve frekvencijske komponente iznad od 3 kHz. Što će reći da smo širinu ljudskog glasa sa 15 kHz sveli na 3 kHz. Posljedica toga su njegova izobličenja, no ona su sasvim prihvatljiva da ljudski glas bude i dalje prepoznatljiv. Mnogi prijemnici posjeduju i kompresor audio signala. Zadatak kompresora jest da smanji dinamički raspon ljudskog glasa, tj. smanji razlike u amplitudama. Time dobivamo glasniji signal, jer će oni tiši tonovi biti poglašnjeni, a glasniji biti malo stišani. Tako da će ono što smo izgovarali tiše i ono što smo izgovarali glasnije imati približno jednaku amplitudu (jakost). Takav signal je puno lakše poglasniti do maksimalne moguće vrijednosti. Kada bismo pokušali nekompresirani signal tako poglasniti pojavila bi se amplitudna izobličenja (distorzije) na mjestima gdje smo glasnije govorili. Na audio snimci 02audioprocess.mp3 [50kB] možemo čuti ljudski glas nakon što je prošao filtriranje i kompresiju. To je modulacijski signal kakav će ući u SSB modulator.

U modulatoru taj signal ćemo pomiješati sa valom nosiocem (carrierom). Koga zanima, može ovdje poslušati kako zvuči carrier 00sine.mp3 [18 kB] sinusnog oblika frekvencije 11 kHz.


Slika 8

Na jedan ulaz modulatora dovede se carrier, a na drugi modulacijski signal. Na izlazu iz modulatora dobivamo dva signala, tj. bočna pojasa, točno kako nam pokazuje slika 8. Zvučni zapis dobivenog miješanja možemo poslušati ovdje 03dsb.mp3 [100 kB]. Potpuno isti zakoni vrijedili bi da imamo val nosioc frekvencije npr. 3.5 MHz, 144 MHz i sl. Razlog zbog kojeg smo odabrali 11 kHz je taj što se sve može jednostavno analizirati i prikazati na računalu. A što je još bolje, može se i poslušati. Prosječna zvučna kartica dozvoljava reprodukciju i analizu frekvencija do 22 kHz.


Slika 9

Sada je potrebno jakim filterom izdvojiti gornji bočni pojas. Zadatak filtera je potisnuti sve frekvencije koje se nalaze ispod 11 kHz. Rezultat možemo vidjeti na slici 9. Ukoliko nekoga zanima, postoji i zvučni zapis dobivenog filtriranja 04usb.mp3 [100 kB]. Sada smo dobili USB signal koji se prosljeđuje na neko linearno pojačalo i preko antene odašilje se u eter. Gotovo!

Prijem i demodulacija
Dali smo izvršili uspješno moduliranje, najlakše je provjeriti tako da uzmemo radio prijemnik i pokušamo uhvatiti odaslani signal. Srećom posjedujem jedan prijemnik koji je u stanju ići do 10 kHz, pa možemo napraviti pokus. Kažem ''srećom'' jer rijetko koji radio uređaj uopće ide ispod 100 kHz. U našem slučaju radi se o komunikacijskom prijemniku Icom PCR-1000 (10 kHz - 1.3 GHz), kontroliranom od strane računala.


Slika 10

Kao što gornji panel na slici 10 prikazuje, radio uređaj smo podesili na frekvenciju 11 kHz. Panel ispod pokazuje jakost signala, a ispod toga možemo vidjeti da je odabrana vrsta modulacije USB. Selektirana širina filtera je 3 kHz. Na samom dnu možemo vidjeti band scope koji je centriran na 11 kHz. Svaki stupac predstavlja 1 kHz, pa lagano možemo očitati da je signal koji hvatamo širok oko 4 kHz. (Jak signal na 10 kHz posljedica je lošeg filtera, no o toj problematici nećemo sada.).

Kao što smo ranije spomenuli, radio uređaj podešen na USB modulaciju, vrši direktno transponiranje signala u audio područje. U ovom slučaju 11-13 kHz spušta na 0-3 kHz. Ostaje nam spojiti audio izlaz iz radio uređaja na neke slušalice ili na računalo i poslušati rezultat 05radioUSB.mp3 [50 kB]. Kao što vidimo, stvar radi.


Slika 11

Spektralna analiza na slici 11 pokazuje nam zvučni zapis gotovo identičan onom na slici 7. Što će reći da smo uspješno uhvatili i demodulirali USB signal koji je bio odaslan na 11 kHz. Kao što smo rekli, ista stvar važila bi da je signal odaslan na nekoj drugoj (višoj) frekvenciji.

Kada nam je već radio uređaj na raspolaganju, možemo za znatiželjnike napraviti i jedan mali eksperiment sa okretanjem spektra naopačke - visoke frekvencije ljudskog glasa biti će tamo gdje su niske, a niske tamo gdje su visoke. To ćemo napraviti tako da ćemo prijemnik prebaciti na LSB i poslušati ovaj isti ljudski glas. Da bismo uspješno to izveli, potrebno je prijemnikom otići 3 kHz više, dakle na 14 kHz. Pogledajte sliku 9 i razmislite zašto je to potrebno napraviti.


Slika 12

Sada slijedi spuštanje 14-11 kHz u audio područje. Opseg (14-11kHz) sam namjerno napisao naopačke, da shvatite da će rezultat biti spektralno zaokrenut naopačke (podsjetimo se, negativne frekvencije ne postoje). I kada okrenemo ljudski glas ''naopačke'' to onda zvuči ovako 06radioLSB.mp3 [50 kHz]. Slika 12 pokazuje nam USB signal koji smo spustili u audio područje, spektralno okrenutog naopačke. (Napomena: Slika zbog nesavršenosti radio prijemnika tj. filtera nije 100% točna, stoga na njoj ignorirajte frekvencije iznad 3 kHz.) Kada usporedite tu sa slikom 11 i vidjeti ćete da je signal na slici 12 doista okrenut naopačke.