VÄLITAAJUUSSUOTIMIEN KÄYTTÖ VASTAANOTTIMISSA


Alunperin julkaistu Radiomaailma-lehdessä.

8.7.1999

VÄLITAAJUUSSUOTIMIEN ARVOJA

VASTAANOTTIMIEN SELEKTIIVISYYSARVOJA

Huom! Taulukkoon lisätty artikkelin kirjoittamisen jälkeen vastaanottimia, joita ei ole artikkelissa käsitelty!

Välitaajuussuotimiin liittyvät modifioinnit lienevät eniten käsiteltyjä yksittäisiä aiheita lehtemme teknisissä artikkeleissa. Suurin osa niistä muutostöistä, joita olen jäsentemme laitteille tehnyt on myös ollut filttereihin kohdistuvaa. Tämän artikkelin aiheena ei kuitenkaan ole modifioinnit vaan se millaisia vastaanottimien selektiivisyyslukemat ovat valmistajien ilmoittamina, minkä tyyppisiä ratkaisuja eri vastaanottimissa on käytetty, kuinka onnistuneesti filtterien suoritusarvot on saatu hyödynnettyä ja millaisia pelkkien suotimien arvot ovat toisiinsa verrattuina. Pyrkimyksenäni on pääasiassa käsitellä laitteita , joihin ei ole asennettu lisävarusteina saatavia välitaajuussuotimia, lisäkortteja ja joita ei ole muutenkaan modifioitu.

On otettava huomioon , ettei vastaanottimen kokonaisselektiivisyys ole koskaan niissä arvoissa kuin mitä yksittäisen filtterin valmistajan antamissa suoritusarvoissa on kerrottu. Voisihan se olla niin jonkinlaisessa teoreettisessa vastanottimessa, jossa kaikki muut asteet toimisivat täysin ideaalisesti. Vastaanottimen kokonaisselektiivisyys muodostuu monista eri tekijöistä ja sitä vaikeampi sitä on arvioida mitä monimutkaisempi on rakenne antennin ja ilmaisimen välillä. Periaatteessa hyvin lähelle filtterin suoritusarvoja päästään yksinkertaisella superilla jossa toiminnot antennin ja filtterin välissä on toteutettu parhaalla mahdollisella tavalla sekä eri asteiden välinen suojaus on toteutettu tehokkasti.

Siihen mitä kuulijan korvaan saapuu vaikuttaa normaalissa vastaanottimessa muunmuassa etupiirien selektiivisyys, mikäli RF-vahvistin ja ensimmäinen sekottaja eivät pysty toimimaan riittävän hyvin. Loppujen lopuksi vielä audiovahvistinkin vaikuttaa vähintään siihen miten signaalia pystytään lukemaan varsinkin erityisen kapeilla kaistaleveyksillä. Audiopuolella voidaan signaalin luettavuutta huomattavasti parantaa taajuuskorjaimella ja erilaisilla audiosuotimilla. Kaiken muun lisäksi vaikuttaa lisäksi vastaanottimen välitaajuusselektiivisyys automaattisen voimakkuudesäädön toimintaan siten, että se voi toimia seuraten toisen aseman signaalin tasoja mikäli sitä ei saada suotimilla estettyä. Lisäksi aiheuttaa huonon taajuussynteesin kohina tilanteen, jonka vastaanottimen käyttäjä kokee sellaseksi, että synteesilaitteen selektiivisyys tuntuu huonommalta kuin toisessa vastaavassa rx:ssä, jossa paikallisoskillaattorilla ei ole kohinasivukaistoja.

Tyypillinen nykyajan vastaanotin on moninkertainen superi, jossa on useiden kymmenien megahertsien ensimmäinen välitaajuus. Vasta seuraavalla tai sitä seuraavalla välitaajuudella ovat laitteen etulevystä valittavissa olevat suotimet. Jotta kuultava signaali olisi sitä mitä valitulta kaistaleveydeltä pitäisi kuulua tulisi kaikkien asteiden pystyä käsittelemään signaalia ensimmäisen filtterin kaistalevyden alueella siten, ettei se eroa "laadullisesti" antennisignaalista. Mikäli näin olisi niin vastaanottimen teoreettiset mahdollisuudet käsitellä signaalia olisivat samat kuin yksinkertaisella superilla. Mitä tulee ensimmäiseen korkealla taajuudella toimivaan välitaajuussuotimeen olisi DX-kuuntelijan kannalta ihanteellista, jos sen kaistalevys olisi kuuntelijan todellisuudessa käyttämän leveimmän kaistan levyinen ja muotosuhteeltaan hyvä. Käytännössä filtteri on kuitenkin yleensä leveämpi kuin vastaanottimesta löytyvä levein kaista ja muotosuhde on varsin surkea. Hyvälaatuisen filtterin tekeminen korkeille taajuuksille on ilmeisesti edelleenkin hankalaa ja kallista vaikka niiden käytön yleistyminen onkin varmasti pudottanut hintaa ja kehittänyt valmistustekniikkaa.

Valmistajien ilmoittamiin selektiivuusarvoihin on pakko suhtautua usein varauksella tai ainakin huomioida mitä valmistaja on jättänyt ilmoittamatta. Selektiivisyydestä on usein ilmoitettu arvot -6 ja -60 dB . Silti ei ole varmaa millaista mittausmenetelmää on käytetty, minkä takia eri laitteiden arvot eivät välttämättä ole vertailukelpoisia. Siitä mitä kuuluu päästökaistan ulkopuolelta ei valmistajien spesifikaatioissa useinkaan kerrota. Usein huomaa käytännön kuuntelussa sieltä kyllä kuuluvan!

Oheisesta valmistajien omiin ilmoituksiin perustuvasta selektiivisyystaulukosta voi tehdä mielenkiintoisia johtopäätöksiä ja vielä mielenkiintoisemmaksi ilmoitetut arvot käyvät kun kuuntelee vertailumielessä itse vastaanottimia. Taulukkoon olen valinnut hyvin moniin eri hintaluokkiin kuuluvia (tonniluokasta hyvän uuden henkilöauton hintaisiin) ja valmistusvuosiltaan välille 1950-luvun alku - 1995. Joukossa on siis täysin ammatilliseen käyttöön ajateltuja laitteita (tosin uusimmat niistä kymmenen vuotta sitten markkinoille tulleita) ja uusia sekä vanhoja DX-vastaanottimia. Taulukosta on havaittavissa se, etteivät esimerkiksi tunnetut ammattilaitevalmistajat ole ainakaan vastaanottimen perusversioissa halunneet kaikkien merkkien osalta päästä mihinkään erityisen hyvään välitaajuusselektiivisyyden muotosuhteeseen. Esimerkiksi Collins HF-2050 edustaa jo digitaalista välitaajuussignaalin käsittelyä ja muotosuhde on vai 1:2,5 ! Toisaalta taas Racal RA-1792(josta tässä "sisäkuva") ja ITT CR-91 edustavat vertailun huippua samassa asiassa ITT:n ollessa ylivoimaisesti paras. Kaikkien edellämainittujen laitteiden hinta on ollut uutena siinä mainitussa henkilöautoluokassa. Halvemmissa hintaluokissa huomio kiinnittyy siihen, että Lowen vastaanottimien selektiivisyys on vielä niiden hinta huomioon ottaen käsittämättömän hyvä verrattuna kaikkiin laitteisiin lukuunottamatta em. Racalia ja IIT:tä. Taas esim. pelkästään vakiofilttereillä varustettujen Japan Radion vastaanottimien selektiivisyysarvot ovat luvattoman huonot varsinkin niiden edustaessa harrastekäyttöön tehtyjen laitteiden hintahaitarin yläpäätä. Myös on mielenkiintoista se, että pelkkiä LC-suotimia käyttävä vastaanotin Siemens E311e päihittää muotosuhteessa mm.Japan Radion ja Yeasun mallit. Vertailun vanhin vastaanotintyyppi Collins 51-J4 (50- luvun alkupuolelta) on käsiteltävinä olevien arvojen suhteen täysin vertailukelpoinen nykyisiin laitteisiin .

No mikä sitten on syynä siihen, että monet ovat kuunneltuaan vastaanottimia tulleet laitteiden selektiivisyydestä aivan toisenlaisiin tuloksiin kuin mitä speksit antavat ymmärtää. Mainittu päästökaistan ulkopuolisten taajuksien vaimennus on eräs tekijä josta moni valmistaja ei kerro mitään. Se ei yleensä myöskään kerro kuinka päästökaistan käyrämuoto muuttuu -60 dB:n alapuolella . Ja voihan valmistaja ilmoittaa laitteen selektiivisyysarvot filtterin arvojen mukaan mittaamatta ollenkaan sitä miksi ne muuttuvat kun koko vastaanotin filttereineen on pelissä mukana. Mittaus voidaan myös tietysti suunnitella siten, että se antaa "paremman näköisiä" arvoja. Kaikki mahdollisuudet ovat käytettävissä, jos asiakas ei osaa tai voi vaatia kunnollisia mittaustuloksia. Koska harrastelijalaitteiden ostajista suurin osa ei näissä asioissa paljoakaan vaadi niin pysyy asia entisellään. Ammattilaitteiden suhteen on toisin koska laitevalinnoissa asiakkaat yleensä tietävät mitä haluavat ja kilpailua käydään laadulla ja varsin vähän ulkonäöllä ja hinnalla. Harrastelijalaitteiden osalta voi olla suuriakin eroja valmistajan tavoissa palvella asiakasta realistisilla tiedoilla laitteiden ominaisuuksista. Esimerkiksi Japan Radion perusversioiden pitäisi olla aivan oleellisesti huonompia selektiivisyysarvoiltaan kuin Lowen laitteiden. En kuitenkaan kuuntelun perusteella tähän usko.

Miten sitten välitaajuussuodatus kaikkineen tapahtuu eri vastaanottimissa. Otan tähän muutaman esimerkin. Lowen HF-225 ja HF-250 vastaanottimissa (radiopuoli näissä on lähes identtinen) on ensimmäisellä välitaajuudella (45 MHz) 15 kHz levyinen filtteri. 455kHz välitaajuudella on sitten ensinnä valittavissa olevat suotimet (2,2 ja 7 kHz) . Vahvistusasteen jälkeen on 4 kHz suodin ja vielä ennen ilmaisinta 10 kHz suodin. Yksittäiset suotimet eivät minun mielestäni edusta mitään markkinoiden huippulaatua, mutta koska ominaisuudet myös osittain tavallaan summautuvat on varsinkin ns."helmaselektiivisyys" selvästi parempi kuin yksittäisellä suotimella. NRD-535:n "karvalakkiversiossa" on ensimmäisellä 70.455 MHz välitaajuudella leveä suodin. 455:llä on päinvastoin kuin Lowessa ensimmäisenä leveä suodin, jonka kaista on valittu tietysti sellaiseksi, että se päästää ainakin yhtäsuuren taajuusalueen läpi kuin vastaanottimen levein selektiivisyysasento edellyttää. Yleisen ajattelutavan mukaan tämä NRD:n ratkaisu on väärä, koska varsinaisen selektiivisyyden määräävä suodin tulisi sijoittaa signaalitien alkupäähän. Samalla tavoin "vääräoppisia ratkaisuja" on esimerkiksi Collinsin 51-J4:ssä ja Racal RA-117 vastastaanottimissa, kylläkin johtuen itse vastaanottimen toimintaperiaatteesta, Racalissa on esimerkiksi viimeistä edellisellä väliltaajuudella megahertsin levyinen kaistasuodin. Tämän valmistajien ilmoittamiin arvoihin perustuvan vertailun huippua edustava ITT CR-91 pitää sisällään ensimmäisellä 125,2 MHz välitaajuudellaan kaksi suodinta , joita ensimmäinen on 2- ja toinen 4-kiteinen. Toisella välitaajuudella (200 kHz) on heti sekoittajan jälkeen yksi leveämpi mekaaninen suodin, sen jälkeen eri kaistaleveysasentojen suotimet ja vielä on (tosin vain very narrow-asennossa) valittava filtteri. Racal RA-1792 ja Cubic HF-1030 ovat käsiteltävän asian suhteen lohkokaaviotasolla samankaltaiset. Kummassakin on ensimmäisellä 40.455 MHz välitaajuudella kidesuodin (jonka Racal on ilmoittanut vastaanottimessaan olevan 16 kHz leveä). Toisella 455 kHz välitaajuudella on sekottajan jälkeen valittavissa joukko eri levyisiä mekaanisia suotimia, jotka Cubicin tapauksessa ovat Collinsin valmistetta. Useimmissa yksinkertaisimmissa DX-vastaanottimissa - vaikkapa Kenwood R-1000 esimerkiksi - välitaajuusselektiivisyys muodostetaan käytännössä yhdellä suotimella, joka voi olla hyvässä tapauksessa esim muratan CFJ-sarjaa.

Jos sitten mennään laitteiden parannettuihin tai lisävarustefilttereillä varustettuihin vastaanottimiin voivat selektiivisyysarvot olla vallan muuta. Esimerkiksi NRD-525:lle Eskabin valmistama lisäkortti tuo ikäänkuin "sarjaankytkettynä" valikoiman filttereitä entisten lisäksi . Tyypillisessä Eskabin modifiointisarjassa on lisäksi vanhoille paikoille asennettu pari hyvälaatuista uutta filtteriä.

Käsitelläänpä sitten seuraavaksi itse niitä välitaajuussuotimia. Tavallisen LC-suotimen lisäksi käytetään vastaanottimissa suotimia, joissa on joko keraamiset-,mekaaniset-tai kideresonaattorit. Monikiteistä kidesuodinta voitaneen pitää parhaana kolmestakin syystä. Ainakin itselläni tiedossa olevissa suotimissa on muotosuhde/resonaattorien määrä selvästi kidesuotimen eduksi. Samoin on asianlaita estoalueen vaimennuksen ja suotimen halutulle signaalille aiheutuvan vaimennuksen kanssa. Käytössäni olleiden tietojen perusteella on joiltain osin hankalaa tehdä vertailuja kaikkien filtterityyppien kesken. Esimerkiksi Murata ilmoittaa eri filtterisarjoille kaistaleveyden "alapään" arvot eri desbelilukemille. Tosin kolmesta eri ikäisestä luettelosta löytyi käyrästöt, joista voi tehdä päättelyjä. Useimpien suodinvalmistajien luetteloista löytyy maininta ilmoitetun estoaluueen vaimennuksen kattavan alueen :keskeistaajuus + - 100 kHz. Muratan käyrästöissä voi havaita vaimennuksen olevan suurin lähellä filtterin päästökaistan reunoja (parhaímmilla 90-100 dB luokkaa) mutta huonontuen varsin nopeasti sivullepäin menetäessä 20-30 dB. Selvästi paras estokaistan vaimennus on Muratalla CFK-sarjassa. Rockwellin suodin edustaa tyypillistä nykyaikaista -"low cost series"- mekaanista suodinta. Tämä Rockwell on muuten käytännössä sama puulaaki kuin Collins radioharrastajan kannalta. Filtteri on muovikuorinen ja sopii piikkijaoltaan suoraan Murata CFS-sarjan reikiin. Kuten myös impedanssiltaan. Filtteri on kuitenkin jonkin verran Murataa leveämpi. Ilmoitettujen ominaisuuksien suhteen se ei pärjää Muratan CFJ455K5- suotimelle. Käytännön vertailu minulta on vielä tekemättä. Myöskään vanhempi Collinsin suodin (50-luvun tekniikkaa, samantapaisia kuin on käytetty R-390A:ssa) ei muotosuhteeltaan häikäise verrattuna Muratan suotimiin. Valitettavasti minulla ei ollut aineistoa uudemmista huippupään mekaanisista filttereistä, joiden ominaisuudet ovat reilusti parempia kuten hintakin. Kidesuotimia on varsin vähän tarjolla matalammille välitaajuuksille. Tunnettuja ovat Hertzin suodin (minkä valmistajan suotimista tässä artikkelissa on vain 9MHz malli mukana) ja Icomin lisävarustefiltteri FL-44A. Icomin filtteriä käytettäessä välitaajuusselektiivisyyden muotosuhteeksi on ilmoitettu 1:1,66 , mikä on hyvä arvo.

Vertailtavana olevat kidesuotimet ovat myös varsin vanhoja malleja (-80 luvun alun tyyppejä). Kaikki edustavat erilliskiteillä tehtyjä tyyppejä. Kymmenkiteinen KVG:n suodin on selvästi paras listan suotimista. Tietysti myös hinta on näillä suotimilla selvästi suurempi. Tämän päivän tekniikka suosii pienikokoisia komponentteja. Kidesuotimista on saatavissa yhdestä palasta tehtyjä "monoliittisuotimia", jotka ovat mitoiltaan reilusti pienempiä kuin erilliskomponenteista rakennetut. Ainakaan itselläni olevan KVG:n luettelon mukaan eivät suotimen suoritusarvot kuitenkaan olellisesti eroa on rakenne kumpi tahansa. Koko lienee valmistusteknillisten seikkojen lisäksi myös yksi syy miksei matalammille taajuuksille ole kovin runsaasti tarjolla kidesuotimia. (mitä alhaisempi taajuus, sen suuremmat mitat). Kaikista suodinrakenteista on olemassa vielä paremmat suoritusarvot omaavia malleja ja niitä kuten heikompilaatuisiakin valmistetaan lisäksi tilauksesta vastaanotinvalmistajien antamien spesifikaatioiden mukaan. Näinollen ei välttämättä voi tietää tietyn laitteen suotimen ominaisuuksia muuta kuin irroittamalla se ja suorittamalla mittaus. Aihetta toiseen artikkeliin selektiivisyysarvoista olisi, jos saataisiin kaikki laitteet yhtaikaa koekuunteluun ja testimittauksiin. Se lienee valitettavasti erittäin epätodennäköistä.

Lähdeaineisto:

Iso kasa eri vastaanottimien esitteitä ja huoltomanuaaleja
KVG: Quarz crystals and crystal components
1995 Murata products Europe + pari vanhempaa
Rockwell International: Collins Bandpass Mechanical Filters
Collins: Mechanical Filters, Technical Bulletin 204

VÄLITAAJUUSSUOTIMIEN ARVOJA

VASTAANOTTIMIEN SELEKTIIVISYYSARVOJA

TAKAISIN TEKNIIKKAHAKEMISTOON !