Tarkoitus

Radioastronomiassa ei ole läheskään aina mahdollista, tai mielekästä kuunnella vastaanotettua signaalia. Paremminkin tarkoituksena on mitata taivaalta tulevan radiosäteilyn ominaisuuksia ja työstää esim. karttoja taivaan eri alueiden radiosäteilyn vuonvoimakkuuksista, tai tutkia jonkin kohteen tilastollisia ominaisuuksia, kuten mm. emission voimakkuutta (kirkkautta), tai polarisaatiota, punasiirtymää, spektriä ja niissä esiintyviä ajallisia vaihteluja, yms. 

Tämä ei kuitenkaan yleensä vaikuta paljoakaan itse radiovastaanottimen tekniseen toteutukseen, varsinkaan sen ns. etupäässä. Signaalin prosessointi vastanottimen loppupäässä ns. A/D-muunnosvaiheessa ja siitä eteenpäin onkin jo eri juttu ja onko se oikeastaan edes radiotekniikkaa? 
 

Mitä toimilohkoja vastaanottimessa yleensä on?

Vastaanottimen (kaksois-super) esimerkkilohkokaaviossa antennista tulevaa 1,5 GHz:n signaalia (vas.) vahvistetaan ensin ja rajataan hiukan suotimilla taajuuskaistaa. Sen jälkeen RF-signaali sekoitetaan ensimmäisessä sekoittimessa injektiotaajuuden (1st LO, 1. paikallisosk.) kanssa (tässä esimerkissä: Flo-Frf=Fif). Muut sekoitustulokset suodatetaan pois, jonka jälkeen saatu välitaajuus (1st IF, 1. välitaajuus) on riittävän matala esimerkiksi siirrettäväksi vähäisillä häviöillä koaksiaalikaapelilla vastaanottimen seuraavalle asteelle, tai muuten edelleen muokattavaksi. Yleensä välitaajuussignaalia suodatetaan kaistanpäästösuotimilla lisää ja seuraavissa (1...3 kpl) sekoitus/vahvistinasteissa vahvistetaan ja suodatetaan, kunnes viimeisestä välitaajuusasteesta saatu signaali on taajuuskaistaltaan halutun levyinen ja jännitetasoltaan riittävän korkea esim. ilmaisinasteelle, tai muuten prosessoitavaksi. Kokonaisjännitevahvistus vastaanottimessa on noin huikea, noin 1 000 000 ... 100 000 000 000-kertainen. 

Oikeita radioastronomiaan käytettyjen vastaanottimien ns. etupäiden lohkokaavioita voi ihastella Max-Planck-Instituutin 100-metrisen Effelsbergin radioteleskoopin sivuilta: 

• Jäähdyttämätön 408 MHz FET 
• Jäähdyttämätön 1 GHz HEMT 
• Jäähdytetty 1,4 GHz:n HEMT 
• Yhden polarisaation 2,3 GHz HEMT 
• Jäähdytetty kolmella sekoittajalla ja välitaajuudella oleva 40 GHz HEMT 
• Jäähdytetty pelkällä sekoittimella toteutettu 86 GHz 
• Lista kaikkien vastaanottimien spesifikaatioista. 

Miten radiosignaaleita voidaan vahvistaa?

Teknisesti alkeellisia radiotaajuisia signaaleja voitiin Marconin aikoina tuottaa kipinälähettimen avulla ja riittävän voimakkaita sellaisia myös vastaanottaa kideilmaisimella. Samankaltaisia laajakaistaisia radioemissioita syntyi myös salamoinnissa. Jotain käänteentekevää piti tapahtua, ennen kuin kipinälähetintekniikasta päästäisiin eroon ja se jokin oli vahvistavan "radioputken" keksiminen U.S.A.:ssa. Elektroniputken ohjaushilan jännitettä muuttamalla saatiin olemattoman heikolla ohjaustelholla elektroniputken katodilta anodille kulkevan elektronisuihkun voimakkuutta säädettyä. Elektroniputkiin kehitettin ominaisuuksien parantamiseksi lisää hiloja; kolmielektrodisen triodin lisäksi syntyi mm. tetrodi, joissa oli suojahila, ja pentodissa sen lisäksi myös ns. jarruhila. 

Radioputkilla toteutettiin radiolaitteita aina 1960-luvulle asti, jonka jälkeen puolijohteet korvasivat ne suuria radiolähetinputkia ja katodisädenäyttöjä lukuun ottamatta. Puolijohteillakin, varsinkin FET-transistorilla, toimintaperiaate on melko sama, eli kantavirralla, tai hilan ohjausjännitteellä voidaan säätää puolijohteen kahden muun elektrodin läpi kulkevaa virtaa. Mikropiirit ovat samaan koteloon integroitu kokoelma puolijohteita ja passiivisia komponentteja, yleensä lähinnä vastuksia. Mikropiirien valmistustekniikan kehitys on sallinut puolijohdeliitosten lukumäärän kasvattamisen ensimmäisten analogisten IC-piirien muutamista transistoreista nykyisten CPU-piirien yli sataan miljoonaan transistoriin. IC-piirejä on sekä digitaalisia, että analogisia ja myös  sellaisia joissa sama piiri käsittelee niin digitaalisia, kun analogisiakin signaaleja. 
 

Vahvistin

Oskillaattori

Vaihekäsitteestä muutama kommentti: vaihtosähkön yksi jakso jaetaan 360 osaan, eli asteeseen. Jos ajatellaan, että generaattorista saadaan ulos sinimuotoista vaihtosähköä ja sen jännite jollakin hetkellä nolla, ja nimetään sen vaihekulmaksi nolla astetta, neljäsosajaksoa myöhemmin jännite on kohonnut positiiviseen (+) huippuarvoonsa, eli vaihe on nyt 90 ° ja kun puoli jaksoa on kulunut, jännite on taas laskenut nollaan ja vaihe on 180 °. 3/4-osavaiheen kohdalla jännite on saavuttanut negatiivisen huippuarvonsa (-) ja vaihe on 270 °. Kun aikaa on kulunut yhden kokonaisen jakson verran, on jännite taas nolla ja vaihe on 360 °, tai yhtä hyvin 0 °.  Jos halutaan tehdä oskillaattori, jossa vahvistava komponentti kääntää vaihetta 180 °, on takaisinkytkennän tehtävä kääntää sitä lisää 180 °, että komponentille syötetty takaisinkytkentäsignaali olisi samanvaiheinen ja oskillaattori voisi edes teoriassa värähdellä. Sama vaihekäsite ilmenee myös siirtolinjassa  (esim. koaksiaalikaapeli). Siinä etenevällä aaltoliikkeellä on tietty aallonpituus  ( wl = Vf * c ) ja tuo aallonpituus (eli yksi jakso), joka voisi olla 100 MHz taajuudella koaksiaalikaapelissa n. 2 m pituinen. Neljännes- ja puolenaallon mittaisilla kaapeleilla voidaan synnyttää erivaiheisia signaaleita esim. antennirykelmän eri syöttöelementeille ja siten muokata antennista saatavan säteilyn polarisaatiota, tai suuntautuvuutta. Esimerkkinä ns. pyörivän polarisaation aikaansaaminen kahdella lineaarisen polarisaation elementillä, jossa risti-Yagin syöttökaapelin vaiheistuksessa pystypolarisaation syöttöelementin syöttöjohdossa on sarjassa ylimääräinen neljäsosa-aallon (50 cm) pätkä koaksiaalia (jota ei vaakapolarisaatiossa ole), jolla on aikaansaatu tarvittava 90 ° vaiheensiirto.

Sekoitus

Näiden toimilohkojen lisäksi ei tarvita kuin kaistanpäästösuotimia ja radiovastaanottimen perusosat ovat kasassa. 
 
 

RF-esivahvistin (RF pre amplifier, LNA)

Vasemmalla: kaksi RF-esivahvistinta: MMIC-laajakaistavahvistin 1 MHz...1 GHz, (NF: 2,7 dB) ja 144 MHz (NF: 0,9 dB) GaAs-FET vahvistin samalla kortilla. Oikeanpuoleisessa kuvassa on 4 GHz moniasteinen LNA.

Vastaanottimen ensimmäinen RF-vahvistin on koko järjestelmän tärkeimpiä osia ainakin sen herkkyyden kannalta. Usein mikroaaltoalueen RF-vahvistimia kutsutaan lyhenteellä LNA (kuvassa otsikon alla vasemmassa reunassa), kun taas alempien taajuuksien RF-etuasteita yleensä kutsutaan vain RF-esivahvistimiksi (RF pre amplifier). 

Ensimmäisen RF-vahvistimen kohinaluvusta (Noise Figure), tai kohinalämpötilasta (Noise Temperature) määräytyy suurilta osin vastaanottimen herkkyys ja monia muitakin ominaisuuksia. Ihan aina ei huippuherkkyyttä vaadita, mutta usein se on tarpeen. Paras mahdollinen kohinaluku, tai kohinalämpötila on nolla (dB tai K), mutta siihen ei koskaan aivan päästä. Jos vahvistimen puolijohdekomponentti olisi ideaalinen ja ei itse tuottaisi kohinaa, olisi asteen kohinaluku teoriassa 0 dB. Käytännössä nykyaikaisilla GaAs-HEMT-komponenteilla päästään 0,5...1 dB kohinalukuihin ainakin 10 GHz taajuuksille asti. 50...80 GHz tienoilla ja siitä ylöspäin HEMTitkään eivät enää toimi, joten noiden taajuuksien yläpuolella ei RF-esivahvistinastetta käytetä ollenkaan. Komponenttien kehittyessä tuokin rajataajuus kuitenkin kasvaa. 

Useiden kaupallisten laajakaistaisten vastaanottimien kohinaluku on yleensä huonompi kuin 3 dB ja esim. laajakaistaisten TV-antennivahvistimien kohinaluku noin 4 dB. RF-esivahvistimen vahvistuksen lisäys vaikuttaa sitä enemmän, mitä huonompi seuraavan asteen kohinaluku on. Vähäkohinaisella RF-esivahvistimella voidaan siis ikään kuin peittää perusvastaanottimen kehno kohinaluku kaskadikytkennällä ja saada hyvä, eli alhainen kohinaluku. 
Mikroaalloilla käytettiin 1960-luvulla ns. parametrisiä vahvistimia, jotka maksoivat silloin useita tuhansia dollareita ja esim. 2,7 GHz taajuuksilla päästiin 1,3 dB kohinalukuihin, kun nykyisin muutaman sadan euron jäähdyttämättömilläkin GaAs-puolijohdevahvistimilla päästään kohinaluvuissa alle 0,5 dB. Tuo parametrinen vahvistin oli oikeastaan klystronilla (radioputki) injektoitu mikroaaltoalueen diodisekoitin, konvertteri, josta sai n. 25 dB vahvistusta. Mikroaaltopuolijohdekomponenttien kehittyessä ilmestyi 1990-luvulla monen talon katolle satelliittiantenni, jossa on 11 GHz:n taajuusmuunnin (LNB), mistä saadaan useita kymmeniä desibelejä vahvistusta kohinaluvun ollessa alle 1 dB ja hinta on vain 40 euron luokkaa tarjouksessa. 

Taivas on mikroaalloilla hyvin "kylmä", yleensä vain korkeintaan kymmenien asteiden luokkaa ja taajuuden kasvaessa paljon alhaisempikin. Siksi ei antennista, tai laitteistoista saisi juurikaan kehittyä ylimääräistä termistä kohinaa, joka haittaisi havaintoja. Mikäli antennin pääkeila 'näkee' maanpinnan, sen kohinalämpötila kasvaa, koska maanpinta säteilee n. 290 K termistä kohinaa. Mikroaalloilla ammattilaiset jäähdyttävät vastaanottimen etuasteen nestemäisellä typellä, tai heliumilla hyvin kylmäksi, jolloin vahvistavan komponentin terminen kohina vähenee ja kohinaluku alenee. 

Jos antennin pääkeila on suunnattu korkealle ylös ja vielä ns. "kylmälle taivaanosalle", on antennin kohinalämpötila UHF- ja varsinkin mikroaaltoalueilla hyvin matala ja alhaisen kohinaluvun (tai kohinalämpötilan) RF-esivahvistin (LNA)  pääsee oikeuksiinsa. Alemmilla taajuusalueilla (VHF ja varsinkin HF) taajuuden laskiessa kasvavan galaktisen kohinan vuoksi hyvin vähäkohinaisesta RF-esivahvistimesta saadaan yhä vähemmän hyötyä. Koska VHF/UHF-alueen vahvistimissa yleensä käytetään samoja matalakohinaisia puolijohteita, kuin mikroaalloillakin, ei ole kuitenkaan mitään syytä tehdä tarkoituksellisesti VHF:llekään kohinaluvultaan huonompia RF-vahvistimia. 

Kohinaluku (Nf [dB]) on muunnettavissa kohinalämpötilaksi (T [K], katso graafia) Käytännössä kohinaluvun huononeminen vaikuttaa karkeasti näin: kohinaluvun 3 dB huononnuksen korvaaminen kasvattamalla antennin kokoa vaatii antennin pinta-alan kaksinkertaistamisen, jotta signaali / kohinasuhde säilyisi samana. 
 

Esivahvistimen toinen tärkeä ominaisuus on riittävä suursignaalinkesto. Yliohjautumista aiheuttavia varsinaisen vastaanotettavan taajuuskaistan ulkopuolella olevia taajuuksia voidaan kylläkin suodattaa pois tehokkaalla kaistanpäästösuodatuksella jo ennen RF-esivahvistinta. Tällöin ongelmaksi voivat tulla suotimen häviöt, joita saattaai kertyä 1...4 dB verran ja tämä häviö on summattava etuvahvistimen omaan kohinalukuun, jolloin harvoin päästään alle 2 dB:n kokonaiskohinaluvun. RF-esiasteen ominaisuuksiin kuuluu myös riittävä vahvistus (10...35 dB), mutta se ei ole niin tärkeä ominaisuus, kuin alhainen kohinaluku. 

Kun vastaanottimeen (tai sen vahvistin-, tai sekoitinasteeseen) tulee riittävän voimakas signaali, ei puolijohdekomponentti enää kykene sitä vahvistaman, tai sekoittamaan puhtaasti, vaan signaali leikkautuu, eli säröytyy ja siitä syntyy suuri määrä ylimääräisiä ei-haluttuja sekoitustuloksia. Vastaanottimen dynamiikka-alue on karkeasti ottaen väli sen omasta kohinatasosta korkeimpaan vastaanottimen sietämään signaalitasoon. Yksi tapa ilmoittaa korkein vastaanottimen sietämä signaalitaso, on sen ns. IP3-piste (dB:nä), jonka ylittyessä harhasignaaleja alkaa syntyä. 

RF-esivahvistimen vahvistus tulee siis olla kohtuullinen ja lisäksi sen lähdössä on hyvä olla kaistanpäästösuodin, jotta itse vastaanottimen sekoitusaste ei niin helposti yliohjautuisi vastaanottotaajuusalueen ulkopuolisista lähetteistä yllämainituin seurauksin. Pahin tilanne on VHF- ja UHF-alueilla, joissa on runsaasti yleisradio- ja eri matkaviestinverkkojen lähettimiä. Nämä voimakkaimmat lähetteet voivat päästä myös suoraan vastaanottimen välitaajuusasteisiin ja aiheuttaa häiriöitä. Mikroaaltoalueilla ei niin usein ilmene ongelmia voimakkaista signaaleista. 

RF-esivahvistimen stabiilisuus on myöskin hyödyksi, sillä se ei saisi alkaa värähdellä itsekseen, vaikka tulo-, tai lähtöimpedanssit (sovitus) poikkeaisivatkin nimellisistä. Myös mikroaaltotaajuuksilla ilmenevät salakavalat loisvärähtelyt voivat vaivata VHF-, tai UHF-taajuuksille tehtyjä RF-esivahvistimia. 

Suotimet

RF-, eli suurtaajuussuotimilla rajoitetaan vastaanottimen etuasteille ja/tai sekoittajalle pääsevää radiotaajuisten signaaleiden kaistaa, eli spektriä. Supervastaanottimessa (engl. heterodyne receiver) tämä on tarpeen, jotta saadaan aikaan mm. ns. peilitaajuusvaimennus, jonka tarve on supervastaanottimen toimintaperiaatteeseen liittyvä ongelma. Peilitaajuutta ei saa päästää sekoittajalle asti, koska sen jälkeen sitä ei enää voida poistaa. Poikkeuksena tähän on vaiheistusmenetelmään perustuva peilitaajuutta vaimentava sekoitin. Joskus kuitenkin toimittaessa hyvin korkeilla taajuuksilla millimetri- ja alimillimetrialueilla mitattaessa säteilyn kokonaiskohinatehoa ei ole väliä, vaikka peilitaajuus pääsisikin sekoittajalle, mutta alemmilla taajuusalueilla tällaista kahta sivunauhaa läpäisevää, eli DSB-sekoitusta ei enää käytetä. 

RF-suotimia tarvitaan myös ensimmäisen, tai ensimmäisten paikallisoskillaattoreiden (LO) injektiosignaaleiden puhdistamisessa, varsinkin jos LO-taajuus on tuotettu kertoja-asteilla. Mikäli vastaanottimen ensimmäinen välitaajuus on korkeahko, käytetään myös niissä samantyyppisiä suotimia. Myös voimakkaita ei-haluttuja esim. yleisradio- tai matkaviestintaajuisia signaaleita on usein syytä estää pääsemästä läpi vastaanottimen etuasteisiin, tai sekoittajalle asti. 

Usein RF-suotimissa (ja myös viritetyissä RF-vahvistimissa ja taajuudenkertoja-asteissa) käytetään hyväksi kondensaattorin ja kelan rinnankytkennän muodostaman (LC) resonanssipiirin sähköistä resonanssi-ilmiötä. Tätä ilmiötä voisi havainnollistaa mekaanisella vastineella: esim. pöydän reunalle laitetun viivoittimen pää värähtelee tietyllä taajuudella kun sille antaa ensin liike-energiaa. Mitä pidempi viivoitin (suurempi-induktanssinen kela), sen alhaisempi värähtelytaajuus. Viivoittimen pituus vastaa kelan induktanssin määrää ja viivoittimen pään massa resonanssipiirin kapasitanssin määrää - kumman tahansa kasvattaminen alentaa värähtelytaajuutta. Hyvin pienellä oikeataajuisella ja -vaiheisella lisäliike-energian syötöllä viivoittimen voimakas värähtelyliike jatkuu, mutta väärätaajuisella, tai -vaiheisella lisäenergian syötöllä se vaimenee. Ilman lisäenergian syöttöä värähtely vaimenee hitaasti ja loppuu kunnes energia on muuttunut lämpöhäviöiksi. Viivoittimessa energia on sen suoranaolohetkellä kärkiosan massan jatkuvuusvoimana ja pysähtyessään viivottimen tyvessä jousivoimana. Sähköisessä LC-resonanssipiirissä sähköenergia on vuorotellen varautuneena kondensaattoriin jännitteenä (E, sähkökenttä) ja purkautuessaan sähkövirtana (I)  induktanssin, eli kelan (L) kautta energia ilmenee magneettikenttänä (fii). 

Aaltoputkilla (nyk. aaltojohdoilla) toteutettujen mikroaaltosuodinten sähkömagneettisia ilmiöitä taas voisi verrata kammion (huoneen) akustisiin ilmiöihin, joissa (hieman yksinkertaistaen) tietty taajuus (tai taajuudet) korostuu voimakkaasti, eli tila resonoi akustisesti, ja vastaavasti aaltojohto resonoi sähköisesti. Eri resonanssimoodeja (esim. TE₀₁₁) ja -taajuuksia on suuri lukumäärä.

Suotimien rakenne riippuu halutusta läpäisytaajuudesta ja sen kaistanleveydestä. VHF-taajuuksilla voidaan käyttää induktiivisesti, tai kapasitiivisesti kytkettyjä LC-piirejä (kelojen ja kondensaattoreiden muodostamia rinnakkaisresonanssipiirejä), tai helikaali-suotimia, joissa on vain kela kapasitanssin muodostuessa kelan yläpään ja ympäröivän metaalikotelon hajakapasitanssista, sekä koaksiaalisia onteloresonaattoreita, jotka ovat VHF:llä melko isokokoisia. 

Tällaisissa "Cavity" (ontelo)-suotimissa on isohalkaisijaisen, päistään suljetun metalliputken sisällä toinen ohuempi putki, joka on toisesta päästään maadoitettu ja toisessa päässä on pieni levy ja sen parina on putken ulkokuoren päähän kierretty ruuvi, jonka päässä suotimen sisällä on vastaava pyöreä levy. Sillä aikaansaadaan ruuvilla säädettävä lisäkapasitanssi suotimen resonanssitaajuuden hienoviritystä varten. Signaali kytketään resonaattoriin joko kytkentälinkillä (silmukka) tai kapasitiivisesti (kondensaattori), kuten tavallisissa LC-suodinpiireissäkin. Suodin on mekaanisesti yleensä 1/4-osa-aallonpituuden mittainen, eli 100 MHz:llä se on jo 75 cm pitkä. Resonaattorin kokonaishalkaisija vaikuttaa suotimen läpäisykaistan leveyteen. Mitä suurempi sen halkaisija on, sitä kapeampi läpäisykaista. Halkaisijaltaan 100 mm:n VHF-koaksiaaliontelosuotimen läpimenovaimennus on tyypillisesti läpäisykaistan keskitaajuudella noin 0,5 dB (n. 10% signaalitehosta häviää suotimeen). Resonanssipiirin hyvyyttä kuvaa ns. Q-arvo.  Näitä suotimia voidaan kytkeä useampia peräkkäin esim. riittävän kapean kaistanleveyden saavuttamiseksi. Sopivasti kytkettyinä näillä resonaattoreilla saadaan aikaan myös imupiirejä, eli kaistanestosuotimia, tai kaistanesto/-päästösuotimia.

Koaksiaaliresonaattorisuodinta muistuttaa useampiasteinen Interdigitaalinen suodin, jossa hieman aaltojohtoa muistuttavaan onteloon on sijoitettu vierekkäin vuorotellen seinämien vastakkaisille puolelle vajaan 1/4-aallonmittaisia metallitappeja, tai putkia. Näiden resonaattoreiden toinen pää maadoittuu ontelon kapeampaan seinämään ja vastapuolen seinämästä irti olevan pään kapasitanssia säädetään viritysruuvilla, joilla resonaattorit, eli suodin viritetään halutulle taajuudelle. Alla olevassa kuvassa on 11 GHz konvertterissa käytetty strip-line tekniikalla toteutettua kiinteäviritteistä interdigitaalista kaistanpäästösuodinta (ristikkäisten "U-kirjainten" jono). 

Strip-line, eli mikroliuskapiiritekniikka antaa UHF- ja SHF-taajuuksilla mahdollisuuden integroida suotimet suoraan RF-vahvistimen, tai konvertterin (LNB) painopiirilevylle. 

Tavanomaisia LC-suotimia vastaavissa strip-line suotimissa toisesta päästään maadoitetut liuskat saadaan sopivan pituisena resonoimaan vapaan pään muodostaman, tai siihen lisätyn kapasitanssin kanssa. Resonanssipiirien välinen kytkentä on yleensä induktiivinen, eli painopiirillä teho siirtyy vierekkäisestä, yleensä alle 1/4-aallon liuskasta toiseen ilman galvaanista, tai kapasitiivista kytkentää. Alempana on kuva 2,3 GHz konvertterista, joissa on käytetty tavanomaisia kondensaattorilla viritettyjä LC-suotimia. 

SHF-taajuuksilla voidaan käyttää aaltojohdosta tehtyjä suotimia samankaltaisten periaatteiden mukaisesti. Asennetaan seinämän läpi menevät viritysruuvi(t) oikeaan paikkaan aaltojohtoa ja sillä saadaan aikaan resonaattoreita. 

Tähän mennessä on ollut puhetta lähinnä kaistanpäästösuotimista. Myös yli- ja alipäästösuotimia voidaan käyttää joissakin tapauksissa. Niillä on tietty rajataajuus, joiden ala-, tai yläpuolella suotimen vaimennus alkaa kasvaa. Vaikka kaistanpäästösuotimilla onkin tietty läpäisykaista, niistä pääsee aina läpi vain hieman vaimentuneena myös joitakin huomattavasti korkeampia taajuuksia ja niiden vaimentamiseksi voidaan kaistanpäästösuotimen kanssa käyttää myös alipäästösuodinta. Tyypillisin alipäästösuodin on ns. pii-suodin, jossa on piin symbolia kuvaavasti kytketty kapasitanssi maahan, induktanssi sarjaan ja jälleen taas kapasitanssi maahan. Näitäkin voidaan ketjuttaa, eli tehdä vaikkapa useampiasteisia piisuotimia, jolla on vielä suurempi vaimennus halutun läpäisykaistan yläpuolella. 

Kaistanestosuotimet (band-stop-suotimet, imupiirit, notchit), estävät tietyn rajatun taajuuskaistan tai pistetaajuuden pääsyn lävitseen. LC-piirilä toteutettuna näitä ovat maadoittava sarjaresonanssipiiri, tai sarjassa oleva rinnakkaisresonanssipiiri. 

Toisesta päästä avoin sähköisesti 1/4-aallon mittainen koaksiaalijohdon (tai siirtolinjan) haara toimii kaistanestosuotimena ja 1/2-aallon mittainen vapaasta päästään oikosuljettu linja samoin. Näillä on kuitenkin myös sama imupiiri-ominaisuus taajuuden parittomilla 3, 5, 7, jne....-kerrannaisilla. Tällaisen ns. stubin fyysinen pituus lasketaan siirtolinjan nopeuskertoimen (0,66...0,99) avulla. Fyysinen pituus on aina lyhyempi kuin vapaan tilan aallonpituus kaapelissa käytetyn eristeaineen dielektristen ominaisuuksien vuoksi. Yksinkertaisella 1/4-osa aallonpituisella T-haaralla liitetyllä koaksiaalistubilla saadaan vaimennusta estotaajuudelle noin 30 dB. 

Radiovastaanottimessa välitaajuussuotimen tarkoituksena on kaventaa ilmaisimelle asti pääsevä kaistanleveys vastaanotettavalle lähetteelle sopivaksi. 
 

Kuvassa spektrinäyttö sekoittimen lähdöstä (10,7 MHz), jossa näkyy lähinnä RF-etuasteiden RF-suodinten loivasti rajaama taajuuskaista, joka on kuitenkin useita megahertsejä leveä. Antenniliittimeen syötettiin laajakaistaista kohinaa. Välitaajuuskidesuotimen jälkeen läpäisykaista on enää n. 50 kHz levyinen.
 

Injektio (LO)

Taajuudenkertoja-asteet ovat yleensä epälineaarisia vahvistimia, tai esim. diodeja, jotka säröttävät syötetyn signaalin. Taajuudenkertojan lähdössä on halutulle tulotaajuuden kerrannaiselle (yleensä, *2, *3 *4, tai *5) resonanssipiiri ja sen ansiosta kertoja-asteen lähdöstä saadaan pääasiassa haluttua taajuuden kerrannaista. 

Taajuudenkertoja-asteita voi olla peräkkäin useampia, joilla saadaan tuotettua hyvin korkeita lopputaajuuksia esimerkiksi sekoitusoskillaattorin injektioksi (LO). Injektio kaistanpäästösuodatetaan ennen sen syöttämistä sekoittimelle, jotta vältytään spektriltään epäpuhtaan injektion aiheuttamat ei-halutut sekoitustulokset. 

Pistetaajuusvastaanottimissa voidaan käyttää kideoskillaattoria, mutta nykyisin lähes kaikissa kaupallisissa vastaanottimissa tämä injektiotaajuus aikaansaadaan ns. taajuussyntetisaattoritekniikalla, joka digitaalitekniikan avulla tuottaa kideoskillaattoriin nojaten tietyin hyppyvälein säätyvän, laajankin taajuusalueen kattavan taajuusvakaan injektion. 

Vaihelukitun (PLL) 1 GHz:n oskillaattorin lohkokaavio

Samantapaista säädettävää, oskillaattoria (YIG, DRO, Gunn,...) joka on (harmonisesti) vaihelukittu johonkin vakaaseen taajuusreferenssiin, on myös käytetty mikroaaltoalueiden konverttereissa oskillaattori-injektiotehon (LO) tuottamiseen ensimmäiselle sekoittimelle.

Uusimman taajuussynteesitekniikan nimi on DDS (suorasynteesi), jossa erityinen DDS-IC-piiri muodostaa suoraan halutuntaajuisen signaalin ilman VCO:ta ja sen jakajia, sekä vaihevertailijaa.
 

Sekoitin (Mixer)

Vastaanottimen sekoittimet ovat joko aktiivisia (transistori-), tai passiivisia (diodisekoitin kuvassa: 1960-luvun jenkkiläistä mikroaaltotekniikka, viritettävä kaksois-cavity RF-suodin/diodimikseri). 

Aktiivinen sekoitin vahvistaa hiukan ja vastaavasti passiivinen vaimentaa hiukan, mutta se ei lopputuloksen kannalta ole yleensä merkittävää. Käyttämällä suurivirtaista FET:iä tai ns. 'high level' Shottky-diodisekoitinta voidaan vastaanottimen signaalinkesto-ominaisuuksia parantaa. Tällöin kuitenkin myös injektio-oskillaattorin syöttämää tehoa tarvitaan vastaavasti enemmän. 

Kaksoisbalansoiduissa diodisekoittimissa (DBM) standardi injektiotaso on +7 dBm eli n. 5 mW, mutta 'high level' sekoittimia löytyy aina + 23 dBm (200 mW) tasoon asti. Taajuuskaista yltää tasavirrasta 10 GHz:iin, tosin eri taajuusalueille on valittava oma tyyppinsä, koska DBM-sekoittimen sisällä olevat ferriittimuuntajat rajoittavat niiden taajuuskaistaa. DBM-sekoittimet vaativat hyvät laajakaistaiset impedanssisovitukset kaikkiin portteihinsa toimiakseen ideaalisesti. 

Jos taajuus on  yli 100 GHz, ja RF-esivahvistinta ei ole, kun ne eivät siellä asti toimi. Antennista tuleva signaali syötetään suoraan sekoittajalle, ehkä jonkinlaisen kaistanpäästösuotimen kautta. Kohinalukua voidaan parantaa, jos sekoitin sijoitetaan tyhjöpumpattuun lämpöeristettyyn ja heliumilla kryogeenisesti 20 kelviniin jäähdytettyyn koteloon. Samaa tekniikkaa voi käyttää RF-esivahvistinasteen sisältäviin mikroaaltoalueiden vastaanottimiin. Moinen järjestely tuskin sopii harrastajalle ja edes ammattilaiset eivät sitä alle 3 GHz:lla useinkaan edes käytä saavutetun vähäisen hyödyn vuoksi. Sivukommenttina: millimetri- ja alimillimetrialueella ammattilaiset käyttävät neljään kelviniin jäähdytettyä SIS-sekoittajaa (superconductor-isolation-superconductor). Näitä voi olla vaikea  kokeilla kotona. 
 

Konvertteri (Down-Converter, LNC, LNB)

Aaltojohdon perällä on kytkentäelin (probe) ensimmäiselle RF-asteelle. Strip-line-tekniikalla ja pintaliitoskomponenteilla toteutettu 11 GHz HEMT-LNB konvertteri. Vasemmalta oikealle: kolme RF-vahvistinastetta, interdigitaalinen kaistanpäästösuodin, sekoitin ja oikeassa reunassa 10 GHz oskillaattori (LO). Absorboiva väliseinämä keskellä mm. vaimentaa laitekotelossa syntyviä haitallisia resonansseja mikroaaltotaajuuksilla, jotka voisivat johtaa RF-vahvistinasteiden itsevärähtelyyn.

S-alueen 2,3 GHz:n taajuuden 144 MHz:iin muuttava strip-line-vastaanotinkonvertteri. Alareunassa vas. GaAs-FET RF-vahvistin, oik. sekoitin. Välissä peilitaajuuden poistava kaistanpäästösuodin. Strip-line-rakenteilla korvataan UHF- ja varsinkin SHF-taajuusalueilla HF- ja VHF-alueiden laitteista mm. tutut langoista tehdyt kelat ja kondensaattorit.

Konverttereita, eli taajuusmuuntimia käytetään yleensä silloin, kun käytetty (perus)vastaanotin ei kata vastaanotettavaa taajuusaluetta. Nykyisin jo muutamat kaupalliset vastaanottimet kattavat aukottomasti taajuudet aina 2 GHz asti, mutta yli 200 MHz taajuuksilla on jo pelkästään syöttöjohtohäviöiden takia syytä käyttää joko RF-esivahvistinta antennin syöttöpisteessä, tai sijoittaa sinne konvertteri (Downconverter) ja johtaa  koaksiaalikaapelilla konvertterin antama välitaajuus alas. Konvertteri voi myös muuntaa taajuutta ylöspäin (Upconverter), esim. 50 kHz:stä 30 MHz:iin, jos perusvastaanotin ei toimi noin matalilla taajuuksilla. 

Valmiita mikroaaltokonverttereita ja matalakohinaisia vahvistimia on saatavissa 1,2 GHz...2,6 GHz välille (mm. SSB-Electronicin eri UEK 2000 versiot) ja kaikille radioamatööri ja TV-satelliittialueille, eli 3,5 GHz, 4 GHz, 5,6 GHz, 10 GHz, 11 GHz, 12 GHz ja 24 GHz. Useimpia konverttereita voi virittää, tai modifioida jonkin verran niiden alkuperäisen toimintataajuusalueen ylä-, tai alapuolelle. Konverttereita voi myös ketjuttaa, eli muuntaa taajuus tarvittaessa vaikkapa kaksi kertaa. 
 

Välitaajuusosa (IF)

10,7 MHz välitaajuussuodin, vahvistinaste (FET) ja integroitu piiri (IC), jossa sekoitin 455 kHz:iin, vahvistin ja ilmaisin.

Välitaajuusaste koostuu suotimista ja vahvistinasteista. Vahvistinasteet voivat olla toteutettu integroiduilla piireillä, joissa on liuta muita oheistoimintoja. Haluttu kaistanleveys voi olla mitä hyvänsä hertseistä satoihin megahertseihin ja haluttu kaistanleveys saadaan yleensä aikaan sopivalla välitaajuussuotimella tai suotimilla, tai DSP-tekniikalla. 

Kapeakaistaisia vastaanottimia käytetään SETI projekteissa ja spektriviivojen mittauksissa, leveäkaistaisia vastaanottimia taas käytetään lähes kaiken muun (varsinkin kontinuumi-) radiosäteilyn havainnoimisessa. 

Käyttämällä tietokoneita ja DSP-tekniikkaa voidaan rajallinen määrä välitaajuuskaistaa syöttää tietokoneelle murskattavaksi biteiksi ja ohjelmallisilla suotimilla saada alle 100 Hz kaistanleveyksiä (esim. 1 Hz), joihin kidesuotimilla ei päästä. Näitä hyödynnetään lähinnä SETI-tyyppisissä projekteissa, joissa etsitään suuresta määrästä kapeita taajuuskaistoja hyvin heikkoja kapeakaistaisia lähetteitä, lähinnä kantoaaltoja. Luonnonilmiöissä syntyvät signaalit ovat luonteeltaan enempi leveäkaistaisia ja esimerkiksi Auringon, tai Jupiterin kohinatason vaihteluja mitattaessa on hyvä käyttää leveämpää kaistaa (2...20 MHz), koska silloin voidaan ns. integrointiaikaa lyhentää ja saadaan lyhyemmillä aikaväleillä vakaita mittaustuloksia. Kaistanleveys ja näytteenottonopeus siis kulkevat tietyllä tavalla käsi kädessä toistensa kanssa. 

Välitaajuuksien valinnassa vältetään taajuuksia, joilla voi olla voimakkaita radiolähetyksiä jotka voivat vuotaa suoraan vastaanottimen välitaajuusasteisiin, mutta aina se ei ole mahdollista, jos välitaajuuskaista on hyvin leveä, esimerkiksi 200 MHz....2 GHz. Yleisimmät välitaajuudet kaupallisissa radiovastaanottimissa ovat 455 kHz, 10,7 MHz ja 21,4 MHz, mutta UHF ja SHF-vastaanottimissa joudutaan käyttämään korkeampaa ensimmäistä välitaajuutta, jotta ns. peilitaajuus, eli injektiotaajuuden summa, tai erotus välitaajuuden kanssa (Fif = Flo+Fif  tai Fif = Flo-Fif) voidaan suodattaa pois, riippuen siitä kumpaa on tarkoitus vastaanottaa. Millimetrialueen vastaanottimissa ensimmäinen välitaajuus voi olla hyvin korkea, luokkaa 20 GHz. 

Mikroaaltoalueiden vastaanottimissa joudutaan käyttämään korkeita, gigahertsiluokan välitaajuuksia ja yleensä ensimmäinen välitaajuus sekoitetaan vielä jopa useita kertoja alaspäin, jotta päästään vaikkapa 10,7 MHz:iin. Karkeasti; jokaista sekoitusta seuraava välitaajuus on noin kymmenesosa tulotaajuudesta. 

Esimerkkinä voisi olla 11 GHz satelliitti-TV-vastaanotin, jossa paraboloidipeilin syöttöpisteessä olevan mikroaaltokonvertterin 10 GHz injektio sekoitetaan satelliitista vastaanotettuun 11 GHz signaaliin ja saadaan 1 GHz ensimmäinen välitaajuus. Se johdetaan kaapelilla alas virittimelle, jossa se sekoitetaan 1,5 GHz injektioon ja alempi sekoitustulos, 500 MHz (toinen välitaajuus), suodatetaan kaistaltaan 27 MHz levyiseksi, vahvistetaan ja ajetaan FM-ilmaisimelle, josta saadaan videosignaali TV-monitorille. 

Toisena esimerkkinä voisi olla laajan taajuusalueen kattava IC-R7000 VHF-UHF-vastaanotin. Siinä on yli 1 GHz taajuuksille konvertteri, jonka injektio on 1 GHz ja sekoitustulos ajetaan perusvastaanottimeen, jonka viritysalue on 25,000 MHz...999,999 MHz, Konvertteri siis mahdollistaa taajuusalueen 1025,000 MHz...1999,999 MHz vastaanoton. Vastaanottimessa on kiinteinä ensimmäisinä välitaajuuksina 778,7 MHz 512 MHz alapuolella ja 266,7 MHz 512 MHz yläpuolella. Muut välitaajuudet ovat klassiset 10,7 MHz ja 455 kHz. Jo pelkästään käytettyjen välitaajuuksien määrästä voi päätellä laitteen olevan satelliittivastaanotinta monimutkaisempi. 
 

Ilmaisin (Detector)

Välitaajuusvahvistimesta saatava suurtaajuinen jännite voidaan tasasuunnata diodilla, jolloin voidaan mitata vastaanottimen koko läpäisykaistan kohinatehoa (square-law detector) ilmaisimen antaman tasajännitesignaalin muodossa. Jotkut sanovat tätä videoilmaisimeksi, sitähän se on TV-vastaanottimessa ja AM-radiossa audiosignaalin ilmaisimena. 

Ilmaisimen yhteydessä on yleensä integraattori, jolla signaalia integroidaan. Myös keskiarvo-, huippuarvo-, tai muita ilmaisintyyppejä voidaan käyttää, jos ne soveltuvat tarkoitukseen. Jos käytettävissä olisi tarpeeksi nopea A/D-muunnin, voitaisiin välitaajuuskaista syöttää suoraan muuntimeen ja ohjelmallisesti määritellä mitä osaa kaistalta mitataan ja miten ja saada näkyviin myös signaalin spektri. 

Tietokoneiden äänikortit pystyvät käsittelemään vain korkeintaan parinkymmenen kilohertsin luokkaa olevia taajuuksia ja jos niillä halutaan tarkkailla signaalin spektriä, tai muita ominaisuuksia ohjelmallisesti suoritetun FFT-analyysin avulla, on välitaajuus sekoitettava vielä kerran, että saadaan aikaiseksi äänitaajuus jonka voi syöttää äänikortille. Tällainen ominaisuus on ns. SSB- (sivunauha)vastaanottimessa, jossa ns. BFO:n (beat-oskillaattori) taajuus on asetettu välitaajuuskaistan toiselle reunalle. Sekoituksen tuloksena on korvin kuultava äänitaajuus, jossa esim. yhden kilohertsin muutos antennista syötettävässä taajuudessa aiheuttaa samansuuruisen yhden kilohertsin muutoksen vastaanottimen äänitaajuiseen lähtöön. Näin voidaan muutaman kilohertsin levyinen pätkä (riippuu lähinnä vastaanottimen välitaajuussuotimen kaistanleveydestä) vaikkapa 1,4 GHz taajuusalueelta siirtää äänikortin kautta tietokoneen analysoitavaksi. Vertailun vuoksi: SETI:n Serendip-vastaanotin prosessoi 100 MHz levyistä taajuuskaistaa. 
 

A/D-muunnin

Kuvassa omavalmisteinen esivahvistimella varustettu 8-kanavainen PC:n sarjaporttiin kytkettävä 10-bittinen A/D-muunnin.

A/D-muuntimen tarkoituksena on muuntaa siihen syötetty analoginen tieto digitaaliseksi koodiksi, jota tietokone ymmärtää. A/D-muuntimien nopeudet ovat nousseet huimasti ja liityntätavasta riippuen voidaan ottaa näytteitä jopa 300 000 000 kappaletta sekunnissa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että nopeat A/D-muuntimet ja DSP-tekniikka korvaavat analogiatekniikkaa vastaanottimen loppupäässä ja tulevaisuudessa johonkin taajuusrajaan asti, kenties jopa kokonaan syrjäyttää perinteisen taajuussekoitukseen perustuvan supervastaanottimen. Antennista saatava signaali siis voidaan muuttaa suoraan biteiksi ja ohjelmallisesti valita vastaanottotaajuus ja luoda ohjelmallisesti esimerkiksi aivan minkä levyisiä ja muotoisia kaistanpäästösuotimia mieleen juolahtaa, jne. Välttämättä tällainen vastaanotin ei ole suoritusarvoiltaan sen parempi, kuin konventionaalisella analogiatekniikalla toteutettu, mutta sen ominaisuuksien muuttaminen on erittäin joustavaa, kun kaikki tehdään ohjelmallisesti. DSP-tekniikka, jonka nimiin moni asiaan vihkiytynyt vannoo, on sen verran laaja asiakokonaisuus, että se ansaitsisi ihan omat sivustonsa. 

PC:n sarjaliikenneporttiin liitetyillä muuntimilla jäädään muutamaan kymmeneen näytteeseen sekunnissa, mutta harrastusprojekteissa se riittää usein hyvin. Kohinatehon mittauksessa A/D-muuntimelle yleensä tuodaan vastaanottimesta signaalinvoimakkuutta ilmaiseva tieto, joka kalliimmissa ammattilaitteissa onkin yleensä stabiili ja sopivasti skaalattu, tai jopa suoraan digitaalisessa muodossa, mutta harrastuslaitteissa usein vain suuntaa antava, epälineaarinen ja vastaanottimen lämpötilan muuttuessa petollisesti vaihteleva. 
 

Mittaamisen sietämätön helppous

A/D-muuntimelle tulevalle kohinatehoa kuvaaville jännitteelle pitäisi luoda kalibrointitaulukko. Kalibroinnissa omaa mittaustulosta verrataan tunnettuun suureeseen, mutta entäs kun tätä pitäisi tehdä jatkuvasti vastaanottimen vahvistusmuutosten vuoksi?

Yksi tapa on käyttää Dicke-radiometrin periaatetta, jossa vastaanottimen vahvistuksen muutokset kompensoidaan tekemällä jatkuvasti vertailumittauksia tunnettuun referenssiin (kalibroimalla) siten, että antennin tilalle vastaanottimen tuloon kytketään jokin tunnetun kohinatehon antava lähde. Aaltojohto tukitaan mekaanisesti liikutettavalla vaimentavalla kappaleella (ON-OFF-mittaus), jolla mittaukseen saadaan tunnettu referenssi, koska tukkivan kappaleen lämpötila tunnetaan. Vastaava temppu koaksiaalikaapelilla voidaan tehdä lisäämällä syöttöelementiltä tulevaan kaapeliin vaihtokytkin, jolla vastaanottimen ensimmäinen RF-asteen tulo kytketään päätevastukseen. Vastus toimii referenssinä, jonka lämpötila ja siten sen antama kohinateho on tunnettu. On myös olemassa kalibroituja elektronisia kohinalähteitä, joilla vastaanottimeen voi syöttää kytkentäelimellä (coupler) tunnetun kohinatehon. 

Vastaanottimessa voi sopivaan väliin (RF-tai välitaajuuslinjaan) kytkeä askelvaimentimen, joilla kohinaa saadaan tietyssä portaissa vaimennettua ja siitä saadaan mittaukseen alue-asteikko. Antenni mukaan ottaminen kalibroinnin piiriin voidaan tehdä vertailumittaamalla taivaan kohinalähteitä. Hyvä keino on mitata eroa kylmän taivaanalueen ja säteilyvuoltaan tunnetun taivaan kohinalähteen välillä (Messier M1) (ON-ON-mittaus). Tästä erosta pystyy myös laskemaan systeemille erilaisia sen herkkyyttä kuvaavia teknisiä suoritusarvoja. 

Auttaisikohan tämä kuva ja selitykset avaamaan asiaa? 

L. Cupidon havainto M1:stä ja sn-jäänteestä 5,6-m peiliantennilla. Cupido mainitsee voimakkaimman kvasaarin olevan heikohkosti havaittavissa tällä antennilla ja Venuksen 5.6 GHz:lla ja Jupiterin 10 GHz:lla lähes mahdottomia.

L. Cupido, CT1DMK on mitannut 1,29 GHz:llä 5,6-metrisellä peiliantennilla M1:stä, joka on yksi luotettavimmista ja voimakkaimmista kalibrointikohteista  taivaalla (875 Jy 1,4 GHz:lla). Toinen piikki käyrässä on supernovajäänne 3C157.  Puhtaimman käyrän (kelt.) mittausta on integroitu 100 sekunnin aikavakiolla ja kohinaisimmassa aikavakio on ollut vain sekunti. Kuten voi arvata, vasemmalla oleva y-akselin asteikko, joka alkaa 710..., ei ole mitään yksikköä, vaan on relatiivinen, luultavasti A/D-muuntimen antama lukuarvo. Kuitenkin sen jakovälit on saatu selvitettyä (0,02 dB/jakoväli). 

Kun laskee montako desibeliä M1 on noussut taustakohinasta, se ei ole kuin yksi vaivainen desibeli, eli toimimme aika pienellä dynamiikka alueella lähellä vastaanottimen pohjakohinatasoa. Vähäisinkin sumu, pilvet, ja varsinkin radiometrin lämpötilan muutos aiheuttaa tasosiirtymiä (nollapisteen ryömintää), joka pilaa havainnon. Ensikertaa näiden asioiden kanssa painiskelevalle harrastajalle voi vain toivottaa pitkää pinnaa ja onnea valitsemallaan tiellä. 
 

Toinen vastaanottimen kalibroitava suure voisi olla taajuus. Sen kalibrointi ei kuitenkaan ole niin hankalaa, sillä erilaisia taajuusreferenssejä on käytettävissä halvoista taajuuslaskimista rubidium-oskillattoriin, tai GPS-lähetteeseen lukittuun taajuusstandardiin. 

Juurikaan muita mitattavia ja kalibroitavia suureita ei tule mieleen, jos ei mukaan lasketa antennin suuntausta, polarisaatiota, tai muita mekaanisia asioita. 
 
 

Muuta

Matkaviestimien nopea kehitys on tuonut mukanaan tarpeen integroida laitteen radio-osa pieneen tilaan. Saatavissa on lukuisia mikropiirejä, joihin on integroitu suurin osa vastaanottimen toiminnoista (kuva alla) ja tämä tekee mahdolliseksi valmistaa vastaanotin itse, ilman suurta työ- ja komponenttimäärää, mikäli on riittävästi kokemusta ja osaamista alalta. Jos ei kokemusta ole, tai ei viitsi moiseen vaivautua, voi aina haalia firmoilta ja laitoksilta ylijäämälaitteistoa ja moduleita, joita yhteen liittämällä voi saada pienellä vaivalla hyviäkin vastaanotinlaitekokonaisuuksia ja mainetta alan tositaitajana. 

Yllä esitellyt vastaanottimet perustuvat ns. super-vastaanottimeen, joka on ideana jo melko iäkäs (E. H. Armstrong. "A New System of Short Wave Amplification." Proc. of the IRE, Vol. 9, Feb. 1921) ja uusi digitaalitekniikkaan ainakin osittain pohjautuva vastaanotinkonsepti on jo ollut jonkin aikaa markkinoilla. Tällainen osittain digitalisoitu vastaanotin sisältää normaalin super-vastaanottimen alkuosan, mutta välitaajuus ajetaan A/D-muuntimelle ja sitä seuraaville muille digitaalisille signaalinkäsittelypiireille, jolla suoritetaan kaistanpäästösuotimien ja ilmaisutavan, yms. valinta ohjelmallisesti ohjattuna. 

Täysin digitaaliset HF-alueen vastaanottimet ovat pian tekemässä tuloaan, kunhan nopeissa A/D-muuntimissa saadaan tiettyjä ominaisuuksia kehitettyä riittäviksi ja siten vastaanottimen dynamiikka saadaan samalle tasolle nykyisten huippuluokan analogiatekniikkaan perustuvien vastaanottimien kanssa. Tosin HF-alueen vastaanotin sinällään ei riitä moneenkaan radioastronomiseen tarkoitukseen, joten taas jouduttaisiin käyttämään down-konverttereita. 

Mittalaitteet - harrastajan haaveita

Vastaanotinlaitteiden rakentaminen itse ei ole mahdotonta, mutta ilman mittalaitteita se on usein melko vaikeaa, vaikka osaamista löytyiskin. Toisaalta ei ole perusteltua käyttää tuhansia euroja rahaa mittalaitteisiin, jos aikoo kasata muutaman sadan euron hintaisen vastaanottimen. Analogisten radioverkkojen ja niiden päätelaitteiden valmistuksen liki loputtua massamme on vapautunut käytettyjen RF-mittalaitteiden markkinoille mm. kohtuuhintaisia (alk. n. 500€...) syntetisoituja signaaligeneraatoreita ja muita mittalaitteita, joita voi omaan käyttöön harkita hankittavksi. Uudet (RF-)mittalaitteet ovat kalliita, joten tarkastukset ja viritykset joudutaan usein tekemään joko lainalaitteilla, tai jossakin muussa paikassa, jossa on siihen tekniset edellytykset (esim. alan oppilaitokset). Asiaan vaikuttaa paljonko vastaanottimen eri yksiköihin on investoitu, eli jos systeemi on kasattu halvalla, sen toimintaan saattaminen ja ylläpitäminen voi vaatia enemmän resursseja. Jos taas rahaa on käytetty reilummin, laitteet saattavat toimia hyvin heti kylmiltään ilman mitään sen kummempia virityksiä vuosikaupalla. 
 

Taajuusreferenssit

Taajuusvakaus ilmoitetaan yleensä miljoonasosina (10E-6), eli ppm. 1 GHz:n taajuudella yksi ppm siis vastaa yhtä kilohertsiä. Digitaalisissa kulutuselektroniikkalaitteissa käytetään halvempia ja epävakaampia +-100 ppm:n oskillaatorimoduleita.Uusimpien n. 50€ hintaisten TCXO-moduleiden taajuusvakaus on alle +- 0,5 ppm tietyllä lämpötila-alueella. 

Lämpötilaryöminnän lisäksi kideoskillatoreiden taajusvakaus kärsii ns. ikääntymisestä (eng. aeging), mikä johtuu resonoivan elementin (kiteen) mekaanisesta eroosiosta, lähinnä sen pinnan jännitysten purkautumisista valmistuksen jäljiltä. Ikääntymisryömintä onkin nopeinta uudella kiteellä ja sen määrä vähenee jokaista tarkasteltavaa peräkkäistä yhtäpitkää aikajaksoa kohti aina kymmeneteen osaansa. Se vuoksi paljon käyttötunteja keränneen kideoskillattori-taajuusreferenssin ikääntymisryömintä onkin kaikkein vähäisintä.

Useissa RF-mittalaitteissa (signaaligeneraattorit, taajuuslaskimet, spektrianalysaattorit, yms) on taajuusreferenssinä  lämpötilakompensoitu kideoskillaattori (TXCO) ja optiona kideuuni (OCXO, +-0,005 ppm), jossa lämpötila pyritään pitämään mahdollisimmman vakiona termostaattiohjatulla lämmitysvastuksella. 

Tätä parempaan taajuusvakauteen päästään ns. atomikelloilla, jotka oikeastaan ovat mikroaalto-oskillaattoreita. Näistä edullisin noin +-0,000 001 ppm:n taajuusvakauteen pääsevä kello perustuu cesium, tai rubidium-valonlähteeseen, joka on altistettu mikroaaltotaajuiselle (n. 6 tai 9 GHz) kentälle, jota säädetään rubidium, tai cesium kaasukennon läpäisseestä valosta saadulla takaisinkytkennällä. Huippuvakaa taajuus saadaan vetymaserilla (+-0,000 000 02 ppm), jollainen löytyy Suomessa vain Metsähovin observatoriolta.

Jokaisessa GPS satelliitissa on mukana kaksi cesium ja kaksi rubidum kelloa. GPS vastaanotin kehittää näihin kelloihin lukitun sekuntipulssin (PPS). Tätä 1 Hz tarkkaa taajuutta voidaan käyttää korjaamaan oman kideuunin, tai rubidium taajuusstandardin pitkän aikavälin taajuusvirhe alle +-0,000 01 ppm:n.

Antennit

Antenneja on kahta lajia:

• Ympärisäteilevät antennit 
• Suunta-antennit 

Suunta-antennin ominaisuuksia:

• Vahvistus, joka on käänteisessä suhteessa antennin pääkeilan leveyteen 
• Suuntakuvion puhtaus pääkeilan ulkopuolella 
• Käyttökelpoinen taajuusalue 
• Mekaaniset mitat, paino, tuulipinta-ala (halkaisija, tai syvyys/leveys/korkeus) 
• Polarisaatio: lineaarinen: maanpinnalla horisontaali, tai vertikaali. Pyörivä: vasta-, tai myötäpäivään (LHCP, RHCP) 
• Syöttöpisteen impedanssi (taajuuden funktiona) 

Isotrooppisen antennin säteilykuvio on kuin pyöreä ilmapallo, jonka tilavuus on yksi "tilavuusyksikkö". Kun antennilla on vahvistusta, kolmiulotteista suuntakuviota kuvaavaa ilmapalloa on joistakin kohdista puristettu kasaan ja samalla se on pullistunut muualta ulospäin, mutta sen tilavuus on edellen vain 1 tilavuusyksikkö. Antennin ns. vahvistuksella oikeastaan tarkoitetaan suuntaavutta.

Suuntakuviossa ei saisi olla juurikaan sivukeiloja, tämä ei kuitenkaan ole mitenkään mahdollista. Sivukeilat ja rajallinen etu/takasuhde aiheuttavat radioastronomiassa mm. kohinalämpötilan nousua antennin vastaanottaessa jonkin verran myös muualta, kuin pääkeilan alalta taivaalta tulevaa radiosäteilyä. 

Taajuusalue, jolla antenni toimii hyvin, pitäisi olla mahdollisimman leveä, jolla taajuuden muuttuessa säilyy mm. hyvä suuntakuvio (eli vahvistus), mutta senkin aikaansaaminen on vaikeaa. 

Haluttu polarisaatio sentään on usein järjestelykysymys, mutta sen muuttamien vaatii usein mekaanisia ja/tai elektronisia järjestelmiä. Radioastronomiassa polarisaatiolla on usein suuri merkitys. Polarisaatiota mittaavaa laitetta kutsutaan polarimetriksi. 

Antennin syöttöimpedanssi (vaihtosähkövastus, Z) koostuu kahdesta komponentista: resistiivinen ja reaktiivinen osa (R+Xc), jotka molemmat muuttuvat taajuuden muuttuessa. Puoliaaltodipolin impedanssi vapaassa tilassa on puhtaasti resistiivinen 73 ohmia (73 ohm + 0 ohm) ja reaktanssi on 0 ohmia, eli sitä ei ole. Puoliaaltoista lyhyempi elementti on kapasitiivinen (-Xc) ja hieman pidempi taas induktiivinen (+Xc).Yleensä reaktiivinen osa pyritään saamaan syöttöpisteessä nollaksi ja resistiivinen osuus samaksi liitettävän syöttöjohdon (siirtolinjan) impedanssin kanssa.

Radiotekniikassa puhutaan ns. tehosovituksesta, eli ideaalinen tehonsiirto antennista ensimmäiseen vahvistusasteeseen vallitsee, kun antennin syöttöpisteen ja yhdistävän siirtolinjan impedanssi on yhtä suuri, kuin RF-etuasteen. Tarkkaan ottaen tämä ei anna parasta tulosta ja siksi etuaste sovitetaan ns. parhaaseen kohinasovitukseen (noise match). 

Syöttöelementin ja RF-etuasteen välinen koaksiaalikaapeli on impedanssiltaan yleensä 50, tai 75 ohmista (standardeja), kuten syöttöelementin ja etuasteen impedanssitkin, mutta se on täysin suunnittelukysymys. Koaksiaalikaapelin vaimennus kasvaa sekä pituuden, että taajuuden funktiona ja jopa jo 500 MHz taajuuksilla näkee suurissa radioteleskoopeissa aaltojohtoja, mutta yleensä aaltojohdot syrjäyttävät koaksiaalikaapelit vasta 1...10 GHz: välillä. Aaltojohto on erittäin vähähäviöinen siirtojohdin, mutta taajuuskaistaltaan rajoittunut, yleensä taipumaton ja matalilla taajuuksilla (<1 GHz) sen halkaisija kasvaa epäkäytännöllisen suureksi, eli siitä tulee kallis ja painava. Mikroaalto- ja millimetrialueilla vastaanottimen etupää (LNA, LNB tai LNC) sijoitetaan yleensä antennin polttopisteeseen syöttöjohtohäviöiden eliminoimiseksi. 

Antennityyppejä

• Alle 3 MHz (aallonpituus <100 m) käytetään puoliaaltodipoli-, maataso-, lanka-, tai kehäantenneja. Jälkimmäisiä silloin kun neljännesaallon elementin mitta alkaa olla fyysisesti mahdottoman pitkä. Tämän taajuusalueen merkitys on kuitenkin radioastronomialle vähäinen, mutta merkityksellinen geofysiikalle. 
• 3 MHz...1000 MHz (100 m....30 cm) käytetään puoliaaltodipoleja, maataso-, Yagi- (tai muuntyyppisiä parasiitti-) ja Helix-antenneja, tai useammasta sellaisesta koottua antenniryhmää tai verhoa. 
• Yli 1 GHz (<30 cm) taajuuksilla pääosa radioastronomiassa käytetyistä antenneista parabolipeiliheijastin-, tai torviantenneja. 

 Antennipäätyypit ovat:

• lineaariset- ja kehäantennit
• kytketyt antennit
• vaiheistetut antenniryhmät
• apertuuriantennit

* Pinta-aaltoteorian antama maksimavahvistuksinen supergain-antenni on käytännössä mahdoton toteuttaa:
se vaatisi suprajohde-elementit, erittäin tarkat vaiheistukset (pituudet) jokaiselle elementille ja sen kaistanleveys olisi 400 MHz:lla  n. 3 Hz, eli 0,000 000 7 %.
 

Apertuuri-antennit

Parabolipeiliantenni on laajakaistainen (jos ajatellaan vain sen heijastinpintaa) apertuuri-antennityyppi. Heijastavan pinnan tarkkuus määrää korkeimman käyttötaajuuden ja halkaisija alimman, tosin kysymys on lähinnä vahvistuksen alenemisesta matalilla taajuuksilla, jolloin vastaavankokoinen esim. Helix-, tai Yagi-antenniryhmä voi antaa (tosin vain kapealla taajuuskaistalla) enemmän vahvistusta. Heijastava pinta voi olla muodoltaan myös puolipallo, tai sylinterimäinen, tai epäsymmetrinen. Suurissa teleskoopeissa on yleensä käytännön syistä peilin takana sen keskipisteessä tila, johon vastanottimet on sijoitettu, jonne signaali fokusoidaan apupeilin avulla. Tällainen teleskooppi on tyypiltään joko Cassegrain, tai Gregoriaaninen apupeilin muodosta riippuen. Pienimmissä teleskoopeissa syöttöelementti (ja vastaanottimen etupää) on peilin edessä polttopisteessä ilman apupeiliä, joka ei ole vähäkohinaisin vaihtoehto, koska siinä syöttöelementti "näkee" lämpimän maanpinnan peilin reunojen ohitse. 

Syöttöelementti määrää vastaanotetun polarisaation ja se voi olla Helix- (pyörivä polarisaatio), Yagi- (lineaarinen, tai pyörivä, jos risti-Yagi), tai mikroaalloilla torvi-tyyppinen (kaikki polarisaatiot mahdollisia). Syöttöelementti on yhdistetty häviöiden välttämiseksi lyhyellä aaltojohdolla, tai koaksiaalikaapelilla vastaanottimen ensimmäiseen vähäkohinaiseen suurtaajuusetuasteeseen, tai taajuusmuuntimeen (konvertteriin). Syöttöelementin keila on sovitettu peilin f/d:n, eli polttoväli/halkaisija-suhteeseen sopivaksi, niin että se "valaisee" tasaisesti koko peilin pinnan, mutta ei se reunojen ohi. Käytännössä peilin reunoille osuu syöttötorven säteilykeilan kymmenesosatehon pisteet (-10 dB). Kommunikaatiokäytössä yleisesti hyväksytty kompromissi peilin reuna-osien pinta-alan hyödyntämisen on syöttötorven säteilykeilan kymmenesosatehon pisteiden (-10 dB) osuminen peilin reunoille, jolla saadaan hyvä, yli 50% hyötysuhde ja vahvistus, mutta tämä ei ole hyvä ratkaisu sivukeilojen voimakkuuden ja kohinalämpötilan suhteen. Vaikka suppeampi illuminaatio pienentää peilin tehollista pinta-alaa,  radioastronomiassa pyritään siihen, että peilin reunalla illuminaatio olisi -15...-20 dB, eli jopa vain sadasosa antennin kohinalämpötilan alhaisena pitämiseksi. 

Aiemmin käytettiin usein metalliverkkoa heijastimena, mutta sen edut, eli keveys ja halpuus ovat lähinnä vain UHF-alueella. Noin 1...3 GHz yläpuolella verkkoa ei käytetä, koska silmäkoko pitäisi olla hyvin pieni. Kun lähestytään sitä ylärajataajuutta, jolla heijastinverkko alkaa vuotaa lävitse ja syöttöpää näkee lämpimän maanpinnan, se nostaa antennin (kohina)lämpötilaa ja samalla antennin vahvistus heijastinpinnan hyötysuhteen heiketessä pienenee. Mikroaaltoalueen paraboliantennipeilit tehdään yleensä metallilevystä (alumiini), jolloin näitä harmeja ei ole. Peilin pintatarkkuus tulisi olla parempi kuin 1/10-osa lyhimmästä käytetystä aallonpituudesta. 

Torviantennin vahvistuksen, eli keilanleveyden määrää sen suuaukon pinta-ala. Torviantennin kaistanleveys voi olla jopa yli yhden oktaavin (esim. 1...2 GHz). Polarisaatio joko lineaarinen, tai pyörivä riippuen torven muodosta (suorakaide/pyöreä). Pyörivä polarisaatio (vasta/myötäpäivään, LHCP/RHCP) saadaan pyöreällä torviantennilla sijoittamalla sinne kaksi ns. probea, toinen vaakasuoraan ja toinen pystyyn ja vaiheistamalla niistä saatavat signaalit yhteen 90° vaihesiirrolla. 

Kytketyt antennit

Yagi-antenni (Yagi-Uda) koostuu syöttöelementistä (puoliaaltodipoli), heijastinelementistä ja halutusta määrästä parasiittielementtejä, eli suuntaajia. Yagi on toimintatavaltaan dielektrinen antenni - ilman vaihenopeutta muuttavaa dielektristä ainetta. Yagissa muutos saadaan aikaan progressivisesti mitoitettuilla (reaktanssiltaan kapasitiivisilla) alle puolen aallon mittaisilla suuntaajilla, jotka fokusoivat antennin ympäriltä radioaaltoja sen syöttöelementtiin. Suuntaajien pituuden kasvaessa kohti syöttöelementtiä niissä kulkevan virran määrä kasvaa ja  hidastaa aaltorintaman vaihenopeutta ja aiheuttaa antennin takaosaan "kuopan", jota kohti radioaallot Yagin ympäriltä noin puolen puominmitan etäisyydeltä taipuvat. Tästä kertyy Yagi-antennin sieppauspinta-ala, jonka voisi silmällä Yagia edestäpäin katsoen arvioida olevan yhtäsuuri, oli puomin pituus ja elementtien määrä mikä hyvänsä - näin ei kuitenkaan ole,  kun kyseessä ei ole apertuuriantenni. Yagin (reaktanssiltaan induktiivinen) heijastaja estää kentän osittaisen karkaamisen (säteilyn) Yagin perästä ulos ja se heijastaa tehon syöttöelementtiin.Yagi on myös eräällä tavalla ns. kulkuaaltoantenni. 

Suuntaajaelementtien pituuserot ja välit määräävät Yagin toimintataajuuskaistan leveyden. Mitä vähemmän suuntaajissa on pituuseroja, sitä kapeampi taajuuskaista ja sitä kapeampi pääkeila, eli korkeampi vahvistus. Kuten aiemmin jo todettu; Yagin taajuuskaistaa ei kuitenkaan voi äärettömiin kaventaa, tai suuntaajien lukumäärää lisätä vahvistuksen kasvattamiseksi, sillä väärin suunniteltu Yagi on kapeakaistaisena arka kosteudelle ja lumelle. Yagi-antenni ei myöskään sovellu kovin laajalle taajuuskaistalle (>10%). Yagi-antenni antaa lineaarisen polarisaation. Pyörivä polarisaatio aikaansaadaan vaiheistamalla sopivasti ns. risti-Yagi 90° vaihe-erolla (vrt. torviantenni). Yagin keksi Japanissa tohtori Yagi apulaisensa Udan kanssa 1920-luvulla. 

Lineaariset- ja kehäantennit

Kehäantenni on suuntaava (vrt. dipoli) ja lähes ainoa kompakti vaihtoehto hyvin matalilla taajuuksilla. Polarisaatio on lineaarinen. Käytetään lähinnä LF- ja VLF-taajuusalueella. Quad-antennia käytetään HF:llä, siinä on vain yksikierroksinen lanka, joka muodostaa neliön. Lisäksi syöttöelementin takana voi olla heijastin ja edssä suuntaajia Yagin-periaatteen mukaisesti. Kehän muoto voi myös olla kolmio tai pyöreä. Näistä saadaan lineaarinen polarisaatio.

Helix-antennin on periaatellisesti spiraaliksi venytetty kehäantenni. Aksiaalimoodin Helixin (spiraalikierroksen kehänpituus =  yksi aallonmitta) vahvistus riippuu spiraalin kokonaispituudesta (lähinnä kierroksien lukumäärästä). Kuten Yagiakin, äärettömän pitkänä sitä voidaan pitää siirtolinjana, Helixiä aaltojohtona (T₀ tai T₂ moodit). Oikealla spiraalin nousulla valmistetun aksiaalimoodin Helixin polarisaatio on aina spiraalin kiertosuunnasta riippuen tiettyyn suuntaan pyörivä (RHCP tai LHCP). Toinen hyvä ominaisuus on jopa lähes yhden oktaavin kattava toimntataajuuskaista. Ongelmana alemmilla taajuuksilla on hankala mekaaninen rakenne, eli kooltaan suuren huteran spiraalin tuenta. Tätä antennityyppiä on käytetty suurissa tasoryhmissä, mutta myös peiliteleskoopeissa syöttöelementtinä. Helixin taajuuskaista on Yagia laajempi, mutta kuitenkin rajallinen. Lyhyitä Helixejä käytetään avaruusaluksissa ja luotaimissa matalavahvistuksisina antenneina (LGA). Helixin keksi 1947 tunnettu radioastronomi, insinööri ja radioamatööri John Kraus, W8JK. 

Puoliaaltodipolilla (Hertzin antenni, tai Hertzin dipoli), tai niistä tehdyillä rykelmillä on Yagia leveämpi taajuuskaista, mutta yhden dipolin vahvistus on hyvin pieni, 2,1 dB eli 1,6-kertainen teoreettiseen täysin ympärisäteilevään antenniin verraten. Suuntakuvion ainoat minimit ovat päiden suunnassa. Aallonpituuteen nähden (<1 aallonpituus) lähelle maanpintaa sijoitetun vaakapolaroidun dipolin säteilykeila suuntautuu enempi ylöspäin maaheijastuksen ansiosta. Polarisaatio on valittavissa asennusasennon mukaan. Harrastuskäytössä dipoli on usein kiinteästi asennettu. Ristidipolilla saadaan aikaan pyörivä polarisaatio. Dipoleita käytetään lähinnä HF-taajuusalueella ja syöttöelementteinä korkeampien taajuusalueiden suunta-antenneissa. 

Yagia muistuttava, kaikkiin elementteihin siirtolinjalla (ns. avolinja) syötetty logaritmisperiodinen dipoli-antenniryhmä (LPDA), voidaan suunnitella erittäin laajakaistaiseksi, mutta tämä tapahtuu vahvistuksen kustannuksella. Elementtien välit ja pituudet muuttuvat logaritmisesti, jolloin saadaan mahdollisimman tasaiset suoritusarvot (vahvistuksen ja syöttöimpedanssin aaltoilu taajuuden funktiona) koko taajuuskaistalla, esim. 30..1000 MHz. Logarimisperiodiseen tyyliin voidaan tehdä muunkin tyyppisiä laajakaistaisia antenneja, esim. tasospiraaleja (joka ei ole sama kuin Helix) mikroaaltoalueille. 

Maatasoantenni (GP, Marconin antenni) on dipolin sukulainen, tavallisesti pystyyn asennettuna ympärisäteilevä ja antaa pystypolarisaation. Pääkeila on rinkelinmuotoinen, vinosti ylös taivaalle suuntautuva. Minimisäteilysuunta on suoraan ylös. GP vaatii maatason. Käytetään lähinnä HF-taajuusalueella, joskus myös suuntaavina vaiheistettuina rykelminä. 

Lanka-antenni on enempi-vähempi usean aallonpituuden mittainen, tai aallonpituuden ollessa kilometrejä, tai pidempi, niin pitkä, kun käytännössä on mahdollista. Ensin mainitulla on jonkin verran suuntaavuutta langan suunnassa ja lyhyt lanka lähes ympärisäteilevä. Polarisaatiota voi kysellä Nakkilan kirkonkyläläisiltä. Tällaisten epämääräisten antennien ominaisuudet riippuvat langan pituudesta, korkeudesta ja maaperän johtavuudesta ja sitä on vaikea mallittaa. Näistä suuntaavia ominaisuuksia omaavista lanka-antenneistakin on olemassa lukuisia eri malleja, jotkut päätevastuksella ja toiset ilman (Rhombi, Beverage). Käytetään lähinnä HF- ja LF-taajuusalueella. 

Vaiheistettuja antenneja

Verhoantenni on yleisnimi suurelle joukolle erilaisia vaiheistettuja elementtirintamaryhmiä, jotka yleensä säteilevät kahteen suuntaan. Keilan leveys riippuu elementtien lukumäärästä. Tunnetuimpia ovat Broadside (kollineaarinen) ja klassiset End-fire-antennityypit: 8JK, Flat-top, Lazy-H, Sterba-curtain, jne. Näistä 8JK on Krausin kehittämä antennityyppi Janskyn aikanaan käyttämän Bruce-arrayn tilalle. Broadsiden vahvistus on tyypillisesti hieman pienemmällä elementtivälillä toteutettuja End-Fire antenneja alhaisempi. Nykyään suurikokoisia verhoantenneja käytetään enimmäkseen HF-taajuuksilla ja niilläkin lähinnä kustannussyistä. Heijastimella varustettuja Broadside-antenneja on käytetty aikanaan VHF-ja UHF-alueilla tutkissa ja radioastronomiassa ja jonkin verran myös UHF-TV-antenneina.
 
 

Minkä tahansa antennin syöttöelementin syöttö voi tapahtua esim. elementin keskeltä (center-fed), tai vaikkapa elementin päästä (end-fed). Tämä ei vakuta antennin vahvistukseen, tai suuntakuvioon, vaan on tekninen  järjestely, jolla RF-tehoa siirretään syöttöelementin ja siirtolinjan valillä ja johon myös mekaaniset syyt vaikuttavat. Erilaisia sovitus/syöttötapoja on kymmeniä ja niissä usein myös muunnetaan impedanssia ja kumotaan reaktansseja ja liitetään symmetrinen syöttöpiste epäsymmetriseen syöttöjohtoon muuntajan, tai balunijärjelmän avulla.

Radioastronomiaan käytettyjen antennien kuvia on lisää Rein Smitin sivulla. 

Kapeampikeilaisempia ja suurempivahvistuksisia antennirykelmiä voidaan rakentaa vaiheistamalla useampia samanlaisia erillisiä antenneja ryhmiksi. Yleensä niistä muodostetaan levymäisiä mattoja, tai päällekkäin ja vierekkäin kasattuja ryppäitä. Kulmaerotuskykyä parantava VLBI-tekniikka taitaa olla harrastajien ulottumattomissa. Kahden lähekkäin sijoitetun antennin interferometritekniikkaa jotkut harrastajat sentään käyttävät. 
 

Siirtolinjat

Vastaanottimien kanssa puuhasteltaessa impedanssisovituksen pielessä olo ei aiheuta suurta pamausta ja kitkerää savua, tai muuta ilkeää, eikä sitä käytännössä edes helposti huomaa, mutta oikeisiin sovituksiin kannattaa kuitenkin pyrkiä - ainakin niin kauan, kunnes tulee mitanneeksi vastaanottimen tuloimpedanssin kaikilla käytetyillä taajuuksilla ja toteaa sen heittelehtivä hyvinkin kaukana ilmoitetusta nimellisarvosta (esim. 50 ohmia, resistiivinen). Pistetaajuudella impedanssisovituksen voi toki optimoida, jos tietää mitä tekee ja pystyy toteamaan, tai mittaamaan saavutetut tulokset. No, joka tapauksessa mitään vanhaa sähköhellanjohtoa, tms. ei näihin harrastuksiin pidä antennikaapelina käyttää. 

Jotta antennin syöttöpisteestä saataisiin antennin keräämä RF-teho vastaanottimen ensimmäiselle vahvistinasteelle, on välissä (mikroaaltovastaanottimia ehkä lukuun ottamatta) jonkin matkaa siirtolinjaa. Mikroaalloilla se voisi olla lähes häviötöntä aaltojohtoa, jossa ei ole mitään johtimia sisällä, mutta alemmilla UHF-, VHF-, jne... taajuuksilla käytetään yleensä koaksiaalikaapelia ja HF-alueella joskus ns. avolinjaa. Avolinja on kahden vierekkäisten johtimen muodostama symmetrinen (symmetric, balanced) siirtolinja, jonka dielektriset (eristeaine = ilma) häviöt ovat vähäiset. Avolinja on kuitenkin mekaanisesti hankala, kun sen pitää kellua vapaassa tilassa ja se on arka kosteudelle ja huurteelle, eikä sitä siksi juuri enää käytetä. 

Koaksiaalikaapeli on ns. epäsymmetrinen (unbalanced) siirtolinja. Koaksiaalikaapeleita voidaan käyttää kaikilla taajuuksilla tasavirrasta aina 2...10 GHz:n asti. Kaapelin vaimennus kasvaa nopeasti taajuuden kasvaessa ja riippuu pääasiassa kaapelin halkaisijasta ja käytetystä eristeaineesta. Impedanssikin kyllä vaikuttaa häviöihin, eli on tehty kompromissi eristeaineen dielektristen häviöiden ja keskijohtimen resistiivisten häviöiden välillä (ohut keskijohdin - paksu eriste, tai paksu keskijohdin - ohut eriste). Hyvin paksuissa koaksiaaleissa käytetään eristeenä ilmaa (tai jopa kaasua) ja teflon-spiraalia, tai vaahtoa (foam), tai (ilmaa ja) polyeteeni-muovia, koska ilmalla on pienimmät dielektriset häviöt. Eristeainemateriaali vaikuttaa kaapelin nopeuskertoimeen, eli siihen miten nopeasti aalto etenee kaapelissa. Asialla on merkitystä systeemeissä, joissa halutaan saada signaalit perille tarkasti tietyn vaiheisina. Esim. yhdistettäessä antenniryhmän eri osista tulevia signaaleita yhteen, tulee vaiheistuskaapeleiden olla samoja tyypiltään ja mitoiltaan. 

Koaksiaalikaapelin ulommassa johtimessa, eli vaipassa ei ole RF-jännitettä (lisäksi se yleensä maadoitetaan), eikä sen läpi pääse säteilyä, jos vaippa on tiivis (putki tai punoskaksoisvaippa). Koaksiaalin impedanssi riippuu sisäjohtimen halkaisijan suhteesta ulkojohtimen sisähalkaisijaan (d1/d2). Yleisimmät impedanssit ovat 52, 75, ja 92 ohmia, mutta muitakin löytyy väliltä 35...100 ohmia. Pienimmät häviöt olisivat 70-ohmisella koaksiaalilla, mutta kun USA:n laivasto aikanaan tilasi kilometrikaupalla 52 ohmista (RG-8, RG-58...), niitä aina vaan valmistetaan koska 52 ohmista tuli radioalan ammattipuolella standardi. Kulutuselektroniikka valitsi myöhemmin viisaasti 75 ohmin impedanssin, mutta seurauksena näitä RF-koaksiaaleja ja niihin liittimiä on sitten impedansiltaankin kahta eri päälajia, joita ei pitäisi ainakaan mikroaaltoalueilla sotkea keskenään, tai tulee tehdyksi kaapelointeihin tietämättään taajuusselektiivisiä impedanssimuuntimia ja epäsovituksia sen tuloksena. 

Sopivilla siirtolinjan pätkillä siis voidaan muuntaa impedansseja ylös, tai alaspäin. Yleisin tapa on käyttää neljännesaallon mittaista siirtolinjaa, joka impedanssi on neliöjuuri tulevan ja lähtevän impedanssin tulosta: Z_x = SQR (Z₁*Z₂). Hienostuneemmin tämä toteutetaan useammassa peräkkäisessä portaassa, jolla saadaan kai leveämpi taajuusvaste. Siirtolinjan pätkä ei tietystikään toimi laajakaistaisena muuntajana, mutta siinä on hyvin pienet häviöt ja yksinkertainen rakenne. Samaa metodia käytetään UHF- ja SHF-alueilla sovittamaan strip-line-tekniikalla (mikroliuska) vahvistinpuolijohteiden tulo- ja lähtöimpedansseja (katso 2,3 GHz konvertterin RF-astetta). Sama periaate toimii yhtä hyvin koaksiaalikapeleilla, joilla voi suorittaa antennien yhdistämisessä tarvittavan impedanssin muunnoksen: jos yhden antennin impedanssi on 50 ohmia, eli Z₁=50 ohmia, (Z₁)/4 = 12.5 ohmia (neljän antennin 50-ohmiset kaapelit kytketty rinnan), Z_x = SQR(50*12,5) = 25 ohmia, eli väliin tarvitaan 1/4-aallon pätkä (nopeuskerroin huomioiden) 25-ohmin koaksiaalia. Sellaisen koaksiaalin saa tekemällä sen itse kahdesta sisäkkäisestä metalliputkesta. 
 
 

Yksiköitä, terminologiaa ja lyhenteitä

• Hz, hertsi: taajuuden mittayksikkö, yksi jakso sekunnissa 
• RF: Radio Frequency: radiotaajuus, radiotaajuinen, taajuus noin 9...25 kHz ylöspäin aina 300 GHz asti 
• kHz: kilohertsi: 1000 Hz = 1*10E3 Hz 
• MHz: megahertsi: 1000 kHz = 1*10E6 Hz 
• GHz: gigahertsi: 1000 MHz = 1*10E9 Hz 
• THz terahertsi: 1000 GHz=  = 1*10E12 Hz 
• ELF band: ELF-taajuusalue 3...30 kHz 
• VLF band: VLF-taajuusalue 30...300 kHz 
• LF band: LF-taajuusalue 0,3...3 MHz 
• HF band: HF-taajuusalue 3...30 MHz 
• VHF band: VHF-taajuusalue 30...300 MHz 
• UHF band: UHF-taajuusalue 300...3 000 MHz 
• SHF band: SHF-taajuusalue 3...30 GHz 
• EHF band: EHF-taajuusalue 30...300 GHz
• THF band: THF-taajusalue 300...3000 GHz
• L-, S-, C-, K-, X-band: mikroaaltoalueen taajuuskaistoja 
• Microwave band: mikroaaltoalue: n. 1...3 GHz yläpuoliset taajuudet 30 GHz asti 
• Millimeter band: millimetrialue: taajuudet 30...300 GHz = EHF-alue
• Sub-millimeter band: alimillimetrialue (lambda <1 mm), taajuudet 300 GHz...3 THz = THF-alue
• dB: deci Bel: 1/10 Beli, logaritminen, vertaa kahta eri teho-, tai jännitetasoa keskenään: P₁/P₂[dB] = 10 * log (P₁/P₂)  tai  U₁/U₂ [dB] = 20 * log (U₁/U₂) 
• dBm: tehotaso verrattuna 1 mW tehoon (deci bels above one milliwatt) 
• dBW: tehotaso verrattuna 1 W tehoon (deci bels above one watt) 
• uV: microvolt, (jännite), mikrovoltti: 1 uV = 0,000 001 volttia 
• jansky (Jy): astronominen radiosäteilyvuon mittayksikkö, 1*10E-26 W/neliömetri/hertsi 
• NF: Noise Figure: kohinaluku, alhaisin ja paras mahdollinen arvo on 0 dB, lähtevän ja tulevan kohinatehon logaritminen suhde 
• S/N ratio, SNR: Signal-to-Noise Ratio: signaalin / kohinan suhde, yleensä dB:nä, ~ C/N korjattuna RX:n kaistanleveydellä, lähetteen deviaatiolla, korkeimmalla modulointitaajuudella ja käytetyllä esi/jälkikorostuksella. 
• N: Noise: kohina, 
• Noise power: kohinateho = k * T * B (k=Boltzmanin vakio, 1,38*10E-23 joulea/kelvin, T= lämpötila kelvineinä, B= kaistanleveys hertseinä)] 
• Thermal noise: lämpökohina 
• Thermal emission: lämpösäteily 
• C: Carrier: kantoaalto 
• C/N: Carrier-to-Noise ratio: kantoaallon suhde kohinaan, C/N=Pt+Gt+Gr+-Nr  jossa Pt on lähetysteho [dBm], Gt ja Gr antenneiden vahvistukset [dB], Nr on NF*k*T*B 
• B (Bw tai BW): Bandwidth: kaistanleveys 
• G: Gain: vahvistus, ilmoitetaan yleensä dB:nä, dBd=dipoliin verraten ja dBi=isotrooppiseen ant. verr. 
• T: Temperature: lämpötila, mittayksikkö yleensä kelvin. 
• K: kelvin (lämpötilan mittayksikkö) 
• k: kilo (10exp3) 
• M: mega (10exp6) 
• m: milli (10exp-3) 
• u: (mu) myy, mikro (10exp-6) 
• RX: Receiver: vastaanotin 
• IMD: Intermodulation distortion, keskeismodulaatiosärö 
• Desensing: vastaanottimen tukkeutuminen eli herkkyyden huononeminen voimakkaiden signaaleiden takia 
• Selectivity: selektiivisyys, kyky estää viereisen kanavan tai läheisen taajuuden läpikuuluminen, vaimennus ilm. yleensä dB-arvoina soveltuvilla kaistanleveyksillä 
• BPF: Band Pass Filter: kaistanpäästösuodin 
• Cavity resonator: onteloresonaattori 
• Strip-line: mikroliuskapiiri, mm. painopiirilevylle syövytetty siirtolinja (tai induktanssi, tai kapasitanssi) 
• Velocity factor (Vf): nopeuskerroin, maksimi arvo on 1, vastaa valon nopeutta tyhjiössä 
• SWR: Standing Wave Ratio, seisovanaallonsuhde, kuvaa impedanssisovitusta, minimi ja paras arvo = 1/1 
• Waveguide: aaltojohto 
• Stub: stubi, mm. impedanssin sovituselin, imupiiri, tms. 
• LPF: Low Pass Filter: alipäästösuodin 
• HPF: High Pass Filter: ylipäästösuodin 
• Attenuator: vaimennin 
• Amplifier: vahvistin 
• LNA: Low Noise Amplifier: matalakohinainen suurtaajuusvahvistin 
• LNB: Low Noise Block converter: matalakohinainen konvertteri, eli taajuusmuunnin 
• Down-Converter: taajuuden alaspäin muuntava konvertteri (Up-converter: muuntaa taajuuden ylöspäin) 
• LO: Local Oscillator: paikallisoskillaattori, josta saadaan ns. injektio sekoittimelle 
• XO: Crystal Oscillator: kideoskillaattori 
• TCXO (TCO): Temperature Compensated (Crystal) Oscillator: lämpötilakompensoitu kideoskillaattori 
• VCO: Voltage Controlled Oscillator: jännitesäädetty oskillaattori 
• PLL: Phase Locked Loop: vaihelukittu silmukka, mm. perinteisen taajuussynteesin osa 
• DDS: Direct Digital Synthesis: suorasyntetisointi, DDS-piiri muodostaa suoraan digit. ohjaustiedon mukaan halutun taajuuden, amplitudin ja aaltomuodon 
• DDC: Digital Down converter, digit. taajuuden alasmuunnin 
• Mixer: sekoitin: epälineaarinen komponentti: muodostaa kahdesta RF-signaalista suuren määrään sekoitustuloksia, josta voimakkaimmat ovat Flo-Frf ja Flo+Frf 
• IF: Intermediate Frequency: välitaajuus 
• IF amplifier: välitaajuusvahvistin: yleensä kiinteätaajuuksinen suuren vahvistuksen omaava vahvistin 
• Detector: ilmaisin: muuntaa välitaajuusignaalin haluttuun muotoon 
• Time constant: aikavakio: esim. RC-piirillä muodostettu, t = R * C, käyt. signaalin integroinnissa 
• A/D-convertor: A/D-muunnin: muuntaa analogisen sähköisen tiedon digitaaliseen muotoon 
• ADC: kts. edellinen 
• DAC: Digital-to-Analog Converter, D/A-muunnin, muuntaa digitaalisen signaalin analogiseksi 
• DSP: Digital Signal processing: digitaalinen signaalinkäsittely 
• FFT: Fast Fourier transform: nopea Fourier muunnos (DSP-käsitteistöä)
• MMIC: Microwave Monolithic Integrated Circuit: intergroitu mikroaaltomonoliittipiiri 
• GaAs-FET: Gallium Arsenide Field Effect Transistor: Galliumilla ja arsenidilla seostettu kenttävaikutustransistori 
• HEMT: High Electron Mobility Transistor: suuren elektroniliikkuvuuden transistori 
• DBM: Doubly Balanced Mixer: kaksoisbalansoitu Lo signaalia vaimentava sekoitin 
• RHCP: Right Hand Circular Polarisation, kiertopolarisaatio myötäpäivään 
• LHCP: Left Hand Circular Polarisation, kiertopolarisaatio vastapäivään 
• LPDA: Log Periodic Dipole Array: logaritmisperiodinen dipoliryhmä 
• GP: Ground Plane antenna: maatasoantenni 
• PCM: Pulse Code Modulaton: pulssimodulaatio (PWM, PAM, PPM...) 
• Phase Modulation: vaihemodulaatio 
• FM: Frequency Modulation: taajuusmodulaatio 
• AM: Amplitude Modulation: amplitudimodulaatio (kantoaalto ja molemmat sivunauhat)
• DSB: Double Side Band: kaksisivunauhainen (sivunauhat: USB ja LSB) 
• SSB: Single Side Band: (yksi)sivunauhainen, sivukaista 
• BFO: Beat Frequency Oscillator, beat oskillaattori 

Nostalgianurkkaus

Grote Reberin vuonna 1938 paraboliantennin syöttöpisteessä sijainneen 160 MHz vastaanottimen piirikaavio olisi voinut olla suunnilleen tällainen.
 
 

Reber käytti juuri näitä radioputkia vastaanottimessaan, 954 pentodeja vahvistimina ja 9006 diodia ilmaisimena.
 

Radioteknisiä linkkejä

• Elektroniputkien piirosmerkit
• SETI-liigan tekniikkasivu 
• Vähäkohinaisia GaAs FETtejä ja HEMTejä
• Erään RF-IF-komponenttivalmistajan sivut (Mini-Circuits) 
• SSB-Electronic, konverttereita ja esivahvistimia 
• RF Cafe, taulukoita, laskimia, artikkeleita, jne. 
• Ohjelmatyökaluja