Radijo imtuvas (kiti pavadinimai – imtuvas, radijas) yra radiotechninis įrenginys, skirtas radijo bangomis perduodamų signalų priėmimui, jų sustiprinimui, demoduliavimui, dekodavimui bei priimtos informacijos pateikimui radijo imtuvo naudotojui reikalingais pavidalais, tokiais kaip garsas, vaizdas ir (arba) duomenys.
Pagal veikimo principą galima išskirti šiuos radijo imtuvų tipus:
Detektorinio radijo imtuvo klausytojas. JAV, apie 1922 m.
Detektoriniai (angl. Crystal Radio) – paprasčiausi radijo imtuvai, naudoti nuo pat radijo išradimo laikų. Lengvai pagaminami. Neturėjo jokio maitinimo šaltinio. Jų veikimui pakako radijo bangų energijos, kuri per ilgą lauko anteną (neretai jos ilgis siekdavo dešimtis metrų) patekdavo į imtuvą. Tačiau buvo nejautrūs ir turėjo prastą selektyvumą, t.y. sunkiai atskirdavo vienos radijo stoties signalus nuo kitos. Kadangi detektoriniuose imtuvuose nebuvo žemo dažnio (garso) stiprintuvo, transliuojamas programas klausyti dažniausiai galėjo tik vienas klausytojas vienu metu. Garsiakalbio imtuvas neturėjo, todėl tekdavo naudotis ausinėmis. [1].
Tiesioginio stiprinimo (angl. Direct Amplification Receiver) – radijo imtuvai, kuriuose signalas stiprinamas tiesiogiai, be keitimo į tarpinį dažnį. Šio tipo imtuvai turi selektyvinį antenos virpamąjį kontūrą, radijo dažnio stiprintuvą, detektorių ir garso dažnio stiprintuvą. Tokie radijo imtuvai dažniausiai naudojami priimti ilgosiomis arba viduriniosiomis bangomis veikiančių stočių signalus. Tiesioginio stiprinimo imtuvai yra nesudėtingi ir patikimi, tačiau jie turi mažesnį jautrį ir selektyvumą, palyginti su superheterodininiais imtuvais.
Regeneratyviniai (angl. Regenerative Receiver) – radijo imtuvai, kuriuose signalo sustiprinimui naudojamas teigiamas grįžtamasis ryšys (regeneracija). Šis principas leidžia pasiekti didelį stiprinimą, naudojant minimalų komponentų skaičių. Nors regeneratyviniai imtuvai buvo paprasti ir efektyvūs, tačiau turėjo esminių trūkumų: jų naudotojas turėjo turėti daugiau įgūdžių juos valdyti, buvo jautrūs reguliavimui, lengvai tapdavo trikdžių šaltiniais kitiems radijo spektro naudotojams [2].
Superregeneratyviniai (angl. Superregenerative Receiver) – radijo imtuvai kuriuose naudojamas teigiamas grįžtamasis ryšys (regeneracija) ir papildomas automatinis grįžtamasis ryšys tam, kad dar labiau padidėtų imtuvo jautrumas ir selektyvumas. Šis sprendimas leidžia pasiekti itin aukštą signalo stiprinimą, todėl superregeneratyviniai imtuvai yra ypač naudingi priimant labai silpnus signalus. Imtuvų privalumai: didelis jautrumas ir selektyvumas, galimybė priimti labai silpnus signalus, paprasta imtuvo konstrukcija. Imtuvų trūkumai: sudėtingas derinimas, polinkis į generaciją, ribotas stabilumas.
Refleksiniai (angl. Reflex Receiver) – radijo imtuvai, kuriuose tas pats stiprintuvas naudojamas tiek radijo dažnio (prieš detekciją), tiek ir žemo dažnio (po detekcijos) stiprinimui. Toks sprendimas leidžia sumažinti komponentų skaičių, todėl refleksiniai imtuvai yra ekonomiški ir kompaktiški. Nors refleksiniai imtuvai turi mažesnį aktyvių komponentų skaičių, pasižymi mažesnėmis energijos sąnaudomis ir kompaktiškumu, tačiau jie taip pat yra ne be trūkumų: turi mažesnį jautrumą, veikimo stabilumą, sudėtingesnį derinimą ir ribotą pritaikymą (dažniausiai tinkami tik ilgosioms ar vidutinėms bangoms).
Superheterodininiai (angl. Superheterodyne Receiver) – labiausiai pasaulyje paplitę radijo imtuvai. Juose naudojama radijo dažnio keitimo schema: iš antenos patekęs aukšto dažnio signalas maišomas su atraminio generatoriaus (heterodino) signalu. Tokiu būdu gaunami tarpiniai dažniai, kuriuos lengviau stiprinti ir filtruoti. Viename imtuve gali būti realizuota nuo vieno iki kelių ar daugiau radijo dažnio keitimų. Dėl savo teigiamų savybių, tokių kaip didelis jautris, veikimo stabilumas, aukštas selektyvumas, didelis atsparumas trukdžiams, superheterodininiai imtuvai yra pagrindinis pasirinkimas tiek buitiniams, tiek profesionaliems radijo imtuvų naudotojams. Tarp trūkumų galima paminėti šiuos: lyginant su kitų tipų radijo imtuvais, pastarieji yra žymiai sudėtingesni, kas savo ruožtu didina gaminio kainą, dėl maišymo proceso gali atsirasti nepageidaujami signalai (veidrodiniai dažniai), kurie turi būti tinkamai filtruojami [3].
Tiesioginio keitimo (angl. Direct Conversion Receiver) – radijo imtuvai, kuriuose radijo dažnio signalas tiesiogiai konvertuojamas į žemo dažnio (garso) signalą, nekeičiant jo į tarpinį dažnį. Šis sprendimas įgalina pašalinti veidrodinio kanalo problemą, būdingą superheterodininiams imtuvams. Tiesioginio keitimo radijo imtuvų privalumai lyginant su superheterodininiais: paprasta konstrukcija, mažesnis komponentų skaičius, mažesnės naudojamos energijos sąnaudos; trūkumai – mažesnis selektyvumas, polinkis į trikdžius dėl stiprių signalų [4].
Programine įranga valdomi (angl. Software-defined radio (SDR)) – modernūs radijo imtuvai, kuriuose signalų apdorojimas vyksta programinės įrangos
SDR radijo imtuvo programos lango vaizdas
pagalba, o ne naudojant tradicines elektronines grandines. Šie imtuvai yra labai lankstūs ir gali būti pritaikyti įvairiems dažnių diapazonams bei moduliacijos tipams. Pagrindiniai jų privalumai – lankstumas (galimybė keisti funkcijas ir priimamų dažnių ruožus tiesiog atnaujinant programinę įrangą), universalumas (tinka įvairioms radijo ryšio moduliacijoms ir protokolams, įskaitant AM, FM, SSB, CW, mažesni projektavimo kaštai, paruošti ateities standartams. Trūkumai: prastas dinaminis diapazonas, programinės įrangos sudėtingumas, šių imtuvų naudotojai turi turėti daugiau įgūdžių [5].
Kognityvinis radijas (angl. Cognitive Radio) – radijo ryšio technologija, gebanti stebėti radijo bangų sklidimo aplinką ir dinamiškai prisitaikyti prie esamų sąlygų. Kitaip tariant, tokios sistemos „supranta“, kurie dažniai šiuo metu yra užimti ar trikdomi, ir gali automatiškai pasirinkti laisvus ryšio kanalus bei atitinkamai keisti savo veikimo parametrus (pvz., dažnį, moduliaciją, siuntimo galią). Šios savybės įgalina optimizuoti radijo spektro panaudojimą, sumažinti trikdžių įtaką ir užtikrinti efektyvų, saugų bei patikimą ryšį. Kognityvinių radijo imtuvų veikimas paprastai remiasi programiškai apibrėžtomis radijo technologijomis (SDR) ir pažangiais algoritmais, kurie gali „mokytis“ bei priimti sprendimus realiu laiku[6].
Dažnių diapazonas (angl. Frequency Range) – radijo dažnių (radijo bangų) intervalas, kuriame imtuvas geba veikti.
Jautris (angl. Sensitivity) – prietaiso gebėjimas aptikti labai silpnus signalus; jautris nurodo mažiausią signalą, kurį imtuvas gali aptikti ir iš jo gauti naudingą informaciją.
Selektyvumas (angl. Selectivity) – imtuvo galimybė atskirti norimą naudingą signalą nuo kitų šalia esančių.
Dinaminis diapazonas (angl. Dynamic Range) – apibrėžia skirtumą tarp silpniausio aptinkamo signalo ir stipriausio signalo, kurį imtuvas gali apdoroti be perkrovos ar iškraipymų. Platus dinaminis diapazonas yra svarbus, nes leidžia prietaisui veikti tiek esant labai silpniems, tiek itin stipriems signalams be priimamo signalo kokybės praradimo.
Dažnio stabilumas ir tikslumas (angl. Frequency Stability and Accuracy) – ypač svarbu, kad nustatytas imtuvo dažnis išliktų pastovus per naudojimo laiką. Imtuve nustatyto dažnio poslinkį gali lemti aplinkos temperatūros svyravimai, imtuve naudojamų elementų parametrų pokytis ir kt.
Santykis signalas-triukšmas (angl. Signal-Noise Ratio (SNR)) – nurodo santykį tarp naudingos signalo dalies ir foninio radijo triukšmo lygio. Aukštas SNR reiškia, kad imtuvas gali pateikti aiškų, triukšmo nepaveiktą signalą, o tai ypač svarbu garso ar duomenų perdavimui.
Intermoduliaciniai iškraipymai (angl. Intermodulation Distortion) – veikiant vienu metu keliems signalams imtuvo įėjime gali atsirasti naudingo signalo iškraipymai dėl netolygumų stiprinimo grandinėje. Pageidautina, kad imtuvas turėtų kuo mažesnius intermoduliacinius iškraipymus, ypač stiprių signalų atveju.
Radijo imtuvai yra plačiausiai naudojami radiotechniniai įrenginiai visame pasaulyje. Jų pritaikymo spektras yra labai platus, apima visą eilę ganėtinai skirtingų sričių, tokių kaip transliuojamų programų priėmimas, pramogos per telekomunikacijų infrastruktūrą, mokslo tyrimai, belaidė telefonija, navigacijos ir padėties nustatymo sistemos, transporto bei skrydžio valdymo, įvairių objektų saugos, viešojo saugumo, nuotolinio valdymo sistemos, radijo teleskopai, tikslių matavimų prietaisai ir sistemos, radarai, daiktų internete (angl. Internet of Things (IoT) ) bei daugelį kitų.
Priklausomai nuo paskirties, radijo imtuvas gali būti sukonstruotas kaip atskiras radiotechninės įrangos vienetas ir veikti autonomiškai (pvz. dažnai namuose ar automobilyje naudojami imtuvai radijo programoms priimti) arba būti integruota kitos elektroninės įrangos, įvairių sistemų ar telekomunikacijų tinklus dalimi (pvz. mobilieji telefonai, televizoriai, matavimo prietaisai ir daug kitų).
SDR radijo imtuvo programos lango vaizdas
