Радиоприемные устройства (стр. 5 )

, (2.3)

где m, n = 0, 1, 2…

Одно из этих гармонических колебаний выделяется в нагрузке смесителя, в качестве которой используется частотно-избирательная система – полосовой фильтр.

2. Использованием электронного устройства, выполняющего операцию перемножения двух функций. Сигнал на выходе такого устройства определяется выражением , где А – постоянный коэффициент, не зависящий от и . При идеальном перемножении сигналов в токе на выходе смесителя возникают колебания с частотами , одно из которых далее выделяется в нагрузке. Побочные колебания, возникающие вследствие неидеальности операции перемножения, подавляются полосовым фильтром.

3. Управлением с помощью сигнала гетеродина коэффициентом передачи линейного устройства (усилителя), на вход которого подается колебание . В этом случае используется преобразование типа , где . Если , то результат преобразования аналогичен результату перемножения, рассмотренному выше.

4. Использованием параметрического преобразователя на реактивном элементе. В основе работы такого устройства лежит физический процесс преобразования энергии генератора высокочастотного сигнала (так называемого «генератора накачки») в энергию выходного сигнала, что приводит к преобразованию в реактивном элементе энергий входного сигнала и сигнала гетеродина в энергию сигнала промежуточной частоты. Обмен энергии осуществляется с помощью реактивного элемента – конденсатора или катушки индуктивности, величины которых, С(t) или L(t) изменяются как функции времени благодаря управлению со стороны «генератора накачки». Такие преобразователи наиболее эффективно работают в диапазоне СВЧ.

Следовательно, в общем случае на выходе преобразователя частоты могут присутствовать составляющие с частотами (2.3).

Если n=m=1, такое преобразование частоты называют простым, иначе имеет место сложное преобразование частоты. В зависимости от значения частоты гетеродина различают верхнюю и нижнюю настройку гетеродина. Преобразование частоты в большинстве случаев осуществляется при весьма малых напряжениях сигнала и достаточно больших значениях гетеродинного напряжения.

Сигналы с частотами , удовлетворяющими соотношению , называются сигналами, соответствующими основному каналу приема.

Равенство (2.3) означает, что значение частоты, отличается от величины не более чем на половину полосы пропускания частотно-избирательной системы на выходе преобразователя. Решив выражение относительно частоты помехи , получим

. (2.4)

Сигналы с частотами , удовлетворяющие этому соотношению, называют сигналами помехи, соответствующими побочным каналам приема.

При m=1 и n=1

. (2.5)

Такой побочный канал приема называется зеркальным (его частота отличается от частоты основного на 2 и он расположен зеркально (симметрично) относительно частоты гетеродина).

Помеха, принимаемая по зеркальному каналу, преобразуется по частоте на равных основаниях с входным сигналом, поэтому ее подавление или действующее ослабление должно осуществляться до преобразования частоты с помощью частотно-избирательных систем входных цепей и усилителя радиосигналов.

При m=1 и n=0 имеем . Такая помеха может быть ослаблена путем использования на входе усилителя радиосигналов «фильтра-пробки» с резонансной частотой , а также балансного (по входу сигнала) смесителя.

Борьба с сигналами, соответствующими побочным каналам приема, происходит с помощью входных цепей и усилителей радиочастоты, а также путем соответствующего выбора величины либо с помощью двойного и тройного преобразования частоты.

Кроме этого на выход преобразователя частоты могут проходить сигналы (интерференционные свисты ) при наличии на входе составляющих с частотами гармоник промежуточной частоты , или субгармоник промежуточной частоты .

Характеристиками преобразователя частоты являются: коэффициент преобразования, входная и выходная проводимости, рабочий диапазон частот, избирательность, степень искажений, уровень шумов, динамический диапазон, побочные каналы приема, зеркальный канал и др.

Коэффициент преобразования представляет собой отношение амплитуды напряжения сигнала промежуточной частоты на выходе преобразователя частоты к амплитуде напряжения сигнала на входе

. (2.6)

Рабочий диапазон частот преобразователя частоты определяется диапазоном частот принимаемых сигналов и зависит от вида избирательной системы на выходе преобразователя частоты.

В зависимости от принципа работы преобразовательного каскада, помимо основной частоты настройки приемника существует ряд других частот, напряжения которых при одной и той же частоте гетеродина дадут в результате преобразования промежуточную частоту. При этом в преобразователе частоты образуется ряд дополнительных каналов приема, существенно влияющих на его избирательные свойства.

Еще одна особенность преобразователя частоты связана с нелинейными искажениями сигнала. В процессе преобразования частоты принимаемого сигнала образуется ряд комбинационных частот, число которых особенно возрастает при приеме соседних мешающих станций. При определенных соотношениях между этими частотами на выходе преобразователя в спектре принимаемого сигнала могут оказаться дополнительные составляющие.

Избирательностью преобразователя частоты называют его способность ослаблять выходное напряжение преобразователя частоты при расстройке частоты входного сигнала относительно его номинального значения. Избирательные свойства преобразователя частоты определяются избирательной характеристикой его нагрузки и наличием дополнительных каналов приема.

Рис. 2.2. Избирательные свойства преобразователя частоты

Рис. 2.3. Избирательные свойства преобразователя частоты при двойном преобразовании частоты

Характеристика избирательности представляет собой зависимость коэффициента преобразования (рис. 2.2 и 2.3) от частоты входного сигнала при фиксированной частоте гетеродинного напряжения.

2.1.1. Диодные преобразователи частоты

На рис. 2.4 изображена схема диодного преобразователя частоты с одним диодом.

Под действием приложенной к диоду суммы напряжений сигнала и гетеродина изменяется рабочая точка (ток через диод).

(2.7)

Спектр тока через диод из-за нелинейности ВАХ диода имеет составляющие с суммарными, разностными частотами, гармоники частоты сигнала и гетеродина (2.3). Одна из этих составляющих (суммарная или разностная) выделяется выходным контуром и поступает на вход усилителя промежуточной частоты.

Рис. 2.4. Диодный преобразователь частоты

В диодных преобразователях частоты с одним диодом цепи входного сигнала и сигнала гетеродина сильно связаны через диод. Наличие этой связи приводит к следующим явлениям:

• настройки контуров гетеродина и сигнала оказываются взаимозависимыми;

• ток с частотой входного сигнала, замыкающийся через цепи гетеродина, может вызвать «захват» сигнала гетеродина;

• ток с частотой гетеродина, замыкающийся через цепи входного сигнала, определяет существенное излучение энергии гетеродина антенной устройства приема и обработки сигналов, что особенно проявляется в диапазонах УКВ и СВЧ.

В кольцевом диодном преобразователе частоты диоды включены так, что образуют кольцо (рис.2.5).

Диоды образуют плечи моста, причем напряжение сигнала подается в одну его диагональ, напряжение гетеродина – в другую диагональ моста, а нагрузка подключена к средним точкам вторичных обмоток трансформаторов, с помощью которых напряжения сигнала и гетеродина подаются на диоды. Напряжение гетеродина существенно больше напряжения сигнала. Под действием напряжения гетеродина изменяются сопротивления диодов. В положительный полупериод гетеродинного напряжения открываются диоды VD2 и VD3, точка 1 соединяется с точкой 4, а точка 2 с точкой 3 через малые сопротивления открытых диодов, мгновенный коэффициент передачи диодного моста равен 1.В отрицательный полупериод гетеродинного напряжения открыты диоды VD1 и VD4, точка 1 соединяется с точкой 3, а точка 2 с точкой 4 через малые сопротивления открытых диодов, мгновенный коэффициент передачи диодного моста равен (-1).