Рис.1
Их разность фаз 
. Напряжение гетеродина так же является гармоническим U3= 
.
В результате перемножения напряжений сигналов и гетеродина в смесителях создаются напряжения с суммарной и разностной частотами. Обычно используются напряжения с разностной частотой, которые выделяются с помощью полосовых фильтров нижних частот. Выходные напряжения фильтров:
U4 =
;
U5 =
.
Амплитуды Е и Е определяются амплитудами сигналов и напряжения гетеродина и коэффициентами передачи каналов. Разность фаз выходных напряжений U и U 
, она переносится без изменений со входа на выход. На первый взгляд выигрыша в этом нет, но на самом деле он очень существенный. Разность фаз с высоких и сверхвысоких частот переносится на низкие частоты, где она измеряется с существенно меньшими погрешностями. Кроме того, на низких частотах гораздо проще и эффективнее осуществляются все необходимые операции с сигналами: их усиление, ограничение и другие виды обработки. С ростом частоты резко увеличивается вредное влияние паразитных параметров всех используемых элементов: включенных последовательно индуктивностей выводов, сопротивление которых 
, и включенных параллельно шунтирующих элементы паразитных емкостей, имеющих сопротивление 
. Еще одно преимущество рассматриваемой системы проявляется в случае изменения частоты сигналов в широких пределах. За счет соответствующей перестройки частоты гетеродина можно получать одну и ту же разность частот 
, т. е. из широкого диапазона частот переносить разность фаз на одну фиксированную частоту. Все устройства, осуществляющие операции над сигналами: их усиление, ограничение, детектирование и другие при работе на одной частоте имеют существенно более высокие характеристики по сравнению с работой в диапазоне частот. Таким образом, в рассмотренном преобразователе разность фаз высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов переносится из широкого диапазона частот на низкую фиксированную частоту, на которой проводится необходимая обработка сигналов, в том числе измерение разности фаз со сравнительно малой погрешностью.
Изложенный применительно к измерению разности фаз принцип гетеродинного преобразования частоты относится также к амплитудной, частотной (фазовой) модуляции, которая из широкого диапазона высоких и сверхвысоких частот переносится на одну фиксированную, называемую обычно промежуточной частоту. На этой частоте осуществляется вся необходимая обработка сигналов: усиление, ограничение, детектирование, измерение параметров. Например, радиовещательные приемники амплитудно-модулированных сигналов имеют диапазон входных частот 150 кГц – 30 МГц и промежуточную частоту 465 кГц, приемники частотно-модулированных сигналов соответственно 64 – 108 МГц и 10,7 МГц. Аналогично выполняются приемные тракты современных навигационных, локационных, связных и других систем.
3.4. Умножение частоты
Структурная схема двухканального умножителя частоты приведена на рис.2.
Рис.2
Входные сигналы каналов остаются теми же, что и при гетеродинном преобразовании частоты:
U = , U = , .
Умножитель частоты или формирователь гармоник - это нелинейный элемент (диод, транзистор), искажающий форму входного гармонического напряжения. Искажение формы и есть появление гармоник входного напряжения, т. е. составляющих с кратными частотами п, где п = 2, 3, 4…,- целые числа, практически могут использоваться сотни гармоник. Узкополосный фильтр на выходе умножителя частоты выделяет гармонику с нужной частотой п
. При формировании гармоник умножается полная фаза входного сигнала, поэтому
U3= , U4= .
Разность фаз 
, т. е. в двухканальном умножителе частоты разность фаз входных сигналов умножается. Величина п точно известна и стабильна, поэтому при умножении частоты и разности фаз погрешность не вносится. Умножение разности фаз используется при измерении малых разностей фаз, т. е. малые и сверхмалые разности фаз умножаются до таких величин (порядка единиц градусов), которые измеряются далее фазовым детектором. Недостатком рассмотренной (рис. 2) схемы умножителя является то, что, наряду с полезной операцией умножения разности фаз, умножается, т. е. резко возрастает, частота. Это приводит к существенным трудностям при измерении разности фаз, т. е. увеличению погрешности. Для устранения этого недостатка двухканальное умножение частоты используется совместно с гетеродинным преобразованием частоты, т. е. используется структурная схема устройства, приведенная на рис. 3.
5 МГц 50 МГц 45 МГц 5 МГц
Рис. 3
Здесь сначала частота входных сигналов умножается в 10 раз до 50 МГц, затем с помощью гетеродина с частотой 45 МГц понижается, т. е. возвращается к исходной 5 МГц. Последовательное соединение таких устройств позволяет умножить разность фаз в 10
раз, где п = 1, 2, 3, что необходимо для измерения малых разностей фаз при сравнении высокостабильных частот. Разность частот 
, где 
- изменение разности фаз за время 
. Например, при 
и = 100с = =10
·2 π рад = 3,6 ·10
град. Непосредственно без умножения измерить столь малое изменение разности фаз невозможно.
Основные порталы (построено редакторами)
