Частотная характеристика преобразователя частоты

Частотная характеристика преобразователя, работающего в линейном режиме. 

       Для определения частотной характеристики преобразователя, работающего в линейном режиме, будем полагать, что на вход преобразователя подается слабый сигнал, частоту которого можно изменять в широких пределах, сохраняя при этом неизменную частоту гетеродина. 

       На прошлом занятии было получено уравнение прямого преобразования, с помощью которого определялась полезная составляющая выходного тока преобразователя. Комплексная амплитуда тока  при этом

       При  частота сигнала на входе принимает значения

       Минимальное значение частоты сигнала, при котором создается падение напряжения на нагрузке, равно . Полагая в выражении (O), определим амплитуду тока в нагрузке с частотой 

       В свою очередь напряжение на нагрузке  обусловлено протеканием через нагрузку тока  и определяется с учетом фазы напряжения  соотношением:

       Решая совместно уравнения (1) и (2) относительно  получим

       Тогда резонансный коэффициент усиления смесителя

       где  - значение  на частоте . 

       Из полученного выражения следует, что преобразователь в данном случае работает как усилитель, только вместо крутизны в усилительном режиме  берется постоянная составляющая крутизны в преобразовательном режиме  

       Дальнейшее увеличение частоты сигнала приводит к появлению входного напряжения на частотах сигнала, равных

       Коэффициент усиления преобразователя, при использовании k-й гармоники проводимости , может быть определен по формуле, полученной нами при рассмотрении предыдущего вопроса

       Таким образом, в линейном режиме работы преобразователя частоты его частотная характеристика имеет вид, приведенный на рисунке, где индекс при коэффициенте усиления смесителя определяется соответствующим номером гармоники крутизны . 

       Сплошные линии - АЧХ преобразователя. 

       Пунктирные - АЧХ преселектора.  

 

 

 

Pисунок 11.5.

       Результирующая АЧХ трактов преселектора и преобразователя частоты.

 

 

 

Pисунок 11.6.

       При верхней настройке гетеродина и простом преобразовании, т.е. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . при k=1, частотой основного канала приема будет только частота. 

       Частота , симметрично расположенная по отношению к частоте , называется частотой симметричного или зеркального канала. Зеркальный канал отстоит от основного на удвоенное значение промежуточной частоты. При верхней настройке гетеродина. 

       Частоты ,, , являются частотами побочных каналов приема, поскольку сигналы любой радиостанции частота которой совпадает с одной из этих частот, создают промежуточную частоту и воспринимаются как помехи при приеме сигнала с частотой . 

Способы борьбы с вредным действием побочных каналов. 

             а) Селективность до ПЧ. 

             б) Выбор режима работы ПЧ. 

             в) Выбор промежуточной частоты. 

       а) Селективность до ПЧ. Она осуществляется с помощью селективных цепей в преселекторе приемника. При этом побочные каналы остаются, однако до преобразователя приемника осуществляется фильтрация помех, которые могут попасть в эти каналы. На рис.1 показаны АЧХ входной цепи и преселектора приемника (пунктиром) и АЧХ преобразователя частоты (сплошные кривые). На рис.2 показана результирующая АЧХ трактов радиочастоты м преобразователя. Согласно рис.2 коэффициенты усиления в побочных каналах существенно уменьшаются по сравнению с коэффициентом усиления в основном канале. 

       Достаточно просто осуществляется селективность для канала с частотой , которая не меняется при перестройке приемника. Если селективность по каналу на промежуточной частоте, обеспечиваемая входной цепью и УРЧ, недостаточна, то на входе РПрУ включают "фильтр-пробку", настроенный на частоту .

 

 

 

Pисунок 11.7.

       Контур  настроен на частоту , поэтому его сопротивление на частотах, близких к частоте , велико. Контур  настроен на частоту сигнала  , сильно отличающуюся от . Поэтому для колебаний с частотой  этот контур сильно расстроен и его сопротивление мало. Следовательно, напряжение с частотой  будет падать на верхнем контуре, а на нижнем контуре будет существенно ослаблено. 

       б) Выбор режима работы преобразователя частоты. Основное правило выбора режима работы ПЧ заключается в следующем: смещение на преобразовательный элемент и амплитуду гетеродина необходимо выбирать так, чтобы усиление ПЧ по основному каналу было наибольшим, а по побочным - наименьшим. 

       Т.к. при преобразовании на первой гармонике крутизны крутизна преобразователя , то режим преобразователя нужно выбирать так, чтобы первая гармоника крутизны  была как можно больше, а остальные как можно меньше.

 

 

 

Pисунок 11.8.

       Усиление ПЧ по основному и зеркальному каналам одинаково. 

       Если ВАХ преобразовательного элемента на рабочем участке квадратична. смещение на нем выбрано в середине прямолинейной характеристики крутизны, а амплитуда гетеродина - из условия использования всего линейного участка, то в преобразователе частоты остается только два побочных канала: зеркальный и на промежуточной частоте. 

       Если амплитуду гетеродина увеличить, то первая гармоника крутизны  возрастет незначительно, однако при этом сильно увеличивается уровень ее гармоник. 

       Кроме того, для уменьшения уровня побочных каналов используют специальные схемы ПЧ, например, балансные. 

       в) Выбор промежуточной частоты. Такой выбор является важным фактором в борьбе с побочными каналами. При выборе частоты  в первую очередь руководствуются следующими соображениями. М должна находиться вне диапазона принимаемых частот; она не должна совпадать с частотами мощных станций. Частота  должна иметь стандартное значение, поскольку на таких частотах мощные радиостанции не работают. Для обеспечения более высокой селективности по зеркальному каналу частота  должна быть по возможности выше, а по соседнему каналу как можно ниже.

       В профессиональных РПрУ для создания высокой селективности как по зеркальному, так и по соседнему каналам, применяют многократное преобразование частоты. При меньшей  легче получить более высокое устойчивое усиление УПЧ. Однако с увеличением  частота сигнала больше отличается от частоты гетеродина, колебания гетеродина меньше проникают в антенну и при их излучении в окружающее пространство создают меньше помех расположенным вблизи приемникам. С увеличением  уменьшаются масса и габариты селективных цепей, но усложняется сопряженная перестройка селективных цепей входной цепи, УРЧ и гетеродина. От выбора   во многом зависит сложность построения гетеродина.

Частотная характеристика преобразователя, работающего в нелинейном режиме. 

       Если ПЧ работает в нелинейном режиме по отношению к напряжению сигнала, то количество побочных каналов может существенно увеличиться, т.е. кроме существующих побочных каналов появляются дополнительные. 

       Нелинейный режим имеет место в случае, когда на входе преобразователя действует сигнал с достаточно большой амплитудой, при которой из-за нелинейности ВАХ смесителя появляются высшие гармонические составляющие частоты сигнала и крутизны могут создать комбинационные частоты вида

       где  - номер гармоники сигнала; 

        - номер гармоники крутизны. 

       Сигнал (полезный или мешающий) попадает на выход преобразователя лишь в том случае, когда комбинационная частота совпадает с промежуточной частотой приемника. Полагая в выражении (*)

       получим выражение, определяющее частоты побочных каналов приема :

       Теоретически существует бесконечное число побочных каналов. Однако вследствие того, что амплитуды комбинационных составляющих тока в выходной цепи смесителя убывают с увеличением k и n, практически опасными являются лишь те побочные каналы, которые соответствуют значениям

       //Определим частоты побочных каналов из условия, что k и nизменяются от 1 до 3.// 

Борьба с помехами по побочным каналам. 

       Для борьбы с помехами по побочным каналам приема, обусловленными нелинейными режимом работы преобразователя используются те же методы, что и в линейном режиме. 

       Дополнительно к мерам, применяемым в линейном режиме нужно не допускать избыточного усиления в преселекторе с тем, чтобы преобразователь частоты не перегружался.