Преобразователь частоты на диодном кольцевом балансном смесителе.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

В диодном преобразователе частоты (рис. 4) источники входного сигнала, сигнала гетеродина и источник смещения E₀ включены последовательно. Вольтамперная характеристика диода аппроксимируется экспоненциальной зависимостью вида:

, (18)

где I_об - тепловой ток запертого p-n перехода (ток насыщения).

Если u_g=E₀, то через диод протекает постоянный ток I_=I_обexp(E₀/φ _T). При достаточно больших значениях сигналов u_c(t)=U_ccosω _ct и u_Г(t)=U_Гcosω _Гt ток в схеме на рис. 4 будет определяться выражением:

i_g=I_обexp[(E₀+u_c(t)+u_Г(t))/φ _T]= I_обexp(u(t)_c/φ _T) exp(u_Г(t)/φ _T) (19)

При условии, что U_c< < φ _T и U_Г< < φ _T, представим функции exp(x) в виде степенного ряда. Имеем:

(20)

Выходное напряжение, очевидно, будет равно:

(21)

Как видно из (20), (21), в выходном токе смесителя помимо составляющей, пропорциональной произведению u_c(t)u_Г(t), содержаться составляющие u_c(t), u_Г(t), u_c²(t), u_Г²(t), u_c³(t), u_Г³(t), …

Таким образом, при наличии на входе преобразователя частоты гармонического колебания на его выходе присутствовать колебания с частотами ω _c, ω _Г, 2ω _c, 2ω _Г, ω _Г – ω _c, 2ω _c±ω _Г …достаточно большого уровня. Включая в качестве нагрузки частотно-избирательную цепь с резонансной частотой ω _пч, можно выделить, например, колебания с частотой ω _пч=ω _Г – ω _c.

В диодных преобразователях частоты (рис. 4) 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.

Для устранения указанных недостатков диодных преобразователей частоты применяют балансные преобразователи, исключающие, в частности, излучение сигнала гетеродина. Для устранения взаимной связи цепей гетеродина и входного сигнала, а также компенсации токов входного сигнала и сигнала гетеродина в нагрузке, используют двойные балансные преобразователи частоты, получившие название кольцевых преобразователей (рис. 5). В таком преобразователе диоды включены так, что образуют кольцо. На выходе такого преобразователя частоты при симметричном выполнении плеч должны отсутствовать гармонические колебания с частотами ω _c и ω _Г.

Для уменьшения нелинейных искажений при больших уровнях входного сигнала и сигнала гетеродина в каждое плечо преобразователя включается несколько диодов. При этом общее входное напряжение распределяется на диоды, включенные последовательно. В результате на каждом диоде получается малое напряжение, что приводит к уменьшению нелинейных искажений. Кольцевые преобразователи частоты используются, как правило, в диапазоне сравнительно низких частот (до нескольких мегагерц), так как с повышением частоты затрудняется симметрирование плеч преобразователя, вследствие влияния трудно устранимых паразитных индуктивностей и емкостей элементов преобразователя.

Побочные каналы приема.

Преобразователь частоты в общем случае служит для переноса спектра входного сигнала с частотой ω _с в другую область вблизи номинального значения промежуточной частоты ω _пч с сохранением закона модуляции.

Сигналы с частотами ω _с, удовлетворяющими соотношению:

ω _Г – ω _c=ω _пч (22)

называются сигналами, соответствующими основному каналу приема.

Сигналы на выходе преобразователя частоты могут формироваться не только при выполнении (2.22), но и в результате действия сигналов помехи с частотами ω _п, полученными из формулы:

ω _пч=|± mω _Г ± nω _п|, m, n=0, 1, 2, …, N (23)

Равенство означает, что значение частоты, определяемое величиной модуля в (23), отличается от величины ω _пч не более, чем на половину полосы пропускания частотно- избирательной системы на выходе преобразователя. Решив (23) относительно частоты помехи ω _п, получим:

(24)

Сигналы с частотами ω _п, удовлетворяющие соотношению (24), будем называть сигналами помехи, соответствующими побочным каналам приема.

При m=1 и n=1, из (24) получим:

ω _п=ω _Г+ω _пч=ω _з (25)

При выполнении (25) побочный канал приема называется зеркальным каналом приема. В качестве иллюстрации на рис. 6 условно на частотной оси изображены сигналы гетеродина, его гармоники, а также сигналы, принимаемые по основному и побочным каналам приема.

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

При m=0 и n=1 имеем: ω _п=ω _пч. Такая помеха может быть ослаблена лишь путем использования на входе усилителя радиосигналов «фильтра-пробки» с резонансной частотой ω _пч.

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

Лабораторная работа.

В преобразователях частоты происходит изменение несущей частоты колебания принимаемого сигнала. С точки зрения минимизации искажений принимаемого сигнала в процессе преобразования частоты и улучшения избирательности при наличии помех в виде мешающих гармонических сигналоа, преобразователь частоты должен быть линейным, т.е. в нем не должны появляться гармоники частоты принимаемого полезного сигнала.

Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование процесса преобразования частоты входного сигнала, выполняемого на основе:

· аналогового перемножения входного сигнала и сигнала гетеродина на дифференциальном каскаде;

· аналогового перемножения с помощью двойного балансового смесителя;

· нелинейного преобразования на диодном кольцевом балансном смесителе.

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований аналогового перемножителя на дифференциальном каскаде (тип 1), двойного балансного смесителя на трех дифференциальных каскадах (тип 2), диодного кольцевого балансного смесителя (тип 3).

Установка может использоваться в автономном режиме и режиме программного управления от ЭВМ.

Вид лицевой панели лабораторной установки приведен на рис. 2.7. На левом верхнем поле изображена структурная схема установки. На нижнем поле расположена панель ручного управления с переключателями режимов работы. На правом поле расположен цифробуквенный дисплей с кнопками управления.

⇐ Предыдущая 12