Преобразователи частоты

Среди различного типа преобразователей (умножителей, делителей, квадраторов и др.) в РПрУ нашли широкое применение преобразователи частоты, назначение которых – перенос спектра принятого (аналогового) сигнала в новую частотную область с сохранением параметров модуляции. В частном случае приемников прямого преобразования осуществляется перенос принятого сигнала с частотой несущей f_c (центральной частотой) из области радиочастот на нулевую частоту (постоянную составляющую).

Перенос спектра из одной частотной области в другую может осуществляться только с применением нелинейного элемента или компонента, параметр которого (например, проводимость) периодически изменяется.

Необходимо усвоить предпосылки и ограничения при описании свойств ПрЧ на основе линейной теории, справедливой лишь при малом уровне входного сигнала, что в общем соответствует реальным условиям эксплуатации. Признаком линейности ПрЧ является отсутствие в спектре его выходного тока гармоник частоты входного сигнала (и промежуточной частоты).

Кроме полезного эффекта преобразования, включение ПрЧ в структуру радиотракта приводит к появлению побочных каналов преобразования. К ним относятся такие мешающие воздействия на входе ПрЧ, которые после перемножения в смесителе с гармониками напряжения гетеродина (в том числе с постоянной составляющей) формируют комбинационные составляющие, попадающие в полосу пропускания фильтра в тракте промежуточной частоты.

Наиболее опасным является зеркальный канал, расположенный на оси частот симметрично по отношению к частоте гетеродина. Борьба с побочными каналами преобразования проводится в преселекторе выбором параметров фильтров, обеспечивающих требуемое подавление ЗК.

Это же относится и к каналу прямого прохождения – помехи с частотой f_пр, которая при попадании на вход смесителя, усиливается в нем (при реализации ПрЧ на транзисторах) и преобразуется. В режиме усиления в выходном токе смесителя составляющая канала прямого прохождения оказывается самой мощной по сравнению с комбинационными составляющими, являющимися продуктами преобразования. Отсюда следует, что при проектировании приемника необходимо выбирать f_пр в области частот, где нет работающих радиопередатчиков и принимать меры к подавлению такого канала до смесителя.

Выбор промежуточной частоты, когда существует такая возможность, является важной задачей, поскольку ее увеличение упрощает подавление ЗК, но при этом усложняется задача подавления СК. Поэтому при высоких требованиях на подавление побочных каналов преобразования и приема это решается применением двух или трехкратного преобразования частоты входного сигнала: в преселекторе (при высокой первой промежуточной частоте) легко реализуется подавление ЗК, а низкая вторая промежуточная упрощает фильтрацию СК и уменьшает число усилительных каскадов в радиотракте.

В мобильных системах приемники выполняются с неперестраиваемым преселектором, обладающем большой шириной полосы пропускания, по сравнению с полосой, выделяемой одному абоненту в полосе основных частот (Base Band). Полоса частот, выделяемая системе, сохраняется и после первого преобразования, а в системах широкополосного доступа - до выхода демодулятора. Поэтому для устранения опасности попадания на вход второго преобразователя, кроме полезного продукта преобразования, комбинационных составляющих, являющихся для него частотами побочных каналов преобразования (по второй промежуточной частоте), применяют номограммы. По номограммам находят область возможных значений промежуточной частоты, где отсутствуют такие каналы.

Следует изучить схемы и принципы работы и особенности ПрЧ на транзисторах; отметить преимущества ПТ, позволяющего уменьшить число побочных каналов преобразования и продуктов преобразования в выходном токе ПрЧ.

Активное использование диодных преобразователей в диапазоне СВЧ обусловлено малым уровнем собственных шумов диодов и малым значением емкости p-n перехода и, одновременно, увеличивает динамический диапазон ПрЧ и радиотракта в целом. Использование балансных схем ПрЧ снижает уровень шумов гетеродина и уменьшить число составляющих продуктов преобразования.

Широкое распространение в приемниках СМС получили преобразователи на основе диффренциальных транзисторных пар. Построенные на базе БТ и в последнее время балансные смесители, реализованные по схеме ячейки Гильберта, на МОП транзисторах успешно применяются на частотах до 30-40 ГГц. Необходимо изучить принцип действия и структуру таких преобразователей.

[1: с.131-169, 3: с.58-69, 4: с.81-109, 6: с.92-116, 7: с. 499-510]

Вопросы для самопроверки