Принцип преобразования частоты

Пусть нелинейный элемент имеет квадратичную ВАХ и к нему приложены:

· напряжение гетеродина

· напряжение сигнала

· напряжение смещения Е_СМ

При этом

На рисунке 4.3. показана зависимость тока диода и крутизны ВАХ от приложенного напряжения u = u_г + Е_СМ.

Рис.4.3. Зависимость тока диода и крутизны ВАХ от приложенного напряжения

Поскольку крутизна есть производная тока диода по приложенному напряжению, то на квадратичном участке ВАХ эта зависимость будет линейной.

Рассмотрим два состояния преобразователя частоты:

1. Сигнала нет u_c = 0.

Под воздействием гетеродинного напряжения u_г крутизна ВАХ периодически изменяется от 0 до S_max с частотой гетеродина и может быть описана рядом Фурье

, (4.1)

где S₀ – среднее значение крутизны

S₁, S₂ – амплитуда первой, второй и т.д. гармоник крутизны

Выходной ток нелинейного элемента (диода) меняется импульсами и в своем составе содержит колебания с частотой w_г и гармониками 2w_г, 3w_г и т.д., которые способствуют образованию дополнительных каналов приема РПУ.

2.

При подаче напряжения сигнала происходит приращение анодного тока i_д на величину

Учитывая, что , получим

k – номер гармоники гетеродина

S_к – амплитуда k-той гармоники крутизны д

1. В составе выходного тока НЭ кроме гармоник появляются следующие.

Частота Амплитуда

w_с

В радиолокационных приемниках в качестве f_пч используется разностная частота и, как правило, полученная в результате преобразования на первой гармонике гетеродина (к=1)

Фильтр, являющийся нагрузкой смесителя, выделяет из всего спектра частот только составляющую с f_пч и поэтому настраивается резонанс на f_пч.

Амплитуда тока промежуточной частоты определяется выражением

Если в качестве фильтра ПЧ используется колебательный контур, то амплитуда напряжения промежуточной частоты

где R_э – эквивалентное сопротивление нагрузки смесителя при резонансе.

Смеситель является нелинейным элементом (ВАХ нелинейна), но по отношению к входному сигналу преобразователь частоты является линейной системой, поскольку после преобразования ни форма сигнала, ни его спектр не изменились. По этой причине преобразователи частоты относят к линейному тракту приемника.

Выбор режима работы смесителя производится, как правило, по минимальному коэффициенту шума

g_с – относительная шумовая температура смесителя

К_рс – коэффициент передачи смесителя.