Балансные преобразователи частоты

Балансное преобразование частоты используют для улучшения шумовых свойств ПЧ за счет подавления шумов гетеродина на выходе смесителя.

В диапазоне СВЧ БПЧ строят на основе мостов СВЧ, из которых наиболее распространен ВЩМ и его полосковый аналог.

Рис.4.5. Принципиальная схема БПЧ на ВЩМ

Принципиальная схема БПЧ на ВЩМ показана на рис. 4.5. С учетом свойств ВЩМ на смесительный диод Д₁ воздействуют колебания гетеродина с начальной фазой и сигнала с начальной фазой . А на смесительный диод Д₂ колебания гетеродина с начальной фазой и сигнала с начальной фазой . И если предположить, что , то тогда .

Тогда начальные фазы сигнальных токов промежуточной частоты и на выходе Д₁ и Д₂ определяются соотношениями

, (4.3)

Следовательно в фиксированный момент времени разность фаз и токи через диоды Д₁ и Д₂ текут в противоположных направлениях и суммируются на балансном трансформаторе.

Проведем аналогичные рассуждения относительно шумов гетеродина. Спектр шумов гетеродина очень велик и соответственно найдутся такие составляющие шума гетеродина, которые при взаимодействии с гетеродинным напряжением дадут составляющую шума гетеродина на f_пр.

Найдем начальную фазу тока через Д₁

Для второго диода Д₂

Как видно токи через диоды текут синфазно и на балансном трансформаторе будут вычитаться. В случае полного баланса результирующая оказывается равной 0.

Точная балансировка БПЧ практически невозможна, т.к. требует одновременного выполнения многих условий:

1. одинаковой мощности сигналов на диодах

2. наличие одинаковых входных сопротивлений каждого простого ПЧ, которые зависят от свойств диодов

3. наличие одинакового коэффициента передачи каждого ПЧ

Достоинства БПЧ

1. Благодаря подавлению шумов гетеродина удается понизить К_ш ПЧ.

2. Повышается электрическая прочность ПЧ, т.к. просачивающаяся через устройство защиты приемника мощность помех поступает на два диода.

3. При выходе строя одного из диодов БПЧ остается работоспособным, но уровень выходного сигнала падает на 3 дБ, а К_ш возрастает на 5–6 дБ.

4. Потери принимаемого сигнала в цепи гетеродина незначительны из-за высокой развязки мостовых схем.

5. БПЧ имеют вдвое больший динамический диапазон и позволяют снизить существенно мощность гетеродина, просачивающуюся из смесителя в тракт антенны.