35. Диодные пч

В диапазоне СВЧ применяются главным образом диодные ПЧ. Диод однотактного ПЧ, схема которого приведена на рис. 5.11, размещается между ФВЧ и ФНЧ, что обеспечивает развязку сиг­нальной цепи и цепи преобразования частоты. Напряжение гетеродина вводится в сигнальную цепь через элемент связи, в каче­стве которого может быть исполь­зован направленный ответвитель или фильтр.

В диодном ПЧ источники ко­лебаний сигнала и гетеродина включаются в цепь диода. В этой же цепи формируется напряжение промежуточной частоты, которое выделяется контуром. Поскольку диод является взаимным НЭ, то при анализе необходимо учитывать воздействие на процесс пре­образования спектральной составляющей зеркальной частоты.

Рис. 5.11. Схема однотактного ди­одного ПЧ

Внутренние параметры ПЧ зависят от проводимости нагрузки на частоте зеркального канала. В зави­симости от величины и характера нагрузки на зеркальной частоте возможны несколько режимов работы диодного ПЧ.

Узкополосный режим работы диодного ПЧ обеспечивается при коротком замыкании нагрузки на частоте зеркального канала.

Известно, что для достижения максимальной мощности в на­грузке необходимо обеспечить режим согласования.

Работа ПЧ СВЧ может быть реализована в узкополосном ре­жиме и при разомкнутой цепи зеркальной частоты, т.е. при G_2K=0.

Особенностью этого режима работы ПЧ является зависимость его параметров от внутренней проводимости преобразования на второй гармонике гетеродина G₂/G₀.

В широкополосном режиме работы ПЧ нагрузка на зеркальной частоте равна внутренней входной проводимости Y_ЭКВ = G₀ на ча­стоте сигнала. Этот режим работы используется на практике при широкополосном преселекторе на входе ПЧ.

Исходя из физической сущности режимов работы диодных ПЧ, отметим, что в узкополосном режиме работы из-за эффекта вто­ричного преобразования напряжения зеркальной частоты коэф­фициент передачи мощности ПЧ возрастает. Напротив, при ши­рокополосном режиме мощность спектральной составляющей зеркальной частоты бесполезно рассеивается на проводимости ис­точника сигнала.

Диодные ПЧ СВЧ характеризуются потерями преобразования, а именно L_пч [дБ] = -10log(Р_вх/Р_вых)

Для диодов с барьером Шоттки потери при оптимальной мощности составляют L_пч =5...7дБ в узкополосном режиме и L_пч =7...10дБ в широкополосном режиме.

Стремление уменьшить потери гетеродина и основного сигна­ла при высокой развязке между их трактами привело к созданию элементов связи с полосовыми фильтрами ПФ1 и ПФ2 (схема подачи мощностей радиосигнала и гетеродина на вход смесителя через ПФ показана на рис. 5.13). Применение ПФ обеспечивает развязку сигнального и гетеродинного трактов более чем на 50... 60 дБ. Если в гетеродинном и сигнальном ПФ используются реактив­ные элементы на отрезках МПЛ, то их включение осуществляется через трансформирующие отрезки линий соответственно W1 и W2.

36. Балансные пч

Однотактным ПЧ присущи существенные недо­статки. Прежде всего это необходимость хорошей развязки цепей сигнала и гетеродина, что требует достаточно слабой связи между ними, а это обусловливает значительное потребление мощности гетеродина. Кроме того, однотактные ПЧ преобразуют шумы ге­теродина в полосу пропускания УПЧ, существенно снижая чув­ствительность РПрУ. Этих недостатков лишены балансные ПЧ, представляющие собой двухканальную схему с НЭ в каждом ка­нале.

Н а рис показана схема балансного смесителя в диапазоне частот до 30 МГц. В балансном ПЧ сигнальный контур и контур промежуточной частоты включены последовательно с двумя дио­дами VDI и VD2. Источник напряжения гетеродина подключен к средним точкам этих контуров.

Поскольку напряжение гетеродина подводится к диодам синфазно, а напряжение сигнала — противофазно этому на- пряжению, то относительная разность фаз сигнала и гетеродина на каждом диоде в любой момент времени равна 180°. Следовательно, токи промежуточной частоты будут противофазны, что и обеспечивает их суммирование в выходном трансформаторе TV5. Таким образом, любая балансная схема ПЧ со­держит мостовую схему, обеспечивающую разность относитель­ных фазовых сдвигов напряжений сигнала и гетеродина на НЭ, равную 180°, и суммирующее устройство для напряжения проме­жуточной частоты.

Каждый диод этого балансного ПЧ можно рассматривать как элемент, продукты преобразования которого через трансформа­тор TV2 вносят свой вклад в нагрузку. При указанном способе подачи напряжения гетеродина оно во встречновключенных об­мотках трансформатора TV2 компенсируется. В нагрузке не при­сутствуют составляющие с частотой гетеродина и его шумов. При этом полная компенсация возможна лишь при абсолютно сим­метричных характеристиках диодов и трансформаторов TV1 и TV2. Напряжение сигнала возбуждает каждый диод противофазно, по­этому составляющие промежуточной частоты совпадают по фазе в обмотках выходного трансформатора TV2, и выходное напряже­ние определяется их суммой. Заметим, что напряжение гетероди­на отсутствует не только в нагрузке, но и в ВЦ. Это особенно важно для РПрУ без УРЧ, где велика опасность излучения часто­ты гетеродина антенной.

Балансные смесители требуют меньшей мощности гетероди­на, обеспечивая более высокую помехоустойчивость. Если мощ­ность радиосигнала существенно меньше мощности гетеродина (режим малого сигнала), то выпрямленный ток определяется мощ­ностью гетеродина. Номинальная мощность гетеродина находится в пределах 0,5... 1 мВт, при которой выпрямленный ток равен 300...700 мкА. При таком токе шумы смесителя минимальны.

К основным свойствам балансных ПЧ относятся следующие:

1. компенсация синфазно действующих по промежуточной ча­стоте помех. Так, при синфазном воздействии напряжения гете­родина оно отсутствует в нагрузке, а значит, отсутствует его из­лучение. Кроме того, в нагрузке нет напряжения шумов гетероди­на, что особенно важно при отсутствии УРЧ в преселекторе;

2. компенсация четных гармоник в нагрузке, что приводит к уменьшению числа побочных каналов.

Кольцевые ПЧ

Наиболее совершенной является схема двойного балансного (кольцевого) ПЧ, показанная на рис.4.42,а.

                       

3. Рис.4.42 Кольцевой  пассивный ПЧ

 Ее упрощенный электромеханический аналог показан на рис.4.42,б, а работа ключей (диодов) во времени – на рис. 4.42,в,г. Исходя из модели и учитывая, что ключи Кл3 и Кл4 (VD3, VD4) осуществляют коммутацию полярности сигнала U₁(t), можно прийти к форме сигнала U₂(t) в данной схеме (рис.4.42,д).

Малосигнальный спектр S₂(f) кольцевого ПЧ проше всего определить, представив его структурную схему в виде двух балансных ПЧ (БПЧ) – рис.4.43,а. Подаваемые на них напряжения генераторов U_н1 и U_н2 отличаются сдвигом фаз на 180°, что вызывает поочередное открывание пар диодов VD1,VD2 и VD3,VD4. Схема вычитания отражает факт изменения полярности сигнала ключами Кл3 и Кл4 (VD3, VD4).

В результате

      (4.4)

Если допустить, что параметры обоих БПЧ идентичны, т.е. К_1i = К_2i,                  i = 1,2,…, то из (4.4) получим

                                                             (4.5)

 

             

Рис.4.43 Спектр на выходе кольцевого ПЧ

 

Из (4.5) следует, что спектр сигнала в сечении 2 – 2 содержит только комбинации сигнальной частоты F_с с нечетными гармониками несущей, остальные побочные продукты, в том числе канал прямого прохождения, подавляются за счет балансности схемы ПЧ. Следует отметить, что по сравнению с рассмотренными выше ПЧ, на выходе схемы кольцевого преобразователя напряжение основного продукта на частоте f_н ± F_с больше в 2 раза (на 6 дБ).