6.4. Перетворення і множення частоти

Перетворення частоти — це лінійне перенесення спектра радіосигналу з однієї області частот в іншу, як правило, більш низькочастотну. При цьому форма обвідної модульованого сигналу та його спектр не змінюються, а змінюється лише носійна частота. Здобута після перетворення частота називається проміжною. Вона залишається незмінною для всіх значень частоти сигналу тому, що в перетворенні частоти бере участь власний малопотужний генератор (гетеродин), частота якого змінюється синхронно зі зміною носійної радіочастоти. Радіоприймачі, в яких використовується перетворення радіочастоти на проміжну частоту, називаються супергетеродинними.

Перетворення частоти прийнятого сигналу на фіксовану проміжну частоту сприяє збільшенню чутливості та вибірних властивостей радіоприймача і забезпечує їх незмінність при перестроюванні в усьому діапазоні частот прийнятих сигналів. На відміну від розглянутих випадків модуляції та демодуляції співвідношення між частотою сигналу ω_с і частотою гетеродина ω_г тут буде одного порядку, причому таке, шо їх різниця завжди є сталою величиною при будь-яких змінах ω_с й ω_г. Умова ж (6.12) для напруг тут завжди виконується тому, що напруга сигналу має порядок 10⁶ ...10^-3В, а напруга гетеродина 0,1...0,3 В.

Отже, якщо вибрати частоту власного генератора ω_г = ω₁, і частоту прийнятого сигналу ω_с =ω₂ за умови, що частоти ω_г й ω_с одного порядку (рис. 6.13, а), то за допомогою резонансного фільтра, який настроєний на різницеву проміжну частоту ω_пр = ω_с - ω_г і має добротність

(6.27)

п ісля перетворення можна виділити струм однієї з комбінаційних частот (рис. 6.13, б), наведених у (6.7), а саме: i_пр = а₂ U_тc U_тг соs(ω_г - ω_с.)t

Рис. 6.13. Діаграми спектрів сигналів на вході (а) і виході (б) перетворювача радіочастот

Перетворення частоти можна здійснити в схемі амплітудного модулятора, якщо змінити співвідношення між частотами. В практичних схемах для збільшення його вибірності навантаження виконують у вигляді пари зв'язаних контурів або іншого фільтра зосередженої селекції (ФЗС). Іноді гетеродин та перетворювач будують на одному й тому самому транзисторі, але перетворювач частоти з окремим гетеродином забезпечує кращу стабільність і простіше налагоджується.

У сучасній апаратурі використовують мікросхеми (наприклад, інтегральну мікросхему К2ЖА242), на яких будують перетворювачі частоти приєднанням лише відповідних зовнішніх контурів сигналу, гетеродина та проміжної частоти.

Множення частоти застосовується переважно тоді, коли треба мати спільний стабільний генератор і кілька жорстко синхронізованих з ним джерел сигналу, а також тоді, коли високу стабільність частоти сигналу можна забезпечити лише при відносно низьких частотах. На відміну від перетворення множення частоти завжди передбачає здобуття сигналу, частота якого в кілька разів перевищує частоту вхідного сигналу.

Рис. 6.14. Діаграми спектрів сигналів на вході (а) і виході (б) помножувача частоти

Множення частоти можна розглядати як нелінійне перетворення двох сигналів однакової частоти ω_с. Для множення можна використати резонансний підсилювач, що працює в нелінійному режимі, а як навантаження має резонансний фільтр, настроєний на частоту ω₀ =nω_с, де п — коефіцієнт множення частоти (будь-яке ціле число). Рис. 6.14 ілюструє приклад, коли n = 3.

Оптимальний вибір коефіцієнта множення частоти залежить від положення РТ, тому що максимальні значення коефіцієнтів функції Беселя залежать від кутів відсікання струму θ транзистора.