Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
125
Добавлен:
26.05.2014
Размер:
226.82 Кб
Скачать

4.3 ПОБОЧНЫЕ КАНАЛЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

Частота выходного напряжения преобразователя частоты (ПЧ) отличается от частоты входного сигнала fС = kfГ fпр в зависимости от номера гармоники частоты гетеродина (рис.4.5) – в этом принципиальное отличие ПЧ от резонансного усилителя.

Р ис. 4.5 – Побочные каналы

На промежуточной частоте fпр ПЧ представляет собой резонансный усилитель с крутизной S0 = . Это канал прямого прохождения сигнала (7.1).

Преобразование на первой гармонике частоты гетеродина fg = fГ пропорционально крутизне S1 = на частотах входного сигнала fc = fg fпр.

Преобразование на второй гармонике частоты гетеродина 2fg пропорционально крутизне S2 на частотах входного сигнала fc = 2fg fпр и т.д.

Следовательно, частотная характеристика ПЧ имеет несколько максимумов – рис.4.5. Чем выше порядок преобразования, тем меньше крутизна и, значит, коэффициент усиления.

Частоты побочных каналов приема fп = (mfГ fпр)/n.

Зеркальный (симметричный) канал – помеха на частоте:

fп = fзк = fГ + fпр = fС + 2fпр – при “верхней” настройке;

fп = fзк = fГ fпр = fС – 2fпр – при “нижней” настройке.

В полосу прозрачности фильтра ПЧ попадают продукты преобразования всех каналов. Один из этих каналов основной, остальные – пробочные, мешающие. Частота зеркального канала fЗК отличается от частоты основного канала fС на 2fпр, т.е. fЗК = fС 2fпр. Усиление преобразователя по основному и зеркальному каналам одинаковое.

Побочные каналы подавляются в пре-селекторе. Подавление зеркального канала тем легче, чем выше промежуточная частота. Высокую избирательность по соседнему каналу и устойчивое усиление легче получить при низкой промежуточной частоте. Для разрешения этого противоречия применяют двойное или тройное преобразование частоты.

Схема с двойным преобразованием частоты содержит два гетеродина – рис.4.6. Принимаемый сигнал с частотой fС последовательно пре­образуется в первом и втором преобразователях частоты.

Рис. 4.6 – Двойное преобразование частоты

Отно­сительно высокая первая промежуточная частота позволяет осу­ществить необходимое ослабление зеркального канала в преселекторе фильтром Ф1. Преобразованный сигнал на частоте fПР1 выделяется фильтром Ф2 в тракте первой промежуточной частоты и затем еще раз понижается преобразователем ПЧ2. Сравнитель­но низкая вторая промежуточная частота fПР2 облегчает формирова­ние требуемой резонансной характеристики и полосы пропускания тракта вторая промежуточной частоты fПР2 фильтром Ф3.

Особенность двойного преобразования состоит в появлении вто­рого зеркального канала fЗК2 = fС 2fпр2, отстоящего от fпр1 на 2fпр2 и расположенного симметрично относительно частоты второго ге­теродина – рис.4.7. В пре-селекторе второй зеркальный канал существенно не ослабляется, так как вторая промежуточная час­тота fпр2 относительно низка и частота помехи fЗК2 достаточно близка к частоте принимаемого сигнала.

Рис. 4.7 – Частотные характеристики трактов

На выходе первого преобразователя ПЧ1 частота fЗК2 преобразуется в частоту

fЗКпр = fГ1 fЗК2 = fГ1 (fС 2fпр2),

которая должна быть подавлена в тракте первой промежуточной частоты фильтром Ф2 – в этом состоит основное назначение фильтра.

В инфрадинах применяется преобразование часто­ты, при котором первая промежуточная частота fпр1 выбирается выше максимальной частоты сигнала. Во втором преобразователе fпр1 преобразуется в fпр2 и выделяется фильтром Ф2. Второй зер­кальный канал подавляется в фильтре Ф2. Так как первая промежуточная частота fпр1 высокая, то для понижения ее до требуемого значения одного пре­образователя ПЧ2 может оказаться недостаточно, поэтому в инфрадине может потребоваться третий ПЧ, не показанный на рис. 4.6. Соответственно добавится третий зеркальный канал, по­давление которого должен обеспечить фильтр Ф3.

Преимущество инфрадина состоит в упрощении преселектора (фильтра Ф1). В приемнике с переменной настройкой в широком диапазоне частот этот фильтр нежелателен, так как он требует плавной настройки в поддиапазоне и переключения катушек для смены поддиапазонов. Механический переключатель сложен в производстве, ненадежен, не допускает миниатюризацию. Сенсор­ные переключатели также сложны и недостаточно надежны.

При fпр1 > fCmax побочный канал приема на промежуточной частоте на­ходится вне диапазона частот приемника. За верхней границей этого диапазона на­ходится частота зеркального канала – при fГ1 = fС + fПР1 она лежит в пределах от fСmin + 2fПР1 до fCmax + 2fПР1. Это позволяет использовать в качестве фильтра Ф1 не перестраи­ваемый ФНЧ, пропускающий на вход ПЧ1 весь спектр с частота­ми ниже fCmax.

Еще одно важное преимущество инфрадина состоит в значи­тельном уменьшении коэффициента перекрытия по частоте пер­вого гетеродина, что позволяет исключить переключение поддиапазонов первого гетеродина и, следовательно, упростить конструк­цию. Отсутствие переключателей поддиапазонов существенно уменьшает время настройки приемника на принимаемую частоту, что важно в автоматизированных и адаптивых системах связи. Однако, при использовании широкополосных преселекторов резко возрастают требования к линейности усилительно-преобразовательного тракта (УТ), что необходимо для уменьшения нелинейного взаимодействия сигнала с помехами.

Частотная характеристика ПЧ, приведенная на рис. 4.5, имеет место при малых уровнях входного сигнала, когда нелинейность по сигналу не проявляется. При больших уровнях входного сиг­нала нелинейность смесителя по отношению к сигналу приводит к увеличению числа побочных каналов приема. В этом случае промежуточная частота образуется в виде комбинации fпр = kfГ nfС, где k и n = 1, 2, ... – целые числа. При n = 1 имеет место линейное по сигна­лу преобразование частоты. Частоты побочных каналов приема определяются формулой f = kfГ/n ± fПР/n. Например, при k = n = 2 создаются два побочных канала так называемой «полузеркальной» частоты

fПЗ = fГ ± 0,5fПР = fС 0,5fПР.

Они образуются при прямом преобразовании по вторым гармоникам |2fПЗ 2fГ| = fПР. Полузер­кальный канал fПЗ = fГ + 0,5fПР при fГ > fС или fПЗ = fГ 0,5fПР при fГ < fС очень близок к частоте сигнала fС, в 4 раза ближе зеркального канала и его очень трудно отфильтровать. Из-за дополнительных побочных каналов появляются интерференционные искажения в виде свистов не только на промежу­точной частоте, но и на гармониках и субгармониках промежу­точной частоты fПР, а также на частотах, отстоящих от fГ на ±0,5fПР, ± fПР / 3 и т. д.

4.4 ШУМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Преобразователь – один из первых каскадов приемни­ка, поэтому его шумы существенно влияют на общий коэф­фициент шума и, следовательно, на реальную чувствительность РПрУ. Причины шумов преобразователя те же, что и в других каскадах – они обусловлены свойствами электронных приборов.

Если избирательность преселектора на частотах побочных ка­налов недостаточно велика, то части спектра, совпадающие с по­бочными каналами, после преобразования попадут в полосу про­пускания тракта промежуточной частоты и общий шум па выходе возрастет. Это повышение уровня шума можно оценить эквива­лентным увеличением эффективной шумовой полосы приемника. Основное влияние на увеличение шума оказывает зеркальный ка­нал, но если избирательность по зеркальному каналу не менее 10 дБ, то его влиянием можно пренебречь. При расчетах часто полагают, что коэффициент шума транзисторных ПЧ в 1,5...2 ра­за превышает коэффициент шума усилительных каскадов, рабо­тающих на тех же транзисторах. Современные транзисторные пре­образователи СВЧ имеют шумовую температуру порядка 1000...1500 К.

В диодном ПЧ флуктуационные процессы вызываются теми же причинами, что и в транзисторных ПЧ, но вследствие взаимно­сти преобразовательного элемента они приобретают более слож­ный характер. Шумовой ток диода содержит небольшую тепловую составляющую, но в основном определяется дробовыми флуктуа­циями носителей через р-п-переход. Этот ток создает напряжение во входной цепи и выходной цепи смесителя. Кроме того, входная и выходная цепи имеют компоненты токов тепловых шумов, сред­ний квадрат которых соответствует формуле

= 4kTПшGЭ,

где GЭ – эквивалентная резонансная проводимость входного или выходного контура.

Генератор шумового тока учитывает шумы, наведенные в ВЦ, а также тепловые шумы. Средний квадрат этого тока определяется относительной шумовой температурой

tш = Tш/T0,

которая показывает, во сколько раз температура нагрева Т проводи­мости G11 должна быть больше нормальной температуры T0 = 293 К (20 °С), чтобы генератор тока IшВХ создавал шумы, экви­валентные тем, которые наводятся в ВЦ.

Шум ВЦ в ре­зультате прямого преобразования создает напряжение промежуточной частоты на выходе, добавляясь к выходным шумам конту­ра и диода. Этот шум вследствие обратного преобразования пере­носится в полосу частот сигнала и создает соответствующее на­пряжение на входном контуре, которое затем в результате прямо­го преобразования переносится обратно в полосу пропускания УПЧ, что увеличивает шумы диодного преобразователя.

Помимо рассмотренных в преобразователях СВЧ существуют шумы гетеродина, имеющие широкий спектр. Мешающее действие оказывают составляющие вблизи частоты сигнала и зеркального канала, которые в результате преобразования попадают в полосу пропускания тракта промежуточной частоты. На сантиметровых и миллиметровых волнах шумы гетеродина могут приводить к уве­личению коэффициента шума преобразователя в 2 и более раз. Эффективной мерой уменьшения шумов гетеродина является при­менение балансных ПЧ.

Коэффициент шума линейного тракта приемника с преобразо­вателем можно определить по формуле (1.7), в которой под Ш1, Ш2 и Ш3 следует понимать коэффициенты шума соответственно преселектора (ШПРС), ПЧ (ШПЧ) и УПЧ (ШУПЧ):

ШПР = ШПРС + [ШПЧ  1+ (ШУПЧ – 1) /KPПЧ] / KPПРС,

где KPПРС – коэффициент передачи мощности преселектора; KPПЧ – коэффициент передачи мощности ПЧ.

Если преселектор состоит только из ВЦ без УРЧ, то KPПРС < 1, – сильнее сказы­ваются шумы преобразователя. У диодных ПЧ KPПЧ < 1, поэтому на коэффициент шума приемника заметное влияние может оказать шум УПЧ. Его первые каскады должны быть малошумящими.

123

Соседние файлы в папке Глава4