4.3. Простой преобразователь частоты

Входной контур L, C, настраивается на частоту близкую к частотам сигнала и гетеродина (f_c и f_г отличаются, как правило, на доли процента).

В контуре колебания сигнала будут складываться с колебаниями гетеродина u_c+u_г, при этом образуются биения. Протекающий через диод ток пропорционален квадрату приложенного напряжения, т.е.

где

Первое и второе слагаемое нас не интересуют. В результате перемножения двух гармонических сигналов получаем сумму гармоник на суммарной и разностной частоте. Для выделения сигнала разностной частоты предназначен фильтр L₂C₂.

Для уменьшения К_шс необходимо устанавливать оптимальную связь смесителя с гетеродином. Степень связи характеризуется величиной постоянной составляющей тока гетеродина I₀, протекающего через смеситель.

Графическая зависимость К_шс, _с и от величины тока I₀ представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Графическая зависимость К_шс, _с и от величины тока I₀

Из рисунка видно, что имеется оптимальное значение I_{0 опт}, при котором К_шс минимален. Для различных типов п/п диодов I_{0 опт} = 0,3  1 мА. Установка этой величины тока производится по миллиамперметру, включенному к выходному контуру смесителя. Наличие тока свидетельствует о работоспособности гетеродина и исправности диода.

Главным недостатком однотактных ПЧ является преобразование по основному и зеркальному каналам приема шумов гетеродина на промежуточную частоту. Это приводит к увеличению коэффициента шума. Поэтому такие преобразователи имеют К_ш =10  15 дБ.

4.4. 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