2.2.4. Фазовый метод подавления зеркального канала приема

При фазовом методе подавления зеркального канала используется различие режимов преобразования сигнала основного и помехи зеркального каналов. При инвертирующем режиме преобразования сигнала основного канала ( , ) помеха зеркального канала подвергнется неинвертирующему преобразованию ( ).

В результате этого колебания промежуточной частоты приобретут различные фазовые сдвиги, что используется для компенсации сигнала промежуточной частоты, полученного от преобразования зеркального канала. На рис. 2.9 показан один из вариантов структурной схемы ПЧ с фазовым подавлением зеркального канала. Определим фазы токов промежуточной частоты основного и зеркального каналов. Учитывая, что сигналы основного и зеркального каналов подаются на смесители синфазно, а напряжения гетеродина – со сдвигом фаз на /2, для фаз токов промежуточной частоты основного и зеркального каналов в различных (1...4) точках

Рис. 2.9. ПЧ с фазовым подавлением зеркального канала

схемы можно записать: На входах сумматора после дополнительных фазовращателей в точках 3 и 4 получим: ; ; .

Токи промежуточной частоты основного канала складываются в сумматоре синфазно, а фазы токов промежуточной частоты зеркального канала на входах сумматора отличаются на , что обеспечивает при идентичности характеристик обоих каналов их взаимную компенсацию.

Подавление зеркального канала на частотах 1…10 ГГц при реализации ПЧ на микрополосковых линиях в реальных схемах составляет 20…30 дБ, а допустимый диапазон перестройки частоты входного сигнала может достигать 20 %. В качестве смесительных секций CM1 и CM2 обычно используются балансные ПЧ.

2.2.5. Шумы преобразователя частоты

Преобразователь частоты расположен в первых каскадах приемного устройства, поэтому уровень его шумов влияет на чувствительность приемного устройства. В ПЧ существуют 4 основные источника возникновения шумов:

1. Шумы преобразовательного элемента (смесителя).

2. Шумы преселектора.

3. Шумы выходных цепей, настроенных на промежуточную частоту.

4. Шумы гетеродина.

Шумы преобразовательного элемента (смесителя). В транзисторных ПЧ шум возникает вследствие флуктуаций потоков зарядов под действием приложенного электрического поля (дробовый шум) и хаотического движения носителей заряда (тепловой шум).

На вход транзисторного ПЧ от источника сигнала поступает шум с мощностью ; мощность собственных шумов ПЧ, выделяющаяся на нагрузке: . Полная мощность шумов на выходе ПЧ , где коэффициент передачи ПЧ по мощности. Коэффициент шума ПЧ . Для сравнения коэффициент шума транзистора в режиме усиления определяется аналогичным выражением , где – коэффициент усиления.

Различие коэффициентов шума транзистора в режимах усиления и преобразования связано с неодинаковостью коэффициентов усиления и преобразования. Коэффициент преобразования зависит от крутизны преобразования , которая при связана с первой гармоникой крутизны транзистора соотношением . В режиме усиления максимальное значение крутизны в 2 раза больше первой гармоники крутизны: . Тогда и коэффициент преобразования будет в 4 раза меньше коэффициента усиления. При использовании одного и того же транзистора коэффициент шума в режиме преобразования будет в 4 раза выше, чем в режиме усиления.

Коэффициент шума диодного ПЧ вычисляется так же, как и для транзисторного ПЧ. Общий коэффициент шума для ПЧ и последующего УПЧ , где – коэффициент шума УПЧ. Из последнего выражения следует, что при малом напряжении гетеродина , когда мал , большой вклад в общий коэффициент шума вносит УПЧ. При увеличении растет и уменьшается влияние , однако при дальнейшем росте возрастут дробовые шумы из-за увеличения тока диода, что приведет к росту Ш. Отсюда следует, что существует оптимальное напряжение гетеродина, минимизирующее общие шумы ПЧ и УПЧ.

Шумы преселектора это шумы, присутствующие в полосе частот сигнала, которые в результате прямого преобразования переносятся в полосу пропускания УПЧ. Поскольку полоса пропускания преселектора много больше полосы УПЧ, то этот шум можно аппроксимировать белым шумом. Если преселектор имеет плохую избирательность по частоте, то шумы в тракт ПЧ поступают как от основного канала приема, так и от всех побочных каналов (зеркального и др.). В результате возрастает общий уровень шума. Для уменьшения влияния шумов преселектора следует улучшать его частотную избирательность.

Шумы выходных цепей. На выходе ПЧ присутствует шум, который в результате обратного преобразования переносится в полосу частот сигнала и создает во входном контуре напряжение, которое затем в результате прямого преобразования переносится обратно в тракт промежуточной частоты. Поэтому шумы, присутствующие на входе и выходе ПЧ, участвуют в прямом и обратном преобразованиях и повышают общий уровень шумов в тракте ПЧ. Выходная и входная цепи ПЧ связаны друг с другом и создают больше шумов, чем если бы они были изолированными.

Шумы гетеродина. В спектре колебаний гетеродина кроме основной частоты из-за небольших флуктуаций фазы и амплитуды генерируемых колебаний присутствуют боковые полосы. Они по своим свойствам подобны флуктуационным шумам других узлов приемника и называются шумами гетеродина. Схематично, без соблюдения масштаба спектр колебаний гетеродина приведен на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Спектр шумов гетеродина

Уровень шумов гетеродина в 10³…10⁵ раз меньше амплитуды колебаний гетеродина, но соизмерим по уровню с входным сигналом. В результате прямого преобразования спектры шумов, расположенные около частот , переносятся на промежуточную частоту и тем самым повышают общий уровень шума.

Ширина спектра шумов гетеродина зависит от полосы пропускания резонансной цепи гетеродина и обычно увеличивается с ростом его частоты. При ГГц шумы гетеродина могут увеличивать коэффициент шума преобразователя в 2 и более раз. На более низких частотах из-за сужения спектра шумов или при больших значениях промежуточной частоты шумы гетеродина не попадают в полосу УПЧ и не повышают общий коэффициент шума.

Для предотвращения проникновения шумов в тракт промежуточной частоты следует использовать балансные схемы ПЧ.

Шевченко Майя Евгеньевна

Сарафов Борис Венцеславович

Прием и обработка сигналов

Учебное пособие

ЛР № 020617 от 24.06.98

Подписано в печать . . Формат 6084 ¹/₁₆. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 3.Уч.-изд.л. 3

Тираж 100 экз. Заказ

Издательство СПбГЭТУ “ЛЭТИ”