Назначение, структурная схема и принцип действия преобразователей частоты. Побочные каналы приема.
Преобразователь частоты служит для переноса спектра радиосигнала из одной области частот в другую без изменения характера модуляции. Т.е. процесс преобразования линеен относительно сигнала. Линейность по сигналу достигается малым уровнем входного сигнала, при котором любой участок нелинейной ВАХ ПЭ для сигнала можно считать линейным.
Напряжения на входе и выходе ПрЧ при амплитудной модуляции и амплитудные спектры:
Структурная схема:
П
Э
– преобразовательный элемент (активный
или пассивный элемент с нелинейной ВАХ,
крутизна которой в разных точках различна
и меняется при изменении режима работы
Ф – фильтр
Г – гетеродин
Назначение гетеродина: периодически с частотой fг изменять параметры ПЭ для напряжения сигнала за счет изменения режима работы.
Пример с квадратичной ВАХ на рисунке. На входе ПЭ сумма сигнала и гетеродина, причем Uc<<Uг, а также некоторое начальное смещение Есм.
При uг=Uг*cosωгt и линейной зависимости крутизны S(Uвх):
S(t)=S0+S1* cosωгt
Пусть на входе ПЭ uc(t)=Uc*cos(ωct+φc), тогда
В общем случае нелинейной крутизны добавились также составляющие с частотами k*ωc±ωc. Из всех составляющих полезная (и выделяемая фильтром), только одна, чаще всего с разностной частотой:
Согласно этой формуле, амплитуда полезной составляющей выходного тока пропорциональная амплитуде сигнала Uс, а фаза соответствует фазе исходного сигнала φc, то есть при преобразовании законы модуляции, амплитуды и фазы сохраняются.
Все остальные каналы приема – побочные:
Канал прямого прохождения, когда fс = fпр (первое слагаемое i2)
Комбинационные каналы приема (если ВАХ не квадратична)
АЧХ преобразователя частоты:
Коэффициенты передачи ПрЧ по разным каналам приема (единое выражение): К0 = m1m2SпрRэ, где Sпр=Sk/2 k=1,2,3.. и Sпр=0 при k=0
Частотная характеристика преобразователя частоты.
Частотная характеристика преобразователя частоты - это зависимость коэффициента передачи от входной частоты при частоте гетеродина = const. Фильтр должен быть настроен на промежуточную частоту, а частота сигнала меняется в широких пределах.
К - канал прямого прохождения, определяется постоянной составляющей S0.
fc = kfг±fпр
ЧХ имеет несколько подъёмов. Форма ЧХ зависит от вида фильтра. В случае одиночного контура АХ закруглённая. Уровень основного канала и зеркального определяются первой гармоникой крутизны.
К0 = m1m2S0Rэ
К01 = m1m2(S1/2)Кэ
K0k = m1m2(Sk/2)Rэ
m1,m2 - коэффициенты включения
Rэ - сопротивление, смещающее напряжение
Для определения резонансного коэффициента передачи на разных каналах вводят понятие крутизны преобразования:
K0 = m1m2SпрRэ
Смещение на преобразовательном элементе и апмлитуду гетеродина выбирают так, чтобы усиление по наименьшему было наибольшим, а по наибольшему - наименьшим.
Sпр = Sk/2
Режим работы преобразователя должен быть линейным, иначе возникают дополнительные каналы приёма.
Подбирать оптимальный режим работы можно меняя смещение, амплитуду гетеродина и режим его работы
15. Амплитудные детекторы. Определение, назначение и основные характеристики.
В
ременная
трактовка принципа работы амплитудного
детектора.
С
пектральная
трактовка принципа работы амплитудного
детектора.
И
скажения
при детектировании АМ колебаний.
Определение, назначение и принцип действия частотных детекторов
Частотным детектором называется устройство, выходное напряжение которого определяется отклонением мгновенной частоты сигнала от номинального значения. • Выходное напряжение детектора определяется его детекторной характеристикой Uв=F(∆f)
где Δf = f с - fном .
Определение – ЧД называется устройство, выполняющую одну из 2–х функций:
– преобразования ВЧ напряжения, модулированного по частоте в НЧ напряжение, изменяющееся по закону модуляции;
– преобразования отклонения несущей частоты сигнала от её номинального значения в постоянное напряжение, величина и знак которого характеризуют величину и знак этого отклонения.
1–ю функцию выполняют Ч демодуляторы они входят в состав УПиОС ЧМ сигналов.
2–ю функцию выполняют Ч дискриминаторы – они входят в системы АПЧ и вырабатывают управляющее напряжение.
Классификация: по виду преобразования сигнала ЧД подразделяются на
– частотноамплитудные – происходит преобразование изменения частоты в изменения амплитуды с последующим детектированием в АД4
– частотнофазовые – происходит преобразование отклонения частоты в отклонения между векторами основного и вспомогательного напряжения с последующим детектированием в ФД;
– частотноимпульсные – преобразуют ЧМ сигнал в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна отклонению входной частоты от среднего значения. НЧ напряжение, пропорциональное числу импульсов в единицу времени можно получить с помощью счетчиков импульсов;
– автокорреляционные ЧД;
– ЧД на основе ФАП (синхронные фазовые детекторы);
– Цифровые ЧД.
Основные параметры:
частотная или детекторная характеристика – зависимость выходного напряжения от частоты
Здесь ω0 – переходная частота ЧД. Параметры, описывающие характеристику: крутизна (1) и раствор Пчд – интервал частот, лежащий между горбами частотной характеристики (приближенно можно считать Пчд=(2). Рабочий участок находится между горбами.
Требования к детекторной характеристике ЧД:
– раствор Пчд должен соответствовать диапазону частот отклонений, которые возможны для данного сигнала в данном приемнике;
– в пределах Пчд детекторная характеристика д.б. возможно более линейной;
– при заданных Пчд и f0 крутизна Sчд д.б. возможно большей;
– переходная частота f0 д.б. достаточно стабильной.
В случае ЧД демодулятора наиболее важным является линейность характеристики внутри Пчд (мин. Искажения) при большем растворе – большем максимальной девиации частоты. Требования к крутизне и стабильности частоты могут быть ослаблены.
В случае ЧД дискриминатора наиболее важно требование стабильности частоты, т.к. в системах АПЧ нестабильность частоты будет перенесена на подстраиваемые частоты, а также важно симметрия характеристики относительно f0 и большей крутизне, т.к. вблизи нуля нестабильность УПТ велика.