11.3 Частотная характеристика преобразователя
Под АЧХ преобразователя частоты понимают зависимость его коэффициента передачи от частоты входного сигнала при фиксированной частоте гетеродина; частота сигнала изменяется в широких пределах.
Пусть
в качестве фильтра преобразователя
используется одиночный резонансный
контур, настроенный на частоту
(рисунок 11.5).
Рисунок 11.5 Эквивалентная схема ПЧ
С изменением при фиксированном значении промежуточная частота меняется.
Рисунок
11.6 Графические зависимости
Графические
зависимости
,
построенные согласно (7.7), показаны на
рисунке 11.6,а. При
;
при
и т.д.
Таким
образом, различным значениям
соответствуют различные значения
,
причем значение
зависит от номера гармоники крутизны,
на которой происходит преобразование
частоты. Напряжение на выходном контуре
преобразователя появится только при
выполнении условия резонанса, т.е. при
.
Согласно
рисунок6а, условие резонанса
выполняется не на одной частоте сигнала,
а на нескольких частотах
;
следовательно, АЧХ преобразователя
имеет несколько подъемов. Каждому
подъему соответствует определенная
полоса пропускания, через которую на
выход приемника могут проходить
составляющие спектра сигнала и помех.
Такие полосы пропускания называют
каналами приема. Каждый канал
соответствует своей частоте сигнала.
АЧХ преобразователя показана на
рисунок60б, форма АЧХ каждого канала
зависит от вида фильтра ПЧ.
11.4 Диодные преобразователи частоты
В большинстве приемников сверхвысоких частот в качестве ПЭ преобразователей частоты используют кристаллические диоды, обладающие малым временем пролета электронов (малой инерционностью) и сравнительно малыми шумами.
Недостаток диодных преобразователей – отсутствие усилительных свойств.
Такие преобразователи частоты применяют и в профессиональных РПУ декаметрового диапазона.
На рисунке 11.7 показана схема диодного ПЧ.
Рисунок 11.7 Схема диодного ПЧ
Фильтр
настроен на частоту
.
Частичное подключение диода к входному
и выходному контурам снижает шунтирующее
действие на них сопротивления диода.
В
реальных конструкциях диодных ПЧ СВЧ
входной контур выполняют в виде отрезков
полосковых или коаксиальных линий, а
также в виде объемных резонаторов. В
некоторых преобразователях предусматривают
источник напряжения смещения
,
оптимизирующий рабочий участок ВАХ
диода.
Рисунок
11.8 Диаграммы изменения тока диода
и крутизны
На
рисунке 11.8 представлена типовая ВАХ
диода; рабочую точку выбирают обычно в
начале координат (в рассматриваемом
случае напряжение
).
Согласно рисунок61 напряжение на диоде
при
.
Поскольку
,
можно считать, что
.
По ВАХ диода, учитывая
,
можно построить зависимость
.
С
повышением амплитуды
увеличивается
,
а следовательно, и коэффициент передачи
преобразователя частоты. Поэтому
выбирают по возможности большим, но не
выше допустимого напряжения пробоя
диода. Под действием
периодически меняются параметры диода.
Определим эквивалентные параметры преобразования для ПЧ с идеальным диодом, имеющим следующую ВАХ (рисунок 11.9) .
Согласно
рисунка 11.9, ток диода
и крутизна
меняются во времени под действием
напряжения гетеродина с частотой
;
ток диода имеет вид косинусоидальных
импульсов с
и шириной
,
а крутизна – прямоугольных импульсов
высотой
и шириной
(
- угол отсечки).
Рисунок 11.9 ВАХ диодного ПЧ
Постоянная составляющая тока диода
Следовательно,
составляющая
пропорциональна амплитуде гетеродина
.
Учитывая, что измерить амплитуду
в СВЧ–диапазоне трудно, производят
косвенную оценку
по значению
.
Постоянная составляющая крутизны
,
амплитуда k-й гармоники крутизны
.
В
диодном ПЧ (рисунок61) входные и выходные
токи и напряжения диода одни и те же,
поэтому для диода
,
а
(условие симметрии схемы).
Тогда
для определения эквивалентных параметров
диодного ПЧ достаточно знать
и
.
Крутизна преобразователя по k-й
гармонике диодного ПЧ
,
внутренняя проводимость
,
внутренний коэффициент усиления
.
Схема диодного ПЧ взаимная, поэтому параметры прямого и обратного преобразования равны между собой:
.
Зная эквивалентные параметры диодного преобразователя, его расчет производят по формулам усилителя, в которых усилительные параметры заменяют на преобразовательные.
Шумовые
свойства диодного ПЧ оценивают с помощью
относительной шумовой температуры
.
Относительная
шумовая температура показывает, во
сколько раз нужно увеличить температуру
выходного сопротивления по сравнению
с комнатной температурой
,
чтобы оно отдавало в нагрузку такую же
мощность, что и реальный преобразователь.