Устройства приема и обработки сигналов.-2

112

Из (3.99) следует, что, кроме основного, смеситель характеризуется дополнительными каналами приема. Первый из них называется каналом прямого прохождения, второй зеркальным. Третий опасен при слабой избирательности преселектора, так как отстоит от частоты основного канала на величину fпр /2.

Для обеспечения квазилинейного режима работы смесителя

необходимо условие Uс < Uгет/20 при Uс <(40–100) мВ, где Uс и Uгет. – амплитуды напряжений сигнала и гетеродина на входе сме-

сителя. В квазилинейном режиме n=1, а коэффициенты передачи смесителя, равные отношению напряжения промежуточной частоты к входным напряжениям с частотами

Поскольку Uгет. >>Uс, то шестиполюсник можно преобразовать в 4-х полюсник, активная проводимость которого меняется с частотой гетеродина. В этом случае выходной ток зависит от напряжений сигнала, гетеродина и промежуточной частоты

iВЫХ. f uС ,uГ ,uПР. .

Данная зависимость определяется статической характеристикой управляемой проводимости. Если все напряжения являются гармоническими, то выходной ток будет содержать различные комбинационные частоты, которые выделяются селективными нагрузками (контуром) смесителя. В случае если выходной контур смесителя настроен на разность частот гетеродина и сигнала, то на выходе смесителя будут меняться токи промежуточной частоты.

где Sпр, Gi пр. – крутизна и проводимость смесителя в режиме прямого преобразования;

Sобр. и Gвх0 – крутизна и проводимость смесителя в режиме обратного преобразования (диодного типа).

Уравнения (3.101) и (3.102) описывают процессы, происходящие в преобразователе частоты (рис. 3.26). Крутизна преобра-

Коэффициент передачи смесителя зависит от амплитуд гармоник Sm крутизны нелинейного элемента S(t), меняющихся во времени под действием напряжения гетеродина. Согласно общей теории преобразования частоты, крутизна преобразования через m-ю гармонику гетеродина

Крутизну Sm можно найти как коэффициенты тригонометрического ряда Фурье, аппроксимирующего временную зависимость S(t):

n 1

где S0 – постоянная составляющая крутизны.

При uгет =Uгет cos( гет t) функция S(t) – четная. Поэтому в безынерционном смесителе при линейно-ломанной вольтамперной

характеристике (ВАХ) с крутизной S и углом отсечки эмиттерного тока

114

Коэффициент передачи преобразователя – отношение выходного напряжения промежуточной частоты к напряжению входного сигнала:

где gн проводимость нагрузки, знак минус – фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением, равный . В транзисторных преобразователях, где Gmпр. << gн, для полосового фильтра на выходе смесителя с параметром связи , коэффициент передачи:

где gс – проводимость источника сигнала.

Входная проводимость смесителя определяется выражением

Если обратное преобразование отсутствует, то:

115

Gвх.пр Gвх.0 ; Gвых.пр Gmпр . (3.113)

Смесители преобразователей частоты выполняются на активных и пассивных нелинейных приборах, лампах, транзисторах, диодах, варикапах и т.д. Коэффициент преобразования на пассивных элементах меньше единицы, на активных составляет

0…6 дБ.

3.3.2 Шумовые свойства преобразователей частоты Коэффициент шума преобразователя на усилительных эле-

где Uш2 . пр – средний квадрат напряжения собственных шумов на

выходе преобразователя;

Pш0 – мощность шума, поступающего на вход от источника

сигнала.

Коэффициент шума преобразователя частоты в 1,5…2 раза больше, чем усилительного каскада на том же усилительном элементе. Это объясняется тем, что в режиме преобразования коэффициент передачи транзистора по мощности меньше, чем в режиме усиления.

Шумовые свойства преобразователей зависят не только от шумовых свойств нелинейного элемента, но и от вклада шумов, определяемого зеркальным каналом. В радиоприемных устройствах шумы по зеркальному каналу подавляются избирательными цепями преселектора. В радиоприемных устройствах, предназначенных для приема радиосигналов, где избирательность по зеркальному каналу не может быть обеспечена, для уменьшения влияния шумов применяют преобразователи с фазовым их подавлением (рис. 3.27).

Напряжение сигнала подводится к входам преобразователей П1 и П2 в фазе, а напряжение гетеродина – со сдвигом /2, осуществляемые в фазовращателях 1 и 2 (рис. 3.27). После

116

дополнительного сдвига сигналы суммируются на сумматоре. Напряжения промежуточной частоты из основного канала, имея одинаковые фазы, суммируются и удваиваются, а напряжения промежуточной частоты из зеркального канала, будучи в противофазе, уничтожаются. Ослабление шумов зеркального канала по данной структурной схеме составляет примерно 20 дБ, что дает преимущество при ее использовании в радиоприемных устройствах ВЧ- и СВЧ-диапазона длин волн.

П1

-

2

П2

Рис. 3.27 Структурная схема преобразователя частоты с фазовым подавлением шумов зеркального канала

Всовременных радиоприемных устройства СВЧ-диапазона используются малошумящие СВЧ полевые транзисторы ПТШ.

3.3.3Особенности построения гетеродинов в преобразователях частоты диапазонных устройств приема и обработки сигналов

Ввысококачественных приемниках гетеродин выполняется на отдельном транзисторе, в приемниках более низких классов на общем со смесителем активном элементе. Для гетеродина может быть использована любая схема генератора с самовозбуждением. Для нормальной работы диапазонного супергетеродинного приемника необходимо условие обеспечения постоянства промежу-

118

Частоты точного сопряжения целесообразно выбирать на середине диапазона и вблизи от крайних точек, но не равными fc min и fc max, чтобы уменьшить погрешность сопряжения. Абсолютная погрешность сопряжения определяется выражением

f fГ fГ.Н fГ fС fПР .

При этом следует иметь в виду, что фильтры УПЧ обладают более острой АЧХ, чем преселектор, а приемник настраивают по максимуму напряжения на детекторе, т.е. на fПР fГ fС , рас-

строенными оказываются контуры преселектора. Поэтому погрешность сопряжения определяет расстройку не гетеродина, а преселектора относительно принимаемого сигнала.

3.4Детекторы устройств приема и обработки сигналов

3.4.1Общие сведения и структура детекторов радиосигналов

Детектором радиосигналов называют часть радиоприемного устройства, позволяющего выделить огибающую (полезную информацию) несущей радиосигнала. Детектор служит для выделения выходного напряжения (детектирование), повторяющего закон модуляции входного радиосигнала. Операция детектирования может быть выполнена на основе применения нелинейного элемента или при использовании цепей с периодически изменяемыми параметрами (синхронный детектор) (рис. 3.30).

Рис. 3.30 Обобщенная схема детектора радиосигналов

Детекторы радиосигналов классифицируются по следующим признакам:

 по основному назначению;

119

по виду модуляции несущей радиосигнала;

по схемотехнической реализации;

по типу используемого нелинейного элемента;

по числу нелинейных элементов;

по способу детектирования;

по конструктивному оформлению.

По основному назначению различают детекторы: дифференциальные, выделяющие переменную составляющую огибающей радиосигнала, и интегральные, выделяющие усредненное значение уровня сигнала. Первые предназначены для выделения полезной информации, вторые для формирования сигналов управления автоматическими устройствами.

По виду модуляции несущей радиосигнала различают детек-

торы, предназначенные для детектирования: амплитудномодулированного, частотно-модулированного, фазомодулированного, радиоимпульсного, однополосного и комбинированного и др.

По схемотехнической реализации различают детекторы в за-

висимости от способа детектирования нелинейным элементом (эмиттерный, коллекторный, последовательный, параллельный, мостовая и т.д.).

По типу используемого нелинейного элемента. В качестве нелинейного элемента используют диоды, варикапы, вариконды, биполярные и полевые транзисторы, электровакуумные приборы и др.

По способу детектирования различают детекторы с прямым и косвенным детектированием. При прямом детектировании производится процесс выделения огибающей сигнала без предварительной обработки. При косвенном детектировании процесс проводится путем предварительного преобразования одного вида модуляции в другой с последующим выделением огибающей сигнала. Примером могут служить детекторы с угловой модуляцией.

По конструктивному оформлению входной цепи различают детекторы с сосредоточенными и распределенными параметрами.