Двойное преобразование частоты

Ослабление помех зеркального канала тем легче выполнить, чем больше разнесение частот зеркального и основного каналов, т.е. чем вышеf_пр. В то же время получить высокую селективность по соседнему каналу и устойчивое усиление легче при более низкой промежуточной частоте. Чтобы преодолеть это противоречие, часто используют двойное или даже тройное преобразование частоты. Схема двойного преобразования частоты имеет вид.

Если требуется уменьшить частоту в сотни и более раз, то частота понижается не сразу в один этап до нужного значения, а в два этапа. Сначала в первом преобразователе она понижается в 1020 раз, при этом f_з1 будет отличаться от f_е на 20..10, что позволит существенно ослабить зеркальные помехи фильтром Ф1. Фильтр Ф2 выделяет f_пр1 на выходе первого преобразователя. Фильтр Ф3 настроен на вторую промежуточную частоту.

Особенностью двойного преобразования является появление второго зеркального канала во втором преобразователе. Если во втором ПЧ происходит преобразование вида , то такая жеf_пр2 получится при . Частота второго зеркального канала отличается от частотына, что в десятки раз меньше, чем отличие частоты первого зеркального канала. Эта помеха будет существенно ослаблена в фильтре Ф2 (его полоса может быть получена 12 f_пр, то есть существенно уже чем полоса первого фильтра).

По такой же схеме (рис. 4.2) может быть построен совершенно другой вариант двойного преобразования частоты. В данном случае первая промежуточная частота f_пр1 выбирается не ниже f_c а выше ее максимального значения. Приемник с повышением частоты называется инфрадинным (или сокращенно инфрадином). Далее f_пр1 в ПЧ2 преобразуется в низкую промежуточную частоту f_пр2 и выделяется фильтром Ф3. Фильтр Ф2 также необходим для подавления второго зеркального канала.

Преимущество инфрадина состоит в упрощении фильтра Ф1. В приемнике с большим диапазоном плавной перестройки этот фильтр нежелателен, т.к. он требует плавной перестройки в диапазонах и значительное число переключаемых катушек для смены поддиапазонов. Механический переключатель очень ненадежен и громоздкий.

При f_пр1> f_{c max} побочный канал приема на промежуточной частоте находится вне диапазона частот приемника. За верхней частотой этого диапазона расположена и частота зеркального канала. Это позволяет использовать в качестве фильтра Ф1 неперестраеваемый фильтр нижних частот, который пропускает на вход ПЧ1 весь спектр частот ниже f_max. Еще одно преимущество инфрадина – коэффициент перекрытия по частоте гетеродина значительно уменьшается.

Типы преобразователей частоты

Элементами с нелинейными характеристиками в преобразователях служат преимущественно транзисторы и диоды. Основное различие между транзисторными и диодными преобразователями состоит в том, что транзистор является невзаимным элементом, т.е. влияние входного напряжения на выходной ток у него отличается от влияния напряжения в цепи входного электрода на ток во входной цепи. Ток в диоде – общий для входа и выхода и влияние обоих напряжений на этот ток одинаково, т.е. цепь с диодом принадлежит к классу взаимных цепей.

Транзистор, туннельный диод и емкостной диод (варикап, варактор) при определенных условиях могут усиливать радиосигналы, поэтому на них можно построить активные преобразователи, в которых одновременно с преобразованием реализуется и усиление. Выпрямительный диод ослабляет сигнал, преобразователь на его основе является пассивным.

Гетеродины в приемниках строятся на усилительных элементах. Гетеродин может быть как отдельным устройством, так и совмещенным со смесителем – в этом случае преобразователь называют генерирующим или автодинным. Поскольку оптимальные режимы работы усилительных элементов для гетеродина и смесителя не одинаковы, более распространены преобразователи с отдельным гетеродином.

Рассмотрим диодный преобразователь.

Источники сигнала U_c и гетеродина (U_г) включены с диодом в одну цепь и в этой же цепи формируется напряжение промежуточной частоты U_пр, f_пр.

Источником сигнала для преобразователя является колебательный контур ВЦ или УРЧ настроенный на частоту сигнала f_с. Поэтому, несмотря на то, что ток усилительного каскада УРЧ в общем случае имеет сложную форму (множество гармоник) и ток через диод преобразователя тоже имеет сложную форму, напряжение сигнала на входном контуре или контуре УРЧ будет определяться практически первой гармоникой сигнала т.е. будет иметь практически синусоидальную форму (квазигармоническое напряжение), амплитуда и фаза которого изменяется сравнительно медленно соответственно закону модуляции сигнала.

Гетеродин тоже содержит резонансную цепь, настроенную на частоту f_г, поэтому напряжение U_г будем также считать синусоидальным.

Аналогично и напряжение U_пр промежуточной частоты, которое выделяется в выходном контуре преобразователя также будем считать квазигармоническим.

Приведем схемы транзисторных (невзаимных) преобразователей (смесителей).

Аналогично могут быть выполнены преобразователи на полевых транзисторах и лампах.

а) – Источник сигнала и гетеродин включаются в цепь базы смесительного транзистора.

б) – для уменьшения связи источника сигнала с гетеродином последний включен в цепь эмиттера.

Для большего ослабления этой связи напряжения часто подаются на разные электроды, например, полевого двухзатворного транзистора или используют последовательное соединение двух транзисторов.

Приведем пример схемы автодинного преобразователя.

Гетеродин включен по схеме емкостной трехточки.