Преобразователи частоты. Преобразованием частоты называется перенос спектра сигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую без изменения вида и параметров модуляции

Преобразованием частоты называется перенос спектра сигнала из одной области радиочастотного диапазона в другую без изменения вида и параметров модуляции. Устройство, осуществляющее перенос, называется преобразователем частоты.

Преобразователь частоты (ПЧ) предназначен для изменения (как правило понижения) несущей частоты колебания сигнала.

Основными характеристиками ПЧ являются:

1. Коэффициент преобразования

где U_C – амплитуда входного сигнала, U_П – амплитуда выходного сигнала на промежуточной частоте.

2. Входное сопротивление (проводимость)

3. Выходное сопротивление

4. Число и интенсивность побочных каналов приёма, порождаемых преобразователем частоты.

5. Крутизна преобразователя

эта величина вместе с выходным сопротивлением определяет К_П.

В гетеродинном преобразователе частоты сигнал и колебания местного генератора (гетеродина) одновременно воздействуют на нелинейный элемент (или на элемент с переменным параметром), в результате чего возникает колебание, имеющее в своём составе гармоники с частотами сигнала f_С, и его гармоник, гетеродина f_Г и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами:

f=|nf_Г±mf_С| (n, m – целые числа)

Одну из этих комбинационных частот, используемую в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называют промежуточной частотой f_П.

Рассмотрим прибор с нелинейной ВАХ, например диод, на который подаются два сигнала с разными частотами

Будем считать, что амплитуда сигнала гетеродина на несколько порядков больше амплитуды принимаемого сигнала. Это приведёт к тому, что изменения сигнала гетеродина будут происходить на существенно нелинейном участке ВАХ диода, в то время как нелинейностью диода для колебания сигнала можно пренебречь.

ВАХ диода и входной сигнал.

Линейность диода по отношению к сигналу будет означать, что ток сигнала, протекающий через диод, не вызывает изменения его сопротивления.

А вследствие того, что для напряжение гетеродина диод является нелинейным, то текущее сопротивление диода

R_Д=U_Д/I_Д

будет изменятся в некоторых пределах. Это в свою очередь приведёт к изменению коэффициента передачи делителя напряжения, состоящего из диода в верхнем плече и сопротивления нагрузки в нижнем.

Вследствие того, что сопротивление диода меняется примерно пропорционально приложенному к нему напряжению гетеродина, то и коэффициент передачи напряжения сигнала будет меняться так же. А так как:

то ток нагрузки будет иметь составляющие, пропорциональные произведению сигнала гетеродина на входной сигнал. И мы получим суммарные и разностные частоты:

С точки зрения минимизации искажений информации при преобразовании частоты и улучшения избирательности при наличии мешающих сигналов преобразователь частоты для сигнала должен быть линеен, то есть в нём не должны порождаться гармоники частоты сигнала. Это условие выполняется более или менее точно, только если сигнал является малым. С точки зрения гетеродина нелинейность прибора должна проявляться как можно сильнее.

При увеличении нелинейности преобразователя частоты для принимаемого сигнала растёт уровень комбинационных и интермодуляционных побочных каналов приёма.

Преобразователи с переменным параметром (например, ёмкостью диода) используются, как правило, на СВЧ и являются разновидностью параметрических усилителей. В них фактически происходит управляемое изменение коэффициента передачи тракта за счёт управления ёмкостью перехода диода.

То есть основной принцип преобразования частоты заключается в том, что сигнал проходит через устройство, коэффициент передачи которого управляется напряжением гетеродина.