Преобразователи частоты (смесители). Схемы и принцип работы.
Преобразователем частоты называют устройство, с помощью которого переносится спектр принимаемого сигнала, расположенный в районе частоты несущего колебания, называемый радиочастотой, в область несущих колебаний с другим значением частоты, называемой промежуточной частотой. Если преобразование сигнала выполнено без искажений, то спектр принимаемого сигнала переместится параллельно по оси частот, на величину, равную частоте гетеродина, а значение промежуточной частоты fПЧ будет равно fПЧ = |fС - fГ|, где fС и fГ - частоты, соответственно, сигнала и гетеродина.
Главная задача смесителя получить минимум гармоник на его выходе и при этом не допустить проникновение гетеродина на выход усилителя ВЧ. Для того чтобы убрать эту составляющую выходного сигнала обычно применяют двухтактную схему, называемую балансным смесителем.
В этой схеме токи, вызванные гетеродином (Iг), текут по обмоткам входного и выходного трансформаторов в противоположных направлениях, поэтому компенсируют друг друга на входе и выходе схемы смесителя. В результате выходной ток, вызванный напряжением гетеродина, значительно уменьшается. Точно таким же образом ток гетеродина компенсируется и во входной цепи смесителя. Вместе с током гетеродина в выходном сигнале балансного смесителя одновременно подавляются все его нечетные гармоники.
В современных радиоприемных устройствах СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Основным их достоинством является способность подавлять шумы гетеродина на входе УПЧ и мощность гетеродина, просачивающуюся в антенну. Схема БС (рис. 2.14) включает два смесительных диода и СВЧ мост: квадратный или кольцевой. К двум плечам моста подключают смесительные диоды Д1 и Д2, а к двум другим подводят соответственно мощности сигнала PC и гетеродина PГ. Работа БС основана на равном распределении мощностей PC и PГ между двумя диодами с определёнными фазовыми сдвигами, что обеспечивается с помощью СВЧ моста.
Таким образом, при подаче на НЭ с квадратичной ВАХ осуществляется перемножение двух гармонических колебаний, в результате чего получается комбинационные колебания, одно из которых, называемое колебанием ПЧ, выделяется фильтром для дальнейшего использования.
Структурная схема радиоприемников (прямое преобразование, супергетеродин)
РПмУ предназначено для выделения полезного радиосигнала из смеси принятых сигналов и восстановления передаваемого сообщения.
Приемник прямого усиления.
Принимаемый сигнал усиливается без дополнительных преобразований, на той же самой частоте, на которой он был излучен. Схема приемника очень проста, но с ростом частоты принимаемого сигнала становится все труднее обеспечить хорошую избирательность и чувствительность принимаемых сигналов, особенно при перестройке несущей частоты.
Приемник прямого преобразования.
В этом приемнике полосовым фильтром выделяется группа частот, в которой присутствует входной сигнал, затем синхронным детектором осуществляется перенос спектра в область низких частот. Подавление частот соседних каналов в данной схеме может осуществить как полосовой фильтр на входе детектора, так и фильтр низкой частоты, расположенный на его выходе. Принципиальным недостатком простого приемника прямого преобразования является повышенные требования к смесителю и требуется высокая стабильность частоты и фазы гетеродина.
Отличительной особенностью супергетеродинного приема является преобразование (перенос) спектра принимаемого сигнала из области несущей частоты в область промежуточной частоты с помощью местного маломощного генератора (гетеродина). Достоинством такой технологии приема является то, что при изменении несущей частоты принимаемого сигнала нет необходимости изменять параметры настройки многокаскадного усилителя радиочастот, достаточно изменить частоту гетеродина. В конечном итоге это дает возможность строить приемники радиосигналов с хорошими показателями чувствительности и избирательности, так как основное усиление сигнала осуществляется в постоянном диапазоне частот. Наиболее значительным недостатком является наличие так называемого зеркального канала приёма — второй входной частоты, дающей такую же разность с частотой гетеродина, что и рабочая частота. Сигнал, передаваемый на этой частоте, может проходить через фильтры ПЧ вместе с рабочим сигналом. Его убирают путем двойного преобразования частоты.