19.2. Балансное преобразование частоты

Выше было показано, что на выходе преобразователя частоты при смешении колебаний с частотами _си_гвозникают, помимо полезной составляющей на разностной или суммарной частоте, а также составлявшие с частотами_си_г. Иными словами, можно сказать, что такой преобразователь пропускает частоты_си_г. В рассмотренных ранее примерах для подавления всех частот, кроме полезной(_с-_г или _с+_г), применялся колебательный контур, либо цепьRС(в случае близких частот_си_гпри выделении разностной частоты). В некоторых случаях, однако, применение избирательных систем на выходе преобразователя нежелательно или затруднительно, например в диапазоне акустических частот, или когда одна из смешиваемых частот мала по сравнению с другой, так что относительная расстройка частоты_с+_ги_свесьма мала.

Для уничтожения на выходе преобразователя частот _си_гприменяются балансные преобразователи. На рис. 19.3 изображена схема балансного преобразователя частоты, позволяющая скомпенсировать на выходе составляющие на частотах_си_г.

Рис. 19.3. Балансный смеситель

Как видно, выходное колебание гетеродина подключено к диодам синфазно, а напряжение преобразуемого сигнала, имеющего частоту _c, противофазно.

Напряжения u_1выхиu_2выхна каждом из сопротивленийR можно легко найти, умножив токi, определяемый выражением , наR. В данном случае можно ограничиться членами со степенью не выше второй. Учитывая, что при дифференциальном включении нагрузокu_выхявляется разностьюи_1аыхиu_2аых, можем написать:

Так как u_с1иu_с2одинаковы по амплитуде и различны по знаку, то,.

Следовательно,

.

Из видно, что на выходе балансного преобразователя отсутствует составляющая с частотой _г, которая содержится в слагаемомu_г, однако напряжение сигнала, включенное противофазно, проходит, как и в простом преобразователе.

В тех случаях, когда требуется, чтобы на выходе отсутствовало также и колебание частоты _с, применяется двойная балансная или кольцевая схема модулятора рис. 19.4.

Рис. 19.4. Кольцевой балансный смеситель

В схеме рис. 19.4. совмещаются две балансные схемы вида рис. 19.3. Благодаря обратному включению двух дополнительных диодов дополнительное напряжение на выходе, создаваемое токами этих диодов, равно

.

Это напряжение отличается от знаком при первом слагаемом . Суммируяи, можно определить выходное напряжение кольцевого смесителя

.

Простые выражения и получились в предположении о малости более высоких, нежели вторая, степеней в уравнении характеристики диода. При значительных амплитудах, подводимых к преобразователю напряжений на выходе, возникают дополнительные составляющие с комбинационными частотами.

Контрольные вопросы к разделу 19

1. Для какой цели применяется преобразование частоты?

2. В чем состоят преимущества балансных смесителей?

20. Помехоустойчивость и помехозащищенность радиоэлектронных систем

20.1. Оптимальная фильтрация радиосигналов

Эффективность радиосистем разных классов и различного функционального назначения зависит от способности этих систем противостоять мешающему действию помех. Основой многих практических методов выделения сигналов на фоне помех является линейная фильтрация. Фильтрация предполагает избирательность линейных радиотехнических устройств.

Оптимальным принято называть фильтр, наилучшим образом выделяющий сигналы заданного вида на фоне помех. Модели помех при этом тоже должны быть заданы. Это определение не представляет практической ценности до тех пор, пока не указан критерий оптимальности фильтра, т. е. пока не выбрана количественная мера качественного понятия "наилучшим образом".

Выбор критерия оптимальности диктуется особенностями задач, которые решаются радиоэлектронным устройством. Но, во всяком случае, выбор (или выработка) критерия всегда находится за пределами решаемой задачи и принципиально не поддается формализации. Поэтому иногда говорят, что выбор критерия лежит в области искусства. Тем не менее, можно сформулировать некоторые рекомендации по выбору критерия оптимальности. Так для радиолокации типична задача обнаружения сигнала известной формы на конечном отрезке времени, протяженность которого ограничивается длительностью полезного сигнала или регламентируется допустимым временем наблюдения. Поэтому естественный критерий оптимальности – максимум вероятности правильного обнаружения сигнала. Существенно иной является задача воспроизведения формы передаваемого сигнала при приеме его на фоне помех, что характерно для радио- и радиотехнической разведки. Если при решении задачи обнаружения совершенно не нужно воспроизводить сигнал, то при воспроизведении сигнала и выделении переносимого им сообщения информативна именно его форма, что и должно учитываться выбранным критерием качества фильтрации.

Считается, что для задачи обнаружения наиболее подходит критерий максимизации отношения пикового значения сигнала к эффективному значению помехи. Фильтр, максимизирующий это отношение, будет оптимальным по такому критерию при приеме сигнала в помехах флуктуационного типа.

При подборе фильтра для решения задачи воспроизведения формы сигнала используется критерий отношения эффективных значений сигнала и помех, поскольку понятие пикового значения выходного сигнала при непрерывном воспроизведении не имеет смысла. Фильтр, оптимальный по этому критерию, максимизирует отношение эффективных значений сигнала и помехи.

Разумеется, несходство критериев оптимальности приводит и к существенному различию систем и процедур обработки сигналов, созданных в соответствии с этими критериями. А термин "отношение сигнал-шум", часто употребляемый в радиотехнической литературе, может, как видно, иметь разное содержание, в зависимости от того, в каком критерии его используют.