30. Преобразование частоты. Требования к смесителям. Искажение сигналов.

Основой ПЧ является математическая основа – операция перемножения 2-х сигналов (гетеродина и сигнала). Покажем, что операция перемножения реализуется не только на специализированных устройствах но и на многих нелинейных элементах. Рассмотрим:

; считаем что Uвх=Uг+Uс.

Квадратурный член степенного ряда обеспечивает процедуру перемножения сигнала. Поэтому можно реализовать преобразование частоты путем подавания «+»Uг иUс на нелинейный элемент в котором достаточно сильно выражен квадратичный член степенного ряда. Наличие всех прочих членов степенного ряда является «вредным» и обуславливает образование комбинационных гармоник на вых. нелинейного элемента.fк=|mfгnfc|,mиn-целые.

Наличие комбинационных гармоник приводит к специфическим искажениям сигнала в смесителе. Если искаженный сигнал в смесителе продетектировать и прослушать, имеет место «свист» с переменной тональностью т.е. говорят об искажениях сигнала типа «свист».fпч=fc-fг. Предположим, что возникла комбинационная гармоникаfк=mfс-nfг = и пусть она попала в полосу пропускания =fпч. Т.е. в данном случае сигнал и гетеродин порождают две спектральных составляющих на вых. смесителя, которые попадают в полосу пропускания УПЧ.

Предположим, что из-за нестабильности fг она принялаfг’=fг+.

Имеет место сумма двух ВЧ компонентов с малой разницей частот (n-1). Возникают биения, а следовательно на вых. демодулятора появляется дополнительный тон с частотой Fтон=(n-1).

Для подавления данного вида помех надо использовать смесители с малым уровнем комбинационных гармоник. Если не удается обеспечить достаточно малого уровня комбинационных гармоник, то соответствующие настройки приемника помечаются как нерекомендуемые.

Рассмотрим общие требования предъявляемые к смесителям.

При реализации Смеситель стараются обеспечить большую развязку между входами, а также между вх. и выходом. Если развязка между входами не велика то мощные колебания гетеродина могут проникнуть на сигнальный вх. смесителя, и далее через преселектор поступить в антенну, приемник превращается в передатчик который создает помехи к близлежащим радиоэлектронным средствам.

Если мощные сигнальные колебания попадают на гетеродинный вход смесителя, то произойдет паразитная внешняя синхронизация колебаний гетеродина, что приведет к «подтягиванию» частоты гетеродина к частоте сигнала.

Прямое прохождение гетеродинного колебания на вых. смесителя обуславливает, перенос шума гетеродинного колебания на вых. смесителя, снижается с/ш.

Совокупное проникновение U₁ и U₂ на вых. обуславливает высокий уровень комбинационных гармоник.

31. Схемотехника смесителей. Гетеродины.

Наиболее простым является одно-диодный смеситель.

На нелинейный элемент – диод поступает сумма колебаний сигнала и гетеродина. Ток диода содержит множество комбинационных гармоник. Данная спектральная составляющая выделяющая на контуре смесителя, все остальные комбинационные гармоники этим контуром подавляются.

Достоинства:низкая стоимость и широкий частотный диапазон вх. колебаний.

Недостатки:развязка между входами низкая; развязка между входами и выходом обусловлена только фильтрующими свойствами контура.

Покажем каким образом шум гетеродина проникает на вых. смесителя.

Если рассматривать выделенные шумовые полосы в спектре гетеродина как совокупность 3-х отдельных узкополосных колебаний которые попадают на нелинейный элемент формируют свою группу комбинационных гармоник и среди этих гармоник, существуют гармоники с разностной частотой, равны по частоте настройки контура. Следовательно контур выделит данные шумовые гармоники, что приведет к снижению с/ш.

Балансный диодный смеситель.

Первый контур настроен на частоту сигнала, второй на частоту ПЧ. Проанализируем развязку между гетеродинным входом и входом и выходом смесителя. Если верхняя половина схемы по параметрам идентична нижней половине тоi_г1=i_г2. В этом случае ток с частотой гетеродина в первом и 2-м контуре отсутствуют, а следовательно не происходит проникновения колебаний гетеродина в сигнальную цепь и на вых. УПЧ. Т.к. шумовые составляющие спектра гетеродина в вых. контуре, также взаимно компенсируются, то не происходит перенос шума на ПЧ.

Если балансировка схемы нарушается и i_г1i_г2 то резко снижается степень развязки между гетеродинным входом и выходом смесителя.

Недостатки:данной схемы является малый уровень сигнала между сигнальным входом и вых. смесителя.

Двойные балансные (кольцевые) смесители.

Данную схему можно рассматривать как совокупность двух, ранее рассматриваемых, балансных схем. По сигнальным входам эти схемы включены параллельно, а по выходу встречно - параллельно, то на выходе сигнальные компоненты взаимно компенсируются.

Недостатки:малый коэффициент передачи, поэтому с целью повышения используют транзисторные и микросхемные смесители.

Транзисторные смесители.

Наиболее часто сигнальные колебания подают на базу, а гетеродинные на эмиттер. В этом случае возникает наибольшая развязка между входами. Так же как в случае с диодными можно использовать балансные схемы, однако лучше всего балансировку транзисторных смесителей осуществлять в микросхемном исполнении. Они менее широкополосны чем диодные.

Микросхемные смесители.

Вбазовой структуре является дифференциальный усилитель с управляемым источником тока. Базовую структуру комбинируют для обеспечения высокой степени развязки.

Т.к. величина U₂меняет коэффициент усиления диодного усилителяVT1-VT2, то при достаточно малых значенияхU₁осуществляется операция линейного перемножения сигналовU₁иU₂.

При полно симметрии диф. усилителя отсутствует напряжение с частотой f₂(U₂) – имеет место большая развязка между вх.U₂и вых. усилителя. Развязка между вх.U₁и вых. усилителя отсутствует. Для обеспечения развязки данного вида используют две структуры данного типа, при этом на входы управляемых источником тока подаются напряжения в противофазе и также в противофазе подаются на вх.U₁, а вых. диффиренциальных усилителей включенных параллельно.

Микросхемные перемножители осуществляют высокую степень развязки, за счет хорошей балансировки, малый уровень комбинационных составляющих. Проигрывает диодным по частотному диапазону.

ГЕТЕРОДИНЫ.

Требования: высокая стабильность частоты, малый уровень побочных колебаний, малый уровень собственных шумов.

Проанализируем влияние побочных компонентов в спектре гетеродина на избирательность приемника по побочным каналам приема.

Если помеха отстоит от побочного компонента спектра гетеродина наfпч, то происходит перенос помехи в полосу пропускания УПЧ – возникает дополнительный канал приема. Если в первом приближении считать коэффициент передачи смесителя прямо пропорциональным уровню колебаний гетеродина для обеспечения избирательности приемника на А дБ необходимо обеспечить подавление побочных компонентов в спектре гетеродина на величину больше чем А дБ. Следует отметить, что синтезаторы частот имеющие на много большую стабильность частоты, чем автотрансформаторы, проигрывают им в отношении частоты спектра.