Преобразование частоты

Сдвиг спектра сигнала по оси частот на определённое постоянное значение при сохранении соотношения амплитуд и фаз называется преобразованием частоты (приёмники прямого приёма). Эта операция осуществляется во всех современных супергетеродинных приёмниках. На вход приёмника поступает ряд модулированных сигналов передающих станций. Каждая станция имеет свою несущую частоту. Все сигналы переносятся на одну частоту (СВ, ДВ, КВ – на 465 кГц). В супергетеродинном приёмнике все различные несущие частоты сигналов переносятся на одну частоту, т.е. спектры сигналов сдвигают на оси частот на определённое постоянное значение для каждого сигнала.

Г

Перестраиваемый гетеродин.

УПЧ

СМ

УВЧ

ПЧ

На входе супергетеродинного приёмника после усиления колебаний ВЧ находится блок преобразователя частоты ПЧ, который состоит из перестраиваемого генератора Г (гетеродина) гармонических колебаний и смесителя, в котором смешиваются напряжения гетеродина и входного сигнала, поступающего с антенны. Далее располагается усилитель промежуточной частоты УПЧ, состоящий из ряда резонансных усилителей, настроенных на фиксированную промежуточную частоту. УПЧ выделяет и усиливает только фиксированную полосу частот. При приёме программы с несущей частотой в блоке ПЧ осуществляется преобразование частоты, в результате которого спектр принимаемой программы преобразуется в спектр такого же модулированного колебания, но с несущей частотой, равной промежуточной частоте УПЧ. Для приёма другой программы достаточно так изменить частоту гетеродина , чтобы в полосу пропускания УПЧ попадал преобразованный спектр новой программы.

Рассмотрим воздействие на НЭ одновременно двух гармонических колебаний с разными частотами: и . Аппроксимируем ВАХ степенным полиномом второго порядка (1)

К нелинейному элементу приложено напряжение (2)

(3)

*- только эти составляющие спектра тока дают комбинационные составляющие – они нас будут интересовать. Из этого результата видно, что интересующие нас комбинационные частоты возникают лишь благодаря чётным степеням полинома, аппроксимирующего характеристику. Лишь квадратичный член образует состав амплитудного коэффициента, пропорционального 1 степени и .

Спектр тока нелинейного элемента содержит две первых гармоники 1 и 2 колебаний, но кроме того возникают комбинационные составляющие .

(4)

В общем случае, если ВАХ НЭ описывается полиномом -ой степени, то в спектре тока на выходе НЭ содержится целый набор комбинационных составляющих , где . Число называют порядком комбинационной частоты.

Рассмотрим пример:

Пример:

В спектре тока, проходящего через НЭ с характеристикой аппроксимированной полиномом третьей степени при возбуждении суммой двух гармонических сигналов наблюдаются следующие комбинационные частоты

Вывод.

Чем выше порядок комбинационных составляющих, тем меньше их амплитуды, поэтому используются комбинационные колебания первого порядка.

Структурная схема преобразователя.

Обозначим частота сигнала с АМ. .

частота гетеродина

Гетеродином называется генератор, который создаётся в системе для внутреннего пользования.

ПФ

НЭ

	Г

ПФ настраивается на резонансную частоту .

В радиоприёмных устройствах, в которых задача преобразования частоты тесно связана с задачей усиления сигнала, обычно . Для выделения разностной частоты применяют соответствующий полосовой фильтр. Если частоты и очень близки, то требуется выделить низкую частоту, поэтому в качестве ПФ используют нагрузку из параллельного соединения и . Если разностная частота лежит в диапазоне высоких частот, то для её выделения следует применять резонансную колебательную цепь. Обычно полоса пропускания ПФ должна быть не уже ширины спектра модулированного колебания. АЧХ ПФ должна иметь П-образный характер. При этом все составляющие тока с частотами близкими к проходят через контур равномерно и структура сигнала на выходе совпадает со структурой сигнала на входе. Единственное отличие заключается в том, что частота на выходе равна . Если фильтр настроен на разностную частоту, то ток комбинационной составляющей (5)

Видно, что амплитуда меняется по тому же закону, что и сигнал на входе, но на частоте меньше, чем частота сигнала - . Этот процесс является ВЧ.

Вывод.

Итак, при преобразовании частоты законы изменения амплитуды, частоты и полной фазы входного колебания переносятся на выходное колебание. В этом смысле рассматриваемое преобразование сигнала является линейным, а устройство - линейным преобразователем или смесителем.

Выбор частоты гетеродина.

1) При выделении разностной частоты структура спектра сигнала сохраняется

2) При выделении разностной частоты спектр сигнала переворачивается.

В преобразованном спектре и меняются местами

При преобразовании частоты обычного АМ колебания, спектр которого состоит из двух симметричных относительно боковых полос, переворачивание спектра внешне ни как не проявляется, просто верхняя и нижняя боковые полосы меняются местами.

Вывод.

Переворачивание спектра при преобразовании частоты необходимо принимать во внимание только в тех случаях, когда спектр сигнала не симметричен относительно своей центральной частоты. При преобразовании частоты сигнала с несимметричным спектром для сохранения структуры спектра частота гетеродина должна быть ниже частоты сигнала .

Синхронное детектирование радиосигнала.

Детектированием вообще называют операцию обратную модуляции, когда выделяется информация из радиосигнала.