В результате сложения двух колебаний, имеющих различные частоты, происходит образование результирующей электромагнит ной волны, амплитуда которой изменяется с частотой биений. Эта волна распространяется к диодному детектору 4, расположенному параллельно узким стенкам волновода.
Для согласования входного сопротивления диода с волновым сопротивлением волновода применяется поршень 5 настройки. Он расположен от диода на расстоянии четверти волны результирую
щего |
электромагнитного поля. Под воздействием этого поля в |
цепи |
диода |
возникает ток, среднее значение которого изменяется |
с частотой |
биений. |
Рис. 2.183. Схема двухтактного диодного преоб разователя частоты
Нагрузкой диода является входной контур УПЧ, настроенный на промежуточную частоту. Он соединяется с диодом при помощи гибкого коаксиального фидера. Высокочастотные составляющие тока диода в фидер промежуточной частоты не поступают. Они замыкаются через небольшую емкость 7.
Для повышения чувствительности приемника сантиметрового диапазона необходимо, чтобы преобразователь частоты обладал малым уровнем внутренних шумов. Напряжение шумов на вы ходе преобразователя частоты создается антенной, входной цепью, полупроводниковым диодом и гетеродином. Если в качестве гете
родина используется |
отражательный клистрон, то в общем |
уровне |
шумов преобладают |
шумы, создаваемые |
гетеродином. |
|
Для борьбы с шумом гетеродина на сантиметровых |
волнах |
часто применяется двухтактный диодный |
преобразователь |
часто |
ты. Его принцип действия поясняется с помощью схемы, изобра
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
женной |
на рис. 2.183. В данной схеме |
имеются два полупроводни |
ковых |
диода. Они включены |
так, |
что |
напряжение |
гетеродина ыг |
воздействует на оба диода в одинаковой |
фазе, а напряжение сиг |
нала ис |
приложено к ним в противофазе. Верхняя и нижняя по |
ловины |
|
схемы |
строго |
симметричны. |
|
|
|
|
|
|
Допустим, |
что гетеродин |
работает, |
а |
сигнала |
нет |
(« с = 0). |
В этом |
|
случае происходит |
детектирование |
напряжения |
гетероди |
на. Но так как токи обоих диодов в катушке Ц |
протекают на |
встречу |
друг другу, то на выходе схемы |
напряжения |
нет. Таким |
образом, |
происходит |
компенсация |
любой |
гармоники |
гетеродина, |
а следовательно, и всех его шумовых |
составляющих. |
|
Если же на входе схемы действует только один сигнал (гете родин не работает), то диоды работают поочередно и, следова тельно, происходит двухполупериодное детектирование сигнала. Однако на выходе схемы напряжения не будет, так как емкость С имеет значительную величину и ее сопротивление для частоты сиг нала мало.
Если в схеме действуют оба напряжения (сигнала и гетероди на), то в результате сложения напряжения гетеродина с напряже ниями сигнала иаб и ибв возникают биения, которые детектируют ся. Так как напряжение сигнала подводится к диодам в противофазе, то переменная составляющая промежуточной частоты проте-
Электричес кое поле сигнала
Электричес кое поле колебаний гетеродина
|
|
|
|
|
Рис. 2.184. Двухтактный |
пре |
Рис. 2.185. |
Конфигура |
образователь частоты с Т-об |
ция |
электрического поля |
разным волноводным развет- |
сигнала в Т-образном |
вителем |
|
волноводном |
разветви- |
|
|
|
теле |
кает через диоды Д\ и Дг также |
в противофазе. Это означает, что |
в катушке L 3 переменные |
составляющие |
промежуточной частоты |
обоих диодов протекают в одном направлении и, складываясь, на водят ЭДС в катушке L 4 . Контур L4 C настроен на промежуточную частоту. Поэтому на выходе схемы действует напряжение проме жуточной частоты. Оно подается на управляющую сетку лампы первого каскада УПЧ.
Разобранная схема двухтактного преобразователя частоты на
сантиметровых волнах конструктивно выполняется в виде |
двой |
ного Т-образного волноводного разветвителя (рис. 2.184). |
Элек |
тромагнитное поле сигнала распространяется в волноводе / в виде волны типа НюЭлектрическое поле действует между широкими
|
|
|
|
|
стенками |
волновода и, распространяясь по |
разветвлениям 3 и 4, |
достигает |
диодов с' разностью фаз в 180° (рис. 2.185). Электромаг |
нитное |
поле от гетеродина распространяется |
в волноводе |
2 также |
в виде |
волны Ню. Распространяясь по разветвлениям 3 |
и 4, оно |
достигает |
диодов с разностью фаз, равной |
нулю. |
|
Колебания промежуточной частоты от диодов по гибким коак сиальным фидерам поступают на двухтактную входную цепь УПЧ. Двухтактные преобразователи частоты часто называются баланс ными преобразователями.
8. Преобразование частоты в приемниках связи
Преобразователь частоты в приемнике связи выполняет ту же роль, что и в радиолокационном приемнике, В нем происходит понижение несущей частоты принимаемых сигналов и их боковых частот.
В приемниках связи применяют односеточное, двухсеточное и транзисторное преобразование частоты.
О д н о с е т о ч н о е п р е о б р а з о в а н и е ч а с т о т ы
Односеточный преобразователь частоты приемника связи прин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ципиально не отличается от аналогичного |
преобразователя |
ра |
диолокационного |
приемника. Но он |
имеет |
некоторые |
специфиче |
|
|
|
ские |
особенности. |
Один |
| |
\ |
^ + £ о |
из возможных |
|
вариантов |
|
|
|
односеточного |
|
преобразова |
|
|
|
теля |
частоты |
приведен на |
|
|
|
рис. |
2.186. В |
данной |
схеме |
|
|
|
связь |
смесителя |
с гетероди |
|
|
|
ном |
емкостная. Она осуще |
|
|
|
ствляется |
через конденсатор |
|
|
|
С с в , емкость |
которого |
|часто |
|
|
|
выбирают |
равной 5—30 пф. |
|
|
|
Возможны |
и |
другие |
виды |
|
|
|
связи (индуктивная, |
авто |
|
|
|
трансформаторная |
|
и пр.). |
|
|
|
|
Отметим |
две |
особенно |
|
|
|
сти |
схемы. |
Первая |
заклю |
|
|
|
чается |
в том, что |
|
анодной |
|
|
|
нагрузкой |
смесительной |
|
|
|
лампы |
является |
полосовой |
|
|
|
фильтр—система двух свя |
|
|
|
занных |
контуров. |
Оба кон |
Рис. 2.186. |
Пример схемы |
односеточного |
тураодинаковы и |
настрое |
преобразователя частоты приемника связи |
ны |
на |
промежуточную ча |
|
|
|
стоту. |
Такая |
|
нагрузка |
смесителя |
встречается |
и в радиолокационных |
приемниках, |
но зна |
чительно |
реже, чем в |
приемниках связи. Вторая |
особенность со |
стоит в том, что контур гетеродина |
содержит два дополнительных |
конденсатора Cs и С6 , которые называются |
сопрягающими. О их |
назначении сказано ниже. |
|
|
|
|
|
|
Промежуточная частота приемника связи всегда равна частоте биений, возникающих при смешивании колебаний сигнала с коле
баниями гетеродина. В дальнейшем будем |
считать, |
что fnp — |
Уравнение для переменной составляющей |
анодного |
тока про- |
межуточной |
частоты |
смесительной |
лампы |
может |
быть записано |
в следующем |
виде: |
|
|
|
|
|
h |
пр = |
1т |
п Р |
• s i n (а)г — ( о с ) t = |
5 п р |
£7,„с |
s i n ( ш г — <Dc) г. |
Если контуры |
полосового фильтра |
L3C3 |
и L 4 C 4 |
настроены на |
частоту биений, а связь между контурами критическая, то напря
жение |
на выходе |
преобразователя |
частоты |
|
|
|
Квь.х = |
4" 7 "< пр # э |
S i n ( 0 ) г ~(Oc)t |
= |
|
|
= |
4" |
5 п Р • Ume |
• R3 |
• s i n (шг — шс) Л |
(2.259) |
где /?э — резонансное |
сопротивление одного из контуров полосо |
вого фильтра без учета влияния |
второго контура. |
|
Из уравнения (2.259) следуют два важных вывода: 1) если |
принимаемые колебания модулированы по амплитуде |
(изменяется |
Umc), |
то и напряжение |
промежуточной частоты |
будет |
амплитудно- |
модулированным; 2) если принимаемые колебания модулированы по частоте (изменяется шс ), то и напряжение промежуточной ча стоты будет частотно-модулированным. Следовательно, в процессе преобразования частоты закон модуляции преобразуемых колеба
ний сохраняется |
неизменным. |
|
|
|
|
Физические |
процессы, происходящие |
в односеточном |
преобра |
зователе частоты приемника |
A M колебаний, |
иллюстрируются |
рис. 2.187. |
контуре Ь\С\ |
|
|
|
|
На входном |
(рис. 2.186) действует амплитудно- |
модулированное |
напряжение |
сигнала, |
имеющее |
частоту |
/ с . На |
этом же контуре создается напряжение гетеродина. Оно имеет ча стоту /г . В результате сложения двух напряжений различной ча стоты возникают биения, происходящие с разностной частотой. Однако амплитуда биений не постоянна, а изменяется по закону модуляции сигнала (рис. 2.187,в). Поэтому у суммарного напря жения есть две огибающие. Одна из них имеет частоту модуля ции ^мод, а другая — разностную частоту fr — /с- Это напряжение детектируется. В составе анодного тока лампы смесителя (рис. 2.187, г) имеется переменная составляющая разностной часто ты. Ее амплитуда изменяется по закону модуляции сигнала.
Поскольку контуры полосового фильтра настроены на частоту биений, то на выходе преобразователя создается переменное на пряжение промежуточной частоты, модулированное по амплитуде (рис. 2.187,5).
/ На рис. 2.188 изображены графики процессов, происходящих в односеточном преобразователе частоты приемника ЧМ колеба ний. В этом случае амплитуда биений постоянна, но их частота изменяется по закону модуляции сигнала. Поэтому и на выходе преобразователя действует напряжение, модулированное по ча стоте.