Результирующий коэффициент шума

,

где - коэффициент шума УПЧ.

- номинальный коэффициент передачи по мощности преобразователя при его согласовании на входе и выходе одновременно.

Выводы:

1. Преобразование частоты в диодном преобразователе осуществляется благодаря периодическому изменению крутизны диода под действием напряжения гетеродина. Для расчета диодного преобразователя определяют его эквивалентные параметры преобразования. Так как схема диодного преобразователя взаимна, то параметры прямого и обратного преобразования равны между собой.

2. Постоянная составляющая тока диода пропорциональна амплитуде напряжения гетеродина , что позволяет проще косвенно оценить по .

3. При мощность шумов на выходе диодного ПЧ определяется шумами сопротивления перехода диода; при через диод проходит ток с постоянной составляющей , являющийся источником дополнительных дробовых шумов. Коэффициент шума ПЧ совместно с УПЧ зависит от напряжения ; режим работы диодного ПЧ () выбирают по минимальному , особенно при отсутствии в приемнике УРЧ.

 

Балансные преобразователи частоты

 

Балансный преобразователь частоты – соединение двух небалансных преобразователей. В зависимости от подачи напряжения и на ПЭ возможны два варианта построения балансных ПЧ:

1) напряжения сигнала на ПЭ равны по значению, но противоположны по фазе (противофазные сигналы); напряжения гетеродина на обоих ПЭ равны по значению и действуют в одной фазе (синфазные напряжения);

2) напряжения сигнала на ПЭ синфазные, а напряжения гетеродина противофазные.

Общим для обоих вариантов построения балансных ПЧ является то, что из двух подводимых к ПЭ напряжений и одно действует на оба ПЭ синфазно, а другое – противофазно. Напряжение на выходе балансного ПЧ определяется разностью выходных токов ПЭ.

Таким образом, балансный ПЧ имеет основные свойства:

1) компенсация всех помех от любых источников на выходе каскада при их синфазном воздействии на ПЭ. При отсутствии противофазных сигналов на входе балансного преобразователя и действии на ПЭ только синфазных напряжений гетеродина напряжения на входном и выходном контурах ПЧ равны нулю; при этом на выходе преобразователя нет напряжения шумов гетеродина, а во входную цепь приемника не просачивается напряжение с частотой гетеродина. При подаче напряжения это свойство ПЧ не нарушается;

2) компенсация четных гармоник токов ПЭ в нагрузке, что приводит к уменьшению в балансном ПЧ числа побочных каналов.

Схема диодного балансного ПЧ показана на рис.64.

 

Рисунок 64 – Схема диодного балансного ПЧ

 

Напряжение сигнала на диоды и подается в противофазе от входного трансформатора со средней точкой.

Напряжения на обоих диодах действуют в одинаковой фазе.

Напряжение на выходе преобразователя

где - коэффициент пропорциональности.

При отсутствии входного сигнала на каждый диод подается напряжение . Так как напряжения на диодах от напряжения действуют в фазе, то и ; при этом на выходе преобразователя отсутствует напряжение, обусловленное шумами гетеродина, а также компенсируются изменения токов и за счет паразитной модуляции напряжения гетеродина.

При действии напряжения сигнала составляющие токов диодов с промежуточной частотой в случае преобразования на первой гармонике крутизны соответственно

,

,

выражения для токов и приближенные, не учитывающие реакции нагрузки.

Так как , то .

Тогда .

Таким образом, напряжение на выходе балансного диодного преобразователя в два раза больше напряжения небалансного ПЧ.

Так как составляющие токов и с частотой в половинках вторичной обмотки трансформатора протекают в противоположные стороны и взаимно компенсируются, то напряжение с частотой в балансном преобразователе не просачивается во входную цепь приемника (контур ).

Для повышения развязки между цепями сигнала и гетеродина, а также для обеспечения практически полного исключения прохождения сигнала и гетеродина в цепи промежуточной частоты используют двойные балансные преобразователи, получившие название кольцевых.

На рис.65 приведена с хема диодного кольцевого ПЧ, в котором диоды образуют кольцо с односторонней проводимостью.

Рисунок 65 – Схема диодного кольцевого ПЧ

 

Напряжение сигнала через согласующую катушку связи со средней точкой подводится к кольцу из диодов (первая диагональ моста), во вторую диагональ моста включена катушка связи с фильтром на частоте . Напряжение подключено между средними точками катушек связи.

На выходе кольцевого преобразователя при высокой симметрии плеч обеспечивается подавление побочных эффектов преобразования. Снизить уровень нелинейных эффектов при преобразовании удается применяя диоды Шотки. Подобные преобразователи имеют низкий уровень шумов и большой линейный участок амплитудной характеристики, однако обладают значительными потерями при преобразовании. Для уменьшения потерь преобразователь должен быть согласован по сигнальному и гетеродинному входам, а также по выходу на частоте .

Использование в преобразователях диодов Шотки позволяет осуществить лучшее согласование по сравнению с обычными кремниевыми и германиевыми диодами.

Кольцевые преобразователи используют в диапазоне частот до 100 МГц; их широко применяют в профессиональных РПУ декаметрового диапазона.

При некотором усложнении балансные преобразователи позволяют скомпенсировать зеркальный канал приема.

Преобразователь (рис.66) целесообразно использовать при малой частоте , так как в этом случае зеркальный канал находится настолько близко к основному, что плохо ослабляется селективными цепями входной цепи и УРЧ.

Рисунок 66 – ПЧ без зеркального канала

 

Напряжения сигнала с частотой и фазой и зеркального канала с частотой и фазой подают на ПЭ1 и ПЭ2. Напряжение гетеродина подается на ПЭ1 и ПЭ2 через фазовращатели со сдвигом по фазе соответственно на и .

В результате на выходе ПЭ1 получают:

- напряжение сигнала с частотой и фазой ;

- напряжение зеркального канала с частотой и фазой .

На выходе ПЭ2 получают напряжения сигнала и зеркального канала с теми же частотами и с фазами, соответственно равными и .

Преобразованные по частоте напряжения сигнала и зеркального канала с выхода ПЭ1 подаются на фазовращатель со сдвигом фазы , на выходе которого фаза сигнала равна , а зеркального канала - .

Аналогично, на выходе нижнего плеча преобразователя (на выходе фазовращателя со сдвигом фазы ) фаза составляет , а заеркального канала - .

Напряжения с верхнего и нижнего плеч подаются на сумматор, коэффициенты передачи плеч которого выбирают одинаковыми. Поскольку напряжения сигнала на выходе плеч имеют одинаковые фазы, они в сумматоре складываются и поступают в последующий УПЧ; напряжения зеркального канала на выходе плеч имеют противоположные фазы, поэтому при сложении зеркальная помеха компенсируется

Выводы:

1. Характерным для балансных ПЧ является то, что из двух подводимых к ПЭ напряжений сигнала и гетеродина одно действует на оба ПЭ синфазно, а другое – противофазно.

2. При синфазном воздействии на оба ПЭ любого источника в балансном преобразователе, напряжение на выходе которого определяется разностью выходных токов ПЭ, обеспечивается на выходе ПЧ компенсация всех помех.

3. При противофазных сигналах и синфазных напряжениях гетеродина на ПЭ в строго симметричном балансном преобразователе обеспечивается компенсация шумов гетеродина и во входную цепь приемника не просачивается напряжение с частотой гетеродина.

4. В балансных ПЧ уменьшается число побочных каналов приема, снижается уровень нелинейных эффектов при преобразовании.

5. Кольцевые ПЧ позволяют существенно ослабить взаимную связь между цепями сигнала и гетеродина, а также обеспечить компенсацию токов сигнала и гетеродина в нагрузке.

6. При некотором усложнении балансные ПЧ позволяют скомпенсировать зеркальный канал приема.