ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Российский патент 1995 года по МПК H03D7/12 H04B1/24 

Изобретение относится к конструированию и производству радиовещательной аппаратуры, а именно, к устройствам для преобразования частот с одного радиовещательного ультракоротковолнового (УКВ) диапазона в другой.

Известно устройство, преобразующее частоты диапазона УКВ, принятого в России, в частоты диапазона УКВ западноевропейского стандарта (конвертер для УКВ ЧМ приемника), содержащее входной контур, усилитель, гетеродин, балансный смеситель. Данное устройство требует применения источников питания с достаточно высоким напряжением, потребляет значительную мощность от источника питания, а также имеет неудовлетворительные массогабаритные характеристики.

Из известных технических решений наиболее близким устройством, принятым за прототип, является преобразователь частоты (УКВ конвертер), содержащий входной контур, подключенный к антенне, входной усилитель, гетеродин и смеситель, выполненные на транзисторах.

Данное устройство осуществляет преобразование частот диапазона УКВ, принятого в России, в частоты диапазона УКВ, принятого в западноевропейских странах, путем суммирования частоты входного сигнала с частотой гетеродина в смесительном каскаде.

К недостаткам прототипа относится достаточно большая потребляемая мощность, неудовлетворительные массо-габаритные характеристики, связанные с большим количеством используемых различных элементов в схеме конвертера, а также значительный уровень собственных шумов.

Целью изобретения является снижение потребляемой мощности и улучшение массогабаритных характеристик.

Для достижения цели в преобразователе частоты, содержащем входной контур, катушку индуктивности гетеродинного контура, транзистор, первый и второй конденсаторы, резистор и источник питания, при этом первый вход устройства для подключения антенны соединен с первыми выводами входного контура и первого конденсатора, второй вывод первого конденсатора соединен с базой транзистора и первым выводом катушки индуктивности гетеродинного контура, второй вывод которой соединен с коллектором транзистора и первыми выводами второго конденсатора и резистора, второй вывод резистора через источник питания соединен со вторым выводом второго конденсатора, эмиттером транзистора, вторым выводом входного контура и вторым входом устройства для подключения антенны, при этом катушка индуктивности и первый и второй конденсаторы образуют гетеродинный контур.

При проведении поиска по источникам патентной информации и научно-технической литературы автором не обнаружены технические решения, содержащие отличительные признаки предложенного устройства, проявляющие аналогичные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного устройства критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Преобразователь частоты содержит: входной контур 1, катушку 2 индуктивности, транзистор 3, первый конденсатор 4, второй конденсатор 5, резистор 6, источник 7 питания, гетеродинный контур 8, первый 9 и второй 10 входы устройства для подключения антенны.

При этом первый вывод входного контура 1 соединен с первым входом 9 устройства для подключения антенны и с первым выводом первого конденсатора 4, второй вывод первого конденсатора 4 соединен с первым выводом катушки 2 индуктивности и с базой транзистора 3, второй вывод катушки 2 индуктивности соединен с первыми выводами второго конденсатора 5 и резистора 6, второй вывод резистора 6 соединен через источник 7 питания со вторым выводом второго конденсатора 5, а также с эмиттером транзистора 3, вторым выводом входного контура 1 и вторым входом 10 устройства для подключения антенны, при этом катушка 2 индуктивности, первый 4 и второй 5 конденсаторы образуют гетеродинный контур 8.

Устройство работает следующим образом. Сигналы частот, подлежащие преобразованию в частоты диапазона, имеющегося в импортных УКВ приемниках, поступают с первого 9 и второго 10 входов устройства для подключения антенны на вывод входного контура соответственно через первый конденсатор 4 с первого входа 9 для подключения антенны на базу транзистора 3, а со второго входа 10 для подключения антенны на эмиттер транзистора 3. Транзистор 3, первый конденсатор 4, катушка индуктивности 2 гетеродинного контура 8 и второй конденсатор 5 образуют схему генератора (гетеродина), близкую к емкостной трехточке. При этом выполняются условия L1 > L, где L1 индуктивность катушки индуктивности 2 гетеродинного контура 8, а L индуктивность катушки индуктивности входного контура 1. За счет гальванической связи коллектор база транзистора 3 через катушку индуктивности 2 гетеродинного контура 8 транзистор 3 по постоянному току находится в диодном включении. Эмиттерный диод транзистора 3 периодически с частотой гетеродина F_г, определяемой элементами 2, 4, 5, переключается из закрытого в открытое состояние. В результате принятой антенной сигнал F₁, поступающий на входы 9, 10 для подключения антенны, шунтируется с частотой F_г, благодаря чему в нелинейной цепи антенны эмиттерный переход входная цепь радиоприемного устройства (РПУ) появляются комбинационные составляющие с частотами F_к mF₁± nF_г, из которых преселектор РПУ выделяет полезную составляющую суммарной частоты Fк₁ F₁ + F_г, отфильтровывая все остальные сигналы. Резистор 6 ограничивает ток коллектора до величины порядка 0,3 мА. Конкретно, диапазон 66-73 МГц переносится в частотный интервал 92-99 МГц путем добавления сигнала гетеродина с частотой 26 МГц.

Ввиду предельно высокой чувствительности РПУ в УКВ-диапазоне (1-5 мкВ), от преобразователя требуется иметь коэффициент передачи по напряжению порядка единицы, поэтому диодный преобразователь здесь функционально оправдан в силу своих известных достоинств. С учетом параметрического эффекта некоторой регенерации входного контура со стороны контура гетеродина (L << L₁) коэффициент передачи устройства находится в пределах 0,7-1,5, что вполне приемлемо.

П р и м е р реализации. Примем конкретные данные УКВ-диапазон СЭВ: 65,8-73 МГц, F ≈69 МГц диапазон U -Гм; 88-108 МГц, выберем F 95 МГц, частота F_г F F 26 МГц (при таком выборе частот наблюдается практически минимальное количество паразитных каналов приема).

Полоса резонансного входного LC-контура
Δ F 73-66 7 МГц, его центральная частота
F ≃ 70 МГц его нагруженная добротность
Q_н= ≃ 10 Индуктивность этого контура
L ≃ 0,15 МкГн где C_Σ С_м + С_бэ + С_ант + С суммарная емкость, емкость монтажа, емкость база-эмиттер, емкость антенны, емкость контура. Принимаем С_м 5 пф, С_бэ 10_пф, С_ант 6 пф, С 6,2 пф.

Эквивалентная емкость контура гетеродина принята равной
C_экв≃ + C_КБ≃ 40 пф где С1 С2 75 пф, С_кб ≈3пф.

Расчетная величина индуктивности L1
L1 1 мкГн ≫ L что хорошо согласуется с введенным ранее ограничением.

Затем ток в рабочей точке I 0,3 мА, U_бэ 0,6 В при питании от одного гальванического элемента с U_n 1,5 В, резистор равен
R ≈ 3 кОм что совпадает с ранее приведенной оценкой из условия экономичности.

Ресурс непрерывной работы одного элемента А343 (емкость при малых разрядных токах А 2 А.ч) при среднем потребля-
емом токе I_cp= 0,225мА (учитываем разряд элемента со снижением тока вдвое)
t_раб= ≃ 9000 час т.е. один элемент обеспечивает продолжительность непрерывной работы преобразователя свыше года.

Низкое напряжение питания и малые рабочие токи обеспечивают совместно с фильтрующим действием параллельного LC-контура, сильно расстроенного относительно низкой частоты гетеродина, малый уровень побочных сигналов устройства, не превышающий нескольких милливольт в диапазоне 25-100 МГц. Этот уровень излучения ниже, чем у типовых УКВ-блоков, имеющих напряжение гетеродина 4-6 В, несмотря на наличие в последних каскадов УВЧ, уменьшающих просачивание сигналов в антенну (мощность излучения пропорциональна квадрату напряжения).

1. Преобразователь расширяет функциональные и вместе с тем потребительские возможности широкого класса радиоаппаратуры зарубежного производства, фактически "внедряя" в нее УКВ-диапазон вещания с Mi-Fi качеством. Кроме того, устройство возможно использовать в качестве дистанционного ретранслятора, работающего вблизи основного РПУ.

2. Оригинальное схемотехническое решение обеспечивает предельную простоту, надежность, экономичность и полную автономность работы преобразователя в течение года непрерывной работы от одного гальванического элемента типа А343 (А316).

3. Преобразователь реализуется в малых габаритах, прост в обращении (достаточно включить питание и присоединить ко входу основного РПУ), не содержит дефицитных элементов.

4. Преобразователь не имеет промышленных аналогов в Росси и за рубежом.

5. Промышленный выпуск преобразователя обеспечит значительный экономический эффект. Ввиду низкой себестоимости при высокой потребительской стоимости, изделие способно обеспечить рентабельность не менее 500%

Использование: конструирование и производство радиовещательной аппаратуры, а именно устройств для преобразования частоты с одного радиовещательного ультракоротковолнового диапазона в другой. Сущность изобретения: преобразователь частоты содержит входной контур 1, катушку 2 индуктивности гетеродинного контура, транзистор 3, первый, второй конденсаторы 4,5, резистор 6, источник питания 7, при этом первый вход 9 устройства для подключения антенны соединен с первыми выводами входного контура 1 и первого конденсатора 4, второй вывод первого конденсатора 4 соединен с базой транзистора 3 и первым выводом катушки 2 индуктивности гетеродинного контура, второй вывод которой соединен с коллектором транзистора 3 и первыми выводами второго конденсатора 5 и резистора 6, второй вывод резистора 6 соединен через источник питания 7 со вторым выводом второго конденсатора 5, эмиттером транзистора 3,вторым выводом входного контура 1 и вторым входом 10 устройства для подключения антенны, при этом катушка 2 индуктивности,первый и второй конденсаторы 4,5 образуют гетеродинный контур 8. Преобразователь обеспечивает упрощение и снижение потребляемой мощности. 1 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий входной контур, катушку индуктивности гетеродинного контура, транзистор, первый и второй конденсаторы, резистор и источник питания, при этом первый вывод входного контура соединен с первым выводом первого конденсатора и является первым входом для подключения антенны, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения потребляемой мощности, второй вывод первого конденсатора соединен с базой транзистора и первым выводом катушки индуктивности гетеродинного контура, второй вывод которой соединен с коллектором транзистора и первыми выводами второго конденсатора и резистора, второй вывод резистора через источник питания соединен с вторым выводом второго конденсатора, эмиттером транзистора и вторым выводом входного контура, который является вторым входом для подключения антенны, при этом катушка индуктивности и первый и второй конденсаторы образуют гетеродинный контур.