Преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H03D7/14 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в радиоприемной и радиоизмеритепьной технике.

Известны балансные преобразователи частоты, содержащие источник входного сигнала, источник, гетеродина, делитель входного сигнала (дифференциальный трансформатор, направленный ответвитель, квадратурный мост), преобразующие элементы (транзисторы, лампы, диоды)i фильтры промежуточной частоты, сумматор (или вычитатель) промежуточной частоты (дифференциальный трансформатор, резонансньш контурХ, фильтр нижних частот и т.п. l.

По сравнению с обычными однотак- тиыми преобразователями частоты балансный преобразователь частоты имеет увеличенный примерно вдвое динамический диапазон по входному сигналу, так как мощность входного сигнала делится между двумя плечами преобразователя.

Динамический диапазон известных балансных преобразователей частоты часто оказывается недостаточен и может быть повышен в известных устройствах лишь за счет применения мощных преобразующих элементов и увеличения мощности гетеродина, что, однако,неизбежно приводит к увеличению коэффициента шума а, следовательно, к снижению чувствительности радиоприемных устройств, особенно в БЧ и СВЧ диапазонах.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты, содержащий делитель мощности входного- сигнала, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные первый смеситель, первая линия задержки и сумматор, вторую линию задержки, вход которой подключен к второму выходу делителя мощности входного сигнала, второй смеситель,

39

выход KOTCiporo сое/;инеи с apyi им входом сумматора, и гетеродин, выход i OTOpoio подключен к гетеродинным входам первого и второго смесителей 2 .

Недостаток известнохо преобразователя - низкий дингомический диапазон по входному сигналу.

Цель изобретения - повьидение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем что. в преобразователь частотьг, содержащий делитель мощности входного сигнала, к первому выходу которого подключены последовательно сое-° диненные первый смеситель, первая линия задержки и сумматор, вторую линию задержки, вход которой подключен к второму выходу делителя мощности входного сигнала, второй смеситель, выход которого соединен с другим входом сумматора, и гетеродин, выход которого подключен к гетеродинным входам первого и второго смесителей, между выходом первого смесителя и сихнальным входом второго смесителя введе О)1 последовательно соединенные третий смеситель и вычитатель другой вход которого подключен к выходу второй линии задержки, при этом гетеродинный вход третьего смесителя подключен к выходу гетеродина, а С у где С и Cj, - коэффициенты передачи делителя мощности входного сигнала соответственно по первому и BTODOMV выходам.

На чертеже поедставлена CTDVKTVDная схема пведлагаемого поеобпазователя частоты.

Преобразователь частоты содеожит делитель 1 мощности входного сигнала, первую линию 2 задеожки, пеовый смеситель 3, втооой смеситель 4 сумматор 5, гетеродин 6, третий смеситель 7, вторую линию 8 задержки и вычитатель 9.

Преобразователь частоты работает следукщим образом.

Предположим, что первый смеситель 3 и второй смеситель 4 понижают частоту входного сигнала. В этом случае третий смеситель 7 должен быть повышающим. Входной сигнал проходит на выход тремя путями. Первый путь первый выход делителя I, первь й смеситель 3, первая линия 2 задержки сумматор 5, второй путь - первый смеситель 3, третий смеситель 7 , вычитатель 9, второй смеситель 4, сум14

матор 5 , IpeTHij путь - второй выход делителя 1, вторая Л15ния 8 задержки, вычитатель 9, второй смеситель 4, сумматор 5,

Для упрощения записи, но без потери оби1;ности примем )ициенты передачи линий задержек, вычитателя и сумматора равными по модулю единице, а коэффициенты усиления (или передачи) по напряжению смеситеаей обозначим соответственно К., К. и Kj. При компенсации с помощью линий задержек группового времени запаздывания и его неравномерности, которое впосят смесители и фильтрь, имеем для коэффициента усиления по напряжению устройства в целом

К- иВькв

Т/зГ f)

Соотношение () получено при условии равного деления сигнала делителем 1 ( неравностьделегшя сигнала учтем ниже)„

При балансе устройства, т.е. при выполнении условий

Kj -- и (или) К, - (I)

Ki

П имеем j. . ,

, - (3)

, Л

Из () следует также, что

4jil К

LUi

()

4.0 К ;

Кг. ь

т.е„ относительная погрешность коэффициента усиления преобразователя частоты Б целом является величиной второго порядка малости при условии, что третий смеситель имеет - 0. Из соотношений (2)-(4) следует, что для получения усиления от преобразователя частоты в целом необходимо,чтобы первый и второй смесители имели К 1 и , т.е. первый и второй смесит тели должны быть выполнены либо на активных преобразующих элементах (пампы, транзисторы и т.п.), либо на naccHBtibix преобразующих элемсигтах, например, на диодах с барьером Шоттки, но с добавлением усилителя промежуточной частоты; третий смеситель 7 должен иметь 1, т.е. (ет быть выполнен либо на диодах, например, диодах с барьером Шоттки, ли(3о на актиц}1ых преобразующих элементах, но с добавлением аттенюатора соответствующей велнчины. Использовлрше диодного третьего смесите.пя 7 Пплес 59 предпочтительно, так как он более стабилен по cpaBiieHHij например, с транзисторными c fecитeлями, и,, следовательно, легче достигается условие 0. Кроме того, диодный смеситель вносит значительно меньше собственных шумов. Повышение динамического диапазона без увеличения коэффициента шума качественно можно показать так. Пусть первьй смеситель 3 выполнен например, на транзисторе средней мощ ности, а второй смеситель 4 - на маломощном малошумящем транзисторе. Очевидно, что в этом случае первый смеситель 3 будет иметь больший дина мический диапазон но и больший коэффициент шума по сравнению со вторым смесителем 4. Нетрудно видеть, что при балансе при условии К К2, :т-) собственные шумы первого смесителя будут скомпенсировань, так как коэффициенты передачи при балансе схемы и сделанных вьшде предположениях от выхода первого смесителя до выхода всего устройства по первому и втором пути одинаковы по величине и противоположны по знаку. Таким образом, общий коэффициент шума преобразователя частоты будет определяться малошумящим вторым смесителем 4. а динамический диапазон - сравнительно мощным первым смесителем 3. Для получения малого коэффициента вто рого смесителя 4 необходимо, Атобы потери во входной цепи второго смеси теля 4 были достаточно малы, другими словами, необходимо, чтобы делитель 1 практически весь сигнал передавал на вход второго смесителя 4. Наприме если в качестве делителя 1 использован направленный ответвитель с переходным ослаблением 10 дБ по отношению к первому выходу, то коэффициент шума второго смесителя 4 Кщ увелнчится на 0,4 дБ. Количественный анализ предлагаемо го устройства приводит к следующим соотношениям. Коэффициент усиления по напряжени нри балансе П - - n YH-C- ; (5) где С - коэффициент передачи делителя 1 на его первый выход. Кпэффи1диент огума всего устройства нри 6;uiaHce 1 - С, 6 Следует заметить, что за счет уменьшения коэсЬФнциента передачи делителя 1 на вход первого смесителя 3 диламический диапазон по входном сигналу всего устройства без увеличения коэффициента шума увеличивается примерно на 10 1дс(дБ) даже при одинаковых динамических диапазонах первого и второго смесителей. Предлагаемое устройство позволяет значительно увеличить динамичесKiifi диапазон преобразователей частоты без увеличения коэффициента шума, что повьппает помехозащищенность, радиоприемных устройств и облегчает решение задачи электромагнитной совместимости радиотехнических устройств, Формула изобретения Преобразователь частоты, содержащий делитель мощности входного сигнала, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные первый смеситель, первая линия задержки и сумматор, вторую линию згадержки, вход которой подключен к второму выходу делителя мощности входного сигнала, второй смеситель, выход которого соединен с другим входом сумматора и гетеродин, выход которого подключен к гетеродинньм входам первого и второго смесителей, отличающийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона, между выходом первого смесителя и сигнальным входом второго смесителя, введены последовательно соединенные третий смеситель и вычитатель, другой вход которого подключен к выходу второй линии задержки, при этом гетеродинный вход третьего смесителя подключен к выходу гетеродина, а С, С, где С и Cj - коэффициенты передачи делителя мощности входного сигнала соответственно по первому и второму внходам. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дальняя связь. Под ред. А.Н.Зингеренко. М., Связьиздат, 1970, с. 148. рис. 8.22. 2. Лс-еев Б.П. Фазовые соотношения в радиотехнике. М., Связьиздат, 1959, с. 118, рис. 3-23,(прототип).

/

/

/

L

/