Балансный преобразователь частоты Советский патент 1983 года по МПК H03D7/14 

(З) БАЛАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоаппаратуре различного назначения, в частности в радиоприемных, устройствах.

Известен балансный преобразователь частоты, содержащий два идентичных преобразующих .четырехполюсника,к входам которых через развязывающий .элемент подключены источник сигнала и гетеродин, и нагрузку tl

Однако на выходе этого преобразователя используется балансный трансорфматор, что не только затрудняет его настройку, но и приводит к уменьшению коэффициента передачи, увеличению коэффициента шума и ограничению полосы пропускания.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является балансный преобразователь частоты, содержащий два идентичных преобразующих четырехполюсника на транзисторах одного типа проводимости, с реактивными делителями напряжения между входными и общими электродами, к входам которых через развязывающий элемент, например гибридное соединение, подключены источник сигнала и гетеродин, выходы соединены с нагрузкой параллельно, а друг с другом последовательно, и между общими шинами преобразующих четырехполюсников, одна из ко10торых подключена к шине заземления, включен заграждающий фильтр, настроенный на промежуточную частоту. Благодаря исключению балансного транс)5.форматора на выходе этого устройства оно сохраняет хорошие характеристики на частотах вплоть до нескольких сотен МГц 2 .

Однако в СВЧ-диапазоне выполнить

20 раздельно общие шины преобразующих четырехполюсников конст эуктивно сложно и практически невозможно без нарушения симметрии плеч преобразовате39ля. Кроме того, конечные размеры и потери заграждающего фильтра промежуточной частоты вносят дополнительную асимметрию на высокой частоте. Поэтому известное устройство в СВЧ-ди апазоне имеет.неудовлетворительную характеристику, связанную с нарушением симметрии плеч и влиянием потерь заграждающего фильтра: низкий коэффициент передачи, высокий коэффициент шума, и значительный уровень четных гармоник в спектре выходного сигнала. Цель изобретения - повышение коэффициента передачи и уменьшение коэф фициента шума в СВЧ-диапазоне при снижении уровня четных гармоник в спектре выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем. что в балансном преобразователе частоты, содержащем два идентичных преобразующих четырехполюсника, к входам которых через первый, второй развязывающие конденсаторы и развязывающий элемент, например гибридное соединение, подключены источник сигнала и гетеродин, и нагрузку, причем преобразующие четырехполюсники выпол нены на транзисторах одного типа про водимости, между входными и общими электродами которых включены реактивные Делители напряжения, отвод реактивного делителя напряжения первого преобразующего четырехполюсника подключен к выходу второго преобразующего четырехполюсника, между отводами реактивных делителей напряжения первого и второго преобразующих четырехполюсников и общей шиной включены соответственно первый и второй дополнительные конденсаторы, между выходом первого преобразующего четырехполюсника и общей шиной включен третий дополнительный конденсатор, а между выходом второго преобразующего четырехполюсника и нагрузкой введена катушка индуктивности. На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - эквивалентная схема. Балансный преобразователь частоты содержит первый и второй преобразующие четырехполюсники 1 и 2, развязывающие конденсаторы 3 и , развязывающий элемент 5, источник 6 сигнала гетеродин.7. нагрузку 8, дополнительные конденсаторы и катушку индук 54 тивности 12, причем каждый преобразующий четырехполюсник 1 и 2 содержит транзистор 13 (И), реактивный, делитель напряжения, выполненный на катушке индуктивности 15 (16) и конденсаторе 17 (18), заграждающий фильтр по высокой частоте, образованный четвертьволновыми отрезками 19 (20) и 21 (22)линий, из которых отрезок 20 (22) разомкнут на конце. На эквивалентной схеме выходы транзисторов 13 и Н по промежуточной частоте представлены в виде генераторов 23 2k тока, параллельное соединение конденсаторов 3 и 9 показано в виде конденсатора 25, а параллельное соединение конденсаторо.в t и 10 в виде конденсатора 26. Балансный преобразователь частоты работает следующим образом. Заграждающие фильтры по высокой частоте на выходе транзисторов 13,1+ образованные четвертьволновыми отрезками 19-22, позволяют уменьшить шум каждого преобразующего четырехполюсника 1,2 за счет использования эффекта дополнительного преобразования частоты на коллекторном переходе транзисторов 13, I и развязывают выходы преобразующих четырехполюсников 1,2 по высокой частоте. Реактивные делители напряжения обеспечивают короткое замыкание между базой и эмиттером транзисторов 13 1 по промежуточной частоте, что необходимо для минимума шумового числа, и совместно с конденсаторами 9 и 10 образуют Т-образные звенья. Причем катушки индуктивности 15, 16 в данном случае не являются дросселями по высокой частоте. Включение реактивных делителей между базой и эмиттером в СВЧ-диапазоне обусловлено тем, что применение Т-образного реактивного звена позволяет дополнительно уменьшить шумовое число плеч балансного преобразователя частоты и повысить их устойчивость. Конденсаторы 3 и l совместно с отрезками 27-30 линий обеспечивают оптимальное согласование плеч с выходами гибридного соединения. Так как сопротивление последовательной цепочки, состоящей из катуш и индуктивности 15, конденсатора 17, отрезка 27 линии и короткозамкнутого отрезка 30 линии, по промежуточной частоте крайне мало, то конденсатор

3 по промежуточной частоте оказывается включенным параллельно конденсатору 9 и совместно с ним образует эквивалентный конденсатор 25. Аналогично конденсаторы i и 10 по промежу точной частоте включены параллельно и образуют эквивалентный конденсатор 26.

Выходной фильтр промежуточной частоты, осуществляющий предваритель ную селекцию сигнала промежуточной частоты и согласование высокоомного выходного сопротивления плеч балансного преобразователя с нйзкоомной нагрузкой, выполнен в соответстВИИ с фиг.2, в виде однозвенного фильтра нижних частот, состоящего из катушки индуктивности 12 и конденсатора 25. Для повышения селективности и коэффициента трансформации выходной фильтр промежуточной частоты может быть выполнен многозвенным). При этом последовательно с генератором 23 тока включен конденсатор 11, а последовательно с генератором 2k тока оказывается включенным конденсатор 26. Для балансировки балансного преобразователя емкость третьего дополнительного конденсатора 11 нужно выбирать равной емкоети конденсатора 26.

В результате предложенного схемного решения генераторы 23 и 2 тока включены симметрично по отношению к нагрузке 8, равные по величине токи этих генераторов синфазно складываются в нагрузке.

Предложенный балансный преобразователь частоты конструктивно проще и дешевле прототипа, так как оба преобразующих четырехполюсника имеют общую шину заземления, и заграждающий фильтр промежуточной частоты из схемы балансного преобразователя исключен. За счет этого предложенный балансный преобразователь частоты имеет лучшие коэффициенты шума и коэффициент передачи при меньшем уровне четных гармоник в спектре выходного сигнала, что повышает чувствительность радиоприемного устройства при .увеличении уровня принимаемого без искажений сигнала и позволяет уменьшить усиление последующих каскадов усилителя промежуточной частот

Сравнительный анализ результатов

испытания макетных образцов предложенного балансного преобразователя частоты и базового объекта, каким

является кольцевой диодный смеситель, используемый в настоящее время,показатели следующие преимущества предложенного балансного преобразователя частоты:на 16 дБ увеличен коэффициент передачи мощности;на 6 дБ уменьшен коэффициент шума;на 2 дБ увеличена мощность насыщения при сохранении номинальной величиныкоэффициента шума. Лучшие технические характеристики предложенного устройства по сравнению с базовым объектом позволяют снизить требование по коэффициенту шума к усилителю промежуточной частоты и уменьшить число его каскадов, что снижает стоимость приемного устройства в целом и дает большой экономический эффект при серийном производстве. Формула изобретения Балансный преобразователь частоты, содержащий два идентичных преобразуюадих четырехполюсника, к входам коiTopbix через первый и второй развязы1вающие конденсаторы и развязывающий Элемент, например гибридное соединение, подключены источник сигнала и гетеродин и нагрузку, причем преобразующие четырехполюсники выполнены на транзисторах одного типа проводимости между входными и общими электродами которых включены рГеактивные делители напряжения, отвод реактивного делителя напряжения первого преобразующего четырехполюсника подключен к выходу второго преобразующего четырехполюс ника, отличающийся тем, . что, с целью повышения коэффициента передачи и уменьшения коэффициента.:. шума в СВЧ-диапазоне при снижении . уровня четных гармоник в спектре выходного сигнала, между отводами ре-, активных делителей напряжения первого и второго преобразующих четырехполюсников и общей шиной включены соответственно первый и второй дополнительные конденсаторы, между выходом первого преобразующего четырехполюсника и общей шиной включен третий дополнительный конденсатор, а между выходом второго преобразующего четырехполюсника и нагрузкой введена катушка индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 3190i2, кл. Н 03 D 7/1, 1970. .

2.Авторское свидетельство СССР № .. кл. Н 03 D 7/1, 1977 (.прототип).