Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 17

Для исключения потерь сигнала во входной цепи усилителя промежуточной частоты введен высокочастотный коаксиальный фильтр, который конструктивно представляет собой четверть­волновый коаксиальный стакан.

С точки зрения обеспечения минимального коэффициента шу­ма смесителя

где γ_с— относительная шумовая температура смесителя; К_Рс -коэффициент передачи смесителя, существует оптимальная связь смесителя с гетеродином. Степень связи смесителя с гетеродином характеризуется величиной постоянной составляющей тока гете­родина I₀, протекающего через смеситель. Графически зависи­мостьи        от величины I₀ представлена на рис. 2.28.

Из рисунка видно, что имеется оптимальное значениеI₀ опт , при котором коэффициент шума смесителя. минимален. Для раз­личных типов полупроводниковых диодов оптимальное значение постоянной составляющей тока    Установка этой величины тока производится по миллиамперметру, включен­ному на входе смесителя путем изменения глубины погружения штыря связи смесителя с гетеродином. Наличие тока одновремен­но свидетельствует о работоспособности гетеродина и исправности диода.

С учетом влияния шумов гетеродина выражение для коэффициента шума преобразователя можно представить в следующем виде:

*

где— относительная шумовая температура Т_о гетеродина

Главным недостатком однотактных ПЧ является преобразо­вание по основному и зеркальному каналам приема шумов гетеродина на промежуточную частоту. Это приводит к увеличению коэффициента шума. Поэтому такие преобразователи имеют

2.3.3. Балансные преобразователи частоты

Балансное преобразование частоты используют с целью улуч­шения шумовых свойств преобразователя частоты за счет подавле­ния шумов гетеродина на выходе смесителя, а также для подавления колебаний гетеродина на выходе смесителя и уменьшения количёства  комбинационных частот.

Поскольку шумовые свойства преобразователя частоты особен­но существенны при первом преобразовании частоты, рассмотрим преобразователи частоты в области сверхвысоких частот. С учетом особенностей конструктивного исполнителя рассматриваемый ниже принцип действия балансного преобразователя частоты применим и для преобразователей других диапазонов частот.

В диапазоне СВЧ балансные преобразователи частоты БПЧ строят на основе мостов СВЧ, из которых наиболее распростра­нены волноводнощелевой и его полосковый аналог — квадратный мост.

Упрощенная принципиальная схема балансного преобразова­теля частоты на волноводнощелевом мосте показана на рис. 2.29.

В такой конструкции различают четыре плеча (два входных и два выходных). В одно из входных плеч 1 подаются колебания гетеродина Р_Г, в другое — колебания преобразуемого по частоте сигнала P_зс. В выходные плечи 3 и 4 включены диоды VД1, VД2, нагруженные на балансный трансформатор, выполняющий роль фильтра  промежуточной  частоты.

Волноводно-щелевой мост обладает следующими свойствами:

1. Колебания, поданные в плечо 1 симметричного и согласо­ванного моста, не ответвляются в плечо 2, а распределяются по­ровну (по мощности) между плечами 3 я 4. При этом начальная фаза колебаний в плече 4 отстает от фазы колебаний в плече 3 на  л/2.

2. Колебания, поданные в плечо 2, не ответвляются в плечо 1, а распределяются поровну между плечами 3 и 4. При этом на­чальная фаза колебаний в плече 3 отстает от фазы колебаний в плече 4  на  л/2.

С учетом этого на смесительный диод УД1 воздействуют коле­бания гетеродина с начальной фазой φ^г и сигнала с начальной фазой  на смесительный диод УД2 — колебания гетеродина с начальной фазойи сигнала с начальной фазой ф₀.

Тогда начальные фазы сигнальных токов промежуточной час­тоты на выходе УД1 и УД2 соответственно определяются  соотношениями:

Видно,  что  разность  фаз

Следовательно, если .в фиксированный (момент .времени сигналь­ный ток промежуточной частоты через УД1 течет от анода к ка­тоду, то ток УД2 —от катода к аноду и, как показано на рисунке, эти токи  суммируются.

Проводя аналогичные рассуждения относительно регулярной и шумовой составляющей токов гетеродина, протекающих через диоды на промежуточной частоте, увидим, что эти токи в первич­ной обмотке балансного трансформатора вычитаются. Это обус­ловлено тем, что регулярная и шумовые (составляющие гетеро­динного колебания поступают в одно и то же плечо моста, сле­довательно токи на промежуточной частоте, проте­кающие через первый и второй диоды, будут синфазны. В случае полного баланса результирующая составляющая оказывается рав­ной  нулю.

Точная балансировка БПЧ практически невозможна, так как требует одновременного выполнения очень многих условий: точ­ное уравнивание мощностей сигнала на диодах; наличие одинако­вых входных сопротивлений каждого простого ПЧ, входящих в балансный преобразователь, которые зависят от свойств диодов, нагрузки на ПЧ, мощности гетеродина; наличие одинаковых ко­эффициентов передачи каждого из ПЧ; наличие одинаковых сопро­тивлений  нагрузки  по  промежуточной  частоте.

В дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах используют балансные преобразователи частоты на полосковых или микрополосковых линиях (рис. 2-30), по принципу действия не отличающиеся от рассмотренного  выше.

Отметим поэтому только некоторые особенности. Фильтр про­межуточной частоты выполнен по однотактной схеме. В связи с этим изменено по сравнению со схемой рисунка 2.29 включение смесительных диодов. Короткозамкнутые четвертьволновые отрез­ки, включенные до диодов УД\, УД2, обеспечивают замыкание постоянной составляющей тока через смесители, а разомкнутые четвертьволновые отрезки, включенные после смесителей, обеспе­чивают короткое замыкание фильтра промежуточной частоты по высокочастотной составляющей, что предотвращает потери пре­образуемого сигнала в цепях фильтра промежуточной частоты. Миллиамперметры позволяют измерять постоянные составляющие токов смесителей, обусловленные гетеродинным напряжением, что используется для регулярной связи смесителя с гетеродином.

Коэффициент шума балансного преобразователя частоты:

где