Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 30

Результат перемножения колебаний с одинаковыми несущими частотами получим, устремив  к f₁. Очевидно, что при сближении несущих спектр разностной частоты на рис. 2.64,г сдвигается влево и при f₂= f₁ частота свертки равна нулю.

Отметим, что при использовании в смесителе нелинейного эле­мента   помимо   рассмотренного выше взаимного преобразования спектров имеет место автопреобразование спектров первого и второго входных напряжений в отдельности за счет биений их собст­венных спектральных составляющих. Механизм автопреобразо­вания аналогичен случаю взаимного преобразования полностью коррелированных сигналов с одинаковыми несущими частотами Поэтому на видеочастоте независимо от того, равны или не равны несущие частоты перемножаемых напряжений, всегда при­сутствуют их автоспектры. Они отражают факт амплитудного (квадратичного) детектирования сигналов нелинейной цепью. Существенно, что при f₂= f₁ автоспектры накладываются на взаимные спектры сигналов и шумов, тогда как при 2 авто- и взаимные спектры разнесены по частоте (рис. 2.64,г).

Из спектрограммы напряжения (тока) на выходе перемножите­ля видно, что последующей операцией по выделению сигнала из шумов должна быть узкополосная фильтрация сигнала на часто­те свертки его спектра. В процессе узкополосной фильтрации ре­ализуется   операция   интегрирования.

Практически интегрирование осуществляется на конечном ин­тервале, длительность которого определяется временем, отведен­ным   на   обработку.

Обычно вместо идеального интегрирования удается осуществить весовое суммирование элементов сигнала с помощью инерционных звеньев типа низкочастотного RC-филътра, передаточная функ­ция которого  при большой постоянной времени - приближается к передаточной функции идеального инте­гратора . То же самое можно сказать о радиочастотном ана­логе RC-фильтра—полосовом RLC-филътре, а также о более слож­ных узкополосных фильтрах, в том числе кварцевых.

Таким образом, в качестве интеграторов КД можно использо­вать линейные пассивные фильтры, аналогичные межкаскадным фильтрам узкополосных усилителей низкой или промежуточной частоты (УНЧ или УПЧ). Узкополосный УНЧ или УПЧ в целом может рассматриваться как активный фильтр-интегратор с объ­единенными функциями интегрирования (усреднения и накопле­ния)  и усиления выходного напряжения перемножителя.

Время эффективного интегрирования (время усреднения, па­мять накопителя) Т_и зависит от полосы пропускания фильтра-интегратора П_и. Оно обычно согласуется с длительностью обра­батываемого   сигнала  :

Иными   словами,   полоса   пропускания      фильтра-интегратора согласуется  с  шириной  сжатого  спектра  сигнала:

Из спектрограммы рис. 2.64,г видно, что в процессе узкополос­ной  фильтрации  напряжения  на  выходе  перемножителя  уменьшается уровень шумов. Действительно, поскольку , то сигнал проходит через фильтр-интегратор почти без ослабления, тогда как мощность шумов, рассредоточенная в интервале частот , значительно уменьшается на выходе фильтра по сравнению со входом. В результате отношение сигнала к шуму на выходе интегратора возрастает- Количественно увеличение отношения си­гнала к шуму (по мощности) характеризуется коэффициентом когерентного накопления К_и. Он оказывается близким к отноше­нию шумовых полос пропускания усилителей (фильтров), располо­женных до перемножителя и после него, которое, в свою .очередь, близко   к   коэффициенту   сжатия   спектра:

Иными словами, при конечном времени усреднения произведе­ния реализаций входных процессов напряжение на выходе КД пропорционально значению корреляционного интеграла в конеч­ных   пределах:

который является несмещенной оценкой для z т. е. . При этом выходное напряжение КД помимо регулярной (сигналь­ной) содержит также флюктуационную (шумовую) составляющую. Максимальное отношение сигнала к шуму по мощности на выходе КД находится как отношение квадрата среднего значения к дис­персии выходного напряжения при . В частности, для коло­кольных спектров сигналов и шумов на входах КД гари одина­ковой их ширине на уровне 0,46, равной , имеем:

или при слабых сигналах на фоне интенсивных помех

Аналоговые перемножители напряжений, как и смесителя, мо­гут быть построены по двум принципам: прямого и косвенного перемножения.

Прямое перемножение осуществляется в линейных устройствах с переменным параметром. Их выходное напряжение пропорцио­нально одному из входных:  а коэффициент передачи является линейной функцией второго напряжения: . В ре­зультате  .

Примером устройства, работающего по указанному принципу, может служить перемножитель на многосеточной лампе с двумя управляющими  сетками   (на   пентоде   или  гептоде).

В настоящее время большинство перемножителей работает по принципу косвенного перемножения напряжений в устройствах типа смесителей, содержащих нелинейные элементы с квадратич­ными вольтамперными характеристиками (ВАХ). На практике используются диоды и триоды, ламповые или полупроводниковые. Однако ВАХ реальных нелинейных элементов отличны от квад­ратичных и в общем случае аппроксимируются степенным рядом вида

При соответствующем выборе положения рабочей точки и не­большом рабочем участке ВАХ можно ограничиться второй сте­пенью   аппроксимирующего   полинома.

Под воздействием суммарного напряжения  в цепи нелинейного   элемента,   например   диода,   потечет   ток

Пусть для простоты рассуждений перемножаемые напряжения—

гармонические колебания с амплитудами U\ и U% круговыми часто­тами ©1 и ©2 и нулевыми начальными фазами. Тогда

Полезная составляющая (подчеркнута прямой линией) обус­ловлена только квадратичным членом ряда. Кроме нее имеется большое число лишних составляющих, в том числе оба автоспект­ра (подчеркнуты волнистой линией), избавиться от которых мож­но   двумя   способами:

путем   компенсации    (схемными   методами);

путем фильтрации выходного напряжения перемножителя.

На практике используются оба способа подавления мешающих составляющих,  причем   чаще   всего   одновременно.