Необходимость применения двух- и более кратного преобразования частоты в приемниках радиостанции связи

3/1.  Объясните необходимость применения двух- и более кратного преобразования частоты в приемниках радиостанции связи.

Побочные каналы приема

Преобразователь частоты образует колебания промежуточной частоты в результате взаимодействия каждой гармоники колебания гетеродина с сигналами, частоты которых отличаются от частоты соответствующей гармоники гетеродина на величину ω_п. Таким образом, относительно каждой гармоники гетеродина возникает два канала приема. Кроме этого, по отношению к сигналу, имеющему частоту, равную промежуточной, преобразователь ведет себя как усилитель, модулируемый гетеродинным   напряжением.

Из изложенного ясно, что существует множество сигналов, преобразуемых в колебания одной и той же промежуточной частоты. Из этого множества только один сигнал является полезным, остальные соответствуют побочным каналам приема.

Полезный сигнал имеет частоту ω_с=nω_г - ω_п  С тем же успехом можно было бы  принять ω_с=nω_г + ω_п  При этом все последующие соотношения  остались бы  неизменными. Таким образом, в нашем случае полезному каналу сигнала с частотой сое соответствует побочный «зеркальный » канал с частотой ω_с.з=ω_с+2ω_п. Все внутренние параметры преобразователя частоты и коэффициент преобразования для канала сигнала и зеркального канала одинаковы (Кп.з = —Sп·Zп.з). Поэтому зеркальный канал является одним из наиболее опасных побочных каналов приема.

Е.сли частота сигнала равна промежуточной частоте, то

Iп=So·Uc+Gio·Uп

или с учетом равенства Uп = - Iп·Zп

Iп=So·Uc/(1+Gio·Zп)=μ_o· Uc/(R_iп+ Zп); (μ_o = So R_iп ).

Канал приема с частотой ω_сп=ω_п называется каналом прямого прохождения. Очевидно, коэффициент передачи канала прямого прохождения Kпп = -μ_o·Zп/(R_iп+Zп)

Так как часто So≥Sп, то Kпп ≥ Kп

Поэтому канал прямого прохождения является столь же опасным, как и зеркальный канал. Однако при оценке опасности указанных паразитных каналов следует учитывать, что канал прямого прохождения для приемника с выбранной частотой соп фиксирован, а зеркальный канал при перестройке   по   частоте   следует   за каналом сигнала. Поэтому вероятность воздействия помехи по зеркальному каналу выше, чем по каналу прямого прохождения.

Все возможные каналы приема могут быть определены из уравнения ω_спк =|nω_г±ω_п|, которое графически иллюстрируется рис. 1. Видно, что каждой гармонике колебания гетеродина соответствуют два канала приема и, кроме того, существует канал прямого прохождения, не связанный с процессом преобразования частоты. На рис. 1 ось ординат не образмерена, однако с учетом коэффициентов передачи (преобразования) для каждого из побочных каналов приема и канала сигнала подобный рисунок можно рассматривать как частотную характеристику преобразователя частоты при изменении частоты входного сигнала вшироких пределах.              Рис.1              3/2

3/2

Борьба с побочными каналами приема возможна в цепях, включаемых до преобразователя частоты— во входной цепи и в УРЧ, за счет частотной избирательности. Ослабление зеркального канала входной цепью и УРЧ жестко регламентируется. Избирательность по соседнему каналу (т. е. относительно радиостанций, работающих на частотах, близких к частоте сигнала) осуществляется в основном частотной характеристикой УПЧ. Частотные характеристики входной цепи и УРЧ, а также УПЧ (перенесена на частоту сос) указаны условно на рис. 1. Из рисунка видно, что ослабление зеркального канала входной цепью: и УВЧ возрастает при увеличении промежуточной частоты. Однако при этом возможно ухудшение избирательности по соседнему каналу. Это иногда заставляет использовать двойное (двукратное) преобразование частоты с высокой первой и низкой второй промежуточными частотами. При этом возможно получение оптималь- , ного соотношения избирательностей по зеркальному и соседнему каналам.

Если приемник способен настраиваться на частоты, близкие к ω_п, то для ослабления помех по каналу прямого прохождения в цепь связи антенны с входной цепью приходится включать специальные режекторные или отсасывающие фильтры. Частотная характеристика режекторного фильтра, настроенного на частоту ω_сп,   также   показана   на   рис. 1.

При использовании для гетеродинирования основной частоты гетеродина (n = 1) можно устранить все паразитные каналы, кроме зеркального канала и канала прямого прохождения, выбором преобразовательного элемента с линейной зависимостью S(Uг) и угла отсечки Θ = 180° (см. рис. 2). При этом в смесителе не возникают высшие гармоники частоты гетеродина, а следовательно, отсутствуют сопутствующие им паразитные каналы приема.

Рис.2

Следует заметить, что при выводе приведенных выше соотношений было сделано допущение, что преобразователь частоты линеен для сигнала и, следовательно, гармоник частоты сигнала не создает. При увеличении амплитуды сигнала это предположение становится неверным и в общем случае в составе тока преобразователя частоты появляются комбинационные частоты вида ω_к = |nω_г±mω_c|, где m - номер гармоники сигнала (самому сигналу соответствует m = 1). Это может существенно изменить число и относительную роль паразитных каналов приема, а также нарушить линейную связь выходного (Uп) и входного (Uc) напряжений. Область входных  напряжений, в которой необходимо считаться с нелинейностью смесителя, может быть определена в частности, по кривым Kп(Uc), получаемым в результате экспериментальных исследований.