Преобразователь частоты с подавлением зеркального канала

 

Использование: радиотехника, супергетеродинные радиоприемники. Сущность изобретения: преобразователь частоты с подавлением зеркального канала содержит входной фильтр 1, первый смеситель 2, режекторный фильтр 3, второй смеситель 4, второй и первый фильтры 5 и 6 промежуточной частоты, фазовращатель 7, гетеродин 8, умножитель частоты на два 9, фазовращатель на 90 град. 10 и сумматор 11. Составляющие зеркальной помехи на входах сумматоры 11 противофазны, благодаря чему они компенсируются. Коэффициент шума уменьшается из-за последовательного соединения первого и второго смесителей 2 и 4 и выбора коэффициента передачи первого смесителя, выполненного в виде двойного балансного смесителя большим единицы, а коэффициента передачи второго смесителя - равным единице. 1 ил.

Изобретение относится и радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах супергетеродинного типа различного назначения для ослабления помех, принимаемых на частоте зеркального канала.

Известны устройства подавления зеркальных помех, в которых предусмотрен дополнительный /параллельный/ канал приема, содержащий дополнительный смеситель /1/. Благодаря разветвлению входного полезного сигнала и зеркальных помех с помощью системы фазовращателей удается обеспечить на выходах основного и дополнительного каналов приема противофазность зеркальных помех и синфазность полезного сигнала. В результате при условии идентичности основного и дополнительного каналов достигается компенсация зеркальных помех. Недостатком этих устройств является ухудшение шумовых свойств /увеличение коэффициента шума/ преобразователя из-за влияния шумов дополнительного канала.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению является преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, содержащий последовательно соединенные входной фильтр, первый смеситель, к гетеродинному входу которого подключен гетеродин, первый фильтр промежуточной частоты, фазовращатель и сумматор, последовательно соединенные второй смеситель и второй фильтр промежуточной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора, а также фазовращатель на 90^o, выход которого подключен к другому входу сумматора, а также фазовращатель на 90^o, выход которого подключен подключен и гетеродинному входу второго смесителя /2/. В этом устройстве также вход второго смесителя подключен и выходу входного фильтра, Однако известное устройство обладает высоким коэффициентом шума.

Технический результат, который макет быть получен при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении коэффициента шума.

Для этого в преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, содержащий последовательно соединенные входной фильтр, первый смеситель, к гетеродинному входу которого подключен гетеродин, первый фильтр промежуточной частоты, фазовращатель и сумматор, последовательно соединенные второй смеситель и второй фильтр промежуточной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора, а также фазовращатель на 90^o, выход которого подключен к гетеродинному входу второго смесителя, введен умножитель частоты на два, включенный между гетеродинoм и входом фазовращателя на 90^o, и режекторный фильтр, частота режекции которого равна промежуточной частоте, включенный между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, первый смеситель выполнен в виде двойного балансного смесителя с коэффициентом передачи, большим единицы, второй смеситель выполнен с коэффициентом передачи, равным единице, а фазовращатель выполнен со сдвигом фазы на +90 при верхней настройке гетеродина и на -90 при нижней.

На чертеже представлена структурная электрическая схема преобразователя частоты с подавлением зеркального канала.

Преобразователь частоты с подавлением зеркального канала содержит входной фильтр 1, первый смеситель 2, режекторный фильтр 3, второй смеситель 4, второй и первый фильтры 5 и 6 промежуточной частоты /ПЧ/, фазовращатель 7, гетеродин 8, умножитель частоты на два 9, фазовращатель 10 на 90^o и сумматор 11.

Устройство работает следующим образом. Полезный сигнал с частотой ω_c и фазой ϕ_c и зеркальная помеха с частотой ω_з и фазой ϕ_з поступают через входной фильтр 1 на вход первого смесителя 2, где в результате взаимодействия с колебанием гетеродина 8 с частотой ω_г и фазой ϕ_г образуются колебания на разностной /промежуточной/ частоте ω^(c_пч⁾ = ω_г-ω_c /случай верхней настройки гетеродина/ с фазой ϕ_г-ϕ_c и ω⁽³_пч⁾ = ω_з-ω_г с фазой ϕ_з-ϕ_г. А также колебания на суммарной частоте ω_г+ω_c c фазой ϕ_г+ϕ_c и ω_з+ω_г с фазой ϕ_з+ϕ_г. Колебания на суммарных частотах беспрепятственно проходят через режекторный фильтр 3 на вход второго смесителя 4, где в результате взаимодействия с колебанием гетеродина 8 на частоте 2ω_г с фазой образуется составляющая последнего сигнала на частоте ω^(c_пч⁾ = 2ω_г-(ω_г+ω_c) = ω_г-ω_c с фазой (2ϕ_г+π/2)-(ϕ_г+ϕ_c) = ϕ_г-ϕ_c+π/2 и составляющая зеркальной помехи на частоте ω^(з_пч⁾ = (ω_з+ω_г)-2ω_г= ω_з-ω_г с фазой (ϕ_з+ϕ_г)-(2ϕ_г+π/2) = ϕ_з-ϕ_г-π/2. Эти составляющие через второй фильтр ПЧ 5 поступают на один вход сумматора 11.

Колебания на промежуточной частоте с выхода первого смесителя 2 через первый фильтр 6 поступают на вход фазовращателя 7, где получает дополнительный сдвиг по фазе на π/2. В результате на другом входе сумматора 11 присутствует составляющая полезного сигнала на частоте ω^(c_пч⁾ = ω_г-ω_c с фазой ϕ_г-ϕ_с+π/2 и составляющая зеркальной помехи на частоте ω^(з_пч⁾ = ω_з-ω_г c фазой ϕ_з-ϕ_г+π/2.

Следовательно, на входах сумматора 11 составляющие полезного сигнала синфазны, а составляющие зеркальной помехи противофазны. т.е. выполняется фазовое условие компенсации зеркальной помехи. /Проделанные рассуждения справедливы для верхней настройки гетеродина, когда ω_г >ω_c. При нижней настройке гетеродина, когда ω_г< ω_c все рассуждения остаются справедливыми, если сдвиг фазы в фазовращателе 7 составляет π/2 Для компенсации зеркальной помехи необходимо, чтобы уровни составляющих зеркальной помехи на входах сумматора 11 были одинаковы, т.е. необходимо выполнить амплитудное условие компенсации. Сформулируем это условие. Пусть уровни полезного сигнала и зеркальной помехи на входе первого смесителя 2 равны Р_c и Р_з соответственно. На выходе первого смесителя 2 продукты на разностной частоте и на суммарных частотах имеют уровни: Р_2c= K₂Р_c и Р_2з=K₂Р_з, где K₂ коэффициент передачи первого смесителя 2. На выходе первого фильтра ПЧ 6 уровни сигнала и помехи: Р_6c= K₆P_2c= K₆·K₂P_c, P_6з= K₆·P_2з= K₆K₂P_з, где К₆ - коэффициент передачи первого фильтра ПЧ 6. Если фазовращатель 7 не изменяет уровней, то на его выходе P_7c P_6c и P_7з P_6з.

На вход второго смесителя 4 через фильтр 3 проходят только составляющие на суммарных частотах без изменения уровней, т.е. P_зс=P_2c, P_3з=P_2з. На выходе второго смесителя 4 уровни сигнала и зеркальной помехи на промежуточной частоте P_4c= K₄P_3c= K₄K₂P_c, P_4з=K₄P_3з=K₄·P₃. На выходе второго фильтра ПЧ 5 P_5c=K₅K₄K₂P_c=K₅P_4c; P_5з=K₅K₄K₂P_з. На выходе сумматора 1 уровень полезного сигнала с учетом синфазности составляющих: P_выхс=P_5c+P_7c=K₂(K₅+K₅K₄) P_c.

При идентичных фильтрах ПЧ 5 и 6 К₅ К₆ К_ф и P_выхс=K₂K_ф(1+K₄)P_c. Коэффициент передачи заявленного устройства по мощности Уровень зеркальной помехи на выходе сумматора 11 с учетом противофазности составляющих P_выхз= P_5з-P_7з=K₂K_ф(K₄-1)P_-. Компенсация зеркальной помехи, т.е. Р_{вых з} 0, имеет место, если выражение в скобках обращается в нуль. Отсюда оптимальный коэффициент передачи второго смесителя 4 К₄ 1 Следовательно, второй смеситель 4 может быть реализован лишь в транзисторном варианте. С учетом /1/ коэффициент передачи по мощности устройства в целом K_Σ = 2K₂K_ф, /2/, что вдвое больше, чем у известного устройства.

Оценим шумовые свойства заявленного устройства, используя стандартную методику определения коэффициента шума многокаскадной схемы /см. Айнбинвер "Шумы радиоприемников", М, 1974, стр. 83-86/. Суммарная интенсивность шума на выходе /по аналогии с формулой 3.16 на стр.85/ запишется в виде: h^*_вых= H₂K₂K₆+H₂K₂K₄K₅+H₄K₄K₅, где H₂, H₄ интенсивность шума смесителей 2 и 4 соответственно. Первое слагаемое это шум первого смесителя 2, прошедший через первый фильтр ПЧ6. Второе слагаемое описывает шум первого смесителя 2, прошедший через второй смеситель 4 и второй фильтр ПЧ 5. Третье слагаемое - это шум второго смесителя 4 с учетом прохождения через второй фильтр ПЧ 5. С учетом того, что К₅ К₆ К_ф, а K₄ 1, суммарная интенсивность: h^*_вых=(2H₂K₂+H₄)K_ф /3/.

С другой стороны /по аналогии с формулой 3.17 на стр.86/ для заявленного устройства h^*_вых = H^*K_Σ/ , где Н^x интенсивность шума входного источника, создающего ту же интенсивность шума на выходе в предположении, что смесители нешумящие. Или, с учетом /2/ h_вых=2H^*K₂K_ф. Из /3/ и /4/ интенcивность шума преобразователя частоты имеет вид: откуда следует, что результирующий шум преобразователя частоты с подавлением зеркального канала зависит от коэффициента передачи первого смесителя 2 и уменьшается с его увеличением.

Коэффициент шума заявленного устройства /по аналогии с формулой 3.19 на стр.86/ запишется в виде: где F₂ и F₄ коэффициент шума смесителей 2 и 4 соответственно.

Для устройства, описанного в /2/, коэффициент шума
F 2F₂ /7/
Определим выигрыш по коэффициенту шума как , тогда полагая для простоты F₂≈ F₄ 1, имеем

Отсюда следует, что выигрыш по коэффициенту шума появляется при K₂>1/2, становится заметным при K₂>1 и увеличивается с ростом K₂, но не превышает 2.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с подавлением зеркального канала, содержащий последовательно соединенные входной фильтр, первый смеситель, к гетеродинному входу которого подключен гетеродин, первый фильтр промежуточной частоты, фазовращатель и сумматор, последовательно соединенные второй смеситель и второй фильтр промежуточной частоты, выход которого подключен к другому входу сумматора, а также фазовращатель на 90°, выход которого подключен к гетеродинному входу второго смесителя, отличающийся тем, что в него введены умножитель частоты на два, включенный между гетеродином и входом фазовращателя на 90°, и режекторный фильтр, частота режекции которого равна промежуточной частоте, включенный между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, первый смеситель выполнен в виде двойного балансного смесителя с коэффициентом передачи, большим единицы, второй смеситель выполнен с коэффициентом передачи, равным единице, а фазовращатель выполнен со сдвигом фазы на +90° при верхней настройке гетеродина и на -90^o при нижней.

РИСУНКИ

Рисунок 1