7. Преобразователи частоты. Назначение и требования к преобразователям частоты.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется устройство, которое осуществляет перенос спектра частот исходного сигнала из одной области частот в другую, без изменения соотношения между составляющими спектра.

Структурная схема ПЧ:

П Ч состоит из преобразовательного элемента (ПЭ 1), генератора сигнала несущей частоты (гетеродина Г–2) и электрического фильтра (ЭФ). В качестве ПЭ используется двухполюсник или четырехполюсник, с параметрами: выходным и входным сопротивлением, коэффициентом передачи.

Н елинейность ПЭ достигается за счет включения в него элементов с нелинейной ВАХ (диоды, транзисторы) или вольт–фарадной ВАХ (варикапы). При подаче на ПЭ напряжения полезного сигнала Uc(t) частотой Fc и гетеродина (накачки) Uн(t) с частотой fn в выходной цепи ПЭ образуются комбинационные продукты с частотами , где k= 1, 2… n= 1, 2.., из которых с помощью ЭФ выделяется колебание требуемой частоты. При k=1 имеем преобразование на основной гармонике генератора, при k>1 – на высших гармониках.

Если спектр сигнала занимает полосу частот , где - нижняя и верхняя частоты спектра, то продукты преобразования на выходе ПЭ (в сечении 2-2) будут иметь спектр S2(t). С помощью ЭФ (в сечении 3-3) из этого спектра выделяется или область частот (инверсное преобразование), или область частот (без инверсии спектра).

Назначение: ПЧ широко применяются в различных блоках систем многоканальной, радиорелейной и спутниковой связи, в телевизионных и факсимильных системах передачи, измерительных устройствах и т п… В многоканальных системах передачи ПЧ называют модуляторами, т. к. процесс преобразования частоты можно интерпретировать как фильтрацию верхней и нижней боковой полосы частот амплитудно-модулированного сигнала.

Классификация преобразователей частоты в МСП:

1) во виду входного сигнала Uc(t) различают индивидуальные и групповые ПЧ;

2) по характеру сопротивления ПЭ – резистивные и реактивные (емкостные) ПЧ;

3) по типу ПЭ – диодные (пассивные) и транзисторные (активные) ПЧ;

4) по способу включения ПЭ – одноактные, двухтактные, кольцевые ПЧ;

5) по конструкции ПЭ – дискретные и интегральные ПЧ.

Требования к ПЧ:

1) обеспечение максимально мощного коэффициента передачи по мощности: Кпр.м и по напряжению: Кпр.н., определяемых по формулам: Кпр.м=P3/P1; Кпр.н.=U3/U1. P3 и U3 – мощность и действующее напряжение преобразованного сигнала по частоте или ; P1 и U1 – то же для входного сигнала по частоте Fc.

2) затухание преобразования по мощности αпр.м. и напряжению αпр.н. в дБ: αпр.м.=10lg(P1/P3); αпр.н.= 20lg(U1/U3)= αпр.м. –10lg(Rвх./Rн). Где Rвх – входное сопротивление (со стороны зажимов 1-1) ПЧ на частоте Fc, Rн – сопротивление нагрузки, подключаемое к ПЧ со стороны зажимов 3-3.