Приемники двойного преобразования

Приемники двойного преобразования широко используются в профессиональной телекоммуникационной аппаратуре метрового и дециметрового диапазонов радиоволн. Именно такое схемное решение позволяет обеспечить выделение узкой полосы частот на достаточно высокой частоте несущего колебания. Напомню, что наиболее распространенная ширина канала в частотных диапазонах, выделенных для наземной мобильной радиосвязи — 12,5 кГц.

При двойном преобразовании частоты сначала переносят группу каналов на первую промежуточную частоту, выделяют ее, а затем выделяют рабочий канал на второй промежуточной частоте. Этот процесс иллюстрируется частотной диаграммой, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1. Перенос спектра рабочего канала при двойном преобразовании частоты

На приведенном рисунке полезный сигнал с частотой f_р, занимающий 27 рабочий канал, сначала переносится на первую промежуточную частоту f_пч1. Значение первой промежуточной частоты приемник выбирается достаточно большим для того чтобы облегчить подавление зеркального канала f_зк1 фильтром преселектора.

Именно поэтому выделить одиночный частотный канал на такой высокой частоте не представляется возможным. Основная задача тракта первой промежуточной частоты — подавить зеркальный канал f_зк2, который образуется во втором смесителе. Основная фильтрация (выделение рабочего частотного канала) производится в тракте второй промежуточной частоты.

Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема приемника двойного преобразования

В схеме электрической структурной удобно сразу внутри блока или над ним размещать основные параметры, которые будут определять параметры всего приемника в целом. Эти параметры подставляются из справочных данных (datasheets) конкретных микросхем, которые предполагается применить в радиоприемнике. Точно так же над проводником принято размещать значение минимального и максимального уровня сигнала, волновое сопротивление, и т.д. Подобный подход позволяет значительно сократить время разработки аппаратуры.

Например, в схеме, приведенной на рисунке 2, усилитель первой промежуточной частоты обладает меньшим динамическим диапазоном. Его уровень шума больше уровня шума усилителя радиочастоты, но это не важно, так как шум радиоприемника в целом будет определяться шумом УРЧ.

То же самое можно сказать и про уровень продуктов третьего порядка IIP3. На входе УПЧ1 количество помех и их уровень значительно снижены фильтром промежуточной частоты ФПЧ и фильтрующими свойствами УРЧ. Если же в результате оценки параметров этого окажется недостаточным, то возможно три пути преодоления проблемы:

ужесточение требований к ФПЧ
введение цепи автоматической регулировки усиления
выбор микросхемы УПЧ1 с лучшими параметрами

Следует заметить, что на рисунке в статье или книге трудно разместить все параметры исследуемых блоков, поэтому рассмотрим наиболее важный из них — первый преобразователь частоты подробнее. Участок структурной схемы приемника, показывающий первый преобразователь частоты, приведен на рисунке 3.

структурная схема преобразователя частоты

Рисунок 3. Структурная схема первого преобразователя частоты приемника двойного преобразования

На приведенной структурной схеме показано как осуществляется борьба с распространенным явлением — захватом частоты гетеродина сигналом мощной помехи. Проблема заключается в двух факторах: первый — полоса пропускания фильтра преселектора достаточно широкая (на высоких частотах невозможно отфильтровать соседние каналы), поэтому на вход смесителя поступают сигналы нескольких радиостанций; второй — сигнал с одного входа смесителя проходит на его второй вход. При достаточно мощной помехе может произойти захват частоты гетеродина этой помехой.

Для борьбы с этим явлением можно применить два метода: поставить аттенюатор (для этого должна быть увеличена выходная мощность гетеродина) и применить дополнительный усилитель. В профессиональных приемниках для достижения максимального эффекта могут быть применены оба метода. Именно такой подход использован в структурной схеме, приведенной на рисунке 3.

Как видно из приведенной структурной схемы, наибольшее дополнительное подавление помех (23 дБ) осуществляет усилитель. Он же доводит мощность сигнала гетеродина до уровня, обеспечивающего смесителю IIP3 = +30 дБм. Еще 10 дБ подавления помех добавляет аттенюатор.

Отдельный вопрос — это усилитель на выходе смесителя. Обычно на выходе смесителя ставится узкополосный фильтр. Это действительно оправдано, т.к. фильтр промежуточной частоты значительно уменьшает количество и мощность помех. Однако возможна ситуация (ее нужно отдельно прорабатывать в каждом конкретном случае), когда из-за частотной зависимости входного сопротивления фильтра в смесителе возрастает уровень интермодуляционных помех. Усилитель обладает сопротивлением, не зависящим от частоты, и может устранить эту причину возникновения помех.

Еще одним фактором, который может потребовать введения данного усилительного каскада, является уровень шума. В приведенной на рисунке 3 схеме фильтр преселектора, смеситель и фильтр промежуточной частоты уменьшают уровень сигнала на 14 дБ. В результате при расчете шумов придется учитывать уровень шума усилителя, следующего за фильтром промежуточной частоты. Усилитель на выходе смесителя позволяет поднять мощность принимаемого сигнала и уменьшить общий уровень шума приемника.

Дата последнего обновления файла 06.08.2018

Вместе со статьёй "Приемники двойного преобразования" читают: