Первые приемники прямого преобразования появились на заре развития радиотехники, когда ещё не было радиоламп, связь проводилась на длинных и сверхдлинных волнах, передатчики были искровыми и дуговыми, а приёмники, даже профессиональные — детекторными. Было замечено, что чувствительность детекторного приемника существенно возрастает, если на детектор подать колебания маломощного генератора, работающего на частоте, близкой к частоте принимаемого сигнала.
Избирательность детекторного приемника по частоте обеспечивается полосовым фильтром, включенным на входе амплитудного детектора. Ту же самую задачу можно решить, если перенести энергию принимаемого сигнала в область низких частот. В этом случае избирательность по частоте можно будет осуществить фильтром низкой частоты, сложность которого при тех же характеристиках подавления соседнего канала будет в два раза меньше. Перенос спектра радиочастот в область низких частот можно осуществить при помощи следующего тригонометрического преобразования:
В качестве второго синусоидального сигнала с частотой, совпадающей с частотой принимаемого радиосигнала, применяется сигнал местного генератора, называемого гетеродином. Напряжение на выходе перемножителя, который в данном случае называется синхронным детектором, будет записываться следующим образом:
Напряжение удвоенной частоты радиосигнала легко может быть подавлено фильтром низкой частоты. Процесс переноса модулирующих частот с частоты рабочего канала на нулевую частоту поясняется рисунком 1.
Рисунок 1. Процесс рабочего канала на нулевую частоту
Структурная схема приемника прямого преобразования, реализующая описанный выше принцип переноса спектра полезного сигнала в область низких частот, приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Структурная схема приемника прямого преобразования
В этом приемнике полосовым фильтром выделяется группа частот, в которой присутствует входной сигнал, затем синхронным детектором осуществляется перенос спектра в область низких частот. Подавление частот соседних каналов в данной схеме может осуществить как полосовой фильтр на входе детектора, так и фильтр низкой частоты, расположенный на его выходе. Известно, что сложность фильтра низкой частоты в два раза ниже сложности полосового фильтра с той же самой избирательностью. Поэтому схема приемника прямого преобразования выгоднее как с точки зрения надежности, так и с точки зрения стоимости устройства.
Определим требования к фильтру низкой частоты (ФНЧ) приемника прямого преобразования. На рисунке 3 приведены спектры полезного сигнала и сигнала соседнего канала. На этом же рисунке приведена амплитудно-частотная характеристика фильтра нижних частот синхронного детектора, входящего в состав приемника прямого преобразования.
Рисунок 3. Требования к фильтру низкой частоты в приемнике прямого преобразования
Сложность фильтра низких частот зависит от его порядка. Требования к порядку фильтра приемника прямого преобразования задаются крутизной ската его амплитудно-частотной характеристики фильтра (АЧХ). В общем случае эти требования зависят от конкретного вида сигнала, применяемого в данной системе связи.
Пусть частота соседнего канала будет в три раза больше верхней частоты полезного сигнала. Тогда расстройка частоты Fск = fск/fв будет равна 3, и фильтр первого порядка обеспечит подавление этой частоты в три раза. Эта же цифра может быть выражена в децибелах:
Обычно требуется подавление соседнего канала не менее 60 дБ. Тогда необходимый порядок фильтра нижней частоты можно определить при помощи следующей формулы:
Итак, в данном случае фильтра шестого порядка недостаточно и требуется применить фильтр Баттерворта седьмого порядка.
В современных вариантах приемника прямого преобразования на выходе фильтра стоит аналого-цифровой преобразователь и схема цифровой обработки сигналов. В этом случае задача подавления соседнего канала может осуществляться этой цифровой схемой, и тогда требования к фильтру, расположенному на выходе перемножителя, могут свестись к требованиям к фильтру первого порядка, и его задача будет заключаться в подавлении высокочастотных образов полосы пропускания цифрового фильтра (антиалайсинговый фильтр).
