Общие сведения. Преобразователем частоты (ПЧ) называется устройство, предназначенное для переноса спектра сигнала из одной частотной области в другую с сохранением параметров

Преобразователем частоты (ПЧ) называется устройство, предназначенное для переноса спектра сигнала из одной частотной области в другую с сохранением параметров модуляции.

В состав преобразователя частоты входят: смеситель, гетеродин и частотно-избирательная система (полосовой фильтр). Ширина спектра выходного сигнала смесителя u _вых(t) намного превышает ширину спектра входного сигнала u _c(t). С помощью полосового фильтра на выходе преобразователя выделяется сигнал u _пч(t) промежуточной частоты.

Преобразование частоты может быть выполнено следующими способами:

1. Использованием в качестве смесителя электронного прибора (транзистора, диода) с нелинейной характеристикой вида y = L (x). При поступлении на вход такого прибора суммы входного сигнала и сигнала гетеродина u _c(t) + u _г(t), где u _c(t) = U _ccosω_c t и u _г(t) = U _гcosω_г t, в его токе возникает бесконечное множество гармонических колебаний с частотами ω_п = |± m ω_г ± n ω_с|, здесь m, n = 0, 1, 2, … Одно из них (обычно с частотой ω_г – ω_с или ω_с – ω_г) выделяется в нагрузке смесителя, в качестве которой используется частотно-избирательная система – полосовой фильтр.

2. Использованием электронного устройства, выполняющего операцию перемножения двух функций. Сигнал на выходе такого устройства определяется выражением Au _c(t) u _г(t), где А – постоянный коэффициент, не зависящий от u _c(t) и u _г(t). При идеальном перемножении сигналов u _c(t) = U _ccosω_c t и u _г(t) = U _гcosω_г t в токе на выходе смесителя возникают колебания с частотами ω_п = |ω_г ± ω_с|, одно из которых далее выделяется в нагрузке. Побочные колебания, возникающие вследствие неидеальности операции перемножения, подавляются полосовым фильтром.

3. Управлением с помощью сигнала гетеродина коэффициентом передачи линейного устройства (усилителя), на вход которого подается колебание u _c(t). В этом случае используется преобразование типа y = Fu _c(t), где F = φ[ u _г(t)]. Если F = Bu _г(t), то результат преобразования аналогичен результату перемножения, рассмотренному выше.

4. Использованием параметрического преобразователя на реактивном элементе. В основе работы такого устройства лежит физический процесс преобразования энергии генератора высокочастотного сигнала (так называемого «генератора накачки») в энергию выходного сигнала, что приводит к преобразованию в реактивном элементе энергий входного сигнала и сигнала гетеродина в энергию сигнала промежуточной частоты. Обмен энергии осуществляется с помощью реактивного элемента – конденсатора или индуктивности, величины которых С (t) или L (t) изменяются как функции времени благодаря управлению со стороны «генератора накачки». Такие преобразователи наиболее эффективно работают в диапазоне СВЧ.

Наибольшее применение в устройствах приема и обработки радиосигналов нашли методы преобразования частоты, основанные на нелинейном преобразовании либо на аналоговом перемножении входного сигнала и сигнала гетеродина.