Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия


Под преобразованием частоты понимают перемещение спектра сигнала по шкале частот без изменения соотношений между его компонентами.

Иными словами, огибающая и фаза выходного сигнала должны повторять аналогичные параметры входного сигнала

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Основными устройствами, где применяется преобразование частоты, являются радиоприемные устройства, в которых осуществляется перенос спектра в область более низких частот в целях повышения эффективности фильтрации помех. Также преобразование частоты производится и во входных каскадах ретрансляторов радиорелейных линий связи для обеспечения фильтрации помех, после чего в их выходных каскадах реализуется восстановление передаваемого сигнала посредством преобразования его частоты до значения входного сигнала.

Преобразование частоты осуществляется в нелинейных или параметрических цепях.

Рассмотрим преобразование частоты с помощью параметрической цепи, ток в которой определяется выражением Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия
Данному соотношению соответствует схема, содержащая параметрический резистивный элемент с проводимостью (Формула), изменяющейся пропорционально сигналу u2 (рис. 3.11).

Здесь могут применяться нелинейные элементы (полупроводниковые диоды, транзисторы), которые при воздействии сильного сигнала изменяют свои параметры. В качестве такого сигнала используют гармоническое колебание, получаемое от отдельного генератора. (В радиоприемниках такой генератор называется гетеродином.)

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рис. 3.11. Схема параметрической цепи с резистивным элементом

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рис. 3.12. Функциональная схема преобразователя частоты

Пусть на вход преобразователя, функциональная схема которого показана на рис. 3.12, поступает сигнал (Формула), и гетеродин формирует гармоническое колебание (Формула).


Подставив эти выражения в формулу тока, получим
Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Для выделения любого из этих колебаний на выходе преобразователя частоты включается полосовой фильтр, настроенный либо на разностную, либо на суммарную частоту. В первом случае выполняется преобразование вниз, а во втором — преобразование вверх (рис. 3.13).

Отдельно остановимся на случае, когда частота колебания гетеродина больше частоты входного сигнала, т. е. (Формула) или (Формула). Отрицательное значение частоты физического смысла не имеет, поэтому данное колебание, поскольку косинус — четная функция, представляют в следующем виде:
Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсияПреобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рис. 3.13. Спектры сигналов:
а — исходного; б — преобразованных вверх и вниз

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рис. 3.14. Инверсия спектра в процессе преобразования частоты

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рис. 3.15. Схема фазокомпенсационного преобразователя частоты

Результирующий спектр является зеркальным отображением спектра исходного сигнала, т.е. происходит инверсия спектра в процессе преобразований частоты (рис. 3.14).

Преобразование частоты сигнала: схемы, спектры, инверсия

Рассмотрим также метод преобразования частоты, соответствующий случаю, когда частотные составляющие на выходе нельзя разделить с помощью фильтра.

Схема соответствующего преобразователя показана на рис. 3.15. Здесь фазовращатель — элемент, поворачивающий фазу на 90° (π/2), фактически реализует преобразование Гильберта. Такая схема называется фазокомпенсационным преобразователем, а в некоторых источниках ее называют оптимальным преобразователем.


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об энергетике, электротехнике и электронике
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: