Princip frekvenční konverze. Frekvenční měniče - typy, princip činnosti, schémata zapojení

Frekvenční konverze je přenos (transpozice) spektra signálu (obvykle úzkopásmového) podél frekvenční osy „nahoru“ nebo „dolů“ do určité vzdálenosti w g, určené lokálním oscilátorem – nízkovýkonovým generátorem harmonických kmitů. V tomto případě je zachován typ modulace a struktura spektra signálu, mění se pouze jeho poloha na frekvenční ose.

Frekvenční měnič se skládá ze směšovače kmitočtu a lokálního oscilátoru (obr. 3.32).

Frekvenční směšovač je implementován na parametrickém nebo nelineárním základě, protože na jeho výstupu je nutné získat oscilaci kombinačních frekvencí vstupních signálů druhého řádu (součet nebo rozdíl). Průměrná frekvence výstupního signálu se nazývá střední. Ve skutečnosti pro nás v operaci frekvenční konverze není nic nového, s tím jsme se již setkali při zvažování vlastností Fourierovy transformace (položka 9), vlastností analytického signálu (položka 5) a parametrické implementace; modulátoru s jedním postranním pásmem (obr. 3.20). Obvod znázorněný na obr. 3.20 lze beze změn použít jako parametrický měnič kmitočtu. Nelineární frekvenční měnič lze také vyrobit podle výše uvedeného obvodu amplitudového modulátoru (obr. 3.16) při nastavování oscilačního zatížení zátěže L.C. obvodu na mezifrekvenci.

Frekvenční měniče jsou součástí naprosté většiny moderních rádiových přijímacích zařízení (superheterodyn). Jejich použití umožňuje, aby základní předdetektorové zpracování signálů v těchto přijímačích - filtrování a zesílení - nebylo prováděno na frekvenci signálu (která může být příliš vysoká a kolísá v širokém frekvenčním rozsahu), ale na pevné střední. To umožňuje výrazně zlepšit citlivost a selektivitu přijímačů a také zjednodušit jejich ladění v širokém rozsahu přijímaných frekvencí.

Bezpečnostní otázky

1. Který FU se nazývá frekvenční měnič?

2. Uveďte algoritmus a obvod parametrického měniče kmitočtu.

3. Vysvětlete účel každého prvku obvodu parametrického měniče kmitočtu.

Převod frekvence signálu přenáší frekvenci signálu do jiné oblasti na frekvenční ose. Podívejme se na význam této operace zpracování signálu.

Klasický systém frekvenční konverze sestává ze vstupního filtru, lokálního oscilátoru, směšovače a výstupního mezifrekvenčního (IF) filtru.

Účel vstupní filtr- omezit frekvenční pásmo vstupního signálu. Pro zjednodušení předpokládáme, že tento signál je sinusový s frekvencí f 1, daný funkcí X(t)=sin(2πf 1 t + ϕ 1), kde f 1 je frekvence vstupního signálu, ϕ 1 je počáteční fáze vstupního signálu, π = 3,141...

Heterodyn- Tohle sinusový generátor s konstantní frekvencí f 2 a počáteční fází ϕ 2. Popišme signál lokálního oscilátoru funkcí Y(t)=sin(2πf 2 t + ϕ 2).

Mixér je násobič signálu. Na výstupu směšovače je generován komplexní signál s funkcí X(t) * Y(t). Vezmeme-li v úvahu goniometrický vztah sin α * cos β = ½ (sin(α + β) + sin(α - β)), je zřejmé, že signál na výstupu směšovače se bude skládat ze součtu sinusových signálů s frekvencemi f 1 + f 2 a f 1 - f 2 a odpovídající počáteční fáze.

Mezifrekvenční filtr (toto je tradiční název z radiotechniky) je navržen tak, aby izoloval jednu z frekvenčních složek: f 1 + f 2 nebo f 1 - f 2. Je-li použit filtr, který propouští frekvenci f 1 + f 2, dojde k odpovídající operaci frekvenční konverze s rostoucí frekvencí výstupní signál vzhledem ke vstupu. Pokud je použit filtr, který propouští frekvenci f 1 - f 2, pak dojde ke konverzi se snížením frekvence.

S přihlédnutím ke skutečnosti, že vstup fyzický signál- nejedná se o jednu frekvenci f 1, ale o součet frekvencí při rozkladu reálného signálu s omezenou šířkou pásma, je zřejmé, že operace frekvenční konverze může posunout frekvenční pásmo signálu buď doleva nebo doprava na frekvenční ose. A úpravou frekvence lokálního oscilátoru můžete ovládat buď posun výstupní frekvence, nebo posun vstupní frekvence, v závislosti na účelu převodu.

Použití frekvenční downconversion následované digitalizací signálu umožňuje použití ADC s nižší konverzní frekvencí.

Operaci frekvenční konverze lze považovat za speciální případ využití intermodulačního efektu ve svůj prospěch. Zde jako nelineární prvek funguje jako multiplikátor a na základě svých teoretických vlastností uvedených výše, ideální multiplikátor a ideální sinusový lokální oscilátor produkují výhradně intermodulaci prvního řádu.

1. Převod frekvence signálu. V tomto případě je signál na vstupu zařízení s proměnnou amplitudou a (nebo) fází, soustředěný podél spektra poblíž frekvence f 1, převeden na výstup zařízení na signál stejného tvaru (K a - konstanty), ale soustředěné podél spektra blízko frekvence.

Při převodu frekvence nahoru je f 2 větší než f 1. Při převodu frekvence dolů je f 2 menší než f 1.

Frekvenční konverze se často používá v moderních zařízeních při příjmu signálů s amplitudovou i úhlovou modulací;

2. Frekvenční měnič. Frekvenční měnič je zařízení, které umožňuje posouvat spektrum vstupního signálu nahoru nebo dolů po frekvenční stupnici.

Jako frekvenční měnič lze použít nelineární zesilovač s oscilačním obvodem na výstupu naladěným na speciální (kombinovaný) kmitočet, Obr. 3.1.

Obrázek 3.1. Obvod měniče při převodu frekvence nahoru

Převod frekvence směrem nahoru se provádí vynásobením dvou oscilací a izolací oscilace s kombinovanou frekvencí (w + Ω) na výstupu podle vzorce:

cos(x)×cos(y) = (1/2)

V tomto případě máme:

Dopad:

Užitečná reakce:

Obecně lze nízkofrekvenční signál reprezentovat jako součet několika harmonických kmitů. Pro zvýraznění užitečné reakce je potřeba filtr.

Převod frekvence směrem dolů se provádí podle stejného schématu nelineární zesilovač(obr. 3.2) vynásobením dvou vstupních oscilací a izolací oscilace s kombinační frekvencí na výstupu podle vzorce:

cos(x)×cos(y) = (1/2)

Obrázek 3.2 - Obvod měniče při převodu frekvence dolů

V tomto případě máme:

Dopad:

Užitečná reakce:

Obecně lze nízkofrekvenční signál reprezentovat jako součet několika harmonických kmitů. K izolování prospěšné odezvy je zapotřebí nízkopropustný filtr.

3. Amplitudová modulace ( AM) byl historicky prvním typem modulace zvládnutým v praxi. V současné době se AM používá především pouze pro rozhlasové vysílání na relativně nízké frekvence(ne vyšší než krátké vlny) a pro přenos obrazu v televizním vysílání. To je způsobeno nízkou účinností využití energie modulovaných signálů.

AM odpovídá přenosu informace s(t) na amplitudu U(t) při konstantních hodnotách parametrů nosné vibrace: frekvence w a počáteční fáze j 0. AM signál je součinem informační obálky U(t) a harmonického kmitání jejího plnění vyššími frekvencemi. Forma záznamu amplitudově modulovaného signálu:

u(t) = U(t)×cos(w o t+j o), (3.1)

U(t) = U m ×, (3,2)

kde U m je konstantní amplituda nosné vibrace v nepřítomnosti vstupního (modulačního) signálu s(t), m je koeficient amplitudové modulace

Hodnota m charakterizuje hloubka amplitudové modulace. V nejjednodušším případě, pokud je modulační signál reprezentován jednou frekvencí harmonické vibrace s amplitudou So, pak je modulační koeficient roven poměru amplitud modulačních a nosných kmitů m=S o /U m. Hodnota m musí být mezi 0 a 1 pro všechny harmonické modulačního signálu. V m<1 форма огибающей несущего колебания полностью повторяет форму модулирующего сигнала s(t), что можно видеть на рис.3.4 (сигнал s(t) = sin(w s t)). Малую глубину модуляции для основных гармоник модулирующего сигнала (m<<1) применять нецелесообразно, т.к. при этом мощность передаваемого информационного сигнала будет много меньше мощности несущего колебания, и мощность передатчика используется неэкономично.

Obr.3.4 – Modulovaný signál Obr. 3.5 – Hluboká modulace

Obrázek 3.5 ukazuje příklad tzv hluboká modulace, při kterém má hodnota m tendenci k 1 v krajních bodech funkce s(t).

Stoprocentní modulace (m=1) může vést ke zkreslení signálu při přetížení vysílače, pokud má vysílač omezený dynamický rozsah ve smyslu amplitudy nosných frekvencí nebo omezený výkon vysílače (zvýšení amplitudy kmitů nosné ve špičkovém signálu intervalech U(t) vyžaduje čtyřnásobné zdvojnásobení výkonu vysílače).

Když m>1 tzv přemodulování, jehož příklad je znázorněn na obr. 3.6. Tvar obálky při přemodulaci je zkreslený vzhledem k tvaru modulačního signálu a po demodulaci, pokud jsou použity její nejjednodušší metody, může dojít ke zkreslení informace.

4.Monoharmonická amplitudová modulace . Nejjednodušší forma modulovaného signálu je vytvořena s monoharmonickým amplitudová modulace – modulace nosného signálu harmonickým kmitáním o jedné frekvenci Ω:

u(t) = U m × cos(w o t), (3,3)

Hodnoty počátečních fázových úhlů nosné a modulačních oscilací zde a dále, pro zjednodušení výsledných výrazů, budeme brát rovny nule. Vezmeme-li v úvahu vzorec cos(x)×cos(y) = (1/2) z výrazu (3.3), dostaneme:

u(t) = U m cos(w o t) + (U m M/2)cos[(w o +Ω)t] + (U m M/2)cos[(w o - Ω)t] (3.4)

Z toho vyplývá, že modulační kmit s frekvencí Ω se přesune do frekvenční oblasti w o a rozdělí se na dva kmity s frekvencemi w o + Ω horní boční frekvence a w o - j - dolní boční frekvence. Tyto frekvence jsou umístěny na ose symetricky vzhledem k frekvenci w o, Obr. 3.7. Amplitudy kmitů na vedlejších kmitočtech jsou si navzájem rovné a při 100% modulaci se rovnají polovině amplitudy kmitů nosného kmitočtu. Pokud transformujeme rovnici (3.3) s ohledem na počáteční fáze nosné a modulační frekvence, získáme pravidlo změny fáze podobné pravidlu změny frekvence:

Počáteční fáze modulačního kmitání pro horní boční frekvenci se přidává k počáteční fázi nosné,

Počáteční fáze modulačního kmitání pro spodní se odečte od nosné fáze.

Fyzická šířka spektra modulovaného signálu je dvakrát větší než šířka spektra modulačního signálu.

Pod frekvenční převod pochopit proces přenosu spektra signálu do jiné frekvenční oblasti bez jakéhokoli zkreslení.

Frekvenční konverze se používá k umístění spektra signálu do dané části frekvenčního rozsahu komunikačního kanálu, stejně jako ke zvýšení citlivosti a selektivity superheterodynních přijímačů.

Princip konverze je znázorněn na Obr. 3.9, 3.10.

Signál na vstupu převodníku závisí na čase a primárním signálu:

V multiplikátoru se násobí signálem lokálního oscilátoru

a poté filtrovat pásmovým filtrem.

Vstupní signál může být modulován (kontinuálně nebo diskrétně) v amplitudě, fázi nebo nosné frekvenci. Nechť se spektrální hustota libovolného modulovaného signálu skládá ze spektrálních složek soustředěných kolem frekvencí +co 0 (obr. 3.10, A):

Rýže. 3.9. Blokové schéma frekvenčního měniče:

1 - násobitel;2 - pásmový filtr

Rýže. 3.10.

Spektrální hustota je charakterizována spektrální hustotou amplitud a fázových charakteristik. Pokud jsou tyto charakteristiky nezbytné pro odpovídající výpočty, je třeba je vypočítat pomocí vzorců a prezentovat ve formě grafů.

V ostatních případech se přesná data nevyžadují a spektrální hustoty lze zobrazit libovolně: například ve formě zvonovitých spekter nebo trojúhelníků pro spojité spektrální hustoty nebo šipek pro diskrétní, jak je to uvedeno v této knize.

Vypočítejme spektrální hustotu signálu lokálního oscilátoru pomocí výrazu (A.1.3) funkce delta:

Za předpokladu, že dostaneme

Spektrální hustota harmonického kosinusového kmitu s nulovou počáteční fází (obr. 3.10, Obr. b) je určen součinem amplitudy tohoto kmitání, zvětšené o l krát a součet dvou delta funkcí umístěných v bodech na frekvenční ose co = +co r Vypočítejme také spektrální hustotu součinu vstupního signálu a lokálního oscilátoru pomocí vzorce (2.51):

Kde - střední frekvence; ? VX (/Ъ), 5 g (/co) - spektrální hustoty vstupního signálu a lokálního oscilátoru.

Ve spektrální hustotě produktu znázorněného na Obr. 3.10, PROTI, obsahuje užitečný konverzní produkt (spektrální složky blízké hodnotám střední frekvence

co = +(O pr), stejně jako rušivé složky blízké frekvencím -co 0 - co g, COo + Wp

Užitečné součásti (viz obr. 3.10, c, d) propustí na výstup pásmového filtru a rušivé jsou jimi výrazně utlumeny. Spektrální složky na výstupu pásmové propusti (obr. 3.10, d ) jsou určeny výrazem

pokud je koeficient přenosu pásmové propusti /C(/co) = 1 v daném frekvenčním pásmu. Jsou přesné na konstantní faktor rovný A/ 2, se shodují se spektrálními složkami signálu na jeho vstupu a spektrum převedeného signálu je seskupeno kolem nových frekvenčních hodnot rovných co = +co ex.

Frekvenční konverze se používá při modulaci a detekci signálu.

Spektrum signálu podle frekvence beze změny tvaru spektra. Frekvenční frekvence nastane, když signál místního oscilátoru kmitá na nelineárním zařízení, nazývaném místní oscilátor. mixér; V důsledku toho se ve spektru výstupního signálu spolu s dalšími frekvencemi vytvářejí rozdílové a součtové frekvence: výběr jedné z nich je výsledkem činnosti směšovače. Velikost posunu je určena pomocnou frekvencí. generátor (heterodyn).

Kmitočtové frekvence se používají v rádiových přijímačích a lze je měřit. technologie, referenční oscilátory apod., neboť v tomto případě je zesílení signálu v širokém rozsahu laditelných frekvencí nahrazeno zesílením neladitelné kombinace. frekvence, tzv střední. Zároveň je zajištěna stálost mezifrekvence = konst při ladění frekvence signálu. ladění kmitočtu lokálního oscilátoru Zesilování signálu v zařízeních s kmitočtovým kmitočtem se tedy provádí na relativně nízkém, obvykle standardním kmitočtu.

Při přenosu informací lze vysokofrekvenční oscilaci modulovat různými způsoby. parametry: amplituda frekvence p fáze (viz. Modulovaný kolísání). Aby se frekvence přenesla na mezifrekvenci bez zkreslení, je potřeba provést. podmínky: 1) nelineární zařízení (například ) musí mít charakteristiku proudového napětí blízkou kvadratické nebo aproximované polynomem sudého stupně; 2) amplituda signálu musí být mnohem menší než amplituda oscilací lokálního oscilátoru 3) frekvence musí být vyšší

Protože existují rozdíly ve výstupním obvodu směšovače. kombinace frekvence, pak pro izolaci rozdílové nebo součtové frekvence musí být výstupní obvod selektivní, tj. rezonanční, naladěný na požadovanou frekvenci.

Pod P. děličem kmitočtu nebo násobičem kmitočtu. S. F. Litvak.

Fyzická encyklopedie. V 5 svazcích. - M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988 .

Podívejte se, co je "FREQUENCY CONVERSION" v jiných slovnících:

frekvenční převod- Proces lineárního přenosu frekvenčního pásma obsazeného signálem do jiné oblasti frekvenčního spektra, s inverzí nebo bez ní. [L.M. Nevďajev. Telekomunikační technologie. Příručka anglicko-ruského vysvětlujícího slovníku. Editoval Yu.M. Gornostaeva...

frekvenční převod- dažnio keitimas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. frekvenční konverze; frekvenční transformace vok. Frekvenční transformace, f; Frequenzumsetzung, f; Frequenzumwandlung, f; Frequenzwandlung, f rus. převod frekvence, n pranc.… … Automatikos terminų žodynas

frekvenční převod- dažnio keitimas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. frekvenční převod vok. Frequenzumsetzung, f; Frequenzumwandlung, f; Frequenzwandlung, f rus. převod frekvence, n pranc. konverze de la fréquence, f… Fizikos terminų žodynas

radiofrekvenční konverze- frekvenční konverze Proces převodu radiofrekvenčního pásma obsazeného signálem do jiné části frekvenčního spektra. [GOST 24375 80] Témata rádiová komunikace Obecné pojmy rádiový příjem Synonyma frekvenční konverze ... Technická příručka překladatele

převod frekvence na číselný kód- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Anglicko-ruský slovník elektrotechniky a energetiky, Moskva, 1999] Témata elektrotechniky, základní pojmy EN převod frekvence na číslo ... Technická příručka překladatele

převod frekvence ve směru jejího snižování- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Anglicko-ruský slovník elektrotechniky a energetiky, Moskva, 1999] Témata elektrotechniky, základní pojmy EN převod frekvence dolůFDC ... Technická příručka překladatele

převod frekvence na napětí- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Anglicko-ruský slovník elektrotechniky a energetiky, Moskva, 1999] Témata elektrotechniky, základní pojmy EN převod frekvence na napětí ... Technická příručka překladatele

převod frekvence dolů- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Anglicko-ruský slovník elektrotechniky a energetiky, Moskva, 1999] Témata elektrotechniky, základní pojmy EN převod frekvence dolů ... Technická příručka překladatele

Konverze rádiové frekvence- 163. Převod frekvence rádiového signálu Převod frekvence Zdroj: GOST 24375 80: Radiokomunikace. Termíny a definice původní dokument... Slovník-příručka termínů normativní a technické dokumentace

frekvenční převod založený na Ramanově rozptylu- Ramano dažnio keitimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. Ramanova frekvenční konverze vok. Raman Frequenzumwandlung, fr rus. frekvenční konverze založená na Ramanově rozptylu, n pranc. konverze Raman de freequence, f… Radioelektronikos terminų žodynas

knihy

• Radiotechnické obvody a signály (soubor 2 knih), I. S. Gonorovsky. Kniha je učebnicí nového předmětu „Radiové inženýrské obvody a signály“ a odpovídá programu tohoto kurzu pro obor „Radiotechnika“. První část popisuje spektrální a...