اصل تبدیل فرکانس مبدل فرکانس - انواع، اصل عملکرد، نمودارهای اتصال

تبدیل فرکانس انتقال (جابه جایی) طیف سیگنال (معمولا باند باریک) در امتداد محور فرکانس "بالا" یا "پایین" به یک فاصله معین wg است که توسط یک نوسان ساز محلی - یک مولد نوسان هارمونیک کم مصرف مشخص شده است. . در این حالت، نوع مدولاسیون و ساختار طیف سیگنال حفظ می شود، فقط موقعیت آن در محور فرکانس تغییر می کند.

مبدل فرکانس از یک میکسر فرکانس و یک نوسانگر محلی تشکیل شده است (شکل 3.32).

میکسر فرکانس بر اساس پارامتری یا غیر خطی اجرا می شود، زیرا در خروجی آن لازم است نوسانی از فرکانس های ترکیبی سیگنال های ورودی مرتبه دوم (مجموع یا تفاوت) به دست آید. فرکانس متوسط ​​سیگنال خروجی را متوسط ​​می گویند. در واقع، در عملیات تبدیل فرکانس هیچ چیز جدیدی برای ما وجود ندارد؛ ما قبلاً هنگام در نظر گرفتن ویژگی های تبدیل فوریه (مورد 9)، ویژگی های سیگنال تحلیلی (مورد 5) و اجرای پارامتری با آن مواجه شده ایم. یک مدولاتور تک باند (شکل 3.20). مدار نشان داده شده در شکل 3.20 را می توان بدون هیچ تغییری به عنوان مبدل فرکانس پارامتریک استفاده کرد. یک مبدل فرکانس غیرخطی نیز می تواند با توجه به مدار مدولاتور دامنه مورد بحث در بالا (شکل 3.16) هنگام تنظیم بار نوسانی ساخته شود. L.C.مدار به فرکانس متوسط

مبدل های فرکانس بخشی از اکثریت قریب به اتفاق دستگاه های گیرنده رادیویی مدرن (سوپرهترودین ها) هستند. استفاده از آنها اجازه می دهد تا پردازش پیش آشکارساز اصلی سیگنال ها در این گیرنده ها - فیلتر کردن و تقویت - انجام شود نه در فرکانس سیگنال (که می تواند خیلی زیاد باشد و در یک محدوده فرکانس وسیع تغییر کند)، بلکه در یک فرکانس متوسط ​​ثابت انجام شود. این به شما امکان می دهد حساسیت و انتخاب پذیری گیرنده ها را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید و همچنین تنظیم آنها را در طیف گسترده ای از فرکانس های دریافتی ساده کنید.

کنترل سوالات

1. کدام FU مبدل فرکانس نامیده می شود؟

2. الگوریتم و مدار مبدل فرکانس پارامتریک را بیان کنید.

3. هدف هر یک از عناصر مدار مبدل فرکانس پارامتریک را توضیح دهید.

تبدیل فرکانس سیگنالفرکانس سیگنال را به ناحیه دیگری در محور فرکانس منتقل می کند. بیایید معنای این عملیات پردازش سیگنال را در نظر بگیریم.

کلاسیک سیستم تبدیل فرکانسشامل فیلتر ورودی، نوسان ساز محلی، میکسر و فیلتر فرکانس متوسط ​​خروجی (IF) می باشد.

هدف فیلتر ورودی- باند فرکانس سیگنال ورودی را محدود کنید. برای ساده تر، فرض می کنیم که این سیگنال سینوسی با فرکانس f 1 است، توسط تابع داده شده است X(t)=sin(2πf 1 t + φ 1)، که در آن f 1 فرکانس سیگنال ورودی است، φ 1 فاز اولیه سیگنال ورودی است، π = 3.141...

هترودینیک ژنراتور سینوسی با فرکانس ثابت f 2 و فاز اولیه φ 2 است. اجازه دهید سیگنال نوسان ساز محلی را با تابع Y(t)=sin(2πf 2 t + φ 2) توصیف کنیم.

میکسریک ضرب کننده سیگنال است. در خروجی میکسر، یک سیگنال پیچیده با تابع X(t) * Y(t) تولید می شود. با در نظر گرفتن رابطه مثلثاتی sin α * cos β = ½ (sin(α + β) + sin(α - β))، مشخص می شود که سیگنال در خروجی میکسر از مجموع سیگنال های سینوسی با فرکانس f تشکیل می شود. 1 + f 2 و f 1 - f 2 و فازهای اولیه مربوطه.

یک فیلتر فرکانس متوسط ​​(این نام سنتی از مهندسی رادیو است) برای جداسازی یکی از اجزای فرکانس طراحی شده است: f 1 + f 2 یا f 1 - f 2. اگر از فیلتری استفاده شود که فرکانس f 1 + f 2 را عبور دهد، عملیات تبدیل فرکانس مربوطه رخ می دهد. با افزایش فرکانسسیگنال خروجی نسبت به ورودی اگر از فیلتری استفاده شود که فرکانس f 1 - f 2 را عبور دهد، تبدیل اتفاق می افتد با کاهش فرکانس.

با در نظر گرفتن این واقعیت که ورودی سیگنال فیزیکی- این یک فرکانس منفرد f 1 نیست، بلکه مجموع فرکانس ها در تجزیه یک سیگنال واقعی با پهنای باند محدود است، واضح است که عملیات تبدیل فرکانسمی تواند باند فرکانسی یک سیگنال را در محور فرکانس به چپ یا راست تغییر دهد. و با تنظیم فرکانس نوسان ساز محلی، بسته به هدف تبدیل، می توانید تغییر فرکانس خروجی یا تغییر فرکانس ورودی را کنترل کنید.

استفاده از تبدیل فرکانس پایین و به دنبال دیجیتالی شدن سیگنال امکان استفاده از ADC با فرکانس تبدیل کمتر را می دهد.

عملیات تبدیل فرکانس را می توان به صورت مورد خاصاز اثر intermodulation به نفع خود استفاده کنید. اینجا به عنوان عنصر غیر خطیبه عنوان یک ضریب عمل می کند، و بر اساس ویژگی های نظری آن که در بالا نشان داده شده است، یک ضریب ایده آل و یک نوسان ساز محلی سینوسی ایده آل منحصراً مدولاسیون مرتبه اول را ایجاد می کنند.

1. تبدیل فرکانس سیگنال. در این حالت، سیگنال در ورودی دستگاه با دامنه و (یا) فاز متغیر، متمرکز در امتداد طیف نزدیک به فرکانس f 1، در خروجی دستگاه به سیگنالی با همان شکل (ثواب K و - تبدیل می شود. ، اما در طول طیف نزدیک به فرکانس متمرکز شده است.

هنگام تبدیل فرکانس به بالا، f 2 بزرگتر از f 1 است. هنگام تبدیل فرکانس پایین، f 2 کمتر از f 1 است.

تبدیل فرکانس اغلب در دستگاه های مدرن هنگام دریافت سیگنال ها با مدولاسیون دامنه و زاویه استفاده می شود.

2. مبدل فرکانس.مبدل فرکانس وسیله ای است که به شما امکان می دهد طیف سیگنال ورودی را در مقیاس فرکانس به سمت بالا یا پایین حرکت دهید.

یک تقویت کننده غیر خطی با یک مدار نوسانی در خروجی تنظیم شده روی یک فرکانس خاص (ترکیبی) می تواند به عنوان مبدل فرکانس استفاده شود، شکل. 3.1.

شکل 3.1. مدار مبدل هنگام تبدیل فرکانس بالا

تبدیل فرکانس رو به بالا با ضرب دو نوسان و جداسازی یک نوسان با فرکانس ترکیبی (w + Ω) در خروجی انجام می‌شود، طبق فرمول:

cos(x)×cos(y) = (1/2)

در این مورد داریم:

تأثیر:

واکنش مفید:

به طور کلی، یک سیگنال فرکانس پایین را می توان به صورت مجموع چندین نوسان هارمونیک نشان داد. یک فیلتر برای برجسته کردن واکنش مفید مورد نیاز است.

تبدیل فرکانس رو به پایین با استفاده از همان مدار تقویت‌کننده غیرخطی (شکل 3.2) با ضرب دو نوسان ورودی و جداسازی یک نوسان با فرکانس ترکیبی در خروجی انجام می‌شود، طبق فرمول:

cos(x)×cos(y) = (1/2)

شکل 3.2 - مدار مبدل هنگام تبدیل فرکانس پایین

در این مورد داریم:

تأثیر:

واکنش مفید:

به طور کلی، یک سیگنال فرکانس پایین را می توان به صورت مجموع چندین نوسان هارمونیک نشان داد. یک فیلتر پایین گذر برای جداسازی پاسخ سودمند مورد نیاز است.

3. مدولاسیون دامنه ( AM) از لحاظ تاریخی اولین نوع مدولاسیون بوده است که در عمل تسلط یافته است. در حال حاضر، AM عمدتاً فقط برای پخش رادیویی نسبتاً استفاده می شود فرکانس های پایین(بالاتر از امواج کوتاه نباشد) و برای انتقال تصاویر در پخش تلویزیونی. این به دلیل راندمان پایین استفاده از انرژی سیگنال های مدوله شده است.

AM مربوط به انتقال اطلاعات s(t) به دامنه U(t) در مقادیر ثابت پارامترهای ارتعاش حامل است: فرکانس w و فاز اولیه j 0. سیگنال AM حاصلضرب پوشش اطلاعات U(t) و نوسان هارمونیک پر شدن آن با فرکانس های بالاتر است. شکل ضبط سیگنال مدوله شده با دامنه:

u(t) = U(t)×cos(w o t+j o)، (3.1)

U(t) = U m ×، (3.2)

که در آن U m دامنه ثابت ارتعاش حامل در غیاب سیگنال ورودی (مدول کننده) s(t)، m ضریب مدولاسیون دامنه است.

مقدار m مشخص می کند عمقمدولاسیون دامنه در ساده ترین حالت، اگر سیگنال تعدیل کننده با یک فرکانس نمایش داده شود ارتعاش هارمونیکبا دامنه S o، ضریب مدولاسیون برابر است با نسبت دامنه نوسانات تعدیل کننده و حامل m=S o /U m. مقدار m باید برای همه هارمونیک های سیگنال مدوله بین 0 تا 1 باشد. دستگاه خودپرداز<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.

شکل 3.4 - سیگنال مدوله شده شکل. 3.5 - مدولاسیون عمیق

شکل 3.5 نمونه ای از به اصطلاح را نشان می دهد مدولاسیون عمیق،که در آن مقدار m در نقاط انتهایی تابع s(t) به 1 میل می کند.

مدولاسیون صد در صد (m=1) می تواند منجر به اعوجاج سیگنال در هنگام بارگذاری بیش از حد فرستنده شود، اگر فرستنده دارای محدوده دینامیکی محدود از نظر دامنه فرکانس های حامل یا توان فرستنده محدود باشد (افزایش دامنه نوسانات حامل در سیگنال پیک). فواصل U(t) مستلزم دو برابر کردن قدرت فرستنده چهار برابر است.

هنگامی که m>1 به اصطلاح تعدیل بیش از حدکه نمونه ای از آن در شکل 3.6 نشان داده شده است. شکل پاکت در حین مدولاسیون بیش از حد نسبت به شکل سیگنال مدوله تغییر شکل می دهد و پس از دمودولاسیون، در صورت استفاده از ساده ترین روش های آن، ممکن است اطلاعات تحریف شوند.

4. مدولاسیون دامنه مونو هارمونیک . ساده ترین شکل سیگنال مدوله شده با یک مونو هارمونیک ایجاد می شود مدولاسیون دامنه - مدولاسیون یک سیگنال حامل توسط یک نوسان هارمونیک با یک فرکانس Ω:

u(t) = U m × cos(w o t)، (3.3)

مقادیر زوایای فاز اولیه حامل و نوسانات تعدیل کننده در اینجا و در ادامه برای ساده سازی عبارات حاصل، برابر با صفر می گیریم. با در نظر گرفتن فرمول cos(x)×cos(y) = (1/2) از عبارت (3.3) بدست می آوریم:

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)

نتیجه این است که نوسان تعدیل کننده با فرکانس Ω به ناحیه فرکانس w o حرکت می کند و به دو نوسان با فرکانس به ترتیب w o + Ω فرکانس سمت بالایی و w o - j - فرکانس سمت پایین تقسیم می شود. این فرکانس ها بر روی محور به طور متقارن نسبت به فرکانس w o قرار دارند، شکل. 3.7. دامنه نوسانات در فرکانس های جانبی با یکدیگر برابر است و در مدولاسیون 100٪ برابر با نیمی از دامنه نوسانات فرکانس حامل است. اگر معادله (3.3) را با در نظر گرفتن فازهای اولیه حامل و فرکانس های تعدیل کننده تبدیل کنیم، یک قانون تغییر فاز مشابه قانون تغییر فرکانس به دست می آوریم:

فاز اولیه نوسان تعدیل کننده برای فرکانس سمت بالایی به فاز اولیه حامل اضافه می شود.

فاز اولیه نوسان تعدیل کننده برای مرحله پایین از فاز حامل کم می شود.

عرض فیزیکی طیف سیگنال مدوله شده دو برابر عرض طیف سیگنال مدوله است.

زیر تبدیل فرکانسفرآیند انتقال طیف سیگنال به ناحیه فرکانس دیگری را بدون هیچ گونه اعوجاجی درک کنید.

تبدیل فرکانس برای قرار دادن طیف سیگنال در یک بخش معین از محدوده فرکانس یک کانال ارتباطی و همچنین برای افزایش حساسیت و انتخاب گیرنده‌های نوع سوپرهتروداین استفاده می‌شود.

اصل تبدیل در شکل 1 نشان داده شده است. 3.9، 3.10.

سیگنال در ورودی مبدل به زمان و سیگنال اولیه بستگی دارد:

در ضریب آن در سیگنال نوسان ساز محلی ضرب می شود

و سپس فیلتر شد فیلتر میان گذر.

سیگنال ورودی را می توان (به طور پیوسته یا گسسته) در دامنه، فاز و فرکانس حامل مدوله کرد. بگذارید چگالی طیفی هر سیگنال مدوله‌شده شامل اجزای طیفی متمرکز در اطراف فرکانس‌های +co 0 باشد (شکل 3.10، آ):

برنج. 3.9. بلوک دیاگرام مبدل فرکانس:

1 - ضرب کننده؛2 - فیلتر میان گذر

برنج. 3.10.

چگالی طیفی با چگالی طیفی دامنه ها و ویژگی های فاز مشخص می شود. اگر این ویژگی ها برای محاسبات مربوطه ضروری هستند، باید با استفاده از فرمول ها محاسبه شوند و در قالب نمودار ارائه شوند.

در موارد دیگر، به داده‌های دقیقی نیاز نیست و چگالی‌های طیفی را می‌توان به‌طور دلخواه به تصویر کشید: برای مثال، به‌صورت طیف‌های زنگ‌شکل یا مثلث برای چگالی‌های طیفی پیوسته یا فلش‌ها برای چگالی‌های گسسته، همانطور که در این کتاب انجام می‌شود.

بیایید چگالی طیفی سیگنال نوسان ساز محلی را با استفاده از بیان (A.1.3) تابع دلتا محاسبه کنیم:

با فرض اینکه بگیریم

چگالی طیفی یک نوسان کسینوس هارمونیک با فاز اولیه صفر (شکل 3.10، ب)توسط حاصلضرب دامنه این نوسان، افزایش یافته است، تعیین می شود لبار، و مجموع دو تابع دلتا واقع در نقاطی از محور فرکانس co = +co r. اجازه دهید چگالی طیفی حاصلضرب سیگنال ورودی و نوسانگر محلی را با استفاده از فرمول (2.51) محاسبه کنیم:

جایی که - فرکانس متوسط؛ ? VX (/Ъ), 5 گرم (/co) - به ترتیب چگالی طیفی سیگنال ورودی و نوسانگر محلی.

در چگالی طیفی محصول نشان داده شده در شکل. 3.10، V،حاوی یک محصول تبدیل مفید (مولفه های طیفی نزدیک به مقادیر فرکانس متوسط).

co = +(O pr)، و همچنین اجزای تداخلی نزدیک فرکانس -co 0 - cog، COo + Wp

اجزای مفید (نگاه کنید به شکل 3.10، ج، د) به خروجی فیلتر باند گذر منتقل می شود و موارد مزاحم به طور قابل توجهی توسط آنها تضعیف می شوند. اجزای طیفی در خروجی فیلتر گذر باند (شکل 3.10، د ) با عبارت مشخص می شوند

اگر ضریب انتقال فیلتر باند گذر /C(/co) = 1 در یک باند فرکانسی معین. آنها به یک عامل ثابت برابر با دقیق هستند آ/ 2، با اجزای طیفی سیگنال در ورودی آن منطبق است و طیف سیگنال تبدیل شده حول مقادیر فرکانس جدید برابر با co = +co ex گروه بندی می شود.

تبدیل فرکانس در مدولاسیون و تشخیص سیگنال استفاده می شود.

طیف سیگنال بر اساس فرکانس بدون تغییر شکل طیف. فرکانس فرکانس زمانی اتفاق می‌افتد که سیگنال نوسان‌گر محلی روی یک دستگاه غیرخطی، به نام، نوسان می‌کند. میکسر؛ در نتیجه، در طیف سیگنال خروجی، همراه با فرکانس های دیگر، فرکانس های اختلاف و مجموع تشکیل می شود: انتخاب یکی از آنها نتیجه عملکرد میکسر است. مقدار جابجایی توسط فرکانس کمکی تعیین می شود. مولد (هترودین).

فرکانس های فرکانس در گیرنده های رادیویی استفاده می شوند و قابل اندازه گیری هستند. فن آوری، نوسان سازهای مرجع و غیره، زیرا در این مورد تقویت سیگنال در طیف وسیعی از فرکانس های قابل تنظیم با تقویت یک ترکیب غیر قابل تنظیم جایگزین می شود. فرکانس ها، نامیده می شوند حد واسط. ثبات فرکانس میانی = ثابت هنگام تنظیم فرکانس سیگنال به طور همزمان تضمین می شود. تنظیم فرکانس نوسان ساز محلی بنابراین، تقویت سیگنال در دستگاه هایی با فرکانس فرکانس با فرکانس نسبتاً پایین و معمولاً استاندارد انجام می شود.

هنگام انتقال اطلاعات، نوسان فرکانس رادیویی را می توان به روش های مختلفی مدوله کرد. پارامترها: فرکانس دامنه فاز p (نگاه کنید به. مدوله شده نوسانات).برای اینکه فرکانس بدون اعوجاج به فرکانس میانی منتقل شود باید انجام شود. شرایط: 1) یک دستگاه غیر خطی (به عنوان مثال، ) باید دارای مشخصه جریان-ولتاژ نزدیک به درجه دوم یا تقریبی با یک چند جمله ای با درجه زوج باشد. 2) دامنه سیگنال باید بسیار کمتر از دامنه نوسانات نوسانگر محلی باشد 3) فرکانس باید بیشتر باشد

از آنجایی که در مدار خروجی میکسر تفاوت هایی وجود دارد. ترکیبی فرکانس، سپس برای جداسازی اختلاف یا مجموع فرکانس، مدار خروجی باید انتخابی باشد، به عنوان مثال، رزونانس، به فرکانس مورد نظر تنظیم شود.

تحت تقسیم کننده فرکانس P. یا ضرب کننده فرکانس. با. اف لیتوک.

دایره المعارف فیزیکی. در 5 جلد. - م.: دایره المعارف شوروی. سردبیر A. M. Prokhorov. 1988 .

ببینید «تبدیل فرکانس» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

تبدیل فرکانس- فرآیند انتقال خطی باند فرکانسی اشغال شده توسط یک سیگنال به ناحیه دیگری از طیف فرکانسی، با یا بدون وارونگی. [L.M. نودیایف. فن آوری های مخابراتی کتاب مرجع فرهنگ لغت توضیحی انگلیسی به روسی. ویرایش شده توسط Yu.M. گورنوستایوا...

تبدیل فرکانس- dažnio keitimas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. تبدیل فرکانس؛ vok تبدیل فرکانس. تبدیل فرکانس، f; Frequenzumsetzung، f; Frequenzumwandlung، f; Frequenzwandlung، f rus. تبدیل فرکانس، n سرگرمی.… … پایان خودکار

تبدیل فرکانس- dažnio keitimas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. vok تبدیل فرکانس Frequenzumsetzung، f; Frequenzumwandlung، f; Frequenzwandlung، f rus. تبدیل فرکانس، n pranc. تبدیل فرکانس، f… Fizikos terminų žodynas

تبدیل فرکانس رادیویی- تبدیل فرکانس فرآیند انتقال باند فرکانس رادیویی اشغال شده توسط یک سیگنال به قسمت دیگری از طیف فرکانسی. [GOST 24375 80] موضوعات ارتباطات رادیویی اصطلاحات کلی دریافت رادیویی مترادف تبدیل فرکانس ... راهنمای مترجم فنی

تبدیل فرکانس به کد عددی- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اولیه تبدیل فرکانس EN به عدد ... راهنمای مترجم فنی

تبدیل فرکانس در جهت کاهش آن- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] موضوعات مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN فرکانس پایین تبدیلFDC ... راهنمای مترجم فنی

تبدیل فرکانس به ولتاژ- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اولیه تبدیل فرکانس EN به ولتاژ ... راهنمای مترجم فنی

تبدیل فرکانس پایین- - [Ya.N.Luginsky، M.S.Fezi Zhilinskaya، Yu.S.Kabirov. فرهنگ لغت انگلیسی-روسی مهندسی برق و مهندسی قدرت، مسکو، 1999] مباحث مهندسی برق، مفاهیم اساسی EN فرکانس پایین تبدیل ... راهنمای مترجم فنی

تبدیل فرکانس رادیویی- 163. تبدیل فرکانس سیگنال رادیویی تبدیل فرکانس منبع: GOST 24375 80: ارتباطات رادیویی. اصطلاحات و تعاریف سند اصلی ... فرهنگ لغت - کتاب مرجع شرایط اسناد هنجاری و فنی

تبدیل فرکانس بر اساس پراکندگی رامان- Ramano dažnio keitimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. vok تبدیل فرکانس رامان. رامان Frequenzumwandlung، f rus. تبدیل فرکانس بر اساس پراکندگی رامان، n pranc. تبدیل رامان د فرکانس، f… رادیو الکترونیک پایانه

کتاب ها

• مدارها و سیگنال های مهندسی رادیو (مجموعه 2 کتاب)، I. S. Gonorovsky. این کتاب یک کتاب درسی برای درس جدید "مدارها و سیگنال های مهندسی رادیو" و مطابق با برنامه این دوره برای تخصص "مهندسی رادیو" است. بخش اول به تشریح طیفی و...