Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты: принцип работы и преимущества

Как работает супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Каковы его преимущества перед обычным супергетеродином. Почему он обеспечивает лучшее подавление помех по зеркальному каналу. Для каких применений используется такая схема.

Принцип работы супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты

Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты содержит два каскада преобразования частоты вместо одного, как в обычном супергетеродине. Это позволяет получить ряд преимуществ:

• Лучшее подавление помех по зеркальному каналу
• Более высокая избирательность
• Возможность оптимизации характеристик на разных промежуточных частотах

Рассмотрим подробнее принцип работы такого приемника:

1. Входной ВЧ сигнал поступает на первый смеситель
2. В первом смесителе сигнал переносится на первую высокую промежуточную частоту
3. Сигнал первой ПЧ усиливается и фильтруется
4. Далее сигнал поступает на второй смеситель
5. Во втором смесителе происходит перенос на вторую, более низкую ПЧ
6. Сигнал второй ПЧ снова усиливается и фильтруется
7. После этого выполняется детектирование и обработка сигнала

Преимущества двойного преобразования частоты

Основные преимущества супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты:

• Высокое подавление зеркального канала за счет выбора высокой первой ПЧ
• Хорошая избирательность благодаря низкой второй ПЧ
• Возможность оптимизации усиления и фильтрации на разных ПЧ
• Снижение требований к входным цепям
• Уменьшение паразитных каналов приема

Подавление помех по зеркальному каналу

Одно из ключевых преимуществ схемы с двойным преобразованием — улучшенное подавление помех по зеркальному каналу. Это достигается за счет выбора высокой первой промежуточной частоты.

Частота зеркального канала отстоит от частоты полезного сигнала на удвоенное значение ПЧ. При высокой первой ПЧ зеркальный канал значительно удаляется от рабочей частоты, что позволяет легко отфильтровать его во входных цепях.

Области применения

Супергетеродинные приемники с двойным преобразованием частоты применяются в следующих областях:

• Профессиональные коммуникационные приемники
• Радиолокационные системы
• Измерительное оборудование
• Системы радиоразведки и радиомониторинга
• Высококачественные любительские радиостанции

Недостатки схемы с двойным преобразованием

Несмотря на преимущества, схема с двойным преобразованием имеет и некоторые недостатки:

• Более сложная и дорогая конструкция
• Повышенное энергопотребление
• Возможность появления дополнительных паразитных каналов приема
• Необходимость тщательного согласования каскадов

Выбор промежуточных частот

При разработке супергетеродинного приемника с двойным преобразованием важно правильно выбрать значения промежуточных частот:

• Первая ПЧ выбирается высокой для хорошего подавления зеркального канала
• Вторая ПЧ выбирается низкой для обеспечения высокой избирательности
• Необходимо исключить кратность ПЧ во избежание паразитных каналов
• Следует учитывать наличие готовых фильтров на выбранные частоты

Структурная схема приемника

Типовая структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты включает следующие основные блоки:

• Входные цепи (антенна, ВЧ усилитель, фильтры)
• Первый смеситель
• Первый гетеродин
• Усилитель и фильтр первой ПЧ
• Второй смеситель
• Второй гетеродин
• Усилитель и фильтр второй ПЧ
• Детектор и схемы обработки сигнала

Сравнение с приемником прямого преобразования

По сравнению с приемником прямого преобразования супергетеродин с двойным преобразованием имеет следующие отличия:

• Более сложная схема
• Выше стоимость
• Лучшая избирательность
• Меньше проблем с самовозбуждением
• Возможность применения на более высоких частотах

Перспективы развития

Несмотря на появление цифровых методов обработки сигналов, супергетеродинные приемники с двойным преобразованием по-прежнему широко применяются. Перспективные направления их развития:

• Интеграция аналоговых и цифровых методов обработки
• Применение программно-определяемого радио (SDR)
• Использование высокочастотных СБИС
• Оптимизация схем с помощью компьютерного моделирования

Таким образом, супергетеродинные приемники с двойным преобразованием частоты остаются востребованным решением для создания высококачественной радиоприемной аппаратуры различного назначения.

Основы радиолокации – Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты

Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты

При выборе значения промежуточной частоты следует принимать во внимание следующие требования:

• на этой частоте не должны работать какие-нибудь сильные передатчики;
• для упрощения реализации фильтров и усилителей промежуточная частота не должна быть слишком высокой;
• для того, чтобы зеркальная частота находилась за пределами полосы частот приемника, промежуточная частота должна быть достаточно высокой.

Поскольку приведенные требования противоречат друг другу, выбор значения промежуточной частоты – это всегда компромисс.

В отличие от рассмотренной нами ранее базовой схемы супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты, некоторые приемники для удовлетворения приведенным выше противоречивым требованиям строятся по

схеме с двойным преобразованием частоты.

Первый
каскад

УПЧ-1

Второй
каскад

УПЧ-2

Рисунок 1. Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты

Первый
каскад

УПЧ-1

Второй
каскад

УПЧ-2

Рисунок 1. Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты

Первый
каскад

УПЧ-1

Второй
каскад

УПЧ-2

Рисунок 1. Структурная схема супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты (interactive picture)

Метод приема, котрый реализует такая схема, иногда еще называют двойным гетеродинированием. Приемники с двойным преобразованием частоты обладают высокой избирательностью и эффективно подавляют помеху на зеркальной частоте, обеспечивая, тем самым, четкое выделение полезного сигнала. Кроме этого, приемники с двойным преобразованием частоты обладают более высокой избирательностью по соседнему каналу, чем приемники с однократным преобразованием частоты.

Первый каскад преобразования (тюнер)

В первом каскаде преобразования выполняется перенос спектра принятого сигнала с несущей (высокой) частоты на первую премежуточную частоту, все еще достаточно высокую, например, 500 МГц. К первому каскаду преобразования относятся такие элементы как смеситель, местный гетеродин и необходимые фильтры.

Местный гетеродин первого каскада является перестраиваемым для того, чтобы поддерживать постоянной разницу между частотой принятого сигнала и частотой сигнала первого местного гетеродина. Поэтому первый каскад преобразования иногда еще называют тюнером. Таким образом, первая промежуточная частота поддерживается постоянной.

Усилитель первой промежуточной частоты

Усилитель первой промежуточной частоты представляет собой относительно узкополосный усилитель с высоким коэффициентом усиления. Первая промежуточная частота имеет сравнительно высокое значение, например, 500 МГц. Поэтому достижение заданных значений технических характеристик требует значительных усилий.

Здесь же реализуют автоматическую регулировку усиления.

Второй каскад преобразования

Во втором каскаде преобразования спектр принятого сигнала переносится с первой промежуточной частоты на вторую. Особенностью второго каскада является то, что он не перестраиваемый, то есть местный гетеродин второго каскада генерирует колебание на постоянной частоте.

Усилитель второй промежуточной частоты

Усилитель второй промежуточной частоты так же является относительно узкополосным усилителем с очень высоким коэффициентом усиления. Значение второй промежуточной частоты, как правило, находится в интервале от 60 до 75 МГц. Для таких частот аппаратная реализация требуемых параметров усилителя является сравнительно несложной. Усилитель второй промежуточной частоты определяет, в основном, коэффициент усиления, отношение «сигнал-шум» и эффективную полосу пропускания всего приемника.

Типовая схема усилителя ПЧ содержит от трех до десяти каскадов усиления. В усилителе ПЧ может изменяться как ширина полосы пропускания, так и коэффициент усиления.

Часто усилитель второй промежуточной частоты представляет собой логарифмический усилитель. Благодаря этому обеспечивается требуемый динамический диапазон приемника, то есть прием без искажений эхо-сигналов, амплитуды которых изменяются в широких пределах (свыше 30 дБ).

Детектор

Как и в супергетеродинном приемнике с однократным преобразованием частоты, детектор служит для преобразования радиоимпульсов промежуточной частоты (в данном случае – второй) в видеоимпульсы.

Видеоусилитель

В видеоусилителе выполняется усиление видеоимпульсов, поступающих с детектора. После усиления видеоимпульсы подаются на устройство индикации. Как правило, видеоусилитель представляет собой усилитель с RC-связью и строится на транзисторах с высоким коэффициентом усиления. При этом видеоусилитель должен обладать достаточно широкой частотной характеристикой.

Двойное преобразование частоты | Основы электроакустики

Главная » Радиоприем

Двойное преобразование частоты

Чем выше частота принимаемого полезного сигнала, тем меньше получается относительная расстройка зеркального канала при том же самом значении промежуточной частоты. В результате при реализации супергетеродинного радиоприемника высоких частот возникает противоречие между требованием уменьшить промежуточную частоту для облегчения подавления соседнего канала в тракте промежуточной частоты и требованием увеличить промежуточную частоту для облегчения подавления зеркального канала в преселекторе. В этом случае применяют двойное преобразование частоты. При двойном преобразовании частоты сначала переносят группу каналов на первую промежуточную частоту, выделяют ее, а затем выделяют рабочий канал на второй промежуточной частоте.

Значительно повысить избирательность по зеркальному каналу можно, увеличив промежуточную частоту. Кроме того, нередко это позволяет сократить диапазон частот при перестройке гетеродина и даже реализовать один общий диапазон частот АМ-тракта (от 0,15 до И) МГц). Совместить это с высокой избирательностью по соседнему каналу позволяют супергетеродинные радиоприем­ники с двойным преобразованием частоты  У такого приемника частота первого гетеродина может меняться дискретно, например, для переключения диапазонов. А плавная перестройка в пределах диапазона выполняется вторым гетеродином Г2. Первая промежуточная частота выбирается достаточно высокой, исходя из условия обеспечения избирательности по зеркальному ка­налу, вторая (более низкая) для упрощения фильтрации по основному каналу. Чаще всего вторая промежуточная час­тота та же, что у приемников с однократным преобразова­нием (т. е. 465 кГц при приеме АМ-сигналов и 10,6 МГц при приеме ЧМ-сигналов). Но это не всегда.

На первой промежуточной частоте fпч1 невозможно обеспечить подавление соседнего канала, поэтому коэффициент усиления тракта первой промежуточной частоты стараются выполнить минимально необходимым, лишь бы не увеличить уровень шумов на выходе приемника. Его основная задача — подавить зеркальный канал fзк2, который образуется во втором смесителе. Усилитель УПЧ1 только компенсирует потери в фильтре ФПЧ1 и, если необходимо, потери смесителя. В схеме супергетеродина с двойным преобразованием частоты перестраиваемым выполняется только первый гетеродин. В качестве такого гетеродина обычно применяется синтезатор дискретной сетки частот. Второй гетеродин может быть выполнен на фиксированную частоту. Это позволяет фильтр промежуточной частоты ФПЧ1 реализовать на фиксированную частоту, тем самым упростив его реализацию. Приемники с двойным преобразованием давно применяются в профессиональных средствах радиосвязи. Но для бытовых целей они до сих пор применялись редко из-за своей дороговизны. Однако в последнее время ситуация в корне изменилась, и ведущие фирмы мира стали выпус­кать всеволновые радиоприемники с двойным преобразо­ванием частоты и малыми габаритами, имеющие неслы­ханные ранее удобства. Некоторые фирмы (например, Panasonic) широко применяют такие приемники даже в массовых магнитолах.

Характерной чертой нового поколения полупрофессиональных приемников является выбор первой промежуточной частоты выше максимальной частоты принимаемого сигнала — т. е. для АМ-приемников выше 30 МГц. При этом вместо перестраиваемых контуров во входной цепи приемника можно применить просто фильтр нижних частот или несколько широкополосных неперестраиваемых фильтров. Они обеспечивают высокую степень подавления по зеркальному каналу. Но главное — появляется возможность при небольшом относительном изменении частоты первого гетеродина перекрыть разом весь диапазон принимаемых частот от 0,15 до 30 МГц или хотя бы все КВ-диапазоны.

Ситуация изменилась и в связи с трудностями обеспечения перестройки в обычных приемниках. Разработанные малогабаритные перестраиваемые напряжением конденсаторы (например, варикапы) имеют узкий диапазон перестройки. Поэтому отказ от перестраиваемых контуров обеспечивает возможность миниатюризации радиоприемников.

 

Усилители промежуточной частоты

Синтезатор частоты в роли гетеродина

Преобразователи частоты

Приемники прямого усиления и супергетеродины

Автоматическая подстройка частоты (АПЧ)

Преобразователи частоты.

Стабилизация частоты генераторов

Усилители напряжения модулирующей частоты

Радиоприемник Superhet с двойным и тройным преобразованием » Electronics Notes

Супергетеродинные радиоприемники с множественным преобразованием, включая наборы с двойным или тройным преобразованием, обеспечивают преимущества в производительности по сравнению с базовым супергетеродинным преобразователем с одним преобразованием.

---

Учебное пособие по Superhet Radio Включает:
Superhet Radio Теория супергетеродинамики Изображение ответа Блок-схема / общий приемник Эволюция дизайна Двойной и мультиконверсионный супергетеродин Характеристики

См. также:   Типы радио

---

Хотя супергетеродинный радиоприемник с одним преобразованием может работать очень хорошо, могут возникнуть проблемы, особенно с отклонением изображения.

Требуется широкий диапазон уровней производительности. Для таких приложений, как домашние радиовещательные приемники, требуется более низкая производительность, но гораздо более высокая производительность требуется для профессиональных приемников для двусторонней радиосвязи, специализированного приема сигналов для таких задач, как космические исследования, тестовых приемников для испытаний на ЭМС/ЭМП и т. п.

Также во многих радиоприемниках, которые были разработаны до широкого использования синтезаторов частоты, была проблема со стабильностью частоты. Обе эти проблемы могут быть решены в конструкции радиочастотной схемы с использованием супергетеродинного радио с двойным преобразованием, а иногда даже с тройным преобразованием.

Даже с введением синтезаторов частоты, которые обеспечивают необходимую стабильность частоты, супергетеродинные радиостанции с множественным преобразованием широко используются в высокопроизводительных радиоприемниках, таких как приемники радиосвязи, для которых требуется очень высокий уровень подавления изображения.

Краткое описание мультиконверсионного радиоприемника Superhet

Причина использования двойного супергетеродинного радиоприемника

При выборе конструкции радиочастотной схемы и выборе промежуточной частоты для супергетеродинного радиоприемника необходимо найти компромисс между преимуществами использования низкочастотной или высокочастотной ПЧ, поскольку каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. .

• ВЧ ПЧ:   Для любой промежуточной частоты внутри супергетеродинного радио ответ изображения появляется на частоте, равной удвоенной частоте ПЧ вдали от желаемой. Установка максимально возможного значения ПЧ позволяет максимально отдалить отклик изображения от полезного сигнала, что значительно упрощает фильтрацию радиочастот для удаления нежелательного отклика и позволяет получить более высокие уровни подавления.

  Соответственно использование промежуточной частоты с высокой частотой обеспечивает хорошее подавление изображения. Некоторые современные приемники связи ВЧ-диапазона, которые охватывают частоты до 30 МГц, могут иметь первую ПЧ 50 или 60 МГц, чтобы обеспечить хороший уровень производительности.

• Низкочастотная ПЧ:   Преимущество выбора более низкой ПЧ заключается в том, что фильтры, обеспечивающие подавление соседнего канала, имеют более низкую частоту. Использование низкочастотной ПЧ позволяет добиться высоких характеристик при сохранении низкой стоимости.

  Хотя фильтры, такие как керамические фильтры, кварцевые фильтры и т.п., неизмеримо улучшились за последние годы, стоимость и производительность по-прежнему лучше на более низких частотах. Конечно, если для основной избирательности использовать ПЧ 60 МГц, то фильтры на этих частотах будут работать хуже и будут значительно дороже.

Соответственно, есть два противоречащих друг другу требования, которые не могут быть легко удовлетворены с использованием одной промежуточной частоты. Решение состоит в использовании супергетеродинной топологии с двойным преобразованием, чтобы удовлетворить оба требования. Иногда для обеспечения требуемой производительности и гибкости может использоваться даже супергетеродин тройного преобразования.

Профессиональный супергетеродинный приемник с топологией тройного или четверного преобразования в зависимости от используемой частоты
Изображение предоставлено Icom UK

Базовая концепция двойного супергетеродинного приемника

Основная концепция двойного супергетеродинного радиоприемника заключается в использовании высокой промежуточной частоты для достижения требуемых высоких уровней подавления изображения и еще более низкой промежуточной частоты для обеспечения уровней производительности, необходимых для селективности по соседнему каналу.

Обычно приемник преобразует входящий сигнал вниз до относительно высокой первой промежуточной частоты, каскада ПЧ. Это может быть даже выше входящей частоты. Этот высокочастотный первый каскад ПЧ позволяет достичь высокого уровня подавления изображения.

Поскольку частота изображения в два раза превышает частоту ПЧ вдали от основного или полезного сигнала, чем выше ПЧ, тем дальше находится изображение и тем легче его отклонить на входе.

Основная концепция супергетеродинного преобразования с двойным преобразованием

После того, как сигнал прошел первые каскады ПЧ на более высокой частоте, он затем проходит через второй смеситель для преобразования его на более низкую промежуточную частоту, где выполняется узкополосная фильтрация, так что соседний канал сигналы можно убрать.

Что касается более низкой частоты, то фильтры дешевле, а производительность, как правило, лучше, хотя технология фильтрации значительно улучшилась, что позволяет использовать более высокочастотные фильтры. Например, фильтр 9 МГц в наши дни не считается высокочастотным фильтром.

Двойные супергетеродинные топологии

Хотя основная концепция двойного супергетеродинного радиоприемника, включающего два каскада преобразования частоты, может остаться прежней, существует ряд различных «стилей», которые можно принять:

• Первый генератор с фиксированной частотой:   Этот формат радиочастотного проектирования для супергетеродинного приемника с двойным преобразованием был популярен до появления синтезаторов частоты и других очень стабильных гетеродинов.

  Он широко использовался во многих радиолюбительских или радиолюбительских приемниках, где полоса 500 кГц обычно настраивалась для охвата определенной полосы. Эта форма приемника смогла обеспечить значительное улучшение характеристик стабильности, а также улучшенное подавление изображения, хотя широкополосный первый каскад ПЧ часто был открыт для некоторого прямого захвата.

  Переключаемый кварцевый генератор в первом преобразовании обеспечил бы стабильный первый гетеродин. Генератор использовался для обеспечения гетеродина в первом преобразовании. Полосовой фильтр будет использоваться для обеспечения избирательности и пропуска полосы частот.

  Второй гетеродин позволяет перестраиваться в диапазоне, допускаемом полосовым фильтром. Когда требовалось дополнительное покрытие, первый осциллятор с кварцевым управлением нужно было переключать на следующий кварц. Таким образом можно было получить непрерывное покрытие, хотя и с большим количеством кристаллов.

  Блок-схема супергетеродина с первым преобразованием, управляемым кристаллом
  Обычно использовался в любительских радиоприемниках КВ в конце 1960-х — начале 1990-х годов.

  Помимо обеспечения высокого уровня подавления изображения, эта концепция значительно улучшила уровень стабильности частоты для приемников того времени. Однако для этого требовалось большое количество переключаемых диапазонов, а для непрерывного покрытия от 1 до 30 МГц по 500 кГц в каждом диапазоне количество кристаллов и диапазонов было огромным. В настоящее время синтезаторы частот означают, что этот формат проектирования радиочастотных схем редко требуется или используется.

• Настроенный первый генератор:   Это самый обычный формат для радиочастотного дизайна супергетеродинного приемника с двойным преобразованием. Первое преобразование использует генератор переменной частоты, который преобразует сигнал в первую ПЧ.

  Супергетеродинное преобразование с двойным преобразованием с использованием синтезатора частоты для первого гетеродина

  Хотя обычно на первой ПЧ обеспечивается небольшая избирательность, часто для обеспечения некоторой фильтрации по соседнему каналу может использоваться фильтр, известный как руфинг-фильтр. Это предотвращает перегрузку очень сильными сигналами соседних каналов на более поздних стадиях ПЧ. Однако основная избирательность по-прежнему обеспечивается в низкочастотных каскадах ПЧ.

  Первый гетеродин обычно представляет собой синтезатор частоты, поскольку он широко используется, относительно дешев и прост в реализации. Они обладают превосходной стабильностью и могут быть запрограммированы с помощью микропроцессора, что позволяет использовать такие функции, как ввод частоты с клавиатуры, ручка настройки (управляемая через процессор), сканирование и многое другое.

  Примечание по синтезаторам частоты:

  ВЧ-синтезаторы частоты позволяют создавать стабильные сигналы и управлять ими с помощью программируемого входа. Существует несколько различных типов синтезаторов: некоторые основаны на методах фазовой автоподстройки частоты, а другие используют цифровые технологии для непосредственного создания формы волны. Часто полные синтезаторы могут включать в себя один или несколько типов технологии 9.0012

  Подробнее о Синтезаторы частоты.

  Даже в этом радиолюбительском приемопередатчике среднего диапазона используется супергетеродинная радиочастотная конструкция с множественным преобразованием
.

Существует множество способов реализации супергетеродинной топологии с множественным преобразованием. Не существует жесткого и быстрого шаблона для оптимальной топологии. Некоторые даже меняют топологию внутри радио в зависимости от используемого диапазона. Таким образом, можно выбрать наилучший вариант для предполагаемых частот и типа применения.

Супергетеродинный приемник с тройным преобразованием

Для некоторых усовершенствованных радиочастотных конструкций, особенно тех, которые используют микроволновые частоты, могут быть преимущества использования трех преобразований, а иногда и большего количества. Хотя эти приемники менее распространены, есть некоторые усовершенствованные приемники, часто для профессиональных или первоклассных любительских радиоприложений, которым требуется такое количество преобразований для достижения очень высокого уровня необходимых характеристик.

Их радиочастотная конструкция обеспечивает высокий уровень селективности по близлежащим или соседним каналам, при этом обеспечивая высокий уровень подавления изображения. Для приложений, где обе характеристики особенно важны, этого можно достичь только с помощью ряда процессов преобразования. В подобных случаях могут потребоваться супергетеродинные приемники с тройным преобразованием, хотя затраты, естественно, высоки, учитывая необходимость в дополнительных схемах.

Эти супергетеродинамические радиостанции с множественным преобразованием могут использовать множество различных топологий, некоторые из которых сначала выполняют преобразование частоты с повышением частоты, а затем — понижающее преобразование. Некоторые даже используют разное количество преобразований в зависимости от принимаемых частот. Есть много разных подходов, которые можно использовать.

Двойной супергетеродинный радиоприемник обычно используется там, где требуется высокий уровень производительности — часто для высокопроизводительного мониторинга и двусторонней радиосвязи. Требуемая дополнительная схема увеличивает стоимость, и чтобы свести к минимуму возникновение паразитных сигналов в приемнике, проектирование должно выполняться с осторожностью. Тем не менее, можно достичь очень высокого уровня производительности с двойным супергетеродинным радиоприемником или, где это особенно необходимо, с тройным супергетеродинным радиоприемником.

Другие основные темы радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частоты Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы ВЧ-фильтры РЧ циркулятор Типы радиоприемников Суперхет радио Избирательность приемника Чувствительность приемника Приемник с сильным сигналом Динамический диапазон приемника
    Вернуться в меню тем радио. . .

Различия между типами приемников, часть 2

Скачать эту статью в формате .PDF Этот тип файла включает в себя графику и схемы с высоким разрешением, когда это применимо.

В этой серии статей, состоящей из двух частей, рассматриваются различные типы реализации приемников с акцентом на роли, которые играют приемники, а также некоторые характеристики, характеризующие их работу. В части 1 анализировались как прямое преобразование, так и супергетеродинная реализация. Во второй части мы более подробно рассмотрим супергетеродинный приемник с двойным преобразованием, а также обсудим новый метод прямой выборки ВЧ.

Супергетеродинные приемники с двойным преобразованием

В части 1 обсуждалась реализация одного преобразования почтенного супергетеродинного приемника. Однако часто используются и супергетеродинные приемники с двойным преобразованием благодаря нескольким ключевым преимуществам (рис. 1) . Этот подход особенно полезен для высокочастотных приложений, таких как приемники некоторых военных радаров. В этих случаях высокочастотный входной сигнал преобразуется в сигнал промежуточной частоты (ПЧ), который может находиться в диапазоне от 1 до 3 ГГц. Затем этот сигнал снова преобразуется в еще более низкую частоту перед обработкой.

1. Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием обеспечивает ряд преимуществ в плане производительности.

Судя по названию, приемники с двойным преобразованием, очевидно, имеют два каскада преобразования частоты, что означает, что их конфигурация состоит из двух смесителей, а также двух гетеродинов (гетеродинов). Первый смеситель преобразует РЧ-сигнал в более низкую частоту, которую можно назвать частотой первой ПЧ. Затем второй смеситель снова преобразует этот сигнал в еще более низкую частоту, называемую частотой второй ПЧ. Хотя эта конфигурация увеличивает сложность приемника, она также предлагает ряд преимуществ. Кроме того, в некоторых случаях также используются приемники с тройным преобразованием.

Полоса частот изображения является препятствием, которое присутствует в каждом супергетеродинном приемнике. Когда входной ВЧ-сигнал и входной сигнал гетеродина поступают в микшер, он генерирует выходной сигнал ПЧ на выходе микшера. Частота этого сигнала ПЧ равна разнице частоты входного сигнала ВЧ и частоты сигнала гетеродина.

Однако другой входной ВЧ-сигнал вместе с тем же сигналом гетеродина может поступать в микшер и генерировать тот же выходной сигнал ПЧ. Этот другой входной сигнал известен как сигнал частоты изображения. Математически это можно представить следующим образом:

|F _RF – F _LO | = F _IF

|F _{изображение} – F _LO | = F _IF

где:

F _RF = частота входного ВЧ сигнала

F _LO = частота гетеродинного сигнала

F _{IF 5 IF}

= частота выходного сигнала 9 IF = частота выходного сигнала 9 IF _{изображение} = частота сигнала изображения

Чтобы подавить эти нежелательные частоты изображения, супергетеродинный приемник требует фильтрации перед смесителем. Однако преобразование высокочастотного входного сигнала в очень низкочастотный сигнал всего за один этап преобразования вызывает проблему: полоса изображения будет очень близка по частоте к фактической полосе входного радиочастотного сигнала. Таким образом, фильтрация этих частот изображения становится проблемой из-за их близости к фактическим входным радиочастотам.

Конфигурация с двойным преобразованием может исправить эту ситуацию. Использование двух каскадов преобразования частоты позволяет разнести полосу частот изображения дальше от фактической полосы частот входного сигнала.

Увеличенное разделение между полосой входных частот и полосой частот изображения связано с более высокой частотой первой ПЧ. Преобразование входной РЧ-частоты в эту частоту первой ПЧ позволяет отдалить полосу частот изображения по сравнению с подходом прямого преобразования входной частоты в более низкую конечную выходную частоту. Следовательно, задача фильтрации частот изображения значительно упрощается.

Как уже говорилось, преимуществом супергетеродинных приемников с двойным преобразованием является более высокая частота первой ПЧ, что позволяет им добиться хорошего подавления изображения. Кроме того, такие приемники также могут достигать отличной избирательности благодаря более низкой частоте второй ПЧ — более высокую избирательность обычно легче получить на более низких частотах. Таким образом, супергетеродинные приемники с двойным преобразованием могут одновременно обеспечивать превосходное подавление изображения и селективность.

Компромиссы производительности

Приемники с прямым преобразованием имеют некоторые преимущества по сравнению с супергетеродинными аналогами. Например, они избегают проблемы частоты изображений. Они также требуют меньшего количества компонентов, что приводит к более простым и недорогим решениям. Фактически, как упоминалось в части 1, приемники прямого преобразования доступны в виде интегральных схем (ИС).

Однако приемники прямого преобразования имеют ряд недостатков. Одна из самых больших проблем связана со смещением постоянного тока. Например, смешивание утечки гетеродина с фактическим сигналом гетеродина может привести к большим ошибкам смещения постоянной составляющей выходного сигнала. Утечка гетеродина может быть сведена к минимуму за счет обеспечения высокой изоляции между портами гетеродина и ВЧ портов микшера. Еще один способ решить проблемы со смещением постоянного тока — преобразовать входной сигнал в частоту, близкую к постоянному току, но не точно. Эта реализация известна как приемник с низкой ПЧ. Однако использование такого подхода вновь приводит к проблеме частоты изображений.

Супергетеродинные приемники имеют ряд преимуществ, таких как возможность достижения непревзойденной избирательности и чувствительности. Они также невосприимчивы к проблемам с постоянным током, возникающим в приемниках прямого преобразования. Однако, как уже упоминалось, супергетеродинные приемники должны справляться с полосой частот изображения. Кроме того, они, как правило, намного больше по размеру, поскольку требуют таких компонентов, как громоздкие фильтры. Следовательно, эти приемники обычно не подходят для разработки в виде интегральных схем.

Прямая выборка РЧ

Повышение производительности аналого-цифровых преобразователей (АЦП) за последние несколько лет позволило им напрямую оцифровывать сигналы на РЧ частотах. Работая на высоких частотах, они могут поддерживать низкий уровень шума и хорошую линейность.

2. При построении приемника с прямой выборкой ВЧ требуется значительно меньше компонентов.

Эти усовершенствованные АЦП позволяют использовать приемник прямой ВЧ-выборки (рис. 2) . Они могут напрямую дискретизировать сигналы на ВЧ-частотах, тем самым устраняя необходимость преобразования входного ВЧ-сигнала в более низкую частоту. Этот метод, очевидно, представляет собой существенное отличие от традиционного супергетеродинного приемника. Теперь обещание настоящих программно-определяемых радиостанций (SDR) может быть выполнено благодаря возможностям этого нового поколения АЦП.

Приемник с прямой ВЧ-выборкой в ​​основном состоит из малошумящего усилителя (МШУ), необходимых фильтров и АЦП. АЦП напрямую оцифровывает радиочастотный сигнал и отправляет его на процессор. Поскольку преобразование частоты не требуется, общая конструкция приемника с прямой ВЧ-выборкой намного проще по сравнению с супергетеродинным приемником.