Схемы и документации на сервере QRZ.RU

Принципы построения смесителей

Можно ли выделить НЧ сигнал из модулированного ВЧ сигнала?

Выделить НЧ сигнал из хотя и модулированного, но все равно ВЧ сигнала, принципиально невозможно, т.к. его там, как показывает анализатор спектра, просто нет. А вот сложить НЧ или ПЧ сигнал, из отдельных частей ВЧ сигнала, не только можно, но это мы, фактически, и делаем, сами того не ведая.

Часть сигнала.

Наименьший по длительности промежуток времени - это миг (мгновение). Наименьшая по длительности часть сигнала -- это его мгновенное значение. Две неразрывные части сигнала уже образуют его фрагмент.

О перемещении информационного сигнала.

Есть два способа перемещения информационного сигнала по каналу связи: целиком или частями. Изобретение радио – это выход из ситуации, когда перемещать информационный сигнал целиком принципиально невозможно. В радио эта проблема решается с помощью смесителя – устройства многократного действия, складывающего нужный выходной сигнал из отдельных частей входного сигнала. Первый смеситель радиоканала называется модулятором, последний – демодулятором, а остальные – промежуточными смесителями.

Правило сложения.

Эпистолярный канал связи, как и радиосвязь – это способ перемещения живой речи (информационного сигнала) частями. Правило сложения отдельных частей входного сигнала мы все проходили в первом классе, когда отдельные части живой речи в виде букв М А М А учились произносить слитно – ММААММАА. На таком же принципе основано кино, где каждый очередной кадр (зафиксированный на ленте миг бытия) проецируется на экран до смены на следующий кадр. Работу смесителя можно понять, наблюдая за вращением колеса автомобиля на экране.

Благодаря какому физическому процессу происходит преобразование частоты?

Рис.1

На рис.1 вверху изображена схема устройства выборки - хранения (УВХ) мгновенного значения входного сигнала,которое в радиотехнике выполняет функцию смесителя.Рисунок внизу раскрывает физическую суть процесса преобразования частоты сигнала - это одноразовый акт поглощения импульса энергии и его хранения.

Рис. 2

На рис.2 показан результат работы этого УВХ в качестве смесителя.

Рис. 3

На рис.3 вверху изображена схема УВХ, в котором для хранения импульса энергии используется инерционное свойство колебательного контура.Нижний рисунок раскрывает физическую суть процесса преобразованиячастоты сигнала - этоодноразовый акт поглощения импульса энергии и его хранения.

Рис. 4

На рис.4 показан результат работы этого УВХ в качестве смесителя.

О боковых сигналах.

Рис.5

Почему образуются боковые сигналы? Благодаря рис.5 ответ на этот вопрос становится очевидным.Оказывается, входной сигнал смесителя (1гц) и боковые (зеркально расположенные на шкале частот относительно частоты гетеродина,в данном случае равной 3гц) сигналы на выходе смесителя (2гц и 4гц) объединяет то, что периодически, через равные промежутки времени, их мгновенные значения становятся абсолютно одинаковыми.Кстати,это ещё одно доказательство того,что сигнал гетеродина для смесителя - это тактовый сигнал, т.е. длительность активного состояния ключа смесителя должна стремиться к нулю.

Быстродействие УВХ

Важной характеристикой УВХ является быстродействие (дельта U/T). Это отношение приращения напряжения на выходе УВХ за время выборки к длительности выборки. Оно имеет размерность вольт в секунду и является скоростью нарастания выходного напряжения. Быстродействие УВХ ограничено постоянной времени RC цепочки, где R, в основном, есть сумма выходного сопротивления источника входного сигнала и сопротивления реального ключа в активном состоянии. Вывод: величина выходной ёмкости пассивного смесителя, при благоприятном режиме хранения, должна стремиться к нулю. Это согласуется с концепцией, что обработка сигнала в идеальном приёмнике должна производиться на уровне ЭДС.

Что такое несущая?

Несущая - это тактовый сигнал, координирующий во времени работу ключа демодулятора относительно частей входного сигнала пропорциональных частям информационного сигнала. Таким образом, демодулятор осуществляет временную селекцию полезных частей входного сигнала. Несущую можно сравнить с синхродорожкой на перфоленте с программой для станка с ЧПУ.

П - фильтров не бывает

Частотный фильтр - это частотно зависимый делитель уровня входного сигнала. Из этого определения вытекает, что П - образных фильтров не бывает. На самом деле входная ёмкость т.н. П - фильтра является составной частью смесителя. Входное сопротивление фильтра на выходе смесителя должно быть большим, для создания благоприятного режима хранения.

УВХ - демодулятор ФМ сигнала

Возьмём фрагмент синусоидального сигнала образующий S - кривую (рис. 6). Перемещая его по оси времени относительно момента опроса t1 на ±90°, и периодически производя выборку, получим выходной сигнал от +U ампл. до -U ампл. Если такое перемещение организовано по времени (промодулировано), то УВХ в этом случае выполняет функцию демодулятора ФМ сигнала.

Демодуляция с пропуском

Рис.7

На рис.7 оба УВХ выполняют функцию предварительных ФНЧ с частотой среза 2,75кгц, согласно теореме Котельникова о выборках. В демодуляторе выборка происходит через 89 пропусков.

Двухтактный смеситель

Согласно теореме о выборках (о дискретизации), полнота информации о модулирующем сигнале прямо зависит от того, как часто он представлен в выходном сигнале модулятора. На рис.5 видно, что точно посередине между моментами выборки мгновенные значения боковых сигналов тоже равны мгновенным значениям входного сигнала, но только по величине, а полярность у них разная. Это позволяет удвоить частоту дискретизации входного сигнала, не меняя частоту настройки выходного контура (рис.8). Такой смеситель, состоящий из двух согласованно работающих (дополняющих друг друга за один период гетеродинного сигнала) однотактных смесителей, называется двухтактным.

Рис. 8

Н.Деев. US5QEJ
niciv (at) dni.marka.net.ua