Особенности работы. Основные параметры. Преобразователь частоты приемника предназначен для преобразования принимаемого СВЧ сигнала в сигнал ПЧ. В отличие от передающего преобразователя, в приемном на вход подают СВЧ сигнал, а с выхода снимают сигнал ПЧ. Поэтому в нем вместо ФБП включают ФНЧ. Основная фильтрация сигнала происходит в УПЧ. Сигнал на входе приемного смесителя так мал, что по отношению к нему смеситель работает в линейном режиме преобразования. В таком случае частоты колебаний на выходе смесителя

где n - целое число; f01 и f1 - частоты гетеродина приемника и входного сигнала; знаки "±" зависят от типа станции и расстановки частот. С выхода смесителя будет снят сигнал частотой .

Уровень этого сигнала изменяется пропорционально входному уровню приемника вследствие линейного режима преобразования. На рис.6.6 по-казаны спектры входных и выходных колебаний смесителя, последние заштрихованы. Огибающая спектра входного сигнала условно выбрана наклонной. В спектре выходного сигнала есть полезная составляющая со средней частотой fпр , а также побочные составляющие: зеркальная на частоте и суммарная на частоте .

Полезный сигнал поступает в УПЧ, зеркальный обычно подавляют, суммарный часто используют для повторного преобразования, что позволяет улучшить параметры смесителя.Рассмотрим влияние зеркальной составляющей. Поскольку в диодном преобразователе частоты входная и выходная цепи не развязаны, то колебания зеркальной составляющей, попав во входную цепь смесителя, распространяются по волноводу в направлении входной цепи приемника. Входной ПФ настроен на частоту сигнала, следовательно, он отражает колебания на частоте f3 в сторону смесительного диода, где происходит их повторное преобразование. В результате взаимодействия зеркальной составляющей с первого гармоникой гетеродина возникают колебания с частотой .

Фаза этих колебаний зависит от набега фазы зеркальной составляющей в волноводе и от фазы отражения. Меняя расстояние между ПФ и диодом, можно подобрать нужную фазу колебаний с частотой f? . Однако при замене диода фазовые соотношения будут нарушены.

Аналогично, при взаимодействии суммарной составляющей и второй гармоники гетеродина появляются колебания с частотой

Таким образом, на УПЧ приемника вместе с полезным сигналом поступают колебания ПЧ, образовавшиеся из побочных составляющих. Если фазы этих колебаний совпадут, то влияние побочных составляющих сводится к увеличению уровня выходного сигнала смесителя, следовательно, к уменьшению потерь преобразования. Это в свою очередь сопровождается уменьшением коэффициента шума приемника, поскольку снижается вклад шумов в УПЧ. Однако, если фазы колебаний ПЧ, появившихся в результате повторного преобразования, противоположны фазе полезной составляющей, то потери преобразования и коэффициент шума возрастут. В реальных схемах трудно обеспечить постоянные фазовые соотношения между всеми колебаниями ПЧ в пределах рабочей полосы частот. Из-за этого нарушается равномерность коэффициента преобразования АЧХ и равномерность характеристики ГВЗ смесителя. Чтобы предотвратить такие искажения, во входные цепи преобразователя частоты включают ФВ или ФЦ и ФГ, а на выходе устанавливают ФНЧ (дроссель СВЧ). Ферритовые вентили и циркуляторы поглощают энергию зеркальной составляющей. Фильтры гармоник не пропускают колебания суммарной составляющей и более высоких гармоник в тракт СВЧ. Эти фильтры имеют частоту среза fср=1,25…1,5f1. Фильтры гармоник поглощающего типа поглощают энергию составляющих, частоты которых выше частоты fср. Отражающие ФГ отражают энергию этих составляющих к смесительному диоду, где происходит повторное преобразование. Отражающие ФГ размещают рядом со смесительным диодом. Выходной ФНЧ создает короткое замыкание для токов СВЧ, препятствуя их прохождению в направлении такта ПЧ.Для сложения сигналов СВЧ (входного и гетеродина), подводимых к нелинейному элементу, используют такие же устройства, что и в преобразователях частоты передатчиков. В качестве нелинейных элементов служат, главным образом, малошумящие смесительные диоды: кремниевые с точечными контактами и арсенид-галлиевые с барьером Шотки. Предпочтение отдают последним, поскольку они имеют лучшие параметры и более стабильны в работе. Кроме них применяют туннельные диоды и транзисторыПреобразователь частоты приемника должен обладать малым коэффициентом шума и малыми потерями преобразования. Эти параметры определяют коэффициент шума приемника РРЛ, в котором нет МШУ. Кроме того, преобразователь частоты должен иметь равномерные АЧХ и характеристику ГВЗ, как и любое другое устройство ВЧ тракта. Малошумящие смесительные диоды имею потери преобразования 5…6 дБ. Для них принято также указывать коэффициент шума, измеренный в эталонном приемнике с УПЧ, имеющим nшо =1,5 дБ. Обычные его значения 8…14 дБ. Мощность колебаний гетеродина подбирают такой, чтобы получить минимальный коэффициент шума смесителя. Обычно это 1…3 МВт. В некоторых схемах на диод подают напряжение смещения, чтобы улучшить согласование смесительной головки по входу.Однотактные преобразователи. В таких преобразователях (рис.6.7) смесительная головка СМ содержит смесительный диод и выходной ФНЧ. В схеме рис.6.7, а для сложения сигнала СВЧ с колебаниями гетеродина служат ферритовые циркуляторы ФЦ1 и ФЦ2. Сигнал СВЧ поступает к диоду смесительной головки через плечи 1 и 2 ФЦ1, а колебания гетеродина - через ФЦ1 и ФЦ2. Полосовой фильтр ПФ1 является входной цепью приемника. Он отражает колебания гетеродина, препятствуя их попаданию в антенну. Из-за неидеального согласования часть энергии сигнала будет отражена от смесительной головки, через ФЦ1 и ФЦ2 она поступит в поглощающую нагрузку R. Туда же попадают колебания зеркальной составляющей. Фильтр гармоник ПФ3 - отражающего типа, ПФ2 - ФУП ГТ приемника.В однотактном преобразователе сигнал и колебания гетеродина подведены к смесительной головке с помощью двух волноводов разного сечения. Колебания гетеродина поданы через ФУП . Сигнал поступает через входную цепь ПФ3. Циркулятор ФЦ работает в режиме вентиля. Его нагрузка R поглощает часть энергии сигнала, отраженную от смесительной головки из-за рассогласования, а также колебания зеркальной составляющей. Кроме того, ФЦ не пропускает колебания гетеродина в цепь сигнала. Фильтр гармоник ФНЧ отражающего типа.

Двухтактный преобразователь. В такой схеме для объединения, СВЧ сигналов применяют мостовое устройство МУ. Сигнал СВЧ (6.8 а) поступает через ПФ1 и ФВ1 , колебания гетеродина - через ФУП и ФВ2. Ферритовые вентили служат для поглощения части энергии волн, которая отражается от плеч 1 и 2 МУ при неидеальном согласовании. К плачам 3 и 4 МУ через ФГ3 и ФГ4 присоединена сдвоенная смесительная головка СМ. Ее диоды выделяют колебания биений сигнала и гетеродина, фаза которых б=r-c, где r и c - фазы колебаний гетеродина и СВЧ сигнала в плече 3 (или 4) МУ. На выходе квадратурного мостового устройства в плече 3 r=2 и c=1, в плече 4 r=1и c=2. Следовательно, сигнал ПЧ, выделяемый с помощью диода, подключенного к плечу 3, имеет фазу б1=2-1=п/2. Для диода, установленного в плече 4, фаза выделяемого сигнала ПЧ б2=1-2= -п/2. Для того чтобы сложить эти противофазные сигналы, используют симметрирующий трансформатор (рис.6,8б) либо специальные парные диоды прямой и обратной полярности (рис.6,8в). Предпочтителен второй вариант, поскольку в схеме с трансформатором трудно получить широкую полосу пропускания и равномерную АЧХ. В мостовом устройстве развязка между цепями сигнала и гетеродина не хуже 20 дБ. Следовательно, на столько же снижен уровень колебаний гетеродина на входе приемника. В этом преимущество двухтактной балансной схемы по сравнению с однотактными. Известно, что в классических схемах балансных смесителей имеет место снижение мощности шумов, поступающих от гетеродина. Оно происходит за счет подачи на диоды колебаний гетеродина в противофазе. В диапазоне СВЧ это преимущество реализовать не удается, так как МУ изменяет фазу колебаний гетеродина в плечах 3 и 4 только на п/2.