Co to jest konwersja częstotliwości? Konwersja częstotliwości sygnału

8.8.1. Zasada konwersji częstotliwości

Konwersja częstotliwości sygnału to proces zapewniający liniowe przeniesienie widma sygnału na oś częstotliwości bez zmiany jego struktury. Obwiednia sygnału i jego faza początkowa nie ulegają zmianie. Innymi słowy, konwersja częstotliwości nie zniekształca prawa zmian amplitudy, częstotliwości lub fazy modulowanych oscylacji.

Jak wynika z definicji, konwersji częstotliwości towarzyszy pojawienie się nowych składowych widma, tj. prowadzi do wzbogacenia widma sygnału. Dlatego taki proces można zrealizować jedynie przy użyciu urządzeń nieliniowych lub parametrycznych, które mnożą przetworzony sygnał przez pomocnicze oscylacje harmoniczne z późniejszym doborem wymaganego zakresu częstotliwości.

Rzeczywiście, jeśli na wejście mnożnika zostaną podane dwa sygnały:

następnie na wyjściu otrzymujemy sygnał sumy i różnicy częstotliwości:

gdzie jest współczynnikiem transmisji mnożnika.

Filtr wyjściowy dostrojony na przykład do częstotliwości różnicowej uwypukli różnicę (pośrednią) składową częstotliwości. Takie urządzenie nieliniowe nazywa się mikser, a źródłem drgań harmonicznych jest lokalny oscylator.

Schemat blokowy przetwornicy częstotliwości pokazano na rys. 8.41.

Ryż. 8.41. Schemat blokowy przetwornicy częstotliwości

Konwersja częstotliwości stosowana jest w odbiornikach superheterodynowych w celu uzyskania sygnału o częstotliwości pośredniej. Wartość częstotliwości pośredniej musi być taka, aby przy wysokiej selektywności odbiornika można było bez większych trudności osiągnąć duże wzmocnienie. W odbiornikach nadawczych fal długich, średnich i krótkich oraz w odbiornikach z modulacją częstotliwości (w zakresie długości fal miernika) -. Konwersja częstotliwości sygnału stosowana jest także w odbiornikach radarowych i sprzęcie pomiarowym (analizatorach widma, generatorach itp.).

8.8.2. Obwody przetwornicy częstotliwości

Jak wspomniano powyżej, proces konwersji częstotliwości realizowany jest poprzez pomnożenie przetworzonego sygnału przez pomocnicze oscylacje harmoniczne, a następnie wybranie wymaganego zakresu częstotliwości. Można tego dokonać na dwa sposoby, które stanowią podstawę do budowy praktycznych obwodów przetwornicy częstotliwości:

1. Sumę dwóch napięć (sygnału użytecznego i sygnału lokalnego oscylatora) przykłada się do elementu nieliniowego, po czym następuje selekcja niezbędnych składowych widma prądu. Jako elementy nieliniowe stosowane są diody, tranzystory i inne elementy o charakterystyce nieliniowej.

2. Napięcie lokalnego oscylatora służy do zmiany dowolnego parametru miksera (transkonduktancji charakterystyki I-V tranzystora, parametru biernego obwodu). Sygnał użyteczny doprowadzony na wejście takiego miksera jest przetwarzany z odpowiednim wzbogaceniem widma.

Aby wyjaśnić główne cechy procesu konwersji częstotliwości, spójrzmy na niektóre obwody przetwornicy częstotliwości.

A. Diodowe przetwornice częstotliwości

Obwód jednoobwodowego przetwornicy częstotliwości diodowej pokazano na ryc. 8.42.

Ryż. 8.42. Jednoobwodowy diodowy przetwornica częstotliwości

Na wejście konwertera odbierane są dwa sygnały:

modulowany sygnał wąskopasmowy, którego częstotliwość nośna musi zostać przesunięta, powiedzmy, na niższe częstotliwości;

sygnał lokalnego oscylatora o stałej amplitudzie, częstotliwości i fazie początkowej.

W ten sposób do elementu nieliniowego przykładane jest napięcie

Charakterystykę prądowo-napięciową diody przybliżamy wielomianem drugiego stopnia

Następnie prąd diody można przedstawić w następujący sposób:

Terminy zawierające tylko , , , odpowiadają składnikom widma prądu diody o częstotliwościach , i . W związku z tym nie są one interesujące z punktu widzenia konwersji częstotliwości. Ostatnie określenie ma tu znaczenie pierwszorzędne. To wskazuje na obecność w bieżącym spektrum komponentów o przetworzonych częstotliwościach i:

Składowa częstotliwości odpowiada przesunięciu widma sygnału do obszaru niskiej częstotliwości, a składowa częstotliwości do obszaru wysokiej częstotliwości.

Napięcie wyjściowe o wymaganej częstotliwości generowane jest za pomocą filtra (obwodu oscylacyjnego) na wyjściu przetwornicy, dostrojonego do odpowiedniej częstotliwości. Filtr musi wybrać jeden składnik z siedmiu. Zakładając, że filtr jest dostrojony do częstotliwości różnicowej (pośredniej), otrzymujemy na wyjściu przetwornicy napięcie równe

Przy lub odstrojenie częstotliwości , i , jest bardzo małe. W takim przypadku komponenty z częstotliwościami sygnału lub lokalnego oscylatora nie będą filtrowane przez system selektywny. Niepożądane jest również stosowanie tego układu przy rozwiązywaniu problemu konwersji częstotliwości w zakresie częstotliwości akustycznych. W takim przypadku wskazane jest zastosowanie obwodów zbalansowanych, które zapewniają samozniszczenie (kompensację) niepotrzebnych elementów. Na ryc. 8.43a i ryc. Rysunek 8.43b przedstawia obwody takich przetworników diodowych.

Ryż. 8.43. Zrównoważone przetwornice częstotliwości

Na schemacie z rys. 8,43, a napięcie wyjściowe wynosi

Wyprowadzając wyrażenie, wzięto pod uwagę, że napięcie sygnałowe jest dostarczane do diod obwodów w przeciwfazie, a napięcie lokalnego oscylatora jest w fazie.

Podstawiając wyrażenia do i do wzoru (8.5), otrzymujemy

Z tego widać, że na wyjściu przetwornika zbalansowanego Rys. 8.43 i nie ma składowych o częstotliwościach równych 0, , , , co upraszcza rozwiązanie problemu uzyskania sygnału wyjściowego o wymaganej częstotliwości. Jednak do wyjścia takiego przetwornika należy podłączyć także układ selektywny, aby przefiltrować sygnał o wymaganej częstotliwości.

Przetwornik zbalansowany rys. 8.43b to układ łączący dwa zbalansowane przetworniki. Diody różnych gałęzi zasilane są napięciem sygnałowym i lokalnym oscylatorem o różnych fazach. Działanie takiego konwertera wyjaśniają następujące wzory:

Podstawiając wyrażenia dla , , i do wzoru (8.6) otrzymujemy

Na wyjściu przetwornika Rys. 8.44, b nie ma składowej o częstotliwości sygnału (nie ma również składowych o częstotliwościach 0, , ). Filtr na wyjściu takiego przetwornika musi oddzielać jedną składową od dwóch.

B. Tranzystorowe przetwornice częstotliwości

Tranzystorowe przetwornice częstotliwości są szeroko stosowane w kanałach odbiorczych systemów radiotechnicznych. W tym przypadku rozróżnia się obwody przekształtnikowe, w których połączone są funkcje mieszacza i lokalnego oscylatora, oraz obwody przekształtnikowe, w których sygnał lokalnego oscylatora jest dostarczany z zewnątrz. Bardziej stabilną pracę zapewnia najnowsza klasa przetwornic.

Według sposobu włączania tranzystorów wyróżnia się:

1. Przetwornice z tranzystorem połączone według obwodu ze wspólnym emiterem i według obwodu ze wspólną bazą.

Coraz częściej stosowane są konwertery zwykłych emiterów, ponieważ... mają lepszą charakterystykę szumów i większe wzmocnienie napięcia. Napięcie lokalnego oscylatora można przyłożyć do obwodu bazy lub obwodu emitera. W pierwszym przypadku uzyskuje się większe wzmocnienie, w drugim lepszą stabilność wzmocnienia i dobrą izolację pomiędzy obwodami sygnałowymi i heterodynowymi.

2. Przetwornice oparte na wzmacniaczach z kaskodowym połączeniem tranzystorów.

3. Przetworniki oparte na wzmacniaczu różnicowym.

4. Przetworniki oparte na tranzystorach polowych (z jedną i dwiema bramkami).

Główne właściwości i charakterystyki trzech ostatnich grup przetworników zdeterminowane są właściwościami wzmacniaczy, na których są zbudowane.

Na ryc. Rysunek 8.44 przedstawia obwody przetwornic częstotliwości opartych na tranzystorach planarnych.

Na schemacie z rys. 8.44, a napięcie sygnałowe jest dostarczane do obwodu bazowego tranzystora, napięcie lokalnego oscylatora jest dostarczane do emitera. Obwód w obwodzie kolektora jest dostrojony do częstotliwości pośredniej. Rezystancje zapewniają wymagany tryb pracy wzmacniacza (położenie punktu pracy), rezystancja i pojemność zapewniają stabilizację termiczną położenia punktu pracy. Konwersja częstotliwości odbywa się poprzez zmianę współczynnika transmisji stopnia wzmacniacza (nachylenie charakterystyki IV-V tranzystora) wraz z częstotliwością sygnału lokalnego oscylatora.

Ryż. 8.44. Obwody przetwornic częstotliwości wykorzystujące tranzystory planarne

Tranzystorowa przetwornica częstotliwości pokazana na rys. 8.44b, zbudowany przy użyciu wzmacniacza różnicowego. Przekonwertowany sygnał jest dostarczany na jego wejście, a sygnał lokalnego oscylatora jest dostarczany do podstawy tranzystora stabilnego generatora prądu. Wzmocnienie i współczynnik szumu takich konwerterów są w przybliżeniu równe odpowiednim współczynnikom stopnia wzmocnienia.

Obwody przetwornic częstotliwości wykorzystujących tranzystory polowe pokazano na rys. 8.45,a – obwód z kombinowanym oscylatorem lokalnym oraz rys. 8.45,b – obwód wykorzystujący tranzystor polowy z dwiema izolowanymi bramkami.

Ryż. 8.45. Obwody przetwornic częstotliwości wykorzystujące tranzystory polowe

Na ryc. 8,45 i tranzystor polowy z bramką w formie p-n-przejście działa jednocześnie jako mikser i lokalny oscylator. Sygnał trafia do bramki tranzystora. Napięcie lokalnego oscylatora z części obwodu lokalnego oscylatora jest dostarczane do obwodu źródłowego tranzystora. Wymagany tryb pracy tranzystora zapewnia odpowiedni dobór punktu pracy za pomocą obwodu automatycznego polaryzacji. Rezystor w obwodzie bramki zapewnia odpływ ładunków zgromadzonych na bramce. Obciążeniem konwertera jest filtr pasmowo-przepustowy dostrojony do wymaganej kombinacji częstotliwości prądu drenu. Ponieważ rezystancje wejściowe i wyjściowe tranzystora polowego są dość duże, obwód wejściowy do bramki i obwód filtra pasmowego do drenu są całkowicie połączone.

W obwodzie tranzystorowej przetwornicy częstotliwości opartej na tranzystorze polowym z dwiema izolowanymi bramkami (ryc. 8.45b) obie bramki służą jako elektrody sterujące. Zasadniczo tranzystor działa pod wpływem sumy dwóch napięć. Napięcie jest tworzone przez przekonwertowany sygnał przyłożony do pierwszej bramki, a napięcie jest tworzone przez sygnał lokalnego oscylatora przyłożony do drugiej bramki. Do drenu tranzystora podłączony jest obwód oscylacyjny dostrojony do częstotliwości różnicowej. Zaletą tego obwodu jest nieznaczne sprzężenie pojemnościowe pomiędzy obwodem zasilania sygnału przetwarzającego a obwodem sygnału lokalnego oscylatora. W przypadku takiego połączenia możliwe jest przechwycenie przez sygnał częstotliwości oscylacji lokalnego oscylatora. W takim przypadku częstotliwość sygnału lokalnego oscylatora staje się równa częstotliwości sygnału przetworzonego, w wyniku czego nie nastąpi konwersja częstotliwości.

Konwersję częstotliwości można również przeprowadzić za pomocą obwodów parametrycznych. W takich obwodach napięcie lokalnego oscylatora jest przyłożone do nieliniowej pojemności (varicap), której wartość zmienia się zgodnie z prawem napięcia lokalnego oscylatora.

WNIOSEK

Obecny stan radiotechniki charakteryzuje się intensywnym rozwojem metod i środków przetwarzania sygnałów oraz powszechnym wykorzystaniem osiągnięć technologii cyfrowych i informatycznych. Jednocześnie nie można absolutyzować zmienności podstawowych fragmentów ogólnej teorii radiotechniki, które stanowią podstawę metod rozwiązywania problemów analizy i syntezy współczesnych systemów radiotechnicznych i informatycznych. Tak jak wiedza i swobodna orientacja w różnorodnych aksjomatach matematycznych pozwalają na dochodzenie do nowych wniosków i wyników, tak znajomość podstawowych pojęć z zakresu modelowania sygnałów, metod i technicznych środków ich przetwarzania pozwala łatwo zrozumieć nowe, nawet przy na pierwszy rzut oka bardzo złożone technologie. Tylko mając taką wiedzę badacz czy projektant może liczyć na praktyczną skuteczność znanej zasady „know-how”.

Wiele zagadnień bezpośrednio związanych z „deterministyczną” inżynierią radiową pozostało poza zakresem tej książki. Są to przede wszystkim zagadnienia generacji sygnałów, filtracji dyskretnej i cyfrowej, metod analizy oraz konstrukcji urządzeń parametrycznych i optoelektronicznych. Na szczególną uwagę i osobne omówienie zasługują problemy radioinżynierii statystycznej, których rozwiązanie jest nie do pomyślenia bez szerokiego spojrzenia na metody analizy sygnałów losowych i ich transformacji, metody rozwiązywania klasycznych problemów optymalnego przetwarzania sygnałów podczas ich detekcji i pomiaru .

W przyszłości planowane jest wydanie podręcznika poświęconego rozważaniu tej problematyki, z uwzględnieniem najnowszych wyników teoretycznych i praktycznych.

LITERATURA

1. Gonorovsky, I. S. Obwody i sygnały inżynierii radiowej: podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Radio i Łączność, 1986.

2. Baskakov, S. I. Obwody i sygnały inżynierii radiowej: podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Wyżej. szkoła, 2000.

3. Obwody i sygnały radiowe / D.V. Wasiliew, M.R. Vitol, Yu.N. Gorszenkow i inni;/ Wyd. A.K. Samoilo – M. Radio i komunikacja, 1990.

4. Nefiedow V.I. Podstawy elektroniki radiowej i łączności: Podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Wyżej. szkoła, 2002.

5. Sergienko A.B. Przetwarzanie sygnału cyfrowego. – Petersburg: 2003.

6. Iwanow M.T., Sergienko A.B., Ushakov V.N. Teoretyczne podstawy radiotechniki. Podręcznik podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Wyżej. szkoła, 2002.

7. Manaev E.I. Podstawy elektroniki radiowej. – M.: Radio i Łączność, 1990.

8. Bystrov Yu.A., Mironenko I.G. Obwody i urządzenia elektroniczne. – M.: Wyżej. szkoła, 1989.

9. Kayatskas A.A. Podstawy elektroniki radiowej. - M:. Wyższy szkoła, 1988.

10. Bronshtein I.N., Semendyaev K.A. Podręcznik matematyki dla inżynierów i studentów uczelni technicznych. – M.: Nauka. Głowa wyd. fizyka i matematyka Literatura, 1986.

11. Levin B.R. Teoretyczne podstawy statystycznej inżynierii radiowej. – M.: Radio i Łączność, 1989.

12. Gusiew V.G., Gusiew Yu.M. Elektronika. M.: Wyżej. szkoła, 1991.

Przy jednoczesnym działaniu sygnału i lokalnego oscylatora na element nieliniowy, w obwodzie wyjściowym pojawiają się prądy o częstotliwościach kombinowanych postaci , gdzie m i n są liczbami całkowitymi szeregu naturalnego i określają nieliniowość elementu przetwarzającego względem sygnału i lokalnego oscylatora. Jeżeli przetwornik jest liniowy względem sygnału, to m=1, jeżeli lokalny oscylator generuje sygnał harmoniczny, to n=1.

Układy selektywne są podłączone do wszystkich trzech wejść przetwornicy częstotliwości, odpowiednio dostrojone tak, aby rezonowały na wejściu z częstotliwością sygnału. W tym przypadku do zacisków 3-3 podłączamy układ heterodynowy (ustawiamy n=1), a do zacisków 2-2 podłączamy układ selektywny w postaci np. prostego obwodu oscylacyjnego.

Podstawowymi równaniami opisującymi działanie sieci 6-portowej są równania postaci:

(1)

(2)

Wyrażenia (1) i (2) nie uwzględniają czasu, ponieważ uważamy, że sieć 6-portowa jest pozbawiona bezwładności. Wyprowadzając równania opisujące proces konwersji częstotliwości, założymy, że napięcie sygnału Uc jest rzędu dziesiątek do setek µV, co pozwala nam rozpatrywać przetwornicę częstotliwości jako liniową. Jednocześnie napięcie o częstotliwości lokalnego oscylatora U g jest rzędu dziesiątych i jednostek V. Dlatego ani U c, ani U pr nie powodują zmiany parametrów elementu nieliniowego, odbywa się to przez U g Pozwala to na rozwinięcie funkcji f 1 i f 2 w szereg Taylora w potęgach małych zmiennych U c i U pr, czyli ograniczając się do uwzględnienia warunków rozwinięcia z U c i U pr w . pierwszy stopień.

(3)

Pochodne, które są współczynnikami szeregu, są wyznaczane w i , to znaczy pod działaniem tylko napięcia lokalnego oscylatora;

Na

Znaczenie fizyczne:

Jest to prąd wejściowy pod działaniem U g.

- przewodność wejściowa.

- przewodność konwersji odwrotnej.

Prąd wyjściowy, gdy działa lokalny oscylator, przy braku sygnału.

- chłód.

- przewodność wyjściowa.

Ponieważ napięcie heterodynowe jest uważane za harmoniczne, na przykład cosinus: , wówczas nachylenie S(t) jako okresową funkcję czasu można przedstawić w postaci szeregu Fouriera:

Po podstawieniu do (3) i (4) otrzymujemy równanie transformacji bezpośredniej i odwrotnej:

a) konwersja bezpośrednia ,

gdzie I pr - prąd o częstotliwości pośredniej;

b) transformacja odwrotna .

Parametry konwertera.

1. Nachylenie konwertera:

(zwarcie na wyjściu)

Konwersja częstotliwości to przeniesienie (transpozycja) widma sygnału (zwykle wąskopasmowego) wzdłuż osi częstotliwości „w górę” lub „w dół” na pewną odległość w g, określoną przez lokalny oscylator - generator oscylacji harmonicznych małej mocy . W tym przypadku zachowany jest rodzaj modulacji i struktura widma sygnału, zmienia się jedynie jego położenie na osi częstotliwości.

Przetwornica częstotliwości składa się z mieszacza częstotliwości i lokalnego oscylatora (rys. 3.32).

Mikser częstotliwości jest realizowany w sposób parametryczny lub nieliniowy, ponieważ na jego wyjściu konieczne jest uzyskanie oscylacji częstotliwości kombinacji sygnałów wejściowych drugiego rzędu (suma lub różnica). Średnia częstotliwość sygnału wyjściowego nazywana jest pośrednią. W zasadzie w operacji konwersji częstotliwości nie ma dla nas nic nowego; zetknęliśmy się z nią już przy rozpatrywaniu właściwości transformaty Fouriera (pkt. 9), własnościach sygnału analitycznego (pkt. 5) i realizacji parametrycznej. modulatora jednowstęgowego (rys. 3.20). Układ pokazany na rys. 3.20 można bez żadnych zmian wykorzystać jako parametryczną przetwornicę częstotliwości. Nieliniową przetwornicę częstotliwości można również wykonać zgodnie z omówionym powyżej obwodem modulatora amplitudy (ryc. 3.16) podczas ustawiania obciążenia oscylacyjnego L.C. obwód na częstotliwość pośrednią.

Przetwornice częstotliwości wchodzą w skład zdecydowanej większości współczesnych radiowych urządzeń odbiorczych (superheterodyny). Ich zastosowanie pozwala na to, aby główna obróbka sygnałów przeddetektorowych w tych odbiornikach – filtracja i wzmocnienie – odbywała się nie na częstotliwości sygnału (która może być zbyt wysoka i zmieniać się w szerokim zakresie częstotliwości), ale na ustalonej częstotliwości pośredniej. Pozwala to znacznie poprawić czułość i selektywność odbiorników, a także uprościć ich strojenie w szerokim zakresie odbieranych częstotliwości.

Pytania kontrolne

1. Który FU nazywany jest przetwornicą częstotliwości?

2. Podaj algorytm i obwód parametrycznej przetwornicy częstotliwości.

3. Wyjaśnij przeznaczenie każdego elementu obwodu parametrycznego przetwornicy częstotliwości.

Konwersja częstotliwości sygnału przenosi częstotliwość sygnału do innego obszaru na osi częstotliwości. Zastanówmy się nad znaczeniem tej operacji przetwarzania sygnału.

Klasyczny system konwersji częstotliwości składa się z filtra wejściowego, lokalnego oscylatora, miksera i wyjściowego filtra częstotliwości pośredniej (IF).

Zamiar filtr wejściowy- ograniczyć pasmo częstotliwości sygnału wejściowego. Dla uproszczenia przyjmujemy, że sygnał ten jest sinusoidalny o częstotliwości f 1, określonej funkcją X(t)=sin(2πf 1 t + ϕ 1), gdzie f 1 to częstotliwość sygnału wejściowego, ϕ 1 to częstotliwość początkowa faza sygnału wejściowego, π = 3,141..

Heterodyna jest generatorem sinusoidalnym o stałej częstotliwości f 2 i fazie początkowej ϕ 2. Opiszmy sygnał lokalnego oscylatora funkcją Y(t)=sin(2πf 2 t + ϕ 2).

Mikser jest mnożnikiem sygnału. Na wyjściu miksera generowany jest sygnał zespolony o funkcji X(t) * Y(t). Biorąc pod uwagę zależność trygonometryczną sin α * cos β = ½ (sin(α + β) + sin(α - β)) staje się jasne, że sygnał na wyjściu miksera będzie się składał z sumy sygnałów sinusoidalnych o częstotliwościach f 1 + f 2 i f 1 - f 2 oraz odpowiednie fazy początkowe.

Filtr częstotliwości pośredniej (jest to tradycyjna nazwa z inżynierii radiowej) przeznaczony jest do izolowania jednej ze składowych częstotliwości: f 1 + f 2 lub f 1 - f 2. Jeśli zastosowany zostanie filtr przepuszczający częstotliwość f1 + f2, wówczas następuje odpowiednia operacja konwersji częstotliwości ze wzrostem częstotliwości sygnał wyjściowy w stosunku do sygnału wejściowego. Jeśli zastosowany zostanie filtr przepuszczający częstotliwość f 1 - f 2, wówczas nastąpi konwersja z redukcją częstotliwości.

Biorąc pod uwagę fakt, że wejściowym sygnałem fizycznym nie jest pojedyncza częstotliwość f 1, ale suma częstotliwości w dekompozycji sygnału rzeczywistego o ograniczonej szerokości pasma, jasne jest, że operacja konwersji częstotliwości może przesunąć pasmo częstotliwości sygnału w lewo lub w prawo na osi częstotliwości. Dostosowując częstotliwość lokalnego oscylatora, można kontrolować przesunięcie częstotliwości wyjściowej lub przesunięcie częstotliwości wejściowej, w zależności od celu konwersji.

Zastosowanie konwersji w dół częstotliwości, a następnie digitalizacji sygnału, pozwala na zastosowanie przetwornika ADC o niższej częstotliwości konwersji.

Operację konwersji częstotliwości można uznać za szczególny przypadek wykorzystania efektu intermodulacji na dobre. Tutaj jako element nieliniowy działa jak mnożnik i w oparciu o swoje teoretyczne właściwości przedstawione powyżej, idealny mnożnik i idealny sinusoidalny oscylator lokalny wytwarzają wyłącznie intermodulację pierwszego rzędu.

Omówione powyżej przekształcenia widma dla różnych typów modulacji amplitudy polegają na przesunięciu widma transmitowanego sygnału do obszaru częstotliwości radiowych. Takie przesunięcie można uznać za szczególny przypadek bardziej ogólnej operacji liniowej zwanej konwersją częstotliwości. Konwersja częstotliwości w ogólnym przypadku oznacza przesunięcie widma sygnału wzdłuż skali częstotliwości w tym lub innym kierunku, tj. zarówno w obszarze częstotliwości wyższych, jak i niższych.

Przy odbiorze sygnałów przez konwersję częstotliwości rozumie się transformację modulowanych oscylacji wysokiej częstotliwości związaną z przeniesieniem jej widma z okolic częstotliwości nośnej 0 w okolice częstotliwości niższej (tzw. pośredniej) pr, przeprowadzaną bez zmiana prawa modulacyjnego.

Przetwornica częstotliwości to urządzenie, w którym odebrane sygnały o wysokiej częstotliwości (c) zamieniane są na sygnały o niższej częstotliwości pośredniej (in).

Konwerter zawiera lokalny oscylator i mikser.

Oscylator lokalny jest samooscylatorem oscylacji elektrycznych, których częstotliwość zmienia się proporcjonalnie do zmiany częstotliwości odbieranych sygnałów. Mikser można zaimplementować na elementach nieliniowych (diody półprzewodnikowe, tranzystory) lub parametrycznych (na przykład mnożniki analogowe).

Odebrane sygnały o częstotliwości c oraz oscylacje elektryczne lokalnego oscylatora o częstotliwości r podawane są do mieszalnika, gdzie powstają oscylacje złożone zawierające składowe o częstotliwościach c + g i c - g.

Różnica oscylacji ( mediator) częstotliwości pr = c - z są izolowane za pomocą filtra (ustawionego na pr). Najprostszy jest filtr w postaci pojedynczego obwodu. Zwykle stosuje się układ dwóch lub dużej liczby połączonych obwodów, filtrów piezoelektrycznych lub elektromechanicznych.

Wyboru częstotliwości pośredniej dokonuje się z uwzględnieniem szeregu wymagań. W szczególności częstotliwość pośrednia jest wybierana w zakresie, w którym nie działają potężne stacje radiowe, oraz poza zakresem częstotliwości, w którym skonfigurowane są obwody wejściowe odbiornika. W przypadku odbiorników radiowych ustalane są standardowe wartości częstotliwości pośrednich F pr - 465 kHz i 10,7 MHz. W odbiornikach telewizyjnych F dla sygnałów obrazu jest to 38,0 MHz, a dla sygnałów audio 31,5 MHz i 6,5 MHz.

Jako przykład rozważmy wdrożenie miksera opartego na mnożniku analogowym na wejściu X który otrzymuje na wejście sygnał napięcia a Y- napięcie lokalnego oscylatora

Proces zmiany biegów jest podobny do zrównoważonej modulacji amplitudy. Napięcie wyjściowe mnożnika składa się z dwóch składowych - z częstotliwościami różnicowymi i sumarycznymi:

W przypadku offsetu ważna jest tylko składowa z częstotliwością różnicową, tj. z częstotliwością pośrednią

Aby odizolować częstotliwość pośrednią, w obwodzie wyjściowym powielacza znajduje się filtr wąskopasmowy (na przykład obwód oscylacyjny) lub filtr dolnoprzepustowy.

W rezultacie napięcie wyjściowe miksera

W przetwornicy częstotliwości modulacja sygnału wejściowego jest przekazywana na napięcie o częstotliwości pośredniej. Dla sygnału o modulowanej amplitudzie

napięcie o częstotliwości pośredniej

Konwersja częstotliwości jest szeroko stosowana w radiowych urządzeniach odbiorczych zwanych odbiornikami superheterodynowymi, których schemat blokowy pokazano na rys. 9.

Sygnał odbierany przez antenę jest przesyłany do przetwornicy częstotliwości poprzez filtrujące obwody wejściowe i wzmacniacz częstotliwości radiowej. Sygnał wyjściowy przetwornika jest modulowaną oscylacją o częstotliwości nośnej równej częstotliwości pośredniej odbiornika. Główne wzmocnienie odbiornika i jego selektywność częstotliwościowa, tj. zdolność do izolowania użytecznego sygnału od zakłóceń z innymi częstotliwościami zapewnia wąskopasmowy wzmacniacz częstotliwości pośredniej.

Wielką zaletą odbiornika superheterodynowego jest niezmienność częstotliwości pośredniej. Aby dostroić odbiornik do żądanej stacji w ustalonym zakresie częstotliwości, wystarczy dostroić częstotliwość lokalnego oscylatora.

Należy pamiętać, że przetwornica częstotliwości reaguje jednakowo na sygnały o częstotliwościach i tj., jak mówią, odbiór jest możliwy zarówno przez kanał główny, jak i lustrzany.

Przy zastosowaniu częstotliwości pośredniej całkowite zachowanie struktury przetworzonego sygnału jest możliwe tylko w przypadku, gdy nastąpi odwrócenie widma sygnału, tj. w przekształconym widmie max i min są zamienione miejscami.

Podczas konwersji częstotliwości konwencjonalnych oscylacji z modulacją amplitudy inwersja widma nie pojawia się w żaden sposób na zewnątrz, górna i dolna wstęga po prostu zamieniają się miejscami.