Frekans dönüşümü nedir? Sinyal frekansı dönüşümü

8.8.1. Frekans dönüşüm prensibi

Sinyal frekans dönüşümü, sinyal spektrumunun yapısını değiştirmeden frekans ekseni üzerinde doğrusal olarak aktarılmasını sağlayan bir işlemdir. Sinyal zarfı ve başlangıç ​​aşaması değişmez. Başka bir deyişle, frekans dönüşümü, modüle edilmiş salınımların genliği, frekansı veya fazındaki değişiklikler yasasını bozmaz.

Tanımdan da görülebileceği gibi frekans dönüşümüne yeni spektrum bileşenlerinin ortaya çıkışı eşlik eder; sinyal spektrumunun zenginleşmesine yol açar. Bu nedenle böyle bir işlem yalnızca, dönüştürülen sinyali yardımcı bir harmonik salınımla çarpan ve ardından gerekli frekans aralığını seçen doğrusal olmayan veya parametrik cihazlar kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Aslında çarpan girişine iki sinyal uygulanırsa:

daha sonra çıkışta toplam ve fark frekanslarının bir sinyalini alırız:

çarpan iletim katsayısı nerede.

Örneğin fark frekansına ayarlanmış bir çıkış filtresi, fark (ara) frekans bileşenini vurgulayacaktır. Böyle doğrusal olmayan bir cihaza denir karıştırıcı ve harmonik titreşimin kaynağı yerel osilatör.

Frekans dönüştürücünün blok şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 8.41.

Pirinç. 8.41. Frekans dönüştürücünün blok şeması

Süperheterodin alıcılarda ara frekansa sahip bir sinyal elde etmek için frekans dönüşümü kullanılır. Ara frekansın değeri, alıcının yüksek seçiciliği ile çok fazla zorluk yaşamadan büyük bir kazancın elde edilebileceği şekilde olmalıdır. Uzun, orta ve kısa dalgaların yayın alıcılarında ve frekans modülasyonlu alıcılarda (metre dalga boyu aralığında) -. Sinyal frekans dönüşümü aynı zamanda radar alıcılarında ve ölçüm ekipmanlarında da (spektrum analizörleri, jeneratörler vb.) kullanılır.

8.8.2. Frekans dönüştürücü devreleri

Yukarıda bahsedildiği gibi frekans dönüştürme işlemi, dönüştürülen sinyalin bir yardımcı harmonik salınımla çarpılması ve ardından gerekli frekans aralığının seçilmesiyle gerçekleştirilir. Bu, pratik frekans dönüştürücü devrelerinin oluşturulmasının temelini oluşturan iki yolla yapılabilir:

1. İki voltajın toplamı (faydalı sinyal ve yerel osilatör sinyali), akım spektrumunun gerekli bileşenlerinin daha sonra seçilmesiyle doğrusal olmayan bir elemana uygulanır. Doğrusal olmayan karakteristiklere sahip diyotlar, transistörler ve diğer elemanlar doğrusal olmayan elemanlar olarak kullanılır.

2. Yerel osilatör voltajı, karıştırıcının herhangi bir parametresini değiştirmek için kullanılır (transistörün I-V karakteristiğinin iletkenliği, devrenin reaktif parametresi). Böyle bir karıştırıcının girişine sağlanan faydalı sinyal, uygun spektrum zenginleştirmesi ile dönüştürülür.

Frekans dönüştürme işleminin ana özelliklerini açıklığa kavuşturmak için bazı frekans dönüştürücü devrelerine bakalım.

A. Diyot frekans dönüştürücüler

Tek devreli diyot frekans dönüştürücünün devresi Şekil 1'de gösterilmektedir. 8.42.

Pirinç. 8.42. Tek devreli diyot frekans dönüştürücü

Dönüştürücü girişi iki sinyal alır:

taşıyıcı frekansının örneğin daha düşük frekanslara kaydırılması gereken modüle edilmiş bir dar bant sinyali;

sabit genlik, frekans ve başlangıç ​​fazına sahip yerel osilatör sinyali.

Böylece doğrusal olmayan elemana bir voltaj uygulanır.

Diyotun akım-gerilim karakteristiğini ikinci dereceden bir polinomla yaklaşık olarak hesaplayalım.

Daha sonra diyot akımı aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

Yalnızca , , , içeren terimler diyot akım spektrumunda , , ve frekanslarına sahip bileşenlere karşılık gelir. Sonuç olarak, frekans dönüşümü açısından bunların hiçbir önemi yoktur. Son dönem birincil öneme sahiptir. Bu, dönüştürülmüş frekanslara sahip bileşenlerin mevcut spektrumundaki varlığını gösterir ve:

Frekans bileşeni, sinyal spektrumunun düşük frekans bölgesine ve frekans bileşeninin yüksek frekans bölgesine kaymasına karşılık gelir.

Gerekli frekansta çıkış voltajı, dönüştürücünün çıkışında uygun frekansa ayarlanmış bir filtre (salınım devresi) kullanılarak üretilir. Filtre yedi bileşenden birini seçmelidir. Filtrenin fark (ara) frekansa ayarlandığını varsayarsak, dönüştürücünün çıkışındaki voltajın şuna eşit olduğunu elde ederiz:

veya frekans ayarının bozulması ve , çok küçüktür. Bu durumda sinyal veya lokal osilatör frekansına sahip bileşenler seçici sistem tarafından filtrelenmeyecektir. Akustik frekans aralığında frekans dönüşümü sorununu çözerken bu sistemin kullanılması da istenmez. Bu durumda, gereksiz bileşenlerin kendi kendini yok etmesini (telafi edilmesini) sağlayan dengeli devrelerin kullanılması tavsiye edilir. İncirde. 8.43a ve şekil. Şekil 8.43b bu tür diyot dönüştürücülerin devrelerini göstermektedir.

Pirinç. 8.43. Dengeli frekans dönüştürücüler

Şekil 2'deki diyagramda. 8.43 ve çıkış voltajı

İfadesini türetirken, devrelerin diyotlarına antifazda sinyal voltajının sağlandığı ve yerel osilatör voltajının fazda olduğu dikkate alınmıştır.

Formül (8.5) için ve formüldeki ifadeleri değiştirerek şunu elde ederiz:

Buradan dengeli dönüştürücünün çıkışında Şekil 2'de görüldüğü görülebilir. 8.43 ve 0, , ,'ye eşit frekanslara sahip hiçbir bileşen yoktur, bu da gerekli frekansta bir çıkış sinyali elde etme probleminin çözümünü basitleştirir. Ancak sinyali gerekli frekansta filtrelemek için böyle bir dönüştürücünün çıkışına seçici bir sistemin de bağlanması gerekir.

Dengeli dönüştürücü şek. 8.43b, iki dengeli dönüştürücüyü birleştiren bir devredir. Farklı dallardaki diyotlar, farklı fazlarda sinyal ve yerel osilatör voltajlarıyla beslenir. Böyle bir dönüştürücünün çalışması aşağıdaki formüllerle açıklanmaktadır:

, , ve ifadelerini formül (8.6)'da değiştirerek şunu elde ederiz:

Dönüştürücünün çıkışında Şekil. 8.44, b sinyal frekansına sahip hiçbir bileşen yoktur (0, , , frekanslarına sahip bileşenler de yoktur). Böyle bir dönüştürücünün çıkışındaki filtre, bir bileşeni ikiden ayırmalıdır.

B. Transistör frekans dönüştürücüler

Transistör tabanlı frekans dönüştürücüler, radyo mühendisliği sistemlerinin alıcı kanallarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumda, karıştırıcı ve yerel osilatörün fonksiyonlarının birleştirildiği dönüştürücü devreleri ile dışarıdan beslenen yerel osilatör sinyaline sahip dönüştürücü devreleri arasında bir ayrım yapılır. En yeni sınıf dönüştürücüler sayesinde daha kararlı çalışma sağlanır.

Transistörleri açma yöntemine göre ayırt edilirler:

1. Ortak bir yayıcıya sahip bir devreye ve ortak bir tabana sahip bir devreye göre bağlanan transistörlü dönüştürücüler.

Ortak emitör dönüştürücüler daha sık kullanılır çünkü... daha iyi gürültü özelliklerine ve daha yüksek voltaj kazancına sahiptir. Yerel osilatör voltajı baz devresine veya emitör devresine uygulanabilir. İlk durumda, daha yüksek bir kazanç elde edilir, ikinci durumda, kazancın daha iyi stabilitesi ve sinyal ile heterodin devreleri arasında iyi bir izolasyon elde edilir.

2. Transistörlerin kaskod bağlantılı amplifikatörlere dayalı dönüştürücüler.

3. Diferansiyel amplifikatöre dayalı dönüştürücüler.

4. Alan etkili transistörlere dayalı dönüştürücüler (bir ve iki kapılı).

Son üç grup dönüştürücünün ana özellikleri ve karakteristikleri, üzerine inşa edildikleri amplifikatörlerin özelliklerine göre belirlenir.

İncirde. Şekil 8.44 düzlemsel transistörlere dayanan frekans dönüştürücülerin devrelerini göstermektedir.

Şekil 2'deki diyagramda. 8.44 ve transistörün taban devresine sinyal voltajı verilir, yayıcıya yerel osilatör voltajı sağlanır. Kolektör devresindeki devre bir ara frekansa ayarlanmıştır. Dirençler amplifikatörün gerekli çalışma modunu (çalışma noktası konumu) sağlar, direnç ve kapasitans ise çalışma noktası konumunun termal stabilizasyonunu sağlar. Frekans dönüşümü, amplifikatör kademesinin iletim katsayısının (transistörün I-V karakteristiğinin eğimi) yerel osilatör sinyalinin frekansı ile değiştirilmesiyle gerçekleştirilir.

Pirinç. 8.44. Düzlemsel transistörleri kullanan frekans dönüştürücü devreleri

Şekil 2'de gösterilen transistör frekans dönüştürücüsü. 8.44b, diferansiyel amplifikatör kullanılarak oluşturulmuştur. Girişine dönüştürülmüş bir sinyal verilir ve kararlı akım jeneratörünün transistörünün tabanına yerel bir osilatör sinyali verilir. Bu tür dönüştürücülerin kazanç ve gürültü rakamı, amplifikasyon aşamasının karşılık gelen katsayılarına yaklaşık olarak eşittir.

Alan etkili transistörleri kullanan frekans dönüştürücülerin devreleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 8.45,a – birleşik yerel osilatörlü devre ve Şek. 8.45,b – iki yalıtımlı kapıya sahip alan etkili transistör kullanan devre.

Pirinç. 8.45. Alan etkili transistörleri kullanan frekans dönüştürücü devreleri

İncirde. 8.45 ve şeklinde bir kapıya sahip bir alan etkili transistör p-n-Geçiş aynı anda hem karıştırıcı hem de yerel osilatör görevi görür. Sinyal transistörün kapısına gider. Yerel osilatör devresinin bir kısmından gelen yerel osilatör voltajı, transistörün kaynak devresine beslenir. Gerekli transistör modu, otomatik öngerilim devresi kullanılarak çalışma noktasının uygun şekilde seçilmesiyle sağlanır. Kapı devresindeki bir direnç, kapı üzerinde biriken yüklerin boşalmasını sağlar. Dönüştürücü yükü, drenaj akımının gerekli kombinasyon frekansına ayarlanmış bir bant geçiren filtredir. Alan etkili transistörün giriş ve çıkış dirençleri oldukça büyük olduğundan kapıya giriş devresi ve drenaja bant geçiren filtre devresi tamamen bağlanır.

İki yalıtımlı kapıya sahip alan etkili bir transistöre dayanan bir transistör frekans dönüştürücünün devresinde (Şekil 8.45b), her iki kapı da kontrol elektrotları olarak kullanılır. Esasen transistör iki voltajın toplamının etkisi altında çalışır. Gerilim, birinci geçide uygulanan dönüştürülmüş sinyal tarafından oluşturulur ve gerilim, ikinci geçide uygulanan yerel osilatör sinyali tarafından oluşturulur. Fark frekansına ayarlanmış bir salınım devresi, transistörün drenajına bağlanır. Bu devrenin avantajı, dönüştürücü sinyal besleme devresi ile yerel osilatör sinyal devresi arasındaki önemsiz kapasitif bağlantıdır. Böyle bir bağlantının varlığında sinyalin yerel osilatörün salınım frekansını yakalaması mümkündür. Bu durumda, yerel osilatör sinyalinin frekansı, dönüştürülen sinyalin frekansına eşit hale gelir ve bunun sonucunda frekans dönüşümü gerçekleşmeyecektir.

Frekans dönüşümü parametrik devreler kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu tür devrelerde, yerel osilatör voltajı, değeri yerel osilatör voltajı yasasına göre değişen doğrusal olmayan bir kapasitansa (varicap) uygulanır.

ÇÖZÜM

Radyo mühendisliğinin mevcut durumu, sinyal işleme yöntem ve araçlarının yoğun gelişimi ve dijital ve bilgi teknolojilerindeki gelişmelerin yaygın kullanımı ile karakterize edilir. Aynı zamanda, modern radyo mühendisliği ve bilgi sistemlerinin analiz ve sentez problemlerini çözme yöntemlerinin temelini oluşturan genel radyo mühendisliği teorisinin temel parçalarının değişkenliği mutlaklaştırılamaz. Çeşitli matematiksel aksiyomlardaki bilgi ve serbest yönelim, kişinin yeni çıkarımlara ve sonuçlara varmasına izin verdiği gibi, sinyal modelleme alanındaki temel kavramlar, bunların işlenmesine yönelik yöntemler ve teknik araçlara ilişkin bilgi, kişinin yeniyi bile kolayca anlamasına olanak tanır. ilk bakışta çok karmaşık teknolojiler. Bir araştırmacı veya tasarımcı ancak böyle bir bilgiyle iyi bilinen "know-how" ilkesinin pratik etkinliğine güvenebilir.

Doğrudan “deterministik” radyo mühendisliğiyle ilgili birçok konu bu kitabın kapsamı dışında kaldı. Her şeyden önce bunlar sinyal üretimi, ayrık ve dijital filtreleme, analiz yöntemleri ve parametrik ve optoelektronik cihazların yapımı ile ilgili konulardır. İstatistiksel radyo mühendisliğinin sorunları, özel ilgiyi ve ayrı tartışmayı hak ediyor; bunların çözümü, rastgele sinyalleri ve bunların dönüşümlerini analiz etme yöntemleri, tespit ve ölçüm sırasında optimal sinyal işlemenin klasik problemlerini çözme yöntemleri alanında geniş bir bakış açısı olmadan düşünülemez. .

Gelecekte, en son teorik ve pratik sonuçlar dikkate alınarak, bu sorunların ele alınmasına yönelik bir ders kitabının yayınlanması planlanmaktadır.

EDEBİYAT

1. Gonorovsky, I. S. Radyo mühendisliği devreleri ve sinyalleri: üniversiteler için bir ders kitabı. – M.: Radyo ve İletişim, 1986.

2. Baskakov, S. I. Radyo mühendisliği devreleri ve sinyalleri: üniversiteler için bir ders kitabı. – M.: Daha yüksek. okul, 2000.

3. Radyo devreleri ve sinyalleri / D.V. Vasiliev, M.R. Vitol, Yu.N. Gorshenkov ve diğerleri;/ Ed. A.K. Samoilo - M. Radyo ve iletişim, 1990.

4. Nefedov V.I. Radyo elektroniği ve iletişimin temelleri: Üniversiteler için ders kitabı. – M.: Daha yüksek. okul, 2002.

5.Sergienko A.B. Dijital sinyal işleme. – St.Petersburg: 2003.

6. Ivanov M.T., Sergienko A.B., Ushakov V.N. Radyo mühendisliğinin teorik temelleri. Ders Kitabı üniversiteler için el kitabı. – M.: Daha yüksek. okul, 2002.

7. Manaev E.I. Radyo elektroniğinin temelleri. – M.: Radyo ve İletişim, 1990.

8. Bystrov Yu.A., Mironenko I.G. Elektronik devreler ve cihazlar. – M.: Daha yüksek. okul, 1989.

9. Kayatskas A.A. Radyo elektroniğinin temelleri. - M:. Daha yüksek okul, 1988.

10. Bronshtein I.N., Semendyaev K.A. Mühendisler ve teknik kolej öğrencileri için matematik el kitabı. – M.: Bilim. KAFA. ed. fizik ve matematik edebiyat, 1986.

11. Levin B.R. İstatistiksel radyo mühendisliğinin teorik temelleri. – M.: Radyo ve İletişim, 1989.

12. Gusev V.G., Gusev Yu.M. Elektronik. M.: Daha yüksek. okul, 1991.

Bir sinyalin ve yerel bir osilatörün doğrusal olmayan bir eleman üzerinde eşzamanlı etkisi ile, çıkış devresinde formun kombinasyon frekanslarının akımları belirir burada m ve n doğal serinin tam sayılarıdır ve dönüştürücü elemanın sinyale ve yerel osilatöre göre doğrusal olmama durumunu belirler. Dönüştürücü sinyale göre doğrusalsa m=1, yerel osilatör harmonik bir sinyal üretiyorsa n=1 olur.

Frekans dönüştürücünün her üç girişine de seçici sistemler bağlanır ve sırasıyla girişte sinyal frekansıyla rezonansa girecek şekilde ayarlanır. Bu durumda, 3-3 numaralı terminallere bir heterodin sistemi bağlanır (n=1 olarak ayarladık) ve 2-2 numaralı terminallere örneğin basit bir salınım devresi formundaki seçici bir sistem bağlanır.

6 bağlantı noktalı bir ağın çalışmasını tanımlayan temel denklemler aşağıdaki formdaki denklemlerdir:

(1)

(2)

6 portlu bir ağın ataletsiz olduğunu düşündüğümüz için (1) ve (2) numaralı ifadeler zamanı içermez. Frekans dönüşüm sürecini açıklayan denklemleri türetirken, Uc sinyal voltajının onlarca ila yüzlerce µV düzeyinde olduğunu varsayacağız, bu da frekans dönüştürücüyü doğrusal olarak değerlendirmemize olanak tanır. Aynı zamanda, yerel osilatör frekansı U g ile voltaj ondalık ve V birimleri düzeyindedir. Bu nedenle, ne U c ne de U pr, doğrusal olmayan elemanın parametrelerinde bir değişikliğe neden olmaz, bu U g tarafından yapılır. Bu, f 1 ve f 2 fonksiyonlarının U c ve U pr küçük değişkenlerinin kuvvetlerine göre bir Taylor serisine genişletilmesine izin verir, yani kendimizi U c ve U pr ile genişletmenin terimlerini hesaba katmakla sınırlandırır. Birinci derece.

(3)

Serinin katsayıları olan türevler, ve, yani sadece yerel osilatör voltajının etkisi altında belirlenir;

en

Fiziksel anlamı:

Bu, U g'nin etkisi altındaki giriş akımıdır.

- giriş iletkenliği.

- ters dönüşüm iletkenliği.

Sinyal yokluğunda yerel osilatör çalıştığında çıkış akımı.

- serinlik.

- çıkış iletkenliği.

Heterodin voltajı harmonik olarak kabul edildiğinden, örneğin kosinüs: ise, zamanın periyodik bir fonksiyonu olarak S(t) eğimi bir Fourier serisi olarak temsil edilebilir:

(3) ve (4)'ü değiştirdikten sonra doğrudan ve ters dönüşümün denklemini elde ederiz:

a) doğrudan dönüşüm ,

nerede ben pr - ara frekans akımı;

b) ters dönüşüm .

Dönüştürücü parametreleri.

1. Dönüştürücü eğimi:

(çıkışta kısa devre)

Frekans dönüşümü, bir sinyalin spektrumunun (genellikle dar bant), frekans ekseni boyunca "yukarı" veya "aşağı", yerel bir osilatör - düşük güçlü bir harmonik salınım jeneratörü tarafından belirtilen belirli bir w g mesafesine aktarılmasıdır (transpozisyonu). . Bu durumda sinyal spektrumunun modülasyon türü ve yapısı korunur, yalnızca frekans eksenindeki konumu değişir.

Frekans dönüştürücü, bir frekans karıştırıcısından ve yerel bir osilatörden oluşur (Şekil 3.32).

Frekans karıştırıcı parametrik veya doğrusal olmayan bir temelde uygulanır, çünkü çıkışında, ikinci dereceden giriş sinyallerinin (toplam veya fark) kombinasyon frekanslarının bir salınımını elde etmek gerekir. Çıkış sinyalinin ortalama frekansına ara denir. Aslında frekans dönüştürme işleminde bizim için yeni bir şey yok; Fourier dönüşümünün özelliklerini (madde 9), analitik sinyalin özelliklerini (madde 5) ve parametrik uygulamayı dikkate alırken bununla zaten karşılaştık. tek yan bantlı bir modülatörün (Şekil 3.20). Şekil 3.20'de gösterilen devre herhangi bir değişiklik yapılmadan parametrik frekans dönüştürücü olarak kullanılabilir. Bir yük salınımını ayarlarken yukarıda tartışılan genlik modülatör devresine göre (Şekil 3.16) doğrusal olmayan bir frekans dönüştürücü de yapılabilir. LC ara frekansa devre.

Frekans dönüştürücüler, modern radyo alıcı cihazların (süperheterodinler) büyük çoğunluğunun bir parçasıdır. Bunların kullanımı, bu alıcılardaki sinyallerin ana dedektör öncesi işlenmesinin (filtreleme ve amplifikasyon) sinyal frekansında (çok yüksek olabilir ve geniş bir frekans aralığında değişebilir) değil, sabit bir ara frekansta gerçekleştirilmesine olanak tanır. Bu, alıcıların hassasiyetini ve seçiciliğini önemli ölçüde artırmanıza ve aynı zamanda çok çeşitli alınan frekanslarda ayarlamalarını basitleştirmenize olanak tanır.

Kontrol soruları

1. Hangi FU'ya frekans dönüştürücü denir?

2. Parametrik frekans dönüştürücünün algoritmasını ve devresini verin.

3. Parametrik frekans dönüştürücü devresinin her bir elemanının amacını açıklayınız.

Sinyal frekansı dönüşümü sinyal frekansını frekans ekseninde başka bir alana aktarır. Bu sinyal işleme işleminin anlamını ele alalım.

Klasik frekans dönüştürme sistemi bir giriş filtresi, yerel osilatör, karıştırıcı ve çıkış ara frekans (IF) filtresinden oluşur.

Amaç giriş filtresi- giriş sinyalinin frekans bandını sınırlayın. Basitleştirmek için, bu sinyalin X(t)=sin(2πf 1 t + ϕ 1) fonksiyonuyla belirtilen f 1 frekansıyla sinüzoidal olduğunu varsayıyoruz; burada f 1 giriş sinyalinin frekansıdır, ϕ 1 başlangıçtır giriş sinyalinin fazı, π = 3,141.

Heterodin sabit frekansı f2 ve başlangıç ​​fazı ϕ2 olan sinüzoidal bir jeneratördür. Yerel osilatör sinyalini Y(t)=sin(2πf 2 t + ϕ 2) fonksiyonuyla tanımlayalım.

Mikser bir sinyal çarpanıdır. Karıştırıcının çıkışında X(t) * Y(t) fonksiyonuna sahip karmaşık bir sinyal üretilir. Sin α * cos β = ½ (sin(α + β) + sin(α - β)) trigonometrik ilişkisi dikkate alındığında, mikser çıkışındaki sinyalin f frekanslı sinüzoidal sinyallerin toplamından oluşacağı açıkça ortaya çıkar. 1 + f 2 ve f 1 - f 2 ve bunlara karşılık gelen başlangıç ​​aşamaları.

Bir ara frekans filtresi (bu, radyo mühendisliğinden gelen geleneksel bir isimdir) frekans bileşenlerinden birini izole etmek için tasarlanmıştır: f 1 + f 2 veya f 1 - f 2. F 1 + f 2 frekansını geçen bir filtre kullanılırsa, karşılık gelen frekans dönüştürme işlemi gerçekleşir artan sıklıkta girişe göre çıkış sinyali. f 1 - f 2 frekansını geçen bir filtre kullanılırsa dönüşüm gerçekleşir frekans azaltma ile.

Giriş fiziksel sinyalinin tek bir frekans f 1 olmadığı, ancak sınırlı bir bant genişliğine sahip gerçek bir sinyalin ayrıştırılmasındaki frekansların toplamı olduğu dikkate alındığında, şu açıktır: frekans dönüştürme işlemi Bir sinyalin frekans bandını frekans ekseninde sola veya sağa kaydırabilir. Ve yerel osilatörün frekansını ayarlayarak, dönüşümün amacına bağlı olarak ya çıkış frekansı kaymasını ya da giriş frekansı kaymasını kontrol edebilirsiniz.

Frekans aşağı dönüştürmenin kullanılması ve ardından sinyalin sayısallaştırılması, daha düşük dönüştürme frekansına sahip bir ADC'nin kullanılmasına olanak tanır.

Frekans dönüştürme işlemi, intermodülasyon etkisinin iyi yönde kullanılmasının özel bir durumu olarak düşünülebilir. Burada olduğu gibi doğrusal olmayan eleman bir çarpan görevi görür ve yukarıda gösterilen teorik özelliklerine dayanarak ideal bir çarpan ve ideal bir sinüzoidal yerel osilatör, yalnızca birinci dereceden intermodülasyonu üretir.

Yukarıda çeşitli genlik modülasyonu türleri için tartışılan spektrum dönüşümleri, iletilen sinyalin spektrumunun radyo frekansı bölgesine kaydırılmasından oluşur. Böyle bir kayma, frekans dönüşümü adı verilen daha genel bir doğrusal işlemin özel bir durumu olarak düşünülebilir. Genel durumda frekans dönüşümü, sinyal spektrumunun frekans ölçeği boyunca bir yönde veya başka bir yönde kayması anlamına gelir; hem yüksek hem de düşük frekans bölgesinde.

Sinyal alırken, frekans dönüşümü, spektrumunun taşıyıcı frekansı 0'ın çevresinden daha düşük (sözde ara) frekans pr yakınına aktarılmasıyla ilişkili modüle edilmiş bir yüksek frekanslı salınımın dönüşümü olarak anlaşılmaktadır. modülasyon yasasını değiştirmek.

Frekans dönüştürücü, alınan yüksek frekanslı sinyallerin (c) daha düşük bir ara frekanstaki (in) sinyallere dönüştürüldüğü bir cihazdır.

Dönüştürücü, yerel bir osilatör ve bir karıştırıcı içerir.

Yerel bir osilatör, frekansı alınan sinyallerin frekansındaki değişiklikle orantılı olarak değişen elektriksel salınımların kendi kendine osilatörüdür. Karıştırıcı, doğrusal olmayan (yarı iletken diyotlar, transistörler) veya parametrik (örneğin analog çarpanlar) elemanlar üzerine uygulanabilir.

c frekanslı alınan sinyaller ve r frekanslı yerel osilatörün elektriksel salınımları, c + g ve c - g frekanslı bileşenleri içeren karmaşık salınımların oluşturulduğu bir karıştırıcıya beslenir.

Salınım farkı ( orta seviye) pr = c - z frekansları bir filtre kullanılarak izole edilir (pr'ye ayarlanır). Tek devre şeklindeki filtre en basit olanıdır. Tipik olarak iki veya çok sayıda bağlı devreden, piezoelektrik veya elektromekanik filtrelerden oluşan bir sistem kullanılır.

Ara frekans seçimi bir takım gereksinimler dikkate alınarak yapılır. Özellikle ara frekans, güçlü radyo istasyonlarının çalışmadığı aralıkta ve alıcı giriş devrelerinin yapılandırıldığı frekans aralığının dışında seçilir. Radyo yayını alıcıları için standart ara frekans değerleri oluşturulmuştur F pr - 465 kHz ve 10,7 MHz. Televizyon alıcılarında F görüntü sinyalleri için 38,0 MHz, ses sinyalleri için ise 31,5 MHz ve 6,5 MHz'dir.

Örnek olarak, analog çarpana dayalı bir mikserin uygulanmasını düşünün, giriş X girişe sinyal voltajı a alan e- yerel osilatör voltajı

Kaydırma işlemi dengeli genlik modülasyonuna benzer. Çarpanın çıkış voltajı, fark ve toplam frekanslara sahip iki bileşen içerir:

Ofset durumunda yalnızca fark frekansına sahip bileşen önemlidir; ara frekanslı

Ara frekansı izole etmek için, çarpanın çıkış devresine ya dar bantlı bir filtre (örneğin bir salınım devresi) ya da bir alçak geçiren filtre dahil edilir.

Sonuç olarak, karıştırıcının çıkış voltajı

Bir frekans dönüştürücüde, giriş sinyalinin modülasyonu ara frekans voltajına aktarılır. Genlik modülasyonlu sinyal için

ara frekans voltajı

Frekans dönüşümü, süperheterodin alıcılar olarak adlandırılan ve blok diyagramı Şekil 2'de gösterilen radyo alıcı cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. 9.

Anten tarafından alınan sinyal, filtreleme giriş devreleri ve bir radyo frekans amplifikatörü aracılığıyla bir frekans dönüştürücüye gönderilir. Dönüştürücünün çıkış sinyali, alıcının ara frekansına eşit bir taşıyıcı frekansına sahip modüle edilmiş bir salınımdır. Alıcının ana kazancı ve frekans seçiciliği, yani. kullanışlı bir sinyali diğer frekanslarla girişimden izole etme yeteneği, dar bantlı bir ara frekans amplifikatörü tarafından sağlanır.

Süperheterodin alıcının en büyük avantajı ara frekansın değişmezliğidir. Alıcıyı belirlenen frekans aralığında istenen istasyona ayarlamak için yalnızca yerel osilatör frekansını ayarlamanız gerekir.

Frekans dönüştürücünün frekanslı sinyallere eşit tepki verdiğini ve yani dedikleri gibi alımın hem ana hem de ayna kanallar aracılığıyla mümkün olduğunu unutmayın.

Bir ara frekans kullanıldığında, dönüştürülen sinyalin yapısının tamamen korunması ancak sinyal spektrumunun ters çevrilmesi durumunda mümkündür; dönüştürülmüş spektrumda maksimum ve minimum değiştirilir.

Geleneksel bir genlik modülasyonlu salınımın frekansını dönüştürürken, spektrumun ters çevrilmesi hiçbir şekilde dışarıya doğru görünmez; üst ve alt yan bantlar yalnızca yer değiştirir.