РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СВЧ
MICROWAVE RECEIVING DEVICE

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных СВЧ радиоприемных устройствах.
Известно супергетеродинное радиоприемное устройство, которое содержит последовательно включенные входной фильтр (преселектор), смеситель с гетеродином, фильтр промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты и выходные устройства обработки радиосигналов (Н.И. Чистяков, М.В. Сидоров, B.C. Мельников. «Радиоприемные устройства». М.: Связьиздат. 1959, стр. 17). Принятый радиосигнал через входной фильтр и входной усилитель поступает на сигнальный вход смесителя, преобразуется по частоте и через фильтр промежуточной частоты и усилитель промежуточной частоты поступает на вход устройства обработки радиосигналов. Диапазон частот входных сигналов ограничен входным фильтром, который также используется для подавления «зеркального» канала приема. Недостатками такого устройства являются: узкая полоса входных частот, ограничиваемая полосой пропускания входного фильтра, а также технические трудности, связанные с необходимостью подавления «зеркального» канала приема для увеличения избирательности приемного устройства в отношении близких по частоте мешающих станций и устранения неоднозначности при определении частот принимаемых станций.
Известны многоканальные приемные устройства (А.И. Куприянов, Л.Н. Шустов. «Радиоэлектронная борьба. Основы теории». М.: Вузовская книга. 2011, стр. 92-97). Диапазон рабочих частот приемного устройства разделяется системой электрических фильтров на ряд поддиапазонов. Полосы прозрачности фильтров примыкают друг к другу, а ширина полосы прозрачности каждого фильтра выбирается из условия заданной точности определения частоты и заданной ширины спектра принимаемых сигналов. К недостаткам такого многоканального устройства следует, в первую очередь, отнести необходимость использования в широкополосных приемных устройствах большого числа электрических фильтров. Это приводит к существенному увеличению габаритов и к усложнению аппаратуры.
Общими признаками аналогов изобретения являются смесители с гетеродинами и входными фильтрами, а также фильтры промежуточной частоты и выходные устройства обработки радиосигналов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является приемное устройство, описанное в патенте РФ №2573780 «Радиоприемное устройство СВЧ», выбранное в качестве прототипа.
Основным недостатком прототипа является отсутствие разрешения нескольких сигналов, частоты которых одновременно попадают в один и тот же поддиапазон. Число таких сигналов может быть значительно более двух.
Техническая проблема и технический результат изобретения состоят в создании устройства, обеспечивающего увеличение разрешения сигналов с близкими значениями несущих частот, попадающих в один и тот же мгновенный частотный поддиапазон, с широким диапазоном промежуточных частот и широким динамическим диапазоном мощностей входных сигналов.
При этом в широкой полосе частот входных сигналов и в широкой полосе промежуточных частот вплоть до одной октавы сохраняется широкий динамический диапазон мощностей входных сигналов, превышающий 80 дБ.
Для этого радиоприемное устройство СВЧ содержит первый входной делитель мощности на два канала, первый, второй третий и четвертый смесители, первый и второй гетеродины, второй, третий и четвертый делители мощности на два, первый, второй, третий и четвертый фильтры промежуточных частот, первый блок идентификации частот и выключатель, причем первый выход первого входного делителя мощности на два соединен с сигнальным входом первого смесителя, выход которого соединен с фильтром промежуточной частоты, а второй выход первого входного делителя мощности на два соединен с входом второго смесителя, выход которого соединен со вторым фильтром промежуточной частоты, выход первого гетеродина соединен с входом второго делителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с гетеродинными входами первого и третьего смесителей соответственно, а выход второго гетеродина соединен с входом третьего делителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с гетеродинными входами второго и третьего смесителей соответственно, выход третьего смесителя через третий фильтр соединен с входом четвертого делителя мощности на два канала, первый выход которого соединен первым входом блока идентификации частот, а выход четвертого смесителя соединен со входом четвертого фильтра, при этом дополнительно введены пятый, шестой и седьмой делители мощности на два канала, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый смесители, пятый, шестой и седьмой электрические фильтры, третий и четвертый гетеродинные генераторы, блок идентификации частот и блок управления, выход первого фильтра промежуточной частоты соединен со входом пятого делителя мощности, первый выход которого через шестой смеситель, пятый фильтр, седьмой делитель мощности, седьмой смеситель соединен с первым входом пятого смесителя, выход которого через седьмой фильтр соединен со вторым входом первого блока идентификации частот. Выход второго фильтра промежуточной частоты соединен со входом шестого делителя мощности, первый выход которого через восьмой смеситель, шестой фильтр, девятый смеситель соединен со вторым входом пятого смесителя, а вторые выходы пятого и шестого делителей мощности на два канала соединены со входами четвертого смесителя. Выходы третьего перестраиваемого генератора соединены с гетеродинными входами шестого и седьмого смесителей, а четвертого перестраиваемого генератора соединены с гетеродинными входами восьмого и девятого смесителей, причем выход девятого смесителя соединен со вторым входом пятого смесителя. Выход первого блока идентификации частот соединен с первым входом блока управления, а выход второго блока идентификации частот соединен со вторым входом блока управления, выход которого соединен со вторым входом выключателя, первый вход которого соединен со вторым выходом седьмого делителя мощности. Выход выключателя является выходом радиоприемного устройства СВЧ.
На фиг. 1 приведена структурная схема прототипа.
На фиг. 2 показана схема активного фильтра (показан перестраиваемый по частоте полосовой фильтр).
На фиг. 3 приведена структурная схема заявляемого приемного устройства.
г
c
На фиг. 4 приведены графики зависимостей промежуточных частот смесителей и частот комбинационных составляющих от частот входных сигналов при нижней настройке гетеродина (f<f).
г
c
На фиг. 5 приведены графики зависимостей промежуточных частот смесителей и частот комбинационных составляющих от частот входных сигналов при верхней настройке гетеродина (f>f).
На фиг. 6 приведен частотный план на выходе входного смесителя перестраиваемого фильтра.
На фиг. 7 приведен частотный план на выходе выходного смесителя перестраиваемого фильтра.
Устройство-прототип (фиг. 1) содержит входной делитель мощности 1, два смесителя первой ступени преобразования частот 2 и 3, два гетеродинных генератора 4 и 5, делители мощности на два 6, 7 и 8, фильтры промежуточных частот первой ступени преобразования 11 и 12, смесители 9 и 10, фильтры 13 и 14, устройство идентификации частот 15, включающее в себя амплитудные и фазовый детекторы, выключатель 16.
Рассмотренная схема позволяет реализовывать широкий динамический диапазон мощностей входных сигналов, превышающий 80 дБ, при максимально возможной ширине мгновенного диапазона частот.
Под мгновенным диапазоном частот подразумевается следующее. Если рабочий диапазон входных частот разбивается на поддиапазоны, примыкающие друг к другу, то, как было показано в патенте РФ №2573780, ширина этих поддиапазонов не может превышать ширину диапазона промежуточных частот, равную одной октаве. Поддиапазон, который в данный момент используется, называют мгновенным.
На фиг. 2 показан перестраиваемый по частоте полосовой фильтр, известный из патента СССР №71339 «Радиоприемник с автоматически изменяющейся шириной полосы пропускания частот» и патента №1095355 «Активный фильтр». Два таких фильтра включены в правую и левую ветви схемы 3. В правой ветви фильтр образован последовательно соединенными восьмым смесителем 23, шестым фильтром 28 и девятым смесителем 24, а также четвертым гетеродином 26, выход которого соединен с гетеродинными входами восьмого и девятого смесителей 23 и 24. Перестройка фильтра осуществляется за счет перестройки частоты гетеродина. Аналогичный фильтр образован в левой ветви последовательно соединенными шестым смесителем 21, пятым фильтром 27 и седьмым смесителем 22, а также четвертым гетеродином 25, выход которого соединен с гетеродинными входами шестого и седьмого смесителей 21 и 22. В фильтр левой ветви также включен седьмой делитель мощности 19, предназначенный для вывода полезного сигнала для дальнейшей обработки после его идентификации.
c
c
гв
гв
c
гв
г
г
c
гв
г
г
c
гв
Рассмотрим принцип работы активного фильтра на примере фильтра, включенного в правую ветвь. Входной сигнал частоты f с помощью второго смесителя 3 преобразуется в сигнал промежуточной частоты (f - f), где f - частота сигнала второго гетеродинного генератора 5. Выделенный вторым фильтром промежуточной частоты 12 сигнал через шестой делитель мощности 18 поступает на вход восьмого смесителя 23, где преобразуется в сигнал с частотой [(f - f) - f]. Здесь f частота четвертого гетеродина 26. Далее через шестой фильтр 28 поступает в девятый смеситель 24, в котором преобразуется в сигнал с частотой [(f - f) - f]+f=(f - f). Таким образом, после прохождения фильтра частота сигнала не изменится, а рабочую полосу фильтра будет определять шестой фильтр 28, ширину полосы пропускания которого можно сделать намного уже полосы пропускания второго фильтра 12. Рабочая полоса частот фильтра будет перестраиваться при изменении частоты четвертого гетеродинного генератора 26. Аналогичный активный фильтр использован в левой ветви схемы на фиг. 3. Его образуют шестой и седьмой смесители 21 и 22, пятый фильтр 27 и третий генератор 25.
Общими признаками прототипа и изобретения являются делители мощности на два 1, 6, 7 и 8, смесители первой ступени преобразования частот 2 и 3, гетеродины 4 и 5, фильтры первых промежуточных частот первой ступени преобразования частот 11 и 12, смесители второй ступени преобразования частот 9 и 10, фильтры промежуточных частот второй ступени преобразования 13 и 14, блок идентификации частот 15 и выключатель 16.
Поставленная задача в приемном устройстве СВЧ решается путем использования признаков полезных сигналов, формирующихся в двухканальной системе с разной настройкой гетеродинов в каналах и с одинаковыми диапазонами промежуточных частот.
На фигурах 1, 2 и 3 введены обозначения: 1, 6, 7, 8, 17, 18 и 19 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой делители мощности на два, 2, 3, 9, 10, 20, 21, 22, 23 и 24 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый смесители, 4, 5, 25 и 26 - первый, второй, третий и четвертый гетеродинные генераторы 11, 12, 13, 14, 27, 28 и 29 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой электрические фильтры промежуточных частот, 15 и 30 первый и второй блоки идентификации частот, 31 - блок управления и 16 - выключатель.
Все делители мощности на два 1, 6, 7, 8, 17, 18, 19 имеют один входной и два выходных канала. Первый делитель мощности 1 работает в диапазоне частот входных сигналов приемного устройства СВЧ, второй и третий делители мощности на два 6 и 7 работают в диапазоне рабочих частот гетеродинных сигналов, четвертый делитель мощности на два 8 работает на разностной частоте гетеродинных сигналов, пятый и шестой делители мощности на два 17 и 18 работают в диапазоне промежуточных частот приемного устройства, седьмой делитель мощности 19 работает в диапазоне выходных частот приемного устройства СВЧ.
Первый и второй смесители первой ступени преобразования частот 2 и 3 работают в диапазоне частот входных сигналов приемного устройства СВЧ и отличаются частотами гетеродинных сигналов, третий смеситель 9 работает в диапазоне рабочих частот гетеродинных сигналов, четвертый, пятый, шестой и восьмой смесители 10, 20, 21 и 23 работают в диапазоне промежуточных частот приемного устройства, а седьмой и девятый смесители 22 и 24 работают в диапазоне выходных частот приемного устройства СВЧ.
Первый и второй гетеродинные генераторы первой ступени преобразования частот 4 и 5 отличаются друг от друга частотами генерируемых сигналов, причем разность их частот всегда постоянна, четвертый и пятый гетеродинные генераторы 25 и 26 работают на частотах близких к промежуточным частотам приемного устройства и являются составными частями активных фильтров.
Первый и второй фильтры 11 и 12 настроены на промежуточные частоты приемного устройства, третий, четвертый и седьмой фильтры 13, 14 и 29 настроены на разность гетеродинных частот первой ступени преобразования, а пятый и шестой фильтры 27 и 28 работают в диапазоне промежуточных частот активных фильтров, который является диапазоном выходных частот приемного устройства.
Блоки идентификации частот 15 и 30 содержат амплитудные и фазовые детекторы. Выключатель 16 имеет первый высокочастотный вход и второй вход управляющих сигналов.
Все перечисленные выше устройства в настоящее время широко применяются в технике СВЧ, причем многие из них выпускаются серийно. Для расчета и проектирования таких устройств могут быть использованы имеющиеся пакеты прикладных программ, например, пакет программ фирмы «Applied Wave Research» «Microwave Office». В блоках идентификации частот 15 и 30 могут быть использованы амплитудные и фазовые детекторы или, например, микросхемы типа «AD8302» фирмы «Analog Devices».
Первый выход первого делителя мощности на два 1 соединен с сигнальным входом первого смесители 2, выход которого через первый фильтр промежуточной частоты 11, через пятый делитель мощности на два 17, через шестой смеситель 21, через пятый фильтр промежуточной частоты 27, через седьмой делитель мощности 19, через седьмой смеситель 22 соединен с первым входом пятого смесителя 20, а второй выход первого делителя мощности на два 1 соединен с сигнальным входом второго смесители 3, выход которого через второй фильтр промежуточной частоты 12, через шестой делитель мощности на два 18, через восьмой смеситель 23, через шестой фильтр промежуточной частоты 28, через девятый смеситель 24 соединен со вторым входом пятого смесителя 20. Выход первого гетеродина 4 соединен со входом второго делителя мощности на два 6, первый выход которого соединен с гетеродинным входом первого смесителя 2, а второй выход соединен с первым входом третьего смесителя 9. Выход второго гетеродина 5 соединен со входом третьего делителя мощности на два 7, первый выход которого соединен с гетеродинным входом второго смесителя 3, а второй выход соединен со вторым входом третьего смесителя 9. Выходы третьего гетеродина 25 соединены с гетеродинными входами шестого и седьмого смесителей 21 и 22, а выходы четвертого гетеродина 26 соединены с гетеродинными входами восьмого и девятого смесителей 23 и 24. Выход третьего смесителя 9 через третий фильтр промежуточной частоты 13 соединен с входом четвертого делителя мощности на два 8, первый выход которого соединен с первым входом первого блока идентификации частот 15, а второй выход соединен со вторым входом второго блока идентификации частот 30. Второй выход пятого делителя мощности на два 17 и второй выход шестого делителя мощности на два 18 соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого смесителя 10, выход которого через четвертый фильтр 14 соединен с первым входом второго блока идентификации частот 30. Выход пятого смесителя 20 через седьмой фильтр 29 соединен со вторым входом блока идентификации частот 15, выход которого соединен с первым входом блока управления 31, а выход второго блока идентификации частот 30 соединен со вторым входом блока управления 31. Второй выход седьмого делителя мощности на два 19 соединен с первым входом выключателя 16, а выход блока управления 31 соединен со вторым входом выключателя 16, выход которого является выходом приемного устройства СВЧ.
гн
с
гв
c
c
гн
гв
c
гн
с
гн
гв
c
гв
с
с
гн
гв
Устройство, схема которого приведена на фиг. 3, работает следующим образом. Входной сигнал делится первым делителем мощности 1, после чего поступает на сигнальные входы первого и второго смесителей 2 и 3 первой ступени преобразования. Смесители работают в разных режимах преобразования частот. Если первый смеситель 2 работает в режиме с нижней настройкой гетеродина (f<f), то второй смеситель 3 - в режиме с верхней настройкой гетеродина (f>f). Здесь f - частота входного сигнала, f - частота гетеродина 4, f - частота гетеродина 5. После преобразования частот входных сигналов на выходе первого фильтра промежуточной частоты 11 выделяется сигнал с частотой (f - f) и фазой (ϕ - ϕ), а на выходе второго фильтра промежуточной частоты 12 с частотой (f - f) и фазой (ϕ - ϕ). Здесь ϕ, ϕ и ϕ фазы входного и гетеродинных сигналов. Фильтры промежуточных частот 11 и 12 выбраны одинаковыми и, следовательно, диапазоны промежуточных частот смесителей 2 и 3, формируемые этими фильтрами, также одинаковы. При этом значения промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3 не равны друг другу, но одновременно находятся в сформированном диапазоне промежуточных частот.
сум
Далее сигналы промежуточных частот через пятый и шестой делители мощности 17 и 18 поступают в четвертый смеситель 10, на выходе которого с помощью четвертого фильтра 14 выделяется сигнал с суммарной частотой f, равный сумме промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3. Величина суммарной частоты определяется соотношением:
Она равна разности частот первого и второго гетеродинов 4 и 5 и не зависит от частот входных сигналов.
Очевидно, что соотношение (1) выполняется только для полезного сигнала, поступающего на вход приемного устройства, и не выполняется для комбинационных частот, образующихся в процессе преобразования полезных сигналов, поскольку у комбинационных частот хотя бы один из коэффициентов отличается от единицы (либо m≠1, либо n≠1). Коэффициенты m и n определяются известным соотношением для расчета комбинационных частот
c
г
к
где m и n целые числа натурального ряда чисел: 0, 1, 2, 3, 4 …, a f, f и f - частоты сигнала, гетеродина и комбинационных составляющих. В случае полезного сигнала m=n=1.
гв
гн
сум
Важным свойством суммарной частоты является то, что она постоянна для выбранного приемного устройства, схема которого показана на фиг. 3. Это дает возможность проконтролировать ее значения в любой момент времени путем сравнения с частотой сигнала, образующегося после непосредственного взаимодействия частот первого и второго гетеродинов 4 и 5 в третьем смесителе 9, на выходе которого выделяется сигнал с разностной частотой (f - f), равной суммарной частоте f. Такое сравнение и производится в блоке идентификации частот 30. Для измерения и запоминания частот сигналов могут быть использованы методы, описанные, например, в книге: А.И. Куприянова и Л.Н. Шустова «Радиоэлектронная борьба. Основы теории», Москва, «Вузовская книга», 2011 г., стр. 78-101.
Появление суммарного сигнала, определяемого соотношением (1), на выходе четвертого смесителя 10 и четвертого фильтра 14, является признаком полезного сигнала, т.е. этот факт говорит о том, что полезный сигнал промежуточной частоты присутствует в полосе промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3 (значение суммарной частоты в рассматриваемой схеме фиксировано, не зависит от частот входных сигналов и всегда будет отличаться от значений частот аналогичных сигналов, образуемых при сложении частот любых комбинационных составляющих). Это позволяет идентифицировать полезные сигналы после первого преобразования частот.
Сказанное выше справедливо в случае, когда на вход приемного устройства поступает только один сигнал. При нескольких сигналах мы получим информацию только об их наличии в диапазоне промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3. При многосигнальной ситуации можно использовать узкополосное поисковое устройство, осуществляющее поиск в полосе промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3 и выделяющего не более одного сигнала. Ширина полосы частот такого устройства должна быть много меньше полосы промежуточных частот смесителей.
В качестве такого устройства может быть использован так называемый «активный фильтр», рассмотренный выше.
сум
гв
гн
Сигналы с выходов активных фильтров поступают в пятый смеситель 20, на выходе которого включен седьмой фильтр 29 настроенный на фиксированную частоту f, равную разности частот первого и второго гетеродинов 4 и 5 (f - f) (см. соотношение (1)). Наличие в полосе частот пятого смесителя 20 этого сигнала, является признаком полезного сигнала. Его наличие отличает полезные сигналы, образующиеся одновременно с ним.
Сигнал с выходов седьмого фильтра 29 поступает в первый блок идентификации частот 15, где сравнивается по частоте с истинным суммарным сигналом, образованным при непосредственном преобразовании сигналов первого и второго гетеродинов 4 и 5 в третьем смесителе 9. Таким образом, сравнение частот осуществляется в первом и втором блоках идентификации частот 15 и 30. Точность идентификации не зависит от стабильности первого и второго гетеродинных генераторов. Если равенство частот с помощью первого и второго блоков идентификации 15 и 30 будет установлено, с их выходов поступают сигналы в блок управления 31, в котором вырабатывается сигнал, открывающий выключатель 16, и полезный сигнал поступает на выход приемного устройства СВЧ для дальнейшей обработки.
гн
гв
сум
гв
гн
Проиллюстрируем работу устройства, схема которого приведена на фиг. 3, следующим примером. Предположим, что диапазон частот входных радиосигналов, поступающих на вход первого делителя мощности 1, 2,5 … 3,2 ГГц. Частота сигнала первого гетеродина 4 f=2,0 ГГц. Частота сигнала второго гетеродина 5 f=3,7 ГГц. Диапазоны промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3, формируемые первым и вторым фильтрами промежуточных частот 11 и 12, одинаковы и равны 0,5 … 1,2 ГГц. Частота суммарного сигнала на выходах третьего смесителем 9 и третьего фильтра 13 равна f=f-f=1,7 ГГц.
c
гн
гв
c
сум
сум
сум
Предположим, что на вход устройства одновременно поступают два сигнала с частотами 2,87 ГГц и 3,1 ГГц. После преобразования этих сигналов в первом смесителе 2 на выходе первого фильтра 11 образуются сигналы с промежуточными частотами (f - f), равные 0,87 ГГц и 1,1 ГГц, а после преобразования во втором смесителе 3 на выходе второго фильтра 12 - с промежуточными частотами (f - f), равными 0,83 ГГц и 0,6 ГГц. Эти сигналы через пятый и шестой делители мощности 17 и 18 поступают в четвертый смеситель 10. В результате на выходе четвертого фильтра 14 образуется сигнал с суммарной частотой f=1,7 ГГц (см. соотношение (1)), который далее поступает во второй блок идентификации частот 30. Одновременно с выхода третьего фильтра 13 через четвертый делитель мощности 8 во второй блок идентификации частот 30 поступает сигнал с суммарной частотой f, полученный при непосредственном преобразовании сигналов первого и второго гетеродинов 4 и 5. В блоке идентификации частот производится сравнение частот этих сигналов, что позволяет с большой точностью производить идентификацию частот. Обнаруженный во втором блоке идентификации частот 30 сигнал с суммарной частотой fговорит о том, что в диапазоне промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3 на выходах первого второго фильтров промежуточных частот 11 и 12 присутствуют преобразованные полезные сигналы промежуточных частот.
c
гн
c
гн
гн
c
гв
c
гв
c
c
гв
Для пояснения на фиг. 4 и 5 построены графики зависимостей промежуточных частот смесителей от частот входных сигналов, а также аналогичные графики, соответствующие комбинационным составляющим до седьмого порядка включительно. На фиг. 4 для первого смесителя 2, а на фиг. 5 для второго смесителя 3. По горизонтальным осям графиков отложены в ГГц частоты входных сигналов, а по вертикальным, также в ГГц, - частоты выходных сигналов. Частоты входных сигналов отмечены вертикальными линиями, обозначенными индексами (а) и (с), а промежуточные частоты двойными горизонтальными линиями, обозначенными индексами (в) и (d). Из построенных зависимостей видно, что в диапазон промежуточных частот первого смесителя 2, помимо полезного преобразованного сигнала с частотой (f - f), попадают комбинационные составляющие низких порядков с частотами (2f - 2f) и (2f - f) (фиг. 4). В диапазон промежуточных частот второго смесителя 3, помимо полезного преобразованного сигнала с частотой (f - f), попадают комбинационные составляющие низких порядков с частотами (2f - 2f) и (3f - 2f) (фиг. 5).
Для разделения и последующего выделения полезных сигналов используются активные фильтры, описанные выше. Рабочая полоса пропускания активных фильтров определяется пятым и шестым фильтрами 27 и 28. Ширина рабочих полос прозрачности этих фильтров выбирается одинаковой и существенно меньше ширины полосы промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3. При синхронной перестройке частот третьего 25 и четвертого генераторов 26 полоса пропускания активных фильтров осуществляет сканирование в диапазоне промежуточных частот первого и второго смесителей 2 и 3.
пч
сум
сум
Зададим ширину полосы пропускания активного фильтра равной 10 МГц с граничными частотами f=70±5 МГц. На фиг. 4 и 5 зазор между двойными линиями (в) и (d) соответствует заданной ширине полосы пропускания. Очевидно, что полезным будет сигнал, промежуточные частоты которого одновременно попадают в зазоры между линиями (в) или в зазоры между линиями (d). При этом значение сумм этих частот не будет зависеть от значений частот входных сигналов, а сама сумма будет всегда равна суммарной частоте, в рассматриваемом случае f=1,7 ГГц. Например, входной сигнал с частотой 3,1 ГГц после преобразования будет образовывать в левой ветви схемы на фиг. 2 промежуточную частоту 1,1 ГГц, а в правой ветви - 0,6 ГГц. На фиг. 4 и 5 эти частоты помечены двойными линиями (d). Сумма этих частот равна суммарной частоте 1,7 ГГц. Аналогичное утверждение будет справедливым и для входного сигнала с частотой 2,87 ГГц. В этом случае в левой и правой ветвях схемы на фиг. 3 образуются сигналы с промежуточными частотами 0,87 ГГц и 0,83 ГГц (двойные линии (в) на фиг. 4 и 5), Сумма этих частот также будет равна суммарной частоте f=1,7 ГГц.
сум
пч
пч
сум
Из вышесказанного следует, что перестройка третьего и четвертого генераторов 25 и 26 (фиг. 3) должна быть синхронной. При этом сумма частот генераторов при перестройке постоянна и отличается от суммарной частоты f на величину 2f, В рассматриваемом случае, при f=70±5 МГц=0,07±0,005 ГГц и f.=1,7 ГГц, величина суммы частот генераторов 25 и 26 (фиг. 3) будет равна 1,56 ГГц.
к
c
г
В результате преобразовании частот на выходах смесителей 21, 22, 23 и 24 (фиг. 3) образуются комбинационные составляющие и гармоники, часть из которых попадает в рабочие полосы частот этих смесителей, что создает помехи работе активных фильтров. На фиг. 6 и 7 приведены частотные планы сигналов после первого преобразования смесителем 23 (фиг. 6) и после второго преобразования смесителем 24 (фиг. 7). По горизонтальным осям графиков в одинаковых масштабах отложены в ГГц частоты сигналов, а по вертикальным - порядки образовавшихся комбинационных составляющих Порядок комбинационной составляющей равен сумме коэффициентов (m+n), соответствующих номерам гармоник сигнала и гетеродина. Эти коэффициенты определяются известным соотношением для расчетов значений комбинационных частот f=|m⋅f±n⋅f| (см. соотношение (2)).
Диапазоны входных и выходных частот смесителей на графиках помечены двумя вертикальными линиями, а частота гетеродина одной вертикальной линией. Комбинационные составляющие, рассчитанные с помощью соотношения (2), представлены на графиках в виде отрезков прямых линий параллельных горизонтальной оси. Диапазоны изменения частот комбинационных составляющих определяется проекцией этих линий на горизонтальную ось. Рядом с каждым отрезком приведены значения индексов тип, определяющие комбинационную составляющую. Первый индекс m соответствует гармонике входного сигнала смесителя, а второй индекс n - гармонике гетеродина. Для того чтобы эти отрезки не сливались друг с другом, они разнесены по вертикали пропорционально порядкам комбинационных составляющих. Заметим также, что величина порядка оценивает относительные значения величин мощности комбинационных составляющих. Известно, что с увеличением порядка мощность комбинационной составляющей уменьшается.
c
г
c
г
На фиг. 6 и 7 приведены все возможные комбинационные составляющие до девятого порядка включительно. Значения частот этих составляющих ограничиваются максимальными и минимальными значениями частот, нанесенных на горизонтальную ось. На фиг. 7 также приведены гармоники входных сигналов, которые рассчитывались до 28 порядка. Частоты комбинационных составляющих распределены по всей плоскости графика, однако нас в первую очередь интересуют те комбинационные составляющие, частоты которых попадают в диапазон выходных (промежуточных) частот. Из графика на фиг. 6 видно, что такой комбинационной составляющей является единственная составляющая с индексами (1, -1), являющаяся полезным сигналом с частотой (f - f). При обратном преобразовании частот (график на фиг. 7) в полосу выходных частот попадает полезный сигнал (f + f) с индексами (1, 1), а также 15-я и 16-я гармоники сигнала с индексами (15, 0) и (16, 0).
пч
Значение частот третьего и четвертого перестраиваемых генераторов 25 и 26 (фиг. 3) отличаются от значений входных частот шестого и седьмого смесителей 21 и 23 на величину, равную значению рабочей частоты активных фильтров f=0,07 ГГц, формируемых пятым и шестым фильтрами 27 и 28. При настройке активного фильтра в левой ветви схемы на фиг. 3 на частоту 1,1 ГГц и на сопряженную с ней частоту 0,6 ГГц в правой ветви (двойные линии (d) на фиг. 4 и 5) соответствующие частоты перестраиваемых генераторов 25 и 26 (фиг. 3) будут равны 1,03 ГГц и 0,53 ГГц (сумма частот перестраиваемых генераторов постоянна и равна в рассматриваемом примере величине 1,56 ГГц).
сум
Таким образом, приведенный пример показывает, что при сканировании в диапазоне промежуточных частот все комбинационные составляющие, кроме полезных сигналов, будут проигнорированы, поскольку вероятность попадания в полосу рабочих частот двух комбинационных составляющих, сумма частот которых равна суммарной частоте f, близка к нулю. Даже если возникнет такая ситуация, это не будет затруднять идентификацию частот, поскольку комбинационные составляющие, удовлетворяющие равенству суммы частот этих составляющих суммарной частоте, возможны только при попадании в рабочую полосу частот активных фильтров частот полезных сигналов.
пч
сум
Единственными сигналами, существующими в активных фильтрах, которые не зависят от входных полезных сигналов и могут создать помеху работе приемного устройства, являются колебания перестраиваемых генераторов 25 и 26 (фиг. 3). Однако они не будут мешать процессу идентификации частот, поскольку сумма частот этих сигналов будет отличаться от суммарной частоты на величину равную 2f, и в рассматриваемом примере будет равна 1,56 ГГц. Напомним, что f.=1,7 ГГц. Кроме того, этот суммарный сигнал может быть достаточно эффективно подавлен с помощью фильтра 29.