ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к устройствам для преобразования частоты, а именно для переноса модулированного сигнала с одной несущей на другую частоту, и может быть использовано в приемопередающей аппаратуре, в том числе в радиолокационных станциях.
Известен преобразователь частоты из патента US на изобретение №6600906, который содержит первый гетеродин, делитель мощности, первый смеситель, первый полосовой фильтр, второй гетеродин, второй смеситель, второй полосовой фильтр, третий смеситель и фильтр нижних частот (ФНЧ). Первый гетеродин представляет собой источник сигнала фиксированной частоты, сигнал которого поступает через делитель мощности на первый и второй смесители. Второй гетеродин представляет собой источник сигнала переменной частоты. Сигнал с этого источника и сигнал от делителя мощности смешиваются с помощью второго смесителя, и низкочастотная составляющая разности между двумя сигналами фильтруется с помощью полосового фильтра. Затем составляющая суммы двух сигналов после фильтрации поступает в третий смеситель. Входные сигналы смешиваются с сигналами от делителя мощности первым смесителем. Сигнал от первого смесителя через второй полосовой фильтр, посредством которого удаляется нижняя частотная составляющая, поступает в третий смеситель. Сигналы с первого и второго полосовых фильтров смешиваются третьим смесителем, и более высокочастотная составляющая этих сигналов фильтруется с помощью ФНЧ, то есть низкочастотная составляющая разности двух сигналов поступает на выход преобразователя частоты.
Известен также преобразователь частоты, описанный в патенте ЕР на изобретение №1944864 и содержащий полосовой фильтр, первый смеситель, первый гетеродин, первый усилитель, второй смеситель, второй гетеродин, второй усилитель, демодулятор и детектор. Входной сигнал поступает на полосовой фильтр, который формирует полосу частот от Fmin до Fmax. Частоты этой полосы смешиваются первым смесителем с сигналом первого гетеродина, образуя полосу первых промежуточных частот, сигналы которой усиливаются первым усилителем. Второй гетеродин и второй смеситель формируют полосу вторых промежуточных частот, сигналы которой усиливаются вторым усилителем и подаются на вход демодулятора, с выхода которого поступают на детектор.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является преобразователь частоты, известный из патента US 6768902, содержащий первый смеситель, полосовой фильтр, второй смеситель, первый гетеродин, второй гетеродин и схему управления. Первый смеситель преобразовывает частоты входных сигналов с помощью сигнала первого гетеродина и полосового фильтра в сигналы первых промежуточных частот. Второй смеситель и второй гетеродин формируют полосу вторых промежуточных частот. Первый и второй гетеродины стабилизированы соответственно первой и второй петлями фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), управление которыми осуществляется с помощью схемы управления.
Однако все указанные аналоги не обеспечивают двухканального преобразования частоты как вверх, так и вниз выбранного частотного диапазона в составе единого устройства.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение двойного переноса сигнала с одной несущей на другую частоту одновременно вверх и вниз в рамках единого устройства.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что преобразователь частоты, содержащий первый канал, включающий первый смеситель, первый блок фильтрации, второй смеситель, первый блок гетеродинов и второй блок гетеродинов, при этом первый смеситель своими входами соединен с первым входом преобразователя частоты и первым блоком гетеродинов и через первый блок фильтрации - со входом второго смесителя, другой вход которого соединен со вторым блоком гетеродинов, а выход второго смесителя соединен с первым выходом преобразователя частоты, содержит второй канал, включающий третий смеситель, второй блок фильтрации, четвертый смеситель, соединенные так, что входы третьего смесителя соединены со вторым блоком гетеродинов и со вторым входом преобразователя частоты, а выход третьего смесителя соединен через второй блок фильтрации со входом четвертого смесителя, другой вход которого соединен с первым блоком гетеродинов, а второй выход четвертого смесителя соединен со вторым выходом преобразователя частоты.
Заявляется также преобразователь частоты, в котором наряду с вышеописанными признаками первый и второй блок гетеродинов содержат каждый не менее четырех генераторов с фиксированными частотами, находящихся одновременно во включенном состоянии, не менее четырех переключателей, коммутатор и делитель.
Кроме того, заявляется преобразователь частоты, в котором между выходом второго смесителя и первым выходом преобразователя частоты размещен преселектор.
Заявляется также преобразователь частоты, в котором наряду с вышеописанными признаками первый и второй блок фильтрации содержат по два фильтра нижних частот, два полосовых фильтра и усилитель, расположенный между ними.
Кроме того, заявляется преобразователь частоты, в котором второй канал дополнительно содержит фильтр нижних частот, обеспечивающий фильтрацию высших гармоник в спектре выходного сигнала четвертого смесителя.
Заявляется также преобразователь частоты, в котором наряду с вышеописанными признаками первый и второй каналы снабжены аттенюаторами.
Кроме того, заявляется преобразователь частоты, в котором преселектор содержит два поочередно переключаемых канала полосовых фильтров.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение одновременного преобразования частоты верх и вниз по диапазону частот, а также улучшение параметра быстродействия.
Указанный технический результат достигается благодаря использованию двух каналов двойного преобразования частоты, двух блоков гетеродинов с по крайней мере четырьмя генераторами в каждом и средством управления в виде переключателей и коммутатора для координации всех узлов устройства.
Такое схемотехническое построение позволяет в едином устройстве обеспечить преобразование частоты как вверх, так и вниз в едином частотном диапазоне, используя один набор генераторов, сгруппированный по двум блокам гетеродинов. Применение двух блоков гетеродинов, переключение сигналов которых осуществляется при помощи быстродействующих переключателей и коммутаторов, позволяет снизить время переключения, а следовательно, повысить быстродействие работы устройства.
Кроме того, выполнение двух каналов двойного преобразования частоты в едином корпусе позволяет в целом уменьшить габаритные размеры, что немаловажно при решении проблемы минимизации элементной базы современной радиоэлектронной аппаратуры.
Осуществление заявляемого изобретения поясняется с помощью Фиг. 1, 2, на которых изображены:
на Фиг. 1 - структурная схема преобразователя частоты;
на Фиг. 2 - пример реализации преобразователя частоты.
Позициями 1-18 на Фиг. 1-2 обозначены:
1 - первый смеситель;
2 - первый блок фильтрации;
3 - второй смеситель;
4 - преселектор;
5 - первый блок гетеродинов;
6 - второй блок гетеродинов;
7 - третий смеситель;
8 - второй блок фильтрации;
9 - четвертый смеситель;
10 - первый аттенюатор;
11 - первый фильтр нижних частот;
12 - второй аттенюатор,
Д1, Д2 - делитель,
K1, К2 - коммутатор,
П1-П16 - переключатель,
Г1-Г14 - генератор,
У1, У2 - усилитель,
Ф1, Ф3, Ф6, Ф8 - фильтр нижних частот,
Ф2, Ф4, Ф5, Ф7, Ф9, Ф10 - полосовой фильтр.
Преобразователь частоты в соответствии с Фиг. 1 содержит первый смеситель 1, первый блок фильтрации 2, второй смеситель 3, преселектор 4, первый блок гетеродинов 5, второй блок гетеродинов 6, третий смеситель 7, второй блок фильтрации 8 и четвертый смеситель 9.
Вход первого смесителя 1 соединен с первым входом преобразователя частоты. Другой вход первого смесителя 1 соединен с первым блоком гетеродинов 5. Выход первого смесителя через первый блок фильтрации 2 соединен со входом второго смесителя 3, вход которого соединен со вторым блоком гетеродинов 6. Выход второго смесителя 3 соединен с входом преселектора 4, выход которого подключен к первому выходу преобразователя частоты. Вход третьего смесителя 7 соединен со вторым входом преобразователя частоты. Другой вход третьего смесителя 7 соединен со вторым блоком гетеродинов 6. Выход третьего смесителя 7 соединен через второй блок фильтрации 8 со входом четвертого смесителя 9. Вход четвертого смесителя 9 соединен с первым блоком гетеродинов 5. Выход четвертого смесителя 9 соединен со вторым выходом преобразователя частоты.
В соответствии с Фиг. 2 первый канал преобразователя частоты дополнительно содержит первый аттенюатор 10 так, что высокочастотный вход первого смесителя 1 соединен с первым входом преобразователя частоты через первый аттенюатор 10. Первый блок фильтрации 2 содержит фильтры нижних частот Ф1, Ф3, полосовые фильтры Ф2, Ф4 и усилитель У1, расположенный между фильтрами. Преобразователь частоты во втором канале после четвертого смесителя 9 имеет первый фильтр нижних частот 11, соединенный со вторым аттенюатором 12. Второй блок фильтрации 8 содержит фильтры нижних частот Ф8, Ф6, полосовые фильтры Ф7, Ф5 и усилитель У2, расположенный между фильтрами. Первый блок гетеродинов 5 содержит четыре генератора Г1-Г4 с фиксированными частотами, находящихся одновременно во включенном состоянии, четыре переключателя П1-4, коммутатор К1 и делитель Д1. Второй блок гетеродинов 6 содержит десять генераторов Г5-Г14 с фиксированными частотами, находящихся одновременно во включенном состоянии, десять переключателей П5-14, коммутатор К2 и делитель Д2. Преселектор 4 содержит два поочередно переключаемых переключателями П15-16 канала полосовых фильтров Ф9, Ф10.
Устройство работает следующим образом.
В режиме повышения входной частоты сигнал (0,75-1,25) ГГц поступает на первый вход преобразователя частоты и через первый аттенюатор подается на вход первого смесителя, где, смешиваясь с сигналами первого блока гетеродинов, переключаемых поочередно при помощи переключателей П1-П4 и коммутатора К1, преобразуется в сигнал промежуточной частоты в диапазоне (5,25-6,5) ГГц. Затем сигнал с выхода первого смесителя поступает в первый блок фильтрации, содержащий два фильтра нижних частот Ф1, Ф3, два полосовых фильтра Ф2, Ф4 и усилитель У1. После первого блока фильтрации 2 сигнал подается на вход второго смесителя, в котором под действием второго блока гетеродинов происходит формирование сигнала. Гармонические и комбинационные составляющие, являющиеся нежелательными продуктами преобразования на выходе второго смесителя, фильтруются с помощью преселектора, состоящего из двух поочередно переключаемых каналов полосовых фильтров Ф9, Ф10. В итоге на первом выходе устройства формируется выходной сигнал частотой (8-18) ГГц.
В режиме понижения входной частоты сигнал (8-18) ГГц поступает на второй вход преобразователя частоты. Затем он попадает через высокочастотный вход в третий смеситель, где под действием второго блока гетеродинов, переключаемых поочередно при помощи переключателей П5-П14 и коммутатора К2, происходит формирование сигнала с промежуточной частотой (5,25-6,5) ГГц. После этого сигнал поступает во второй блок фильтрации, состоящий из двух фильтров нижних частот Ф6, Ф8 и двух полосовых фильтров Ф5, Ф7, усилителя У2. Затем после второго блока фильтрации сигнал направляется на высокочастотный вход четвертого смесителя, в котором под действием первого блока гетеродинов происходит формирование сигнала, гармонические составляющие которого фильтруются с помощью первого фильтра нижних частот, а уровень мощности регулируется вторым аттенюатором. В итоге на втором выходе устройства формируется выходной сигнал частотой (0,75-1,25) ГГц.
Пример
Заявляемый преобразователь частоты реализован в виде опытного образца. Первый блок гетеродинов выполнен из 10 высокочастотных гетеродинов, а второй блок - из 4 низкочастотных гетеродинов, при этом рабочий диапазон частот оказывается разбитым на 39 поддиапазонов, каждому из которых соответствует комбинация частот гетеродинов. Причем соседние поддиапазоны перекрываются, обеспечивая дискретность перестройки частоты - 250 МГц.
Гетеродины представляют собой генераторы среднего уровня мощности с параллельной обратной связью. Активный элемент - GaAs полевой транзистор с барьером Шоттки. Выходная мощность низкочастотных гетеродинов составляет (6,5-7) мВт, высокочастотных гетеродинов - (0,4-5) мВт.
Перестройка в любое дискретное состояние происходит с помощью схемы управления блоками гетеродинов путем коммутирования сигналов с помощью переключателей и коммутаторов.
Для компенсации суммарных потерь мощности высокочастотных гетеродинов на переключателях и коммутаторах в составе преобразователя частот используются усилители, выполненные на микросхемах.
Первый вход и второй выход устройства соединены с четырехразрядными электронно-управляемыми аттенюаторами в микрополосковом исполнении, изготовленными с использованием быстродействующих МИС и предназначенными для получения требуемой неравномерности коэффициента передачи первого и второго каналов.
В качестве смесителей, обеспечивающих преобразование частот с малой неравномерностью в сверхшироком диапазоне частот, используются сверхширокополосные балансные смесители.
Переключатели, коммутаторы и аттенюаторы управляются с помощью плат управления, содержащих микросхемы мультиплексоров и логические микросхемы, для функционирования которых необходимо отрицательное напряжение питания. Для формирования отрицательного напряжения в устройстве используется микросхема, которая представляет собой конвертор напряжения, преобразующий входное положительное напряжение в отрицательное.