W.7. PRZEMIANA CZĘSTOTLIWOŚCI

Podstawy przemiany częstotliwości Przebieg sinusoidalny lub zmodulowany w amplitudzie, częstotliwości czy fazie oprócz reprezentacji w dziedzinie czasu ma także równoważną reprezentację w dziedzinie częstotliwości. W dziedzinie częstotliwości napięcie zmienne w czasie sinusoidalnie przedstawia się nam jako pojedynczy prążek w tzw. widmie amplitudowym. Z kolei widmo amplitudowe sygnału zmodulowanego zajmuje w dziedzinie częstotliwości pewne pasmo skupione wokół częstotliwości zwanej nośną. Układy przemiany częstotliwości, zwane też mieszaczami, służą do przesuwania widma sygnału o pewien odcinek na osi częstotliwości. Przesunięcie takie jest stosowane między innymi we współczesnych urządzeniach odbiorczych i to bez względu na rodzaj modulacji. Na przedstawionym schemacie blokowym mieszacza do układu są doprowadzone dwa przebiegi napięciowe: sygnał us(t) polegający przemianie oraz przebieg pomocniczy uh(t) ,najczęściej generowany lokalnie, nazywany sygnałem heterodyny.

Podstawy przemiany częstotliwości

Podstawy przemiany częstotliwości Uwidoczniony mieszacz jest układem nieliniowym. Na jego wyjściu mamy przebieg uw(t) , zawierający zawsze oprócz składowej użytecznej (przebieg o częstotliwości fp ) także składowe niepożądane. Liczba składowych niepożądanych oraz ich charakter zależą od budowy konkretnego mieszacza. Rolą umieszczonego za mieszaczem filtru pasmowo - przepustowego (tzw. filtr p.cz.) jest odpowiednie wytłumienie wszystkich składowych niepożądanych. W następnych rozdziałach omówimy kilka wybranych układów mieszaczy, przedstawimy dla nich zależności analityczne, definicje parametrów oraz konstrukcję.

Mieszacz z układem mnożącym pasmowy filtr p. cz.

Mieszacz z układem mnożącym c. d.

Mieszacz z układem mnożącym c. d.

jak widać obwiednia modulacją sygnału niepożądanego przedostała się do obwiedni sygnału pożądanego, który tym samym został zniekształcony. Zniekształcenia tego typu noszą nazwę zniekształceń intermodulacyjnych.

Tranzystorowy mieszacz zrównoważony

Tranzystorowy mieszacz zrównoważony c. d. Analizując działanie mieszacza, wejście us przyjmiemy za w przybliżeniu liniowe, z tym, że zakres liniowości możemy oszacować na Prądy wyjściowe można wtedy przedstawić w postaci wyrażeń   jest transkonduktancją tranzystorów dolnej pary różnicowej. Funkcja tanh(x) ma następujące właściwości: tanh(x) x dla tanh(x) sgn(x) dla

Tranzystorowy mieszacz zrównoważony c. d

Tranzystorowy mieszacz zrównoważony c. d

Tranzystorowy mieszacz zrównoważony c. d

Mieszacz z dwuobwodowym tranzystorem MOSFET

Mieszacz z dwuobwodowym tranzystorem MOSFETc. D.

Układy wielkiej częstotliwości w systemach odbiorczych

Antena na wejściu odbiornika radiowego

Schemat blokowy odbiornika superheterodynowego ωp=ωh–ωs

Schemat blokowy odbiornika z podwójną przemianą częstotliwości superheterodynowego z podwójną przemianą częstotliwości

Schemat blokowy cyfrowego radiowego systemu odbiorczego

Architektura typowego odbiornika radiowego w systemach radiokomunikacji ruchomej Z anteny sygnał zostaje podany na BFP – filtr pasmowo przepustowy, następnie wzmocniony w LNA – wzmacniaczu niskoszumnym. Po przemianie częstotliwości w mieszaczu z programowanym syntezerem częstotliwości (najczęściej stosowana jest podwójna przemiana częstotliwości), po wzmocnieniu w układzie ARW , następuje demodulacja do pasma podstawowego z wydzieleniem składowej synfazowej (I) i kwadraturowej (Q). Sygnały obu składowych są następnie próbkowane i przetworzone na postać cyfrową. Dalsze przetwarzanie w systemach radiokomunikacyjnych jest możliwe za pomocą układów cyfrowego przetwarzania sygnałów DSP, z wykorzystaniem procesorów sygnałowych lub układów ASIC. Cyfrowo dokonuje się korekcji charakterystyki kanału, dekodowania kanałowego, deszyfracji danych i dekodowanie źródła.

Architektura „front-end” nowoczesnego superheterodynowego radia z podwójną przemianą, z niską częstotliwością pośrednią I(t) – Tor synfazowy Q(t) – Tor kwadraturowy Stosowane bloki: Wzmacniacze w. cz. regulowanym wzmocnieniu, filtr sygnału lustrzanego, mieszacze, oscylatory , filtry pośredniej częstotliwości, wzmacniacz pośredniej częstotliwości

Odbiornik z bezpośrednią przemianą częstotliwości (OBP)   FWCZ - filtr środkowoprzepustowy w.cz. M - mieszacz FDP - filtr dolnoprzepustowy W - wzmacniacz sygnałów pasma podstawowego WMS - wzmacniacz niskoszumny LO - oscylator lokalny 90o – przesuwnik fazy ωp=ωh–ωs=0 I(t) – Tor synfazowy Q(t) – Tor kwadraturowy

Mechanizm powstawania składowej stałej na wyjściu mieszacza odbiornika OBP

CHARAKTERYSTYKA TŁUMIENIA FILTRU FSL Tłumienie sygnału lustrzanego 2(fL -fLO) MOC SYGNAŁU SYGNAŁ LUSTRZANY SYGNAŁ POŻĄDANY CHARAKTERYSTYKA TŁUMIENIA FILTRU FSL f fH fLO fL fLO - częstotliwość oscylatora granicznego fL , fH - dolna i górna częstotliwość pasma przenoszenia filtru

z eliminacją sygnału lustrzanego Schematy blokowe mieszaczy jednowstęgowych z eliminacją sygnału lustrzanego a) układ Hartleya b) układ Weavera M – mieszacz LO – lokalny oscylator FDP – filtr dolnoprzepustowy US – układ sumujący