W.7. PRZEMIANA

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 u

s

(t)

polegający przemianie oraz

przebieg pomocniczy

u

h

(t)

,najczęściej generowany lokalnie,

nazywany

sygnałem heterodyny

.

Podstawy przemiany
częstotliwości

Podstawy przemiany
częstotliwości

Uwidoczniony mieszacz jest układem nieliniowym. Na jego
wyjściu mamy przebieg

u

w

(t)

, zawierający zawsze oprócz

składowej użytecznej (przebieg o częstotliwości

f

p

) 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.

Podstawy przemiany
częstotliwości

pasmowy

filtr p. cz.

Mieszacz z układem
mnożącym

Mieszacz z układem mnożącym
c. d.









y

x

y

x

y

x









cos

2

1

cos

2

1

cos

cos









2

cos

1

2

1

cos

2





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

Analizując działanie mieszacza, wejście

u

s

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.

)

2

(

)

(

t

s

U

IR

t

u







































t

h

s

m

U

t

u

t

u

g

I

t

i

2

)

(

tanh

)

(

)

(

1































t

h

s

m

U

t

u

t

u

g

I

t

i

2

)

(

tanh

)

(

)

(

2

RI

U

I

du

di

du

di

g

t

s

s

m











2

4

3

Funkcja tanh(x) ma następujące właściwości:

tanh(x) x dla


tanh(x) sgn(x) dla



1



x



1



x

Tranzystorowy mieszacz
zrównoważony c. d.

Tranzystorowy mieszacz
zrównoważony c. d

Tranzystorowy mieszacz
zrównoważony c. d

)

cos(

4

)

(

s

p

s

m

p

t

RU

g

t

u











Tranzystorowy mieszacz
zrównoważony c. d

 





s

p

s

obc

m

p

t

U

R

G

t

u









cos

2

1

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

ω

p

=ω

h

–ω

s

Schemat blokowy odbiornika

superheterodynowego

z podwójną przemianą częstotliwości

• CECHY ODBIORNIKÓW REALIZOWANYCH W POSTACI

UKŁADU SCALONEGO:

 Mały pobór mocy prądu stałego

 Małe wymiary i masa

 Niska cena

 Odporność na czynniki zewnętrzne

 Implementacja w zakresie częstotliwości 70 MHz – kilka GHz

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

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

FWCZ - filtr środkowoprzepustowy w.cz.

M - mieszacz
FDP - filtr dolnoprzepustowy
W - wzmacniacz sygnałów pasma podstawowego
WMS - wzmacniacz niskoszumny
LO - oscylator lokalny
90

o

– przesuwnik fazy

I(t) – Tor synfazowy

Q(t) – Tor
kwadraturowy

Odbiornik z bezpośrednią

przemianą częstotliwości

(OBP)

ω

p

=ω

h

–

ω

s

=0

a)przenikanie sygnału własnego oscylatora

b) odbiór silnego zakłócającego sygnału obcego

c) wypromieniowanie i odbiór sygnału własnego oscylatora lokalnego

Mechanizm powstawania składowej

stałej na wyjściu mieszacza

odbiornika OBP

f

LO

- częstotliwość oscylatora granicznego

f

L

, f

H

- dolna i górna częstotliwość pasma przenoszenia filtru

2(f

L

-

f

LO

)

MOC SYGNAŁU

SYGNAŁ
LUSTRZANY

SYGNAŁ
POŻĄDANY

CHARAKTERYSTYK

A TŁUMIENIA

FILTRU FSL

f

f

H

f

LO

f

L

Tłumienie sygnału
lustrzanego

a) układ Hartleya

b) układ Weavera

M – mieszacz
LO – lokalny oscylator
FDP – filtr

dolnoprzepustowy

US – układ sumujący

Schematy blokowe mieszaczy
jednowstęgowych

z eliminacją sygnału lustrzanego