Кольцевом балансном смесителе

В диодном преобразователе частоты (рис. 3.4) источники входного сигнала, сигнала гетеродина и источник смещения E ₀ включены последовательно. Вольт-амперная характеристика диода аппроксимируется экспоненциальной зависимостью вида

, (3.18)

Если u_g = E ₀, то через диод протекает постоянный ток i = i _обexp(E ₀/φ_T). Ток в схеме на рис. 3.4 при достаточно больших значениях сигналов u _c(t) = U _ccosω_c t и u _г(t) = U _гcosω_г t и при Е ₀ много меньше U _c и U _г будет определяться выражением

(3.19)

При условии, что U _c << φ_T и U _г << φ_T, представим функции exp(x) в виде степенного ряда:

(3.20)

Выходное напряжение, очевидно, будет равно

(3.21)

Как видно из выражений (3.20), (3.21), в выходном токе смесителя помимо составляющей, пропорциональной произведению u _c(t) u _г(t), содержатся составляющие u _c(t), u _г(t), u _c²(t), u _г²(t), u _c³(t), u _г³(t), …

Следовательно, при наличии на входе преобразователя частоты гармонического колебания на его выходе присутствуют колебания с частотами ω_c, ω_г, 2ω_c, 2ω_г, ω_г – ω_c, 2ω_c ± ω_г … достаточно большого уровня. Включая в качестве нагрузки частотно-избирательную цепь с резонансной частотой ω_пч, можно выделить, например, колебания с частотой ω_пч = ω_г – ω_c.

В диодных преобразователях частоты (см. рис. 3.4) цепи входного сигнала и сигнала гетеродина сильно связаны через диод. Наличие этой связи приводит к следующим явлениям:

§ настройки контуров гетеродина и сигнала оказываются взаимозависимыми;

§ ток с частотой входного сигнала, замыкающийся через цепи гетеродина, может вызвать «захват» сигнала гетеродина;

§ ток с частотой гетеродина, замыкающийся через цепи входного сигнала, определяет существенное излучение энергии гетеродина антенной устройства приема и обработки сигналов, что особенно проявляется в диапазонах УКВ и СВЧ.

Для устранения указанных недостатков диодных преобразователей частоты применяют балансные преобразователи, исключающие, в частности, излучение сигнала гетеродина. Для устранения взаимной связи цепей гетеродина и входного сигнала, а также компенсации токов входного сигнала и сигнала гетеродина в нагрузке используют двойные балансные преобразователи частоты, получившие название кольцевых преобразователей (рис. 3.5). В таком преобразователе диоды включены так, что образуют кольцо, и на его выходе при симметричном выполнении плеч должны отсутствовать гармонические колебания с частотами ω_c и ω_г.

Для уменьшения нелинейных искажений при больших уровнях входного сигнала и сигнала гетеродина в каждое плечо преобразователя включается несколько диодов. При этом общее входное напряжение распределяется на диоды, соединенные последовательно. В результате на каждом диоде получается малое напряжение, что приводит к уменьшению нелинейных искажений. Кольцевые преобразователи частоты используются, как правило, в диапазоне до нескольких мегагерц, т.к. с повышением частоты затрудняется симметрирование плеч преобразователя, вследствие влияния трудно устранимых паразитных индуктивностей и емкостей элементов преобразователя.