Цифровые преобразователи частоты

Фильтр с хорошими избирательными свойствами можно получить только на определенной частоте. Реализация перестраиваемого фильтра с подобными характеристиками, а тем более с характеристиками одинаковыми при перестройке по диапазону частот, практически невозможна. Это было определено еще при разработке аналоговых приемников.

Именно поэтому обычно производится преобразование входного сигнала к определенной, заранее известной частоте. Эта частота называется промежуточной частотой.

Задача преобразователя частоты заключается в переносе спектра принимаемого сигнала на заданную частоту без искажений. Из теории построения радиоприемных устройств известно, что перенос частот заданного диапазона на промежуточную или на нулевую частоту наилучшим образом осуществляет умножитель, в каком бы виде он не был реализован.

Для этого входной сигнал необходимо умножить на синусоидальное напряжение гетеродина. На выходе умножителя напряжение (или цифровые отсчеты сигнала) может быть выражено при помощи следующей формулы:

(17.4)

Как известно, при помощи тригонометрических преобразований это выражение может быть приведено к следующему виду:

(17.5)

Это означает, что на выходе умножителя входной сигнал переносится на частоты, равные сумме и разности частот принимаемого сигнала и гетеродина. Обычно преобразование частоты осуществляется вниз. Значение промежуточной частоты при преобразовании вниз может быть определено по следующей формуле:

(17.6)

Именно эта частота выделяется при помощи полосового фильтра. Проблема заключается в том, что аналоговые схемы могут выполнять операцию умножения только с некоторыми ограничениями. В результате на выходе преобразователя частоты появляется неподавленное напряжение гетеродина и сигнала, появляются продукты преобразования гармоник сигнала и гетеродина.

Кроме того, аналоговые преобразователи частоты способны выполнять операцию умножения только в определенном диапазоне частот и напряжений. Это связано с большим динамическим диапазоном входного и выходного сигнала, что приводит к значительному изменению тока преобразователя. Отношение минимального и максимального токов может достигать значения в нескольких порядков. Очень трудно обеспечить желаемые характеристики электронного прибора при таком диапазоне изменения рабочего тока.

Цифровой умножитель выполняет операцию умножения непосредственно как математическую операцию. Поэтому мы можем заранее рассчитать допустимый уровень мешающих сигналов. При необходимости снизить этот уровень можно увеличить разрядность умножителя или увеличить частоту дискретизации входного сигнала.

Структурная схема цифрового приемника приведена на рисунке 17.2.

Рисунок 17.2 – Структурная схема цифрового приемника