Внутренний коэффициент усиления ц^р представляет собой отношеине амплитуды напряжения промежуточной' частоты к амплитуде напряжения сигнала прн / р = 0:

np :<np>

где /?,пр = Gjnp - внутреннее сопротивление преобразователя.

Из выражения (7.2) получаем параметры обратного преобразовании крутизна обратного преобразования

бр -

входная внутренняя проводимость преобразования

oбp - вх.О -

Коэффициент передачи, входная и выходная проводимости преобразователя

Коэффициент передачи прямого преобразования - отношение выходного напряжения промежуточной частоты Uк входному 0

пр = -5пр/(0(пр+ги). (7.5)

где §д - проводимость нагрузки. Знак минус здесь обозначает фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением, равный я.

В транзисторных преобразователях обычно Gjp С 5н поэтому формула (7.5) упрощается. Например, для схемы транзисторного преобразователя, нагрузкой которого является полосовой фильтр с контурами, обладающими сопротивлением R, и коэффициентами включения со стороны коллектора и базы лд (рис. 7.2) при параметре связи т], коэффициент передачи преобразователя

/пр=-5пр/?оэ Л^/(Ч-Ч=)- (7.6)

Если нагрузкой является ФСС с волновым сопротивлением р и коэффициентом передачи К^,

пр = 5пр1к бРф- (7.7)

Заметим, что (7.5)...(7.7) отличаются от соответствующих формул для , каскадов УПЧ лишь тем, что в них вместо параметров усиления фигурируют параметры преобразования.

Коэффициентом передачи обратного преобразования называют отношение напряжения частоты сигнала к напряжению промежуточной частоты

*вбр = ~ 5обр/(?с + <5вх.о) где - проводимость источника сигнала.

Входная проводимость преобразователи

вх.пр = вхО - 5o6pnp/(G<np +gu)-Выходная проводимость преобразователя

вых.пр = Ojnp ~ обр'пр/(ОвхО + с) Если обратное преобразование отсутствует,

вх.пр ~ вхО' вых.пр ~ inp Шумы в преобразователях частоты

Источниками шума в преобразователях частоты являются шумы во входной н выходной цепях, шумы гетеродина и шумы в нелинейном элементе смесителя.

Коэффициент шума преобразователя на усилительных элементах

пр=1+, (7.8)

где ш.пр- средний квадрат напряжения собственных шумов на выходе преобразователя; -мощность шума, поступающего иа вход от источника сигнала. Поскольку крутизна активного элемента (транзистора) в режиме преобразования в несколько раз меньше, чем в режиме усиления, коэффициент шума преобразователя всегда больше, чем усилителя (у транзисторов в 1,5... 2 раза).

Коэффициент шума диодного преобразователя с учетом шумов гетеродина вычисляется как для пассивного четырехполюсника при согласовании иа входе и выходе

пр= р/Р. (7.9)

где ijp = - относительная шумовая температура преобразователя;

- относительная шумовая температура смесительного диода; - составляющая относительной шумовой температуры, учитывающая влияние гетеродина; Кр - коэффициент передачи преобразователя по мощности (в режиме согласования Кр - К^р).

Относительная шумовая температура преобразователя - отношение полной мощности шумов на выходе преобразователя к мощности тепловых шумов, создаваемых только его выходным сопротивлением при температуре окружающей среды.

В диапазоне СВЧ шумы диода состоят из тепловых шумов объемного сопротивления диода н шумов, обусловленных флюктуацией протекающего через р-п переход тока / . На рнс. 7.15 показаны типичные экспериментальные кривые зависимостей относительной шумовой температуры диода /д, К и коэффициента шума смесителя Ш^ (без учета шумов гетеродина) от тока через диод / . Для определения Ш^р можно по графику рнс. 7.15 определить значение t, к которому добавить = 1...3 н по формуле (7.9) вычислить коэффициент шума.

Как видно из рис. 7.15, прн малых токах ! падает усиление сигнала, что приводит к росту Ш ; при больших токах Ш^. также растет за счет увеличения д. Поэтому существует оптимальное значение тока /q, при котором

1,2 1в,мА

Рис. 7.15, Зависимость riapaMeipoB диодного смесителя от тока через диод

Рис. 7.16. Огибающая спектра шумов гетеродина

коэффициент шума минимален. В сантиметровом диапазоне этот минимум находится в пределах 8...10 дБ. Для уменьшения коэффициента шума можно применять туннельные диоды, а также использовать балансные смесители, у которых подавлены шумы гетеродина. Это особенно целесообразно в радиолокационных приемниках, в которых в качестве гетеродина используются активные элементы, обладающие высоким уровнем шумов.

Частотный спектр шумов гетеродина без учета резонансных свойств объемного резонатора в диапазоне СВЧ равномерен примерно до частот 1012 Рц Q учетом резонатора спектр шумов формируется в соответствии с его резонансной характеристикой (рис. 7.16). Область шумов I отражает явление паразитной модуляции напряжения гетеродина шумом. Но поскольку уровень этих шумов на 70... 100 дБ ниже уровня шумов гетеродина, с этими шумами можно не считаться. Шумы из областей II и III, т. е. основного и зеркального каналов, в результате биений с частотой гетеродина имеют частоты, близкие к промежуточной, и поэтому попадают в канал УПЧ.

Для ослабления шумов нужно либо применять резонаторы с высокой добротностью, либо использовать балансные смесители. Как и в обычном балансном смесителе, в волноводном варианте напряжение гетеродина подается на диоды в фазе, а напряжение сигнала в контрфазах. Преобразованные птумовые токи в обоих смесителях протекают в фазе, поэтому в нагрузке их действие компенсируется. Коэффициент шума балансного смесителя примерно на 5...10 дБ меньше, чем у однотактного смесителя.

При низкой промежуточной частоте сигналы, и что особенно важно, шумы из зеркального канала недостаточно подавляются в преселекторе и поступают на вход смесителя, повышая его коэффцнент шума Ш^. Для уменьшения Ш^ можно применить преобразователь частоты с фазовым подавлением шумов из зеркального канала, структурная схема которого приведена на рис. 7.17.

Напряжение сигнала подводится к входам преобразователей Hj и П^ в фазе, а напряжение гетеродина - со сдвигом я/2, осуществляемым в фазовращателях ф1 и фг- В фазовращателях и фа осуществляются дополнительные фазовые сдвиги, уже на промежуточной частоте, на я/2, после чего эти напряжения суммируются в сумматоре S. При этом, как показывает анализ [76, 82], напряжения промежуточной частоты из основного канала, имея одинаковые фазы складываются и удваиваются, а напряжения промежуточной частоты из зеркального канала будучи в контрфазах, уничтожа-