Шумы преобразователя частоты

Преобразователь частоты расположен в первых каскадах приемного устройства, поэтому уровень его шумов влияет на чувствительность приемного устройства. В ПЧ существуют 4 основные источника возникновения шумов:

1. Шумы преобразовательного элемента (смесителя).

2. Шумы преселектора.

3. Шумы выходных цепей, настроенных на промежуточную частоту.

4. Шумы гетеродина.

Шумы преобразовательного элемента (смесителя). В транзисторных ПЧ шум возникает вследствие флуктуаций потоков зарядов под действием приложенного электрического поля (дробовый шум) и хаотического движения носителей заряда (тепловой шум).

На вход транзисторного ПЧ от источника сигнала поступает шум с мощностью ; мощность собственных шумов ПЧ, выделяющаяся на нагрузке: . Полная мощность шумов на выходе ПЧ , где коэффициент передачи ПЧ по мощности. Коэффициент шума ПЧ . Для сравнения коэффициент шума транзистора в режиме усиления определяется аналогичным выражением , где – коэффициент усиления.

Различие коэффициентов шума транзистора в режимах усиления и преобразования связано с неодинаковостью коэффициентов усиления и преобразования. Коэффициент преобразования зависит от крутизны преобразования , которая при связана с первой гармоникой крутизны транзистора соотношением . В режиме усиления максимальное значение крутизны в 2 раза больше первой гармоники крутизны: . Тогда и коэффициент преобразования будет в 4 раза меньше коэффициента усиления. При использовании одного и того же транзистора коэффициент шума в режиме преобразования будет в 4 раза выше, чем в режиме усиления.

Коэффициент шума диодного ПЧ вычисляется так же, как и для транзисторного ПЧ. Общий коэффициент шума для ПЧ и последующего УПЧ , где – коэффициент шума УПЧ. Из последнего выражения следует, что при малом напряжении гетеродина , когда мал , большой вклад в общий коэффициент шума вносит УПЧ. При увеличении растет и уменьшается влияние , однако при дальнейшем росте возрастут дробовые шумы из-за увеличения тока диода, что приведет к росту Ш. Отсюда следует, что существует оптимальное напряжение гетеродина, минимизирующее общие шумы ПЧ и УПЧ.

Шумы преселектора это шумы, присутствующие в полосе частот сигнала, которые в результате прямого преобразования переносятся в полосу пропускания УПЧ. Поскольку полоса пропускания преселектора много больше полосы УПЧ, то этот шум можно аппроксимировать белым шумом. Если преселектор имеет плохую избирательность по частоте, то шумы в тракт ПЧ поступают как от основного канала приема, так и от всех побочных каналов (зеркального и др.). В результате возрастает общий уровень шума. Для уменьшения влияния шумов преселектора следует улучшать его частотную избирательность.

Шумы выходных цепей. На выходе ПЧ присутствует шум, который в результате обратного преобразования переносится в полосу частот сигнала и создает во входном контуре напряжение, которое затем в результате прямого преобразования переносится обратно в тракт промежуточной частоты. Поэтому шумы, присутствующие на входе и выходе ПЧ, участвуют в прямом и обратном преобразованиях и повышают общий уровень шумов в тракте ПЧ. Выходная и входная цепи ПЧ связаны друг с другом и создают больше шумов, чем если бы они были изолированными.

Шумы гетеродина. В спектре колебаний гетеродина кроме основной частоты из-за небольших флуктуаций фазы и амплитуды генерируемых колебаний присутствуют боковые полосы. Они по своим свойствам подобны флуктуационным шумам других узлов приемника и называются шумами гетеродина. Схематично, без соблюдения масштаба спектр колебаний гетеродина приведен на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Спектр шумов гетеродина

Уровень шумов гетеродина в 10³…10⁵ раз меньше амплитуды колебаний гетеродина, но соизмерим по уровню с входным сигналом. В результате прямого преобразования спектры шумов, расположенные около частот , переносятся на промежуточную частоту и тем самым повышают общий уровень шума.

Ширина спектра шумов гетеродина зависит от полосы пропускания резонансной цепи гетеродина и обычно увеличивается с ростом его частоты. При ГГц шумы гетеродина могут увеличивать коэффициент шума преобразователя в 2 и более раз. На более низких частотах из-за сужения спектра шумов или при больших значениях промежуточной частоты шумы гетеродина не попадают в полосу УПЧ и не повышают общий коэффициент шума.

Для предотвращения проникновения шумов в тракт промежуточной частоты следует использовать балансные схемы ПЧ.

Шевченко Майя Евгеньевна

Сарафов Борис Венцеславович

Прием и обработка сигналов

Учебное пособие

ЛР № 020617 от 24.06.98

Подписано в печать . . Формат 60´84 ¹/₁₆. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 3.Уч.-изд.л. 3

Тираж 100 экз. Заказ

Издательство СПбГЭТУ “ЛЭТИ”

197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: