10.10. Преобразование частоты с помощью нелинейного реактивного элемента

Рассмотренный в предыдущем параграфе двухчастотный параметрический усилитель можно использовать в качестве преобразователя частоты, если съем колебания осуществлять на комбинационной частоте. Для схемы на рис. 10.20 эта частота равна ω₂ = ω_н - ω₁. При ω₂ > ω₁ мощность, которая может быть снята на частоте ω₂, больше мощности на частоте ω₁ входного сигнала в ω₂/ω₁ раз (рис. 10.22). При работе в таком режиме имеет место "переворачивание", или "обращение" спектра сигнала, как и в случае, рассмотренном в § 8.10 при ω_г > ω_s (в схеме на рис. 10.20 роль гетеродина выполняет генератор накачки).

При работе на СВЧ осуществление генераторов накачки на частоте, намного превышающей частоту сигнала, является трудной задачей. Кроме того, дальнейшая обработка сигнала при преобразовании частоты "вверх" очень усложняется. Поэтому наиболее распространен режим работы при близких частотах ω₁ и ω₂. Усиление при этом достигается не за счет повышения отношения ω₂/ω₁, а за счет эффекта регенерации.

В диапазонах длинных, коротких и ультракоротких волн, когда можно использовать мощные генераторы накачки с частотой, во много раз превышающей частоту сигнала, существует возможность сочетания параметрического усиления с преобразованием частоты "вверх". Спектрограмма подобного усилителя-преобразователя изображена на рис. 10.23. Усиленное колебание снимается на комбинационной частоте ω₂ = ω_н + ω₁. Мощность этого колебания равна сумме мощности входного сигнала P_s и мощности, отбираемой от генератора накачки Р_н. При этом следует иметь в виду, что в рассматриваемом случае эффект регенерации отсутствует и непосредственно на частоте сох усиления нет. Нерегенеративное преобразование частоты можно осуществить также в схеме с нелинейной емкостью при использовании частоты накачки ω_н < ω₁ и выделении в нагрузке разностной частоты ω₂ = ω₁ - ω_н (рис. 10.24). В данном случае усиление вообще отсутствует. Единственным источником энергии является входной сигнал. Эта энергия расходуется как в цепи, содержащей сопротивление нагрузки (на частоте ω₂), так и в цепи, содержащей генератор накачки. При использовании теоремы Мэнли-Роу (см. § 10.5) этот результат вытекает из отрицательности Р_н.

Рис. 10.23. Соотношение мощностей на различных частотах в параметрическом усилителе - преобразователе частоты

Рис. 10.24. Соотношение мощностей в параметрическом нерегенеративном преобразователе частоты