Синусоидальные входные сигналы, применяемые к нелинейной системе, дают выходные данные, содержащие разные частоты, и результаты могут быть хорошими, плохими или ужасными.
Согласно словарному определению, интермодуляция — это «производство в электрическом устройстве токов, имеющих частоты, равные сумме и разности частот, подаваемых на устройство». В электротехнической литературе за этим словом часто следует слово искажение. Действительно, интермодуляционные искажения (IMD) — это плохо, и эту проблему необходимо устранить. Однако процесс, вызывающий IMD, часто находит хорошее применение в коммуникационных и тестовых приложениях.
Каков пример хорошего использования?
Преобразование частоты — преобразование с повышением или преобразованием с понижением частоты. Преобразование с повышением частоты преобразует сигнал основной полосы или промежуточной частоты (ПЧ) в радиочастотный сигнал для передачи; он находит применение в генераторах сигналов произвольной формы. Преобразование с понижением частоты преобразует полученный радиочастотный сигнал в основной диапазон или сигнал ПЧ; он находит применение в анализаторах высокочастотных сигналов.
Как долго используется частотный перевод?
По крайней мере, со времен телеграфа. Рисунок 1 показана упрощенная схема радиоприемника с супергетеродинной амплитудной модуляцией (AM). Здесь смеситель преобразует радиочастотный сигнал с понижением частоты в фиксированную промежуточную частоту (ПЧ) с помощью переменного гетеродина (LO), подключенного к радиочастотному тюнеру. Эта схема была запатентована в 1917 году и используется до сих пор.
А что насчет плохого: IMD хуже, чем гармонические искажения?
В области аудио IMD обычно считается худшим. Композиторы веками вписывали гармоники в свою музыку. Если вы слушаете композицию, которую раньше не слышали, и у вас нет копии партитуры, вы можете не знать, слышите ли вы гармонические искажения или намеренно написанную гармоническую линию. С другой стороны, слушатели воспринимают IMD как уродство. (Бывают исключения.) Но в целом искажения — это искажения, будь то гармонические или ИМД, и их следует минимизировать. Даже в области аудио композиторы не хотят, чтобы вы слышали гармоники, которые они не планировали.
Хорошо, вернемся к преобразованию частоты: как работает микшер?
Смеситель — это нелинейный компонент, который умножает два синусоидальных входных сигнала и генерирует выходной сигнал, содержащий сумму и разность входных частот.
Подожди, напомни мне, почему умножение нелинейное?
Умножение по своей сути не является нелинейным. Умножение переменной и константы представляет собой простой этап линейного усиления. Умножение двух переменных нелинейно.
Проверка линейности заключается в том, придерживается ли система принципа суперпозиции, который, в свою очередь, требует, чтобы система проявляла аддитивность и однородность. Аддитивность говорит, что если входные данные a производит продукцию x и ввод b производит продукцию y, затем одновременно применяя a+b будет производить x+y.
Математически однородность соответствует f(cx)=сf(x), где c — константа. Короче говоря, однородность означает, что если вы удвоите входные данные, то и выпуск удвоится.
Рисунок 2 проверяет на однородность две системы: сумматор и умножитель, каждая из которых принимает на вход две переменные. Как показано на рисунке 2а, удвоение входов сумматора удваивает выходы, что дает галочку за однородность. Что касается множителя, удвоение входных данных более чем удваивает выходной результат, поэтому множитель не проходит тест на однородность. На рис. 2б результаты показаны графически. Согласно вашему предыдущему замечанию об умножении, красная линия — это синяя линия, умноженная на константу 2, и результат является линейным.
Не могли бы вы привести конкретный пример микшера?
Рисунок 3a показан смеситель, умножающий сигналы частотой 300 МГц и 50 МГц. На рисунке 3b более подробно рассмотрены входы (красная и синяя кривые) и выходные данные (черная кривая).
Частотное содержание черной трассы не сразу становится очевидным, поэтому мы позаимствуем быстрое преобразование Фурье (БПФ) из нашей предыдущей серии статей по этой теме (часть 4 включает краткое изложение всей серии) и рассмотрим ее поближе. Рисунок 4 показывает, что микшер заменил входные сигналы частотой 50 МГц и 300 МГц сигналами, представляющими сумму этих сигналов (350 МГц) и разность (250 МГц).
Подождите, а что произойдет, если мы модулируем несущую? Ваш пример предполагает, что несущая частота исчезает и заменяется другими частотами. Кажется, это не то, что происходит в реальном мире.
Это зависит от типа модуляции. Мы более подробно рассмотрим часть 2. Затем мы сосредоточимся на IMD (включая его подмножество пассивных IMD или искажений PIM), как его измерить и как свести к минимуму.