Дата последнего обновления файла 19.10.2011

Кольцевые смесители (преобразователи частоты)

На выходе балансного смесителя подавлено напряжение гетеродина, но присутствует напряжение принимаемого рабочего сигнала. Как это обсуждалось при рассмотрении принципов работы супергетеродинного приемника, на выходе идеального умножителя этих компонентов не должно быть в принципе. Уменьшить уровень радиосигнала на выходе преобразователя частоты позволяет схема кольцевого смесителя (преобразователя частоты). Эту схему часто называют двойным балансным смесителем. Принципиальная схема диодного кольцевого смесителя приведена на рисунке 1.

Схема диодного кольцевого смесителя (преобразователя частоты)

Рисунок 1. Схема диодного кольцевого смесителя (преобразователя частоты)

Подавление входного сигнала на выходе кольцевого смесителя (преобразователя частоты) производится за счет вычитания токов балансного смесителя, собранного на диодах VD1, VD4 и токов балансного смесителя, собранного на диодах VD2, VD3.

Спектр сигнала на выходе кольцевого балансного смесителя (преобразователя частоты) приведен на рисунке 2.

Спектр сигнала на выходе кольцевого балансного смесителя (преобразователя частоты)

Рисунок 2. Спектр сигнала на выходе кольцевого балансного смесителя (преобразователя частоты)

Обратите внимание, что спектр сигнала на выходе кольцевого смесителя (преобразователя частоты) уже похож на спектр идеального умножителя. Недостаточно подавленные компоненты спектра выходного сигнала должны быть подавлены полосовыми фильтрами на входе и выходе смесителя.

На выходе схемы кольцевого смесителя (преобразователя частоты) подавляется не только сигнал, присутствующий на входе преобразователя частоты, но и все компоненты, формируемые нечетными степенями полинома аппроксимации крутизны нелинейных элементов, примененных в смесителе. Процесс подавления входного сигнала на выходе кольцевого смесителя (преобразователя частоты) иллюстрируется рисунком 3.

Временная диаграмма напряжения на выходе кольцевого смесителя (преобразователя частоты)

Рисунок 3. Временная диаграмма напряжения на выходе кольцевого смесителя (преобразователя частоты)

На этом рисунке рассмотрена ситуация, когда частоты принимаемого сигнала и гетеродина равны. Временная диаграмма выходного тока напоминает временную диаграмму выпрямленного сигнала. В результате четные полуволны принимаемого сигнала подавляют нечетные. Это приводит к тому, что все нечетные гармоники спектра выходного сигнала подавляются. В спектре выходного сигнала в основном присутствуют компоненты четных гармоник:

   (1)

Если при этом вольтамперная характеристика нелинейного элемента будет аппроксимироваться квадратичной функцией (полином второго порядка), то мы получим преобразователь, максимально приближенный к идеальному умножителю. Приближение формы вольтамперной характеристики смесительных диодов к квадратичному полиному удается получить соответствующим подбором объемного сопротивления полупроводника.

В настоящее время кольцевые диодные смесители (преобразователи частоты) выполняются в виде готовых интегральных микросхем. При этом входное и выходное сопротивление выполняется равным 50 Ом. Входное сопротивление входа гетеродина тоже делается равным 50 Ом. Интегральное исполнение кольцевого смесителя (преобразователи частоты) позволяет добиться высокой степени симметричности плечей смесителя, что позволяет получить достаточно хорошие характеристики подавления сигналов гетеродина в цепях радио и промежуточной частоты. В качестве примера подобных кольцевых смесителей (преобразователей частоты) можно привести смесители, выпускающиеся фирмой Mini-Circuits. Параметры некоторых из них приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры кольцевых смесителей (преобразоватей частоты)

Тип смесителя Уровень гетеродина (дБм) Точка однодецибельной компрессии (дБм) IP3 (дБм) Диапазон частот гетеродина и радиочастоты (МГц) Диапазон частот промежуточной частоты (МГц) Потери преобразования (дБ) Развязка между входами радиочастоты и гетеродина (дБ) Развязка между входами промежуточной частоты и гетеродина (дБ)
ADE-1L +3 0 +16 2...500 0...500 8.0 68...30 55...25
ADE-3L +3 +3 +10 0.2-400 0...400 9.0 58...28 55...20
MBA-10L +3 0 +9 800...1000 0...200 9.5 20 15
MBA-15L +4 0 +10 1200...2400 0...600 8.5 27 20
MBA-25L +4 0 +10 2000...3000 0...600 8.6 28 15
MBA-35L +4 0 +9 3000...4000 0...700 8.5 26 17

Габариты данных смесителей выполняются достаточно малыми, пригодными для поверхностного монтажа. На рисунках 4 и 5 приведены фотографии этих микросхем.

Внешний вид смесителей ADE Размеры смесителей ADE

Рисунок 4. Внешний вид и размеры смесителей ADE

Внешний вид смесителей MBA Размеры смесителей MBA

Рисунок 5. Внешний вид и размеры смесителей MBA

Так как входные и выходные сопротивления выбранных смесителей равны 50 Ом, то схема включения данных узлов радиоприемника достаточно проста. Она приведена на рисунке 6.

Схема включения смесителя частоты на ИМС ADE-1L

Рисунок 6. Схема включения смесителя частоты на ИМС ADE-1L

При построении современных систем производственной или сотовой радиосвязи следует иметь в виду, что в этих системах связи применяются достаточно высокие частоты. Поэтому при реализации высокочастотных узлов радиоаппаратуры, в том числе и смесителей частоты, следует особое внимание уделять их конструктивным особенностям. Например, все линии связи должны выполняться в виде микрополосковых линий, а отдельные узлы приемников и передатчиков экранироваться от электромагнитных излучений. На рисунке 7 приведена конструкция микрополосковой линии, в которой сигнальный проводник проходит над заземляющей поверхностью печатной платы.

Конструктивное исполнение микрополосковой линии с заданным волновым 
сопротивлением

Рисунок 7. Конструктивное исполнение микрополосковой линии с заданным волновым сопротивлением

На данном рисунке W — это ширина сигнального проводника; T — толщина напыления меди; H — толщина диэлектрика печатной платы, обладающего электрической проницаемостью . Следует отметить, что для конкретной печатной платы все параметры фиксированы за исключением ширины сигнального проводника. Волновое сопротивление микрополосковой линии можно найти по эмпирической формуле:

Волновое сопротивление микрополосковой линии   (2)

В данной формуле значения H делится на W и T, в результате чего получается безразмерный коэффициент. Поэтому данные значения могут подставляться как в миллиметрах, так и в дюймах. Например, при применении стеклотекстолита FR-4 толщиной 0,5 мм и , равной 4,0, для реализации волнового сопротивления 50 Ом линию передачи необходимо выполнить полоской с шириной 0,5 мм. Толщина покрытия меди при этом должна быть равной 0,04 мм. Для реализации волнового сопротивления 75 Ом при тех же условиях ширина проводника должна быть равной 0,2 мм. Более точные вычисления можно выполнить при помощи калькулятора волнового сопротивления, приведенного на сайте http://mcalc.sourceforge.net/#calc.

Пример конструктивного исполнения смесителя на ИМС ADE-1L приведен на рисунке 8.

Пример конструктивного исполнения смесителя частот на ИМС ADE-1L

Рисунок 8. Пример конструктивного исполнения смесителя частот на ИМС ADE-1L

На рисунке четко прослеживается строгое выдерживание ширины проводников, подводящих входные сигналы. Видно как конструктивно удалены резкие изменения направления для того, чтобы избежать отражения от неоднородности полосковой линии.

Литература:

  1. "Проектирование радиоприемных устройств" под ред. А.П. Сиверса - М.: "Высшая школа" 1976 стр. 6
  2. Палшков В.В. "Радиоприемные устройства" — М.: "Радио и связь" 1984 стр. 32
  3. http://qrx.narod.ru/book/red2/1.5.htm
  4. http://www.minicircuits.com/products/Mixers.shtml

Вместе со статьей "Кольцевые смесители" читают:

Параметры смесителя Реальные смесители сложны для анализа, и поэтому их эксплуатационные характеристики определяются множеством параметров...
http://digteh.ru/WLL/ParSmes.php

Принцип работы смесителя Обычно операция умножения двух аналоговых сигналов осуществляется за счет вольтамперной характеристики нелинейного элемента...
http://digteh.ru/WLL/Smes.php

Диодный смеситель В диодном преобразователе на вход нелинейного элемента, в качестве которого выступает диод, одновременно подаются два сигнала...
http://digteh.ru/WLL/DiodSmes.php

Балансные смесители Для того чтобы убрать из выходного сигнала напряжение гетеродина обычно применяют двухтактную схему, называемую балансным смесителем...
http://digteh.ru/WLL/BalSmes.php

Смесители с подавлением зеркального канала В ряде случаев в супергетеродинном приемнике очень трудно обеспечить удовлетворение требований по подавлению частоты зеркального канала и соседнего канала одновременно...
http://digteh.ru/WLL/kvSmes.php


Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2017

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс

Поиск по сайту сервисом ГУГЛ

пЕИРХМЦ@Mail.ru


Яндекс.Метрика
Rambler's Top100