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.
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 смесителя (преобразователя частоты) приведен на рисунке 2.
Рисунок 2. Спектр сигнала на выходе кольцевого 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.
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 одно- децибельной компрессии (дБм) |
IP3 (дБм) | Диапазон частот гетеродина и радиочастоты (МГц) | Диапазон частот промежу- точной частоты (МГц) |
Потери преобра- зования (дБ) |
Развязка между входами радио- частоты и гетеродина (дБ) |
Развязка между входами промежу- точной 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.
Рисунок 4. Внешний вид и размеры смесителей ADE
(2)
, 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
