Сайт
  • Главная "RFDesign"
  • Новые статьи
  • РЧ функциональные узлы и радиокомпоненты
  • Смесители и преобразователи сигналов
  • Форум
  • Карта сайта
  • Гостевая книга
  • О сайте
  • Смесители и преобразователи сигналов для устройств подвижной связи. Основные сведения


  • Смеситель (Mixer)– функциональный узел, предназначенный для объединения двух или более РЧ сигналов и формирования выходного сигнала, являющегося обычно суммой или разностью входных сигналов.

  • Смеситель, как правило, используется для преобразования вверх или вниз по частоте модулированного РЧ сигнала и называется в этом случае преобразователем сигнала (Signal Converter).

  • Если выходная частота смесителя меньше, чем входная, смеситель называют смесителем с преобразованием сигнала вниз (Downconverting Mixer), в противном случае - смесителем с преобразованием сигнала вверх (Upconverting Mixer ).

    Итак, смеситель – это устройство, имеющее два входа и один выход (часто называемых портами), осуществляющее перемножение двух сигналов и используются, как правило, для преобразования частоты сигнала. При этом в смесителях происходит перемножение двух сигналов, один из которых имеет входную частоту fвх (РЧ сигнал), другой - частоту гетеродина fгет, с целью получения на выходе сигнала с частотой, являющегося определенной комбинацией fвх и fгет. Сигнал на выходе смесителя с преобразованием сигнала вниз, обычно называют сигналом промежуточной частоты (ПЧ) fпч.

    Преобразование частот в смесителях

    Рис. 1. Типовой спектр на выходе смесителя с нижней настройкой гетеродина

    На рис. 1 показан спектр сигнала на выходе смесителя с преобразованием частоты вниз. В смесителе, спектр которого показан на рис. 2, частота гетеродина (Local Oscillator, LO) fгет ниже входной частоты, т.е. реализована так называемая нижняя настройка гетеродина (Low-side Injection). Частота гетеродинасмешивается с радиочастотой (РЧ) fвх, которая понижается в результате смешивания до промежуточной частоты (ПЧ) fпч. В идеальном случае, на выходе смесителя присутствовали бы только желательные частоты со значениями fвх + fгет и fвх - fгет.

    Полупроводниковые приборы имеют нелинейную вольт-амперную характеристику ВАХ, поэтому в функции, описывающей их нелинейность присутствует большая компонента второго порядка, что позволяет получать продукт смешивания с большим уровнем. Однако в выходном сигнале смесителя появляются побочные составляющие, ухудшающие эффективность преобразования.

    Вообще говоря, на выходе смесителя получаются комбинационные частоты m fвх ± n fгет, где m и n=1,2,3… Нежелательные (паразитные) компоненты на выходе смесителя отфильтровываются с помощью фильтров с необходимыми параметрами.

    Рис. 2. Возникновение зеркального канала при преобразовании частоты

    При смешивании сигналов необходимо учитывать появление зеркального канала (Image Frequency). Он отстоит на 2fпч от РЧ сигнала, и сигналы с частотами fзерк, преобразовываются непосредственно на 2fпч наряду с входным. Шумы и нежелательные сигналы, присутствующие на входе смесителя на этой зеркальной частоте ухудшают характеристики системы. Путем применения фильтров или смесителей с подавлением зеркального канала, описанных далее, эта проблема частично решается.

    В смесителях с преобразованием частоты вверх, например, в трактах передачи, входным сигналом смесителя является сигнал ПЧ. Выходной сигнал представляет собой сумму или разность частот гетеродина и ПЧ в зависимости от нижней или верхней настройки гетеродина. Если на выходе смесителя требуется частота fвых = fвх + fгет, то разностная частота fвых = fвх - fгет является зеркальной и должна быть подавлена до смесителя или в смесителе с подавлением зеркального канала.

    В большинстве смесителей используется внутренняя фильтрующая система, которая уменьшает уровни нежелательных составляющих на выходе узла. Кроме того, для подавления нежелательных составляющих используются балансные смесители.

    Типы смесителей

    По типу схемотехнической реализации смесители можно разделить на несколько основных групп:

    • несимметричные (небалансные) смесители (Single Ended Mixer);
    • [одиночные] балансные смесители (Single Balanced Mixer);
    • двойные балансные смесители (Double Balanced Mixer);
    • тройные балансный смесители (Triple Balanced Mixer);
    • смесители с подавлением зеркального сигнала (Image Reject Mixer).

    Кроме того, обычно производят деление смесителей на две группы: пассивные смесители (Passive Mixer) и активные смесители (Active Mixer).

    Пассивные и активные смесители

    В пассивных смесителях (Passive Mixer) в качестве нелинейных элементов применяются полупроводниковые диоды. При использовании в пассивных смесителях транзисторов, как правило, полевых, они используются в качестве ключей.

    В активных смесителях (Active Mixer) используются полупроводниковые транзисторы в активном или ключевых режимах.

    В инженерной практике активными смесителями иногда называют СВЧ-изделия, у которых на входе одного или нескольких портов включены встроенные широкополосные усилители.

    Небалансные и балансные смесители

    Рис. 3. Небалансные пассивный и активный сесители

    • Небалансные смесители (Single Ended Mixer, SEM) в настоящее время применяются крайне редко, так как не обеспечивает приемлемой развязки между портами, а мощность выходного полезного сигнала зависит от уровней как входного, так и опорного сигналов. Главное преимущество небалансных смесителей, наряду с их схемотехнической простой, состоит в том, что они могут работать в очень широком диапазоне частот, перекрывающем более пяти декад. Это делает вполне оправданным их использование в некоторых приложениях подвижной связи.
    • Лучшими характеристиками обладают балансные смесители. Могут быть предложены различные схемотехнические варианты их реализации. Общим свойством таких структур является их схемная симметрия. Различные варианты схемотехнической реализации балансных смесителей приведены далее.

    Рис. 4. Применение симметрирующих устройств в балансных смесителях

    Для качественного функционирования таких смесителей входные напряжения, подаваемые на симметричные части устройства, должны иметь одинаковые амплитуды и противоположные фазы. Так как зачастую источники сигналов, подаваемых на смеситель, не имеют балансных (дифференциальных, двухтактных) выходов, на входе смесителя необходимо применять симметрирующие устройства или схемы. Достаточно простым устройством такого типа являются РЧ трансформаторы - балуны, специально предназначенные для перехода от балансных к небалансным схемам и наоборот. Вывод средней точки одной из обмоток такого трансформатора соединяется с массой (общим проводом), поэтому имеет потенциал, равный нулю. В результате, если мгновенная полярность на одном из незаземленных выводов обмотки положительна, на другом она отрицательна.

    Наилучшую развязку между портами обеспечивают балансные смесители (Single-balanced Mixer), а между всеми тремя портами - двойные балансные смесители (Double-balanced Mixer).

     

     
  • Сайт находится в стадии оформления, информационного наполнения и тестирования. Приносим извинения за возможные неточноcти и некорректную работу. Рады конструктивным замечаниям, предложениям и вопросам, которые можно записать в гостевую книгу или отправить по е-почте.
    |||| Гостевая книга ||||
    Copyright © 1999-2007 Sergey Dinges - Сергей Дингес, email: rfdesign@yandex.ru