Смеситель для симметричных линий

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.


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)

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

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


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.


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 ε. Следует отметить, что для конкретной печатной платы все параметры фиксированы за исключением ширины сигнального проводника. Волновое сопротивление микрополосковой линии можно найти по эмпирической формуле:

(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.


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.

Дата последнего обновления файла 10.10.2018

Понравился материал? Поделись с друзьями!

  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. https://www.minicircuits.com/WebStore/Mixers.html

Вместе со статьей «Кольцевые смесители» читают:

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

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

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

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

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

БАЛАНСНЫЕ СМЕСИТЕЛИ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, МОДУЛЯТОРЫ, ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

Балансные смесители представляют собой устройства, предназначенные для выполнения операции сложения или вычитания частот двух или более сигналов.

Балансные смесители используют в радиоприемной/ради- опередающей технике для синтеза необходимой рабочей частоты или переноса сигнала из одной области частот в другую (выше или ниже по частоте). Если подать на входы такого устройства сигналы двух частот, то на выходе смесителя будут присутствовать, по меньшей мере, сигналы четырех частот: исходных, их суммы и их разности. Ненужные для последующей работы сигналы удаляют за счет использования фильтров.

Рис. 39.7. Эквивалентная схема микросхемы балансного модулятора МС1496

Микросхема балансного модуля- тора/демодулятора МС1496/МС1596 фирмы Philips Semiconductor, Motorola (рис. 39.1) предназначена для использования в качестве широкополосного смесителя, умножителя частоты, фазового или амплитудного детектора и т. д.

Близким ее отечественным аналогом, имеющим, однако, иную цоколевку и характеристики, является микросхема балансного модулятора 140МА1, К140МА1, КР140МА 7.

Микросхема МС1496 способна работать при напряжении питания

Рис. 39.2. Схема преобразователя частоты для супергетеродинного приемника

на микросхеме МС1496

до 30 В, потребляя ток до 10 мА. Рекомендуемое напряжение питания — 12 В. Предельная рабочая частота — 10 МГц, хотя микросхема сохраняет работоспособность и при работе на частотах до 300 МГц и выше.

Пример использования микросхемы МС1496 в качестве преобразователя частоты супергетеродина приведен на рис. 39.2.

Схема удвоителя частоты на микросхеме МС1496 представлена на рис. 39.3. При подаче на оба входа микросхемы перемножителя (балансного модулятора) сигнала синусоидальной формы она обеспечивает на

Рис. 39.3. Схема удвоителя частоты на микросхеме MCI 496

выходе сигнал синусоидальной формы удвоенной частоты. Индуктивность Ll=600 нГн, L2=10 нГн.

ные. 39.4. Электрическая схема микросхемы К174ПС1

Микросхемы К174ПС1 (UL1042N, S042, ТСА240, U5010A), рис. 39.4 и рис. 39.5, и их аналоги 174ПС1У КФ174ПС1

(иная цоколевка и корпуса) можно отнести к универсальным, пригодным для использования в радиоэлектронных конструкциях разнообразного назначения. Основное назначение этих микросхем — использование в качестве двойных балансных смесителях (преобразователях частоты) для радиоприемных устройств КВ и УКВ диапазонов (до частот порядка 200 МГц и выше) [39.1].

Крутизна преобразования микросхемы К174ПС1 —не менее

Рис. 39.5. Типовая схема включения КТ74ПС1

4,5 мА/Ву коэффициент шума — не свыше 8 дБ. Потребляемый ток — 2,5 мА при напряжении питания 9 В. Входное напряжение — не более 1 В.

Более современная модификация микросхемы — К174ПС4у имеющая аналогичную электрическую схему, цоколевку и области использования, способна работать до частот 1000 МГц. При номинальном напряжении питания 6(±10 %) В микросхема потребляет ток до 10 мАу имеет крутизну преобразования 6 мА/В на частоте 2,8 МГц и 5 мА/В на частоте 1000 МГц. Коэффициент шума на частотах 100 и 1000 МГц — не свыше 12 дБ и 14 дБу соответственно. Входные напряжения — не более 0,5 В.

может быть использован в тракте усилителя высокой или промежуточной частоты радиоприемника [39.1,

Рис. 39.6. Дифференциальный усилитель на микросхеме К7 74ПС7

имеет коэффициент передачи около 20 дБ, частота настройки в пределах 160 кГц — 230 МГц при переключении LI С1-контуров изменяется перестройкой конденсатора переменной емкости С1 [39.1]. Коэффициент передачи усилителя зависит от режима работы каскада на транзисторе VT1, что позволяет ввести в усилитель АРУ с глубиной регулировки до 40 дБ.

На рис. 39.8 показано применение микросхемы К174ПС1 в преобразователе частоты радиовещательного приемника [39.1]. Контур L1C1 настроен на промежуточную частоту, настройка гетеродина определяется контуром L2,C5—C10,VD1. При отсутствии варикапа элементы С9, CIO, Rl, R2 можно исключить и настраивать контур гетеродина конденсатором переменной емкости, включенным параллельно катушке индуктивности L2.

Читайте также  Простая система радиооповещения

Рис. 39.7. Схема резонансного усилителя на микросхеме К7 74ПС 7

Рис. 39.8. Схема преобразователя частоты радиовещательного приемника

Рис. 39.9. Входная часть связного супергетеродина с двойным преобразованием частоты на микросхемах К174ПС1

Радиоприемник (рис. 39.9) может принимать сигналы радиолюбительских радиостанций в диапазоне 14 МГц (или 21 МГц при замене контуров) [39.3]. Приемник состоит из входного предусилителя на транзисторе VT1 и двух смесителей с перестраиваемым (DA1) и кварцованным (DA2) гетеродинами. Выходной сигнал частотой 465 кГц через фильтр промежуточной частоты подают затем на AM/SSB-детектор и УНЧ (на схеме не показано).

Катушки индуктивности радиоприемника выполнены на каркасах диаметром 6—7 мм с подстроечными сердечниками из феррита и содержат: L2, L4—L9 — по 18 витков провода диаметром 0,3—0,4 мм виток к витку; LI, L3, L10 — по 6 витков такого же провода, намотанных поверх соответствующих катушек; L11 — 80 витков провода диаметром 0,15 мм внавал. Катушки выполнены без экранов. При использовании экранов число витков следует увеличить на 30—40 %.

Рис. 39.10. Схема синхронного детектора декодеров цвета/ удвоитель частоты

Микросхему К174ПС1 можно использовать и для детектирования балансномодулированных сигналов в синхронных детекторах декодеров цвета телевизионных систем PAL и НТСЦ, рис. 39.10 [39.1]. На вход 1 подают сигнал цветовой поднесущей, а на вход 2 — сигнал с кварцевого генератора декодера.

Противофазные продетектирован- ные сигналы снимают с резисторов R1 и R2. На выходе такого детектора получается один из цветоразностных сигналов. Для другого сигнала нужен второй детектор.

Данное устройство может быть и удвоителем частоты, для чего необходимо объединить входы 1 и 2. Тогда с выходов можно снимать сигналы с

Рис. 39.11. Схема смесителя для УКВ-приемника

Смеситель УКВ– радиоприемника на микросхеме К174ПС1 (UL1042) с перестройкой контуров при помощи вариометров показан на рис. 39.11 [39.4].

Радиоприемник на фиксированную частоту приема, выделенную для устройств дистанционной охраны объектов (27,12 МГц), может быть изготовлен с использованием преобразователя частоты, рис. 39.12 [39.1,39.2]. Сигнал с выхода конвертора подается на УПЧ радиовещательного приемника.

Рис. 39.12. Схема конвертора-приемника радиоохранной сигнализации

Рис. 39.13. Схема входных цепей радиоприемника СВ-диапазона (27,12 МГц)

Простой приемник, входные цепи которого приведены на рис. 39.13, выполнен с использованием микросхемы К174ПС1 или К174ПС4 [39.5]. Контур L1C3 настроен на частоту 27,12 МГц, соответствующую СВ-диапазону. С выхода устройства снимается сигнал промежуточной частоты 465 кГц, который может быть усилен, проде- тектирован и подан на УНЧ. Катушки индуктивности L1 и L2 (в экране) намотаны на каркасе от контуров модулей цветности или декодеров PAL телевизоров 2-3-4-УСЦТ и имеют 6 и 2 витка провода ПЭВ 0,31 мм (или 0,2—0,5 мм). В качестве фильтра Z1 можно использовать пьезокерамический фильтр ФП1П1-61-01.

Радиоприемное устройство на 2-х метровый диапазон, точнее, его входную часть до УПЧ можно собрать по схеме, рис. 39.14 [39.4]. В качестве входного двухзатворного полевого транзистора VT1 можно использовать транзисторы BF960, KF907, КП350. Чувствительность конвертора (приемника) регулируют потенциометром R4.

Конвертер с кварцевой стабилизацией частоты гетеродина (рис. 39.15) имеет повышенную чувствительность и избирательность за счет использования двухкаскадного предусилителя на полевых транзисторах и промежуточного ВЧ-фильтра, настроенного на центральную частоту принимаемого диапазона длин волн [39.4].

Рис. 39.16. Схема и цоколевка двойного балансного смесителя SA612A

Рис. 39.14. Схема входных цепей FM-приемника на 144 МГц

Рис. 39.15. Схема ВЧ-каскада преобразования частоты радиоприемника

Обмотки трансформатора L2, L3 содержит 18 и 10 витков провода ПЭВ 0,25. Транзисторы VT1, VT2 — BF256, КПЗОЗ.

Двойной балансный частотный смеситель SA612A (Philips Semiconductors), аналоги NE602N, NE612 (рис. 39.16) предназначен для использования в приемопередающей аппаратуре, работающей в полосе частот до 500 МГц [39.6, 39.7]. Напряжение питания — 4,5—8 В при максимальном токе потребления 3 мА.

Предельная частота встроенного гетеродина —

200 МГц, входное и выходное сопротивление —

Рис. 39*17. Типовая схема включения микросхемы SA612А

Рис. 39.18. Варианты выполнения входных цепей балансного смесителя на микросхеме SA612A

Рис. 39.19. Варианты выполнения выходных цепей балансного смесителя на микросхеме SA612А ,

Рис. 39.20. Варианты выполнения цепей гетеродина балансного смесителя на микросхеме SA612А

Типовая схема включения микросхемы показана на рис. 39.17. Варианты подключения входных, выходных цепей и цепей гетеродина — на рис. 39.18—39.20. Параметры катушек индуктивности, рис. 39.17: L1 — 0,2—0,283 мкГн;

Рис. 39.21. Удвоитель частоты на микросхеме ΝΕ612

L2 — 0,5—1,3 мкГн; L3 — 5,5 мкГн·,

С использованием микросхемы ΝΕ612 может быть изготовлен несложный удвоитель частоты, рис. 39.21 [39.8]. Взаимосвязанные колебательные контуры L1C5, L2C6 должны быть настроены на частоту второй гармоники входного сигнала.

Для СВ-радиостанций, работающих по сетке частот, обычно используют цифровые синтезаторы. Учитывая, что при приеме сигналов используется автоподстройка на частоту канала, можно собрать простой аналоговый синтезатор частот, плавно перестраиваемых по диапазону.

Рис. 39.22. Схема синтезатора частот на основе микросхемы SA612А

Частотно-модулированный «аналоговый» синтезатор, представленный на рис. 39.22 [39.9], выгодно отличается повышенной стабильностью частоты вырабатываемого сигнала, что обусловлено применением высокочастотного кварцевого резонатора на частоту 24 МГц. Плавная перестройка осуществляется в диапазоне частот 27,0—27,3 МГц. Гетеродин с электронной перестройкой работает в диапазоне частот 3,0—3,3 МГц.

Катушка индуктивности L1 содержит 20 витков; L2 — 9; L3 — 2; L4 — 8; L5 — 3 (подбор); L6 35 витков провода ПЭВ-1 0,23 мм, намотка виток к витку. Катушки L2 и L3, как и L4 и L5 расположены на общих каркасах.

Рис. 39.23. Фрагмент схемы приемного тракта на микросхеме SA612A

Радиоприемный тракт (до цепей УПЧ) на микросхеме SA612A выполнен с кварцевой

стабилизацией частоты, рис. 39.23 [39.10]. Сигнал промежуточной частоты выделяется пьезокерамическим фильтром на 10,7 МГц. Входной контур L1C2 настроен на частоту 27,14 МГц.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Особенности налаживания смесителей

Владислав Артеменко (UT5UDJ)
(КВ журнал 4,5-97)

Приемники и трансиверы прямого преобразования благодаря своей простоте, высокой чувствительности и селективности, хорошей надежности пользуются популярностью у радиолюбителей. Но далеко не всегда в аппарате, даже выполненном по хорошо отработанной схеме, реализуются заложенные в него изначально возможности и параметры.

В результате многолетней эксплуатации автором статьи этой группы связной аппаратуры выяснилось, что низкочастотные узлы (в основном усилители НЧ) сохраняют работоспособность при снижении напряжения питания до 2. 6 В (при номинальном 9. 12 В). При этом у них, как правило, уменьшается коэффициент усиления.

Основная причина неудовлетворительной работы приемников и трансиверов прямого преобразования — неоптимальный режим работы смесителя. Высокие параметры достигаются только при тщательном подборе гетеродинного высокочастотного напряжения на диодах смесителя. Оно должно быть в пределах 0,6. 0,75 В на кремниевых диодах и 0,15. 0,25 — на германиевых. При меньших напряжениях гетеродина уменьшается коэффициент передачи смесителя. Уменьшается он и при больших напряжениях, так как диоды оказываются открытыми почти все время. При этом возрастают шумы смесителя.

Стабильность частоты и амплитуды напряжения, подаваемого на смеситель с гетеродина (особенно на ВЧ любительских диапазонах), во многом зависит от стабильности питающего напряжения.

Практически во всех схемах, приводимых в литературе, отсутствует цепь регулировки гетеродинного напряжения на диодах смесителя. Рекомендуется подбирать конденсатор связи гетеродина со смесителем или изменять число витков катушки связи. Но этот процесс весьма трудоемкий и к тому же не дающий уверенности в том, что настройка аппарата произведена должным образом.

Недостаток этого способа еще и в том, что в процессе налаживания надо выключать приемник (трансивер) и перепаивать конденсатор или перематывать катушку. Но за это время любительская станция, по громкости приема которой ведется настройка, часто перестает работать, и поэтому нельзя узнать, растет или падает чувствительность налаживаемого аппарата. Целесообразнее проводить настройку по сигналам «слабой» станции во время стабильного прохождения радиоволн, т.е. когда не наблюдается заметных колебаний уровня принимаемого сигнала.

Из-за отсутствия необходимых измерительных приборов приемники и трансиверы прямого преобразования часто настраивают «на слух», что не лучшим образом отражается на их параметрах.

На рис. 1 показана схема вольтметра-пробника, доработанного в соответствии с рекомендациями, приведенными в [2]. Он позволяет довольно точно измерить напряжение гетеродина непосредственно на диодах смесителя.

Рассмотрим простые способы настройки и доработки приемников и трансиверов прямого преобразования, которые позволяют устранить указанные выше конструктивные недостатки.

Прежде всего, при доработке следует ввести цепь стабилизации напряжения питания гетеродина. Схема стабилизатора показана на рис. 2. Стабилитрон VD1 выбирают с напряжением стабилизации в 1,5. 2 раза меньше номинального напряжения питания приемника (трансивера). Резистором R 1 устанавливают оптимальный ток через стабилитрон. Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы ток стабилизации стабилитрона VD1 не превышал максимально допустимого значения. Конденсатор С1 уменьшает «просачивание» шумов стабилитрона, в результате чего снижается шумовая модуляция напряжения гетеродина, уменьшается общий шум приемника.

Изменять ВЧ напряжение на диодах смесителя удобно подстроечным безындукционным резистором, включенным параллельно или последовательно с катушкой связи (R1 соответственно на рис. 3 и 4).

В последнем случае можно использовать как трансформаторную (рис. 4,а) связь гетеродина со смесителем, так и автотрансформаторную (рис. 4,6). При более точной настройке напряжения гетеродина (например, при приеме сигналов слабослышимых станций «на слух») ВЧ вольтметр отключают.

Необходимо отметить, если применяются приведенные доработки, число витков катушек связи следует несколько увеличить, так как введение подстроечного резистора уменьшает выходное напряжение гетеродина. Особенно это относится к варианту, схема которого приведена на рис.3. В совокупности число витков катушки связи, сопротивление резистора R1 и емкость конденсатора С2 должны быть такими, чтобы напряжение на кремниевых диодах смесителя можно было регулировать в пределах от 0 до 1,2. 2 В, на германиевых — от 0 до 0,5. 1 В. В этом случае оптимальное напряжение достигается приблизительно при среднем положении движка резистора R1.

Регулировать выходное напряжение гетеродина можно, изменяя напряжение питания, как это, например, сделано в [З]. Однако это подходит только на частотах до 3. 4 МГц. На более высоких (выше 7 МГц) такая регулировка может привести к значительному уходу частоты гетеродина.

Читайте также  Блок питания с автоматическим зарядным устройством на компараторе

На рис. 5 приведена схема гетеродина с буферным узлом, в который введена цепь регулировки выходного напряжения. При повторении следует учесть, что эмиттерный повторитель не дает усиления по напряжению, и поэтому высокочастотное напряжение на катушке связи должно быть в два раза больше. чем требуется для нормальной работы смесителя.

В радиолюбительской практике наиболее широко используются диодные балансные смесители. Их основные достоинства — простота конструкции и настройки, отсутствие переключения по высокой частоте при переходе с приема на передачу. Балансные смесители на полевых и биполярных транзисторах применяются значительно реже.

В простых балансных смесителях на диодах напряжение гетеродина и некоторые побочные продукты преобразования на выходе могут подавляться на 35 дБ и более. Но такие результаты достигаются лишь в одном направлении: в том, в котором смеситель сбалансирован. В авторской конструкции трансивера [4] смеситель сбалансирован лишь в сторону усилителя мощности. Если используется двойной балансный смеситель [5], уменьшатся шумы, возрастет чувствительность, улучшится помехозащищенность.

Двойные балансные смесители сбалансированы по обоим входам (выходам). Они подавляют не только колебания гетеродина, но и преобразуемый сигнал, оставляя лишь продукты их смешения и обеспечивая тем самым чистоту спектра. Применение таких смесителей позволяет снизить требования к подчистному фильтру, включенному на выходе смесителя, и даже отказаться от него вовсе, присоединив выход смесителя непосредственно к усилителю ПЧ, на выходе которого должен находиться фильтр основной селекции (например, ЭМФ или кварцевый фильтр). На двойной смеситель можно подавать значительно больший по уровню сигнал при приеме, поскольку он резко ослабляет эффект прямого детектирования сигнала или помехи, т.е. не происходит детектирования без участии колебаний гетеродина, как это бывает в обычном амплитудном детекторе.

Наиболее часто в радиолюбительских конструкциях применяется двойной балансный смеситель, схема которого изображена на рис. 6. Его еще называют кольцевым, так как диоды в нем включены но кольцу.

Нередко этот смеситель рекомендуют дополнить элементами балансировки R 1, С 1, С2 (рис. 7). Причем резистор R1 должен быть безындукционным. Такая доработка улучшает параметры смесителя.

При работе на низкочастотных диапазонах высокочастотные трансформаторы наматывают, как правило, на ферритовые кольца типоразмера К7х4х2 с магнитной проницаемостью 600. 1000 тремя скрученными (3-4 скрутки на 1 см длины) между собой проводами ПЭЛШО 0,2. Приблизительно делают около 25 витков (до полного заполнения кольца). При установке трансформатора его обмотки фазируют согласно рис. 6 и 7.

Существуют два основных варианта включения двойного балансного смесителя в трансивер. В первом сигнал проходит как при приеме, так и при передаче в одном направлении от входа к выходу смесителей. Так, например, сделано в широкоизвестных трансиверах «Радио-76» [6] и «Радио-76М2» [7]. Многочисленные эксперименты, проведенные автором, выявили, что при гетеродинном напряжении, меньшем оптимального, значительно ухудшается чувствительность в режиме приема, а при большем — существенно уменьшается подавление несущей в режиме передачи (чувствительность при этом также падает, но это менее заметно на слух, чем в предыдущем случае). Качественная зависимость основных параметров трансиверов от уровня напряжения гетеродина, поступающего на смеситель, приведена на рис. 8 (кривая 1 — чувствительность при приеме, определяемая на слух, 2 -чувствительность, измеренная приборами, 3 — подавление несущей при передаче).

Во втором варианте сигнал в режиме приема подается на вход балансного смесителя, а при передаче — на выход. При таком включении используется принцип обратимости смесителя. Так построен ВЧ тракт трансивера, описанного в [8]. Налаживание смесителя и в этом случае сводится к установке оптимального гетеродинного напряжения и его тщательной балансировке. Следует особо отметить, что операция налаживания не зависит от принципа построения ВЧ тракта трансивера.

Теперь несколько практических рекомендаций по налаживанию ВЧ тракта трансивера.

В первую очередь нужно настроить смесители. Предварительно движки балансировочных резисторов в них устанавливают в среднее положение. Далее к антенному гнезду трансивера подключают ГСС и постепенно увеличивают гетеродинное напряжение на смесителях. Сигнал с ГСС подают с уровнем, превышающим чувствительность приемного тракта в несколько раз. Необходимо добиться приема сигнала. Вели генератора нет, операцию выполняют на слух, принимая сигнал радиолюбительской SSB радиостанции или генератора шума на маломощном стабилитроне.

Затем поочередно настраивают каждый из смесителей. Вначале подбирают оптимальное гетеродинное напряжение. Для этого его постепенно увеличивают и оценивают на слух: растет ли громкость приема сигнала ГСС, радиостанции или генератора шума. Как было замечено автором, по мере увеличения гетеродинного напряжения, подаваемого на смеситель, громкость приема на слух сначала растет, достигая максимума, а затем практически не меняется (рис. 8, кривая 1). Гетеродинное же напряжение следует установить таким, чтобы при небольшом его уменьшении громкость приема падала, а при его небольшом увеличении не возрастала. Практически это реализуется перемещением в небольших пределах движка резистора, управляющего уровнем выходного напряжения гетеродина. Если такой возможности в трансивере нет, то аппарат следует доработать.

Как правило, на выходе того или иного гетеродина включен эмиттерный повторитель. В этом случае доработка оказывается весьма простой: постоянный резистор в эмиттерной цепи транзистора заменяют безындукционным подстроечным резистором того же номинала, что и постоянный.

После оптимизации гетеродинного напряжения нужно еще раз более тщательно сбалансировать смесители. К входу или выходу (в зависимости от построения трансивера) подключают ВЧ милливольтметр или осциллограф и, перемещая движок резистора R1, а затем подстраивая конденсаторы С1 и С2 (см. рис. 7), добиваются минимума показаний. Если используются приборы с высоким входным сопротивлением, то к входу и выходу смесителя следует подключить близкие по сопротивлению (в пределах 50. 100 Ом) резисторы.

Предпочтение следует отдавать балансировке в сторону выхода передающего тракта. Различие в сбалансированности входа и выхода смесителя должно быть небольшим (единицы децибелл). Если же оно достигает 10 дБ и более, то это, как правило, следствие того, что гетеродинное напряжение, поданное на смеситель, значительно больше оптимального.

Для проверки и балансировки смесителей автором созданы простые приборы. На рис. 9, а показана схема усилителя ВЧ, к входу которого подключают смеситель, а к выходу подключают для грубой настройки высокочастотный вольтметр (рис. 9, б), для точной — ВЧ пробник (рис. 9, в). При этом устанавливать дополнительные резисторы сопротивлением 50. 100 Ом в смеситель не нужно.

Окончательно смесители настраивают после их установки в трансивер (его переводят в режим передачи). Предварительно аппарат должен быть налажен в режиме приема. Чтобы шумы микрофона не мешали при балансировке, вход микрофонного усилителя замыкают накоротко. Первым балансируют самый низкочастотный смеситель, а затем остальные по порядку прохождения через них сигнала в режиме передачи, добиваясь минимума показаний ВЧ на эквиваленте нагрузки (рис. 10), подключенному к усилителю мощности трансивера. После этого корректируют настройку остальных узлов. Эту процедуру целесообразно повторить два-три раза.

Смеситель для симметричных линий

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Смеситель для симметричных линий

Автор: А. Шихатов; Публикация: bluesmobile.com/shikhman

Смотрите другие статьи раздела Предварительные усилители.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Обзор схем диодных двойных балансных смесителей

В отечественной литературе практически отсутствуют публикации, посвященные разработке диодных двойных балансных смесителей (ДДБС), построенных по схеме «звезда», а также по кольцевой схеме с «U-коленом». Благодаря структурной развязке трактов гетеродина и промежуточной частоты смесители, построенные по данным схемам, позволяют работать на «высоких» промежуточных частотах при достижении приемлемых значений развязок между трактами. Применение в качестве нелинейных элементов диодов представляет собой компромисс между простотой реализации устройства и достижимыми параметрами в плане динамических характеристик и подавления неосновных продуктов преобразования.

В статье представлен обзор схем диодных двойных балансных смесителей, приведены результаты экспериментального исследования основных электрических характеристик для трех различных схем.

Схемы построения двойных балансных смесителей

Классическая кольцевая схема

В преобразовательной технике широко применяются ДДБС, построенные по кольцевой схеме [1, 2]. Эквивалентная схема подобного смесителя, а также одна из возможных ее реализаций в диапазоне СВЧ приведены на рис. 1.

Противофазные трансформаторы для схемы на рис. 1б представляют собой мосты Маршанда, выполненные в микрополосковом исполнении на основе четвертьволновых отрезков линий с бок овой связью. Подобные устройства могут осуществлять функцию противофазного деления сигналов с приемлемыми параметрами в полосе частот порядка октавы [3]. Возможно некоторое расширение рабочей полосы частот за счет увеличения потерь преобразования смесителя и (или) увеличения мощности гетеродина.

Читайте также  Arduino как hid устройство

Противофазные трансформаторы могут быть выполнены как на короткозамкнутых отрезках связанных линий, так и на разомкнутых (рис. 2). Следует отметить, что целесообразно применение однотипных трансформаторов для радиосигнала и для гетеродина, так как это обеспечит реализацию более широкой полосы рабочих частот для устройства в целом.

Применение короткозамкнутых отрезков связанных линий более предпочтительно при построении смесителей, так как в противном случае на параметры трансформаторов существенное влияние оказывают реактивные цепи фильтра промежуточной частоты (ПЧ). Этот факт осложняет процедуру проектирования трансформаторов и снижает возможность применения смесителя в целом в плане выбора диапазона ПЧ.

Сигнал ПЧ необходимо снимать через фильтр нижних частот (ФНЧ), который выполняет функцию дополнительного подавления неосновных продуктов преобразования и обеспечивает необходимую трансформацию сопротивлений для сигнала в полосе ПЧ. В случаях, когда длина плеч мостов Маршанда много больше их ширины, возможно сворачивание противофазного трансформатора радиосигнала в кольцо с целью более удобного съема сигнала ПЧ. В противном случае усложняется структура ФНЧ.

На рис. 3 показаны примеры топологической реализации кольцевых ДДБС в микрополосковом исполнении для С- и Х-диапазона частот.

Применение ДДБС, построенных по кольцевой схеме, затруднено в случаях, когда диапазон ПЧ находится достаточно близко к диапазону частот радиосигнала (либо гетеродина). Этот факт обусловлен наличием блокировочной емкости, замыкающей плечи мостов Маршанда на землю по радиосигналу. Шунтирующий эффект для сигналов ПЧ от наличия данной емкости приводит к увеличению потерь преобразования смесителя. Уменьшение номинала емкости приводит к сужению полосы рабочих частот смесителя вследствие рассогласования плеч мостов Маршанда. Альтернативным решением данной проблемы является применение ДДБС, выполненных по схеме «звезда» [1, 4].

Звездообразная схема

Точка соединения диодов, с которой снимается сигнал ПЧ в смесителе по схеме «звезда», развязана с входами радиосигнала и гетеродина. Благодаря подобной структурной развязке смеситель может применяться в случаях, когда требуется работа устройства на «высоких» ПЧ (полоса сигнала ПЧ расположена достаточно близко к полосе частот радиосигнала и гетеродина). На рис. 4 представлена эквивалентная схема подобного смесителя, а также одна из возможных ее реализаций в диапазоне СВЧ. Как и в предыдущем случае, противофазные трансформаторы выполнены на отрезках четвертьволновых связанных линий.

Сигнал ПЧ необходимо снимать через ФНЧ, который выполняет функцию дополнительного подавления неосновных продуктов преобразования и обеспечивает необходимую трансформацию сопротивлений для сигнала в полосе ПЧ. На рис. 5 приведены примеры топологической реализации микрополосковых ДДБС по схеме «звезда» для различных диапазонов частот.

К недостаткам смесителей, построенных по схеме «звезда», в первую очередь следует отнести тот факт, что развязка «гетеродин – радиосигнал» хуже, чем полученная для кольцевого смесителя. (Здесь и далее развязка «гетеродин – радиосигнал» должна рассматриваться без учета влияния ФНЧ в тракте ПЧ для объективного сравнения параметров смесителей, построенных по различным схемам.)

Для нормальной работы смесителя требуется большая мощность гетеродина, так как противофазный трансформатор гетеродина нагружен как на рабочую пару диодов, так и на трансформатор радиосигнала. Этот же факт объясняет и худшее качество развязки «гетеродин – радиосигнал». Кроме того, в данных смесителях труднее достичь приемлемой развязки «гетеродин – ПЧ», так как на данный параметр имеет заметное влияние разброс показателей для разных плеч противофазного трансформатора сигнала, что неактуально для кольцевого смесителя.

Кольцевая схема с «U-коленом»

Продолжением разработки двойных балансных смесителей является схема модернизированного кольцевого смесителя с «U-коленом» [5, 6]. Данная схема, так же как и описанная выше схема классического кольцевого смесителя, превосходит схему «звезда» в плане развязок по гетеродину. Кроме того, она в достаточной степени свободна от ограничения, связанного с применением смесителя в случаях, когда требуется работа в диапазоне ПЧ, близком к диапазону радиосигнала. Это достигается отказом от применения блокировочных емкостей, приводящих к заметному шунтированию сигналов ПЧ, и применением так называемого U-колена из направленных ответвителей, что, в свою очередь, улучшает развязку «гетеродин – ПЧ» и облегчает дальнейшую фильтрацию. Пример реализации подобной схемы смесителя в диапазоне СВЧ приведен на рис. 6.

Сужения рабочей полосы частот и увеличения потерь преобразования вследствие применения дополнительных элементов в цепях радиосигнала на практике обнаружено не было. На рис. 7 показаны примеры топологической реализации микрополосковых ДДБС, построенных по кольцевой схеме с «U-коленом» для различных диапазонов частот.

Сравнительный анализ типовых смесительных схем

Измерения основных электрических характеристик смесительных схем проводились в 2007 году на базе ЗАО «НПФ Микран» (г. Томск). На рис. 8 приведена фотография экспериментальных образцов, подготовленных к тестированию.

Конструктивно все смесители выполнены по гибридно-интегральной технологии на подложках толщиной 0,5 мм. Материал подложек — поликор ВК-100 (ε = 9,8). Подложки крепятся к титановым основаниям для сопряжения коэффициентов линейного расширения материалов при монтаже в корпус. В макетах использовались образцы GaAs кристаллов счетверенной диодной сборки производства НПФ «Микран».

В рамках сравнительного анализа рассматривались результаты измерений следующих электрических характеристик смесительных схем: потери преобразования, оптимальная мощность гетеродина, а также развязки между трактами. Измерения проводились при использовании скалярного анализатора цепей и внешнего перестраиваемого генератора в качестве сигнала гетеродина. Результаты измерений представлены в таблице. Данные, касающиеся развязок, представлены с учетом влияния ФНЧ в тракте ПЧ, что усложняет сравнение смесителей. Однако в связи с тем, что звено ФНЧ во всех случаях выполняет также и функцию трансформации сопротивлений, измерения без него нельзя считать корректными.

Параметр Кольцевая схема Звездообразная схема Кольцевая схема с «U-коленом»
Х-диап. С-диап. Х-диап. С-диап. L-диап. Х-диап. С-диап. L-диап.
Диапазон радиосигнала, ГГц 8,5–9,5 5,0–6,0 8,5–9,5 5,0–6,0 0,9–1,4 8,5–9,5 5,0–6,0 0,9–1,4
Диапазон гетеродина, ГГц 8,5–9,5 5,0–6,0 8,5–9,5 5,0–6,0 0,9–1,4 8,5–9,5 5,0–6,0 0,9–1,4
Диапазон ПЧ, ГГц 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7 2,6–3,7
Оптимальная мощность гетеродина PГ, дБм 15 15 16 18 16 15 16 15
Потери преобразования LП (при PГ), дБ –7,5 –7,3 –6,5 –6,5 –6,6 –7,3 –6,3 –7,3
Неравномерность LП в полосе ПЧ
(при фиксированной частоте гетеродина), дБ
±0,4 ±0,6 ±0,4 ±0,8 ±0,6 ±0,3 ±0,3 ±0,4
Развязка «гетеродин – радиосигнал», не менее, дБ –25 –23 –21 –22 –21 –25 –23 –23
Развязка «гетеродин – ПЧ», не менее, дБ –30 –27 –30 –27 –25 –30 –27 –25

Данные, приведенные в таблице, являются оптимальными для описываемых смесителей, однако все смесители измерялись в более широких частотных диапазонах, где они могут использоваться при некотором ухудшении параметров потерь преобразования и неравномерностей. В результате анализа приведенных параметров могут быть сделаны следующие выводы.

  1. В случае, когда необходима работа устройства на «высоких» ПЧ, очень близких к полосе, занимаемой радиосигналом или гетеродином, и когда развязки между каналами имеют второстепенное значение, предпочтение следует отдавать смесителям, построенным по схеме «звезда».
  2. В случае, когда развязки между каналами имеют существенное значение, однако все еще есть необходимость работать на «высоких» ПЧ, предпочтение следует отдавать смесителям, построенным по кольцевой схеме с «U-коленом».
  3. В случае, когда требуется работа в очень широких полосах частот, а остальные параметры являются второстепенными, предпочтение следует отдавать смесителям, построенным по классической кольцевой схеме.
  4. Во всех случаях при работе смесителей в более широкой полосе частот требуется большая мощность гетеродина.

VE3KF forum

Меню навигации

  • Форум
  • Участники
  • Правила
  • Регистрация
  • Войти

Пользовательские ссылки

Информация о пользователе

кольцевой смеситель

Сообщений 1 страница 30 из 98

Поделиться12013-04-25 23:18:45

  • Автор: mr.Woland
  • Пользователь
  • Сообщений: 127

не знаю как убрать остаток гпд после смесителя

даже после 3х контурного ДПФ остаток иеется на выходе порядка 5-10мв от пика до пика

Отредактировано mr.Woland (2013-04-25 23:20:29)

Поделиться22013-04-26 00:37:32

  • Автор: Set-up
  • Пользователь
  • Сообщений: 1994

Поделиться32013-04-26 02:47:00

  • Автор: Игорь 2
  • Заблокирован
  • Сообщений: 6047

не знаю как убрать остаток гпд после смесителя

Компенсирующий конденсатор Вы забыли поставить. Обычно, подстроечник ставят. Экспериментально подберите, параллельно какому диоду его ставить.

Поделиться42013-04-26 02:50:09

  • Автор: Вася
  • Заблокирован
  • Сообщений: 691

Все равно любое внешнее воздействие на диоды и гетеродин вылезит)))) Запарился я в трансивере баллансировать.

Поделиться52013-04-26 03:29:46

  • Автор: Игорь 2
  • Заблокирован
  • Сообщений: 6047

Все равно любое внешнее воздействие на диоды и гетеродин вылезит)))) Запарился я в трансивере баллансировать.

Да, там на 30 дБ можно успокаиваться.

Поделиться62013-04-27 15:39:14

  • Автор: mr.Woland
  • Пользователь
  • Сообщений: 127

попробовал подключать конденсатор , особо явного эффекта нет
предлагают сделать так

можно ли так делать?

то Set-up если смотреть по первой схеме, то смеситель уже доработан по булатову,но почему то эффекта нет

Отредактировано mr.Woland (2013-04-27 16:03:16)

Поделиться72013-04-27 16:01:43

  • Автор: Игорь 2
  • Заблокирован
  • Сообщений: 6047

Правильно предлагают, именно так обычно и делают, я даже не обратил внимание, что у Вас было наперекосяк. А подстроечник стопудово помогает, я его всегда ставлю. В Вашей схеме есть ещё одна лажа, которая не даёт смесителю нормально работать- нагрузка присутствует только по низкой частоте. Сделайте диплексер, и уровень мусора заметно спадёт.

Поделиться82013-04-28 00:20:10

  • Автор: mr.Woland
  • Пользователь
  • Сообщений: 127

Игорь , если несложно нарисуйте, как лучше устранить «лажу»и сделать диплексер

Поделиться92013-04-28 05:50:05

  • Автор: Set-up
  • Пользователь
  • Сообщений: 1994

то Set-up если смотреть по первой схеме, то смеситель уже доработан по булатову, но почему то эффекта нет

Ограничимся только этим, —

не знаю как убрать остаток гпд после смесителя

На мой взгляд, Вы не сталкивались с “Радио -76”. Обратите внимание, что в схеме строит подстоечник R2, про который пишет Игорь 2, —

А подстроечник стопудово помогает, я его всегда ставлю.

Вы ничего не пишете про:

– а, занимались ли Вы подбором диодов?

– про симметричность практической конструкции?

– экранированы или нет у Вас трансформаторы смесителя (это уменьшает уровень наводок) . Вспомним “Радио -77”. Я смотрел практическую конструкцию этого трансивера. Так на ней не только каждый трансформатор был экранирован, но полностью экранирован был и весь смеситель. Только полная симметричность конструкции позволяет отказаться от балансировочного резистора и добиться высокого подавления несущей.

Диплексер

Интересно Вы пишите, —

Игорь , если несложно нарисуйте, как лучше устранить «лажу»и сделать диплексер

Вы всего лишь привели фрагмент схемы, даже не указав промежуточную частоту!