www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radarové komponenty

Směšovač

nelineární
lineární

Obrázek 1: Lineární a nelineární charakteristické křivky

nelineární
lineární

Obrázek 1: Lineární a nelineární charakteristické křivky

Směšovač

Směšovač je elektrický obvod pro konverzi frekvence, který generuje nové frekvence z frekvencí dvou vstupních signálů. V nejběžnější aplikaci se na směšovač přivedou dva signály a ten generuje nové signály se součtem a rozdílem původních frekvencí

Při superpozici dvou různých signálů existují dvě možnosti výsledku:

Obrázek 2: Směšovací dioda

Obrázek 2: Směšovací dioda

Protože jsou však všechny čtyři frekvence zřídkakdy žádoucí, bývá za směšovačem připojen filtr, který oddělí žádoucí frekvence od nežádoucích.

Obrázek 3: Symbol schématu zapojení a frekvenční diagram

Symbol schématu frekvenční diagram

Obrázek 3: Symbol schématu zapojení a frekvenční diagram

Diody pro použití ve směšovači musí mít speciální vlastnosti. Obvykle jsou to diody s germaniovým hrotem, protože se nesmí vyskytovat žádná nebo co nejmenší kapacita a často se zpracovávají jen velmi nízká vf napětí. Proto jsou kontaktní plochy obvykle pozlacené. Hrotové diody mají bohužel velmi vysoký vlastní šum. V moderních radarových přijímačích se proto často používají Schottkyho diody s nižším vlastním šumem.

Směšovače se označují jako „vyvážené“, když je vstupní kmitočet lokálního oscilátoru oddělen od výstupního. Jeho frekvence se proto neobjevuje ve frekvenčním mixu výstupního signálu. Směšovače se označují jako „dvojitě vyvážené“, pokud se to týká i vf vstupu. Jeho výstupní signál se skládá pouze ze součtu a rozdílu vstupních signálů. Pokud jeden ze vstupních signálů chybí, není žádný výstupní signál.

Směšování na jedné vf diodě je minulostí. Bylo typické pro generaci přijímačů vybavených elektronkami. Dnes se stále častěji používají směšovače s vyváženou kruhovou diodou. Ty sice mají kvůli většímu počtu pasivních součástek poněkud vyšší vlastní šum, ale mohou se vyhnout použití dalších (a také hlučných) vstupních filtrů. (To nemá vliv na vstupní šum v přijímaném signálu).

Směšovač s potlačením zrcadlového kmitočtu
Dělič
výkonu
VF
signál
Místní
oscilátor
dolní
postranní
pásmo
horní
postranní
pásmo
unteres Seitenband:
oberes Seitenband:

Obrázek 4: Zapojení směšovače s potlačením zrcadlového kmitočtu

Dělič
výkonu
VF
signál
Místní
oscilátor
dolní
postranní
pásmo
horní
postranní
pásmo
dolní postranní pásmo:
horní postranní
pásmo:

Obrázek 4: Zapojení směšovače s potlačením zrcadlového kmitočtu

Jednoduchý směšovač má dva výstupní produkty, které splňují frekvenční podmínky a které jsou nad, resp. pod frekvencí oscilátoru, které se popisují jako součet (f = f1 + f2) nebo jako velikost rozdílu (f = | f1 − f2|) vstupních frekvencí a které oba udávají hodnotu mezifrekvence. Nežádoucí frekvence se nazývá zrcadlová frekvence a lze ji potlačit speciálním směšovacím obvodem znázorněným na obrázku 4, který se také nazývá směšovač s jedním postranním pásmem.

Je-li sin(ω·t) posunut o π/2, výsledkem je buď + cos(ω·t), nebo − cos(ω·t), podle toho, zda je ω kladné, nebo záporné. Směšovač s potlačením zrcadlové frekvence toho využívá k potlačení zrcadlové frekvence. Přijatý signál se rozdělí do dvou fázových cest. Dělič výkonu −3 dB rozdělí příchozí výkon místního oscilátoru na dvě části s fázovým rozdílem 90° pro oba směšovače. Obrázek 4 ukazuje příklad zapojení směšovače s potlačením zrcadlové frekvence. Předpokládejme, že vstupní VF signál má tvar

(1)

ten se v horním směšovači smíchá se signálem z místního oscilátoru.

(2)

v horním směšovači. Výsledkem je

(3)

V dolním směšovači se vstupní signál násobí signálem z lokálního oscilátoru posunutým o π/2:

(4)

Signál ozvěny má fázový posun +90° pro horní postranní pásmo a fázový posun − 90° pro dolní postranní pásmo. Ve druhém kanálu dochází k dalšímu fázovému posunu ± 180°. Ve třetím hybridním spřáhle 90° se u2(t) otočí o π/2 a přidá se k u1(t). Fázový posun u2(t) zajišťuje:

(5)

kde kladné znaménko platí pro ωHF > ωLO.

Třetí vazební člen opět generuje fázový posun –90° pro signály, které neprocházejí vazebním členem v přímce. To způsobuje mimofázový součet signálu na jednom výstupu a fázový součet na druhém výstupu. To znamená, že u1(t) a u2'(t) se sčítají. Výstupní signál na přípojce pro horní postranní pásmo je výsledkem:

(6)

Podobně signál na výstupu pro dolní postranní pásmo. Postranní pásma jsou tedy od sebe oddělena.

Směšovače s potlačením zrcadlového kmitočtu se často používají ke zpracování pouze jednoho postranního pásma v mezifrekvenci. Hlavním důvodem je úroveň šumu: šum ze zrcadlové frekvence zvyšuje úroveň šumu v přijímači o 3 dB. Dalším důležitým důvodem je odolnost vůči rušení na zrcadlovém kmitočtu, což vyžaduje potlačení zrcadlového kmitočtu v radarovém přijímači.

V praxi však toto potlačení zrcadlové frekvence není dostatečné. Často jsou nutná další filtrační opatření, aby bylo možné se vypořádat s pronikavým rušením.