Miscelatore
Figura 1: Curve caratteristiche lineari e non lineari
Miscelatore
Un miscelatore è un circuito elettrico per la conversione di frequenza che genera nuove frequenze a partire dalle frequenze di due segnali in ingresso. Nell’applicazione più comune, due segnali vengono applicati a un mixer e questo genera nuovi segnali con la somma e la differenza delle frequenze originali.
Quando due segnali diversi vengono sovrapposti, il risultato è duplice:
Figura 2: Diodo miscelatore
- Se la sovrapposizione avviene su un componente con una caratteristica lineare
corrente-tensione (ad esempio un resistore controllato elettricamente),
si crea un battimento che fa sì che le ampiezze dei due segnali si sommino nei loro valori istantanei a seconda del segno.
Un esempio classico è il tremolo in acustica.
- La sovrapposizione avviene su un componente con una caratteristica corrente-tensione non lineare
(ad esempio un diodo), quindi si verifica una miscela delle frequenze dei segnali in ingresso con
il risultato che vengono generate nuove frequenze in aggiunta a quelle in ingresso:
- la somma delle frequenze f = | f1 + f2| e
- la differenza delle frequenze f = | f1 − f2|.
La modulazione di frequenza è un esempio di radio e il vibrato di acustica.
Tuttavia, poiché raramente tutte e quattro le frequenze sono desiderate, a valle del mixer viene solitamente collegato un filtro per separare le frequenze desiderate da quelle indesiderate.
Figura 3: Simbolo dello schema circuitale e diagramma di frequenza
Figura 3: Simbolo dello schema circuitale e diagramma di frequenza
I diodi da utilizzare in un mixer devono avere proprietà particolari. Di solito si tratta di diodi con punta al germanio, perché non devono presentare alcuna capacità, o la più bassa possibile, e spesso vengono elaborate solo tensioni HF molto basse. Per questo motivo le superfici di contatto sono solitamente placcate in oro. Purtroppo, i diodi a punta hanno un rumore intrinseco molto elevato. Per questo motivo, nei moderni ricevitori radar si utilizzano spesso diodi Schottky con un rumore intrinseco inferiore.
I mixer sono definiti „bilanciati“ quando l’ingresso della frequenza dell’oscillatore locale è separato dall’uscita. La sua frequenza non compare quindi nel mix di frequenze del segnale di uscita. I mixer sono definiti „a doppio bilanciamento“ se questo vale anche per l’ingresso HF. Il segnale di uscita è costituito solo dalla somma e dalla differenza dei segnali di ingresso. Se manca uno dei segnali di ingresso, non c’è alcun segnale di uscita.
La miscelazione su un singolo diodo HF appartiene al passato. Era tipico della generazione di ricevitori dotati di tubi a vuoto. Oggi si utilizzano sempre più miscelatori bilanciati a diodi ad anello. Sebbene questi abbiano un rumore intrinseco leggermente più elevato a causa del maggior numero di componenti passivi, possono evitare l’uso di filtri d’ingresso aggiuntivi (anch’essi rumorosi). (Ciò non influisce sul rumore di ingresso nel segnale ricevuto).
Mixer con soppressione della frequenza speculare
potenza
HF
locale
laterale
inferiore
laterale
superiore
superiore:
Figura 4: Circuito di un mixer con soppressione della frequenza a specchio
potenza
HF
locale
laterale
inferiore
laterale
superiore
superiore:
Figura 4: Circuito di un mixer con soppressione della frequenza a specchio
Il semplice mixer ha due prodotti di uscita che soddisfano le condizioni di frequenza e che sono rispettivamente al di sopra e al di sotto della frequenza dell’oscillatore, che sono descritti come la somma (f = f1 + f2) o come la somma della differenza (f = | f1 − f2|) delle frequenze di ingresso e che danno entrambi il valore della frequenza intermedia. La frequenza indesiderata è nota come frequenza speculare e può essere soppressa da uno speciale circuito di miscelazione mostrato nella Figura 4, chiamato anche miscelatore a banda laterale singola.
Se sin(ω·t) viene traslato di π/2, il risultato è + cos(ω·t) o − cos(ω·t), a seconda che ω sia positivo o negativo. Un mixer con soppressione della frequenza speculare sfrutta questa caratteristica per sopprimere la frequenza speculare. Il segnale ricevuto viene suddiviso in due percorsi in fase. Un accoppiatore a −3 dB divide la potenza in ingresso dell’oscillatore locale in due parti con una differenza di fase di 90° per i due mixer. La Figura 4 mostra un esempio di circuito di un mixer con soppressione della frequenza a specchio. Si supponga che il segnale RF in ingresso abbia la forma:
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(1)
questo viene miscelato nel mixer superiore con il segnale dell’oscillatore locale
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(2)
nel mixer superiore. Il risultato è
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(3)
Nel mixer inferiore, il segnale d’ingresso viene moltiplicato per il segnale dell’oscillatore locale spostato di π/2:
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(4)
Il segnale eco ha uno sfasamento di +90° per la banda laterale superiore e di − 90° per la banda laterale inferiore. Nel secondo canale si verifica un ulteriore spostamento di fase di ± 180°. Nel terzo accoppiatore ibrido a 90°, u2(t) viene ruotato di π/2 e aggiunto a u1(t). Lo spostamento di fase di u2(t) fornisce:
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(5)
dove il segno positivo si applica a ωHF > ωLO.
Il terzo accoppiatore genera nuovamente uno sfasamento di –90° per i segnali che non passano l’accoppiatore in linea retta. Ciò provoca una somma fuori fase del segnale a un’uscita e una somma in fase all’altra uscita. Ciò significa che u1(t) e u2’(t) vengono sommati. Il segnale in uscita dal collegamento per la banda laterale superiore risulta da
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(6)
Analogamente, il segnale in uscita per la banda laterale inferiore. Le bande laterali sono quindi separate l’una dall’altra.
I mixer con soppressione della frequenza speculare sono spesso utilizzati per elaborare solo una banda laterale nella frequenza intermedia. Il motivo principale è il livello di rumore: il rumore della frequenza specchio aumenta il livello di rumore nel ricevitore di 3 dB. Un altro motivo importante è l’immunità alle interferenze alla frequenza specchio, che richiede la soppressione della frequenza specchio nel ricevitore radar.
In pratica, tuttavia, la soppressione della frequenza dello specchio non è sufficiente. Spesso sono necessarie ulteriori misure di filtraggio per gestire le interferenze penetranti.