www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Mixer

niet-lineair
lineair

Figuur 1: Lineaire en niet-lineaire karakteristieken

niet-lineair
lineair

Figuur 1: Lineaire en niet-lineaire karakteristieken

Mixer

Een mixer is een elektrisch circuit voor frequentieconversie dat nieuwe frequenties genereert uit de frequenties van twee ingangssignalen. In de meest gebruikelijke toepassing worden twee signalen op een mixer toegepast en genereert deze nieuwe signalen met de som en het verschil van de oorspronkelijke frequenties.

Wanneer twee verschillende signalen over elkaar worden gelegd, zijn er twee mogelijkheden voor het resultaat:

Figuur 2: Mixerdiode

Figuur 2: Mixerdiode

Omdat echter zelden alle vier de frequenties gewenst zijn, wordt er meestal een filter aangesloten na de mixer om de gewenste frequentie te scheiden van de ongewenste frequenties.

Figuur 3: Symbool voor schakelschema en frequentiediagram

Symbool voor schakelschema frequentiediagram

Figuur 3: Symbool voor schakelschema en frequentiediagram

Diodes voor gebruik in een mixer moeten speciale eigenschappen hebben. Het zijn meestal diodes met een germaniumtip, omdat er geen of een zo laag mogelijke capaciteit mag optreden en er vaak alleen zeer lage HF-spanningen worden verwerkt. Daarom zijn de contactoppervlakken meestal verguld. Helaas hebben tipdiodes een zeer hoge inherente ruis. In moderne radarontvangers worden daarom vaak Schottky diodes gebruikt met een lagere inherente ruis.

Mixers worden „gebalanceerd“ genoemd als de ingang van de lokale oscillatorfrequentie gescheiden is van de uitgang. De frequentie ervan verschijnt daarom niet in de frequentiemix van het uitgangssignaal. Mixers worden beschreven als „dubbel gebalanceerd“ als dit ook geldt voor de HF-ingang. Het uitgangssignaal bestaat alleen uit de som en het verschil van de ingangssignalen. Als een van de ingangssignalen ontbreekt, is er geen uitgangssignaal.

Mengen op een enkele HF-diode is verleden tijd. Tegenwoordig worden steeds meer gebalanceerde ringdiodemixers gebruikt. Hoewel deze een iets hogere inherente ruis hebben door het grotere aantal passieve componenten, kunnen ze het gebruik van extra (en ook ruisende) ingangsfilters vermijden. (Dit heeft geen invloed op de ingangsruis in het ontvangen signaal).

Mixer met spiegelfrequentie-onderdrukking
Vermogens-
deler
HF-
signaal
Lokale
oscillator
onderste
zijband
bovenste
zijband
onderste zijband:
bovenste zijband:

Figuur 4: Schakeling van een mixer met spiegelfrequentieonderdrukking

Vermogens-
deler
HF-
signaal
Lokale
oscillator
onderste
zijband
bovenste
zijband
onderste zijband:
bovenste zijband:

Figuur 4: Schakeling van een mixer met spiegelfrequentieonderdrukking

De eenvoudige mixer heeft twee uitgangsproducten die aan de frequentievoorwaarden voldoen en die respectievelijk boven en onder de oscillatorfrequentie liggen, die beschreven worden als de som (f = f1 + f2) of als de hoeveelheid van het verschil (f = | f1 − f2|) van de ingangsfrequenties en die beide de waarde van de tussenfrequentie geven. De ongewenste frequentie staat bekend als de spiegelfrequentie en kan onderdrukt worden met een speciale mengschakeling uit figuur 4, die ook wel een enkelzijbandige mengschakeling wordt genoemd.

Als sin(ω·t) verschoven wordt met π/2, is het resultaat ofwel + cos(ω·t) of − cos(ω·t), afhankelijk van of ω positief of negatief is. Een mixer met spiegelfrequentie-onderdrukking gebruikt dit om de spiegelfrequentie te onderdrukken. Het ontvangen signaal wordt in fase gesplitst in twee paden. Een −3 dB coupler verdeelt het inkomende vermogen van de lokale oscillator in twee delen met een faseverschil van 90° voor de twee mixers. Figuur 4 toont een circuitvoorbeeld van een mixer met spiegelfrequentieonderdrukking. Veronderstel dat het RF ingangssignaal de vorm heeft:

(1)

dit wordt in de bovenste mixer gemengd met het signaal van de lokale oscillator

(2)

in de bovenste mixer. Dit resulteert in

(3)

In de onderste mixer wordt het ingangssignaal vermenigvuldigd met het signaal van de lokale oscillator verschoven met π/2:

(4)

Het echosignaal heeft een faseverschuiving van +90° voor de bovenste zijband en een faseverschuiving van − 90° voor de onderste zijband. Een extra faseverschuiving van ± 180° treedt op in het tweede kanaal. In de derde 90° hybride koppeling wordt u2(t) geroteerd met π/2 en toegevoegd aan u1(t). De faseverschuiving van u2(t) levert:

(5)

waarbij het positieve teken geldt voor ωHF > ωLO.

De derde coupler genereert weer een faseverschuiving van –90° voor de signalen die de coupler niet in een rechte lijn passeren. Dit veroorzaakt een uit-fase sommatie van het signaal aan de ene uitgang en een in-fase sommatie aan de andere uitgang. Dit betekent dat u1(t) en u2'(t) bij elkaar worden opgeteld. Het uitgangssignaal aan de aansluiting voor de bovenste zijband volgt uit

(6)

Zo ook het signaal aan de uitgang voor de onderste zijband. De zijbanden zijn dus van elkaar gescheiden.

Mixers met spiegelfrequentie-onderdrukking worden vaak gebruikt om slechts één zijband in de middenfrequentie te verwerken. De belangrijkste reden hiervoor is het ruisniveau: de ruis van de spiegelfrequentie verhoogt het ruisniveau in de ontvanger met 3 dB. Een andere belangrijke reden is de immuniteit voor interferentie op de spiegelfrequentie, waardoor de spiegelfrequentie in de radarontvanger moet worden onderdrukt.

In de praktijk is deze onderdrukking van de spiegelfrequentie echter niet voldoende. Verdere filtermaatregelen zijn vaak nodig om penetrerende interferentie op te vangen.