Mikser
Rysunek 1: Liniowe i nieliniowe krzywe charakterystyczne
Mikser
Mikser to obwód elektryczny do konwersji częstotliwości, który generuje nowe częstotliwości z częstotliwości dwóch sygnałów wejściowych. W najbardziej powszechnym zastosowaniu dwa sygnały są podawane do miksera, który generuje nowe sygnały z sumą i różnicą oryginalnych częstotliwości.
Po nałożeniu na siebie dwóch różnych sygnałów istnieją dwie możliwości uzyskania wyniku:
Rysunek 2: Dioda mieszacza
- Jeśli superpozycja występuje na elemencie o liniowej
charakterystyce prądowo-napięciowej (np. rezystor sterowany elektrycznie), powstaje dudnienie,
które powoduje, że amplitudy dwóch sygnałów sumują się w wartościach chwilowych w zależności od znaku.
Klasycznym tego przykładem jest tremolo w akustyce.
- Superpozycja występuje na elemencie o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej (np. diodzie),
a następnie następuje mieszanie częstotliwości sygnałów wejściowych,
w wyniku czego oprócz częstotliwości wejściowych generowane są nowe częstotliwości:
- suma częstotliwości f = | f1 + f2| i
- różnica częstotliwości f = | f1 − f2|.
Modulacja częstotliwości jest tutaj przykładem z radia, a vibrato z akustyki.
Ponieważ jednak wszystkie cztery częstotliwości rzadko są pożądane, filtr jest zwykle podłączony za mikserem, aby oddzielić pożądaną częstotliwość od niepożądanych.
Rysunek 3: Symbol schematu obwodu i wykres częstotliwości
Rysunek 3: Symbol schematu obwodu i wykres częstotliwości
Diody stosowane w mieszaczu muszą mieć specjalne właściwości. Zwykle są to diody z końcówką germanową, ponieważ nie może występować żadna lub najniższa możliwa pojemność i często przetwarzane są tylko bardzo niskie napięcia HF. Dlatego też powierzchnie styków są zazwyczaj pozłacane. Niestety, diody końcowe mają bardzo wysoki poziom szumów własnych. Dlatego w nowoczesnych odbiornikach radarowych często stosuje się diody Schottky'ego o niższym poziomie szumów własnych.
Miksery są opisywane jako „zrównoważone“, gdy wejście częstotliwości lokalnego oscylatora jest oddzielone od wyjścia. Jego częstotliwość nie pojawia się zatem w mieszance częstotliwości sygnału wyjściowego. Miksery są opisywane jako „podwójnie zbalansowane“, jeśli dotyczy to również wejścia HF. Sygnał wyjściowy składa się tylko z sumy i różnicy sygnałów wejściowych. Brak jednego z sygnałów wejściowych oznacza brak sygnału wyjściowego.
Mieszanie na pojedynczej diodzie HF należy już do przeszłości. Było to typowe dla generacji odbiorników wyposażonych w lampy próżniowe. Obecnie stosuje się coraz więcej zbalansowanych mikserów z diodami pierścieniowymi. Chociaż mają one nieco wyższe szumy własne ze względu na większą liczbę elementów pasywnych, można w nich uniknąć stosowania dodatkowych (i również hałaśliwych) filtrów wejściowych. (Nie ma to wpływu na szum wejściowy w odbieranym sygnale).
Mikser z tłumieniem częstotliwości lustrzanej
mocy
HF
lokalny
wstęga
boczna
wstęga
boczna
boczna:
Rysunek 4: Obwód mieszacza z tłumieniem częstotliwości lustrzanej
mocy
HF
lokalny
wstęga
boczna
wstęga
boczna
boczna:
Rysunek 4: Obwód mieszacza z tłumieniem częstotliwości lustrzanej
Prosty mieszacz ma dwa produkty wyjściowe, które spełniają warunki częstotliwości i które są odpowiednio powyżej i poniżej częstotliwości oscylatora, które są opisane jako suma (f = f1 + f2) lub jako wielkość różnicy (f = | f1 − f2|) częstotliwości wejściowych i które dają wartość częstotliwości pośredniej. Niepożądana częstotliwość jest znana jako częstotliwość lustrzana i może być tłumiona przez specjalny obwód mieszacza pokazany na rysunku 4, który jest również nazywany mieszaczem pojedynczej wstęgi bocznej.
Jeśli sin(ω·t) jest przesunięty o π/2, wynikiem jest + cos(ω·t) lub − cos(ω·t), w zależności od tego, czy ω jest dodatnie czy ujemne. Mikser z tłumieniem częstotliwości lustrzanej wykorzystuje to do tłumienia częstotliwości lustrzanej. Odebrany sygnał jest dzielony na dwie ścieżki w fazie. Dzielnik mocy −3 dB dzieli przychodzącą moc lokalnego oscylatora na dwie części z różnicą faz 90° dla dwóch mikserów. Rysunek 4 przedstawia przykładowy obwód miksera z tłumieniem częstotliwości lustrzanej. Załóżmy, że sygnał wejściowy RF ma postać
(1)
jest mieszany w górnym mieszaczu z sygnałem z lokalnego oscylatora
(2)
w górnym mieszaczu. Daje to następujące wyniki
(3)
W dolnym mikserze sygnał wejściowy jest mnożony przez sygnał lokalnego oscylatora przesunięty o π/2:
(4)
Sygnał echa ma przesunięcie fazowe +90° dla górnej wstęgi bocznej i przesunięcie fazowe − 90° dla dolnej wstęgi bocznej. Dodatkowe przesunięcie fazowe ± 180° występuje w drugim kanale. W trzecim sprzęgaczu hybrydowym 90°, u2(t) jest obracane o π/2 i dodawane do u1(t). Przesunięcie fazowe u2(t) zapewnia:
(5)
gdzie znak dodatni odnosi się do ωHF > ωLO.
Trzeci sprzęgacz ponownie generuje przesunięcie fazowe –90° dla sygnałów, które nie przechodzą przez sprzęgacz w linii prostej. Powoduje to sumowanie sygnału poza fazą na jednym wyjściu i sumowanie w fazie na drugim wyjściu. Oznacza to, że u1(t) i u2'(t) są sumowane. Sygnał wyjściowy na połączeniu dla górnej wstęgi bocznej wynika z
(6)
Podobnie sygnał na wyjściu dla dolnej wstęgi bocznej. W ten sposób pasma boczne są od siebie oddzielone.
Mieszacze z tłumieniem częstotliwości lustrzanej są często używane do przetwarzania tylko jednej wstęgi bocznej w częstotliwości pośredniej. Głównym tego powodem jest poziom szumów: szum z częstotliwości lustrzanej zwiększa poziom szumów w odbiorniku o 3 dB. Innym ważnym powodem jest odporność na zakłócenia na częstotliwości lustrzanej, co wymaga tłumienia częstotliwości lustrzanej w odbiorniku radarowym.
W praktyce jednak tłumienie częstotliwości lustrzanej nie jest wystarczające. Aby poradzić sobie z przenikliwymi zakłóceniami, często konieczne są dalsze środki filtrujące.