Blander (elektronik)

En mixer ( frekvensmixer ) er et elektrisk kredsløb, der skaber et spektrum af kombinationsfrekvenser, når to eller flere signaler med forskellige frekvenser påføres det [1] .

Mixere ( engelsk  mixer ) er en del af frekvensomformere i radiomodtagere , radiosendere og andre enheder, hvori signalet genereres og formes.

Blandere er opdelt i to hovedtyper:

1. Additiv, hvor signal- og lokaloscillatorspændingerne summeres og derefter detekteres af et eller andet ikke-lineært element.
2. Multiplikativ, hvor lokaloscillator og signalspændinger multipliceres.

I begge tilfælde kan mixere være aktive, det vil sige, de kan være et forstærkningstrin, der fungerer i en ikke-lineær tilstand og giver signalforstærkning ud over frekvenskonvertering, og passive. Passive mixere kan bruge dioder eller FET'er , der fungerer som kontrollerede modstande. Passive mixere har et større dynamisk område, fordi de er mindre tilbøjelige til at blive overbelastet af stærke signaler.

Den enkleste mixer kan være et enkelt ikke-lineært elektrisk element, såsom en diode . Mere komplekse, afbalancerede kredsløb indeholder flere dioder og baluner .

Mixeren har oftest to indgange og en udgang:

• Indgangen "Lokal oscillator" ("LO", eng.  lokaloscillator ) bruges til at levere et lokaloscillatorsignal (en eller anden kendt umoduleret frekvens, i forhold til hvilken konverteringen udføres). Dette signal bør overstige niveauet af andre signaler med ca. en størrelsesorden (med 10 dB );
• Input (Output) "HF" ("RF", radiofrekvens ) - den frekvens, der skal konverteres;
• Output (Input) "IF" ("IF", mellemfrekvens ) - bruges til at levere og modtage signaler med lave og høje frekvenser, afhængigt af typen af ​​arbejde - opkonvertering eller nedkonvertering.

I en ideel multiplikationsmixer, når spektralt rene sinusformede signaler med konstante amplituder påføres dens indgange, dannes et signal ved dens udgang, som er summen af ​​følgende sinusformede signaler:

1. Med den samlede frekvens af indgangssignaler.
2. Med differensfrekvens af indgangssignaler .

I en ægte mixer, på grund af dens ikke-linearitet for multiplikationsoperationen, ud over to sum- og differenssignaler, som en ideel mixer, summer og forskelle af alle frekvenser, der er multipla af frekvenserne af indgangssignalerne og harmoniske af indgangsfrekvenser dannes ved udgangen. Disse falske spektralkomponenter i udgangssignalet fra en ægte mixer er normalt uønskede og skal filtreres fra med båndpasfiltre eller lavpasfiltre .

En vigtig egenskab ved mixeren er, at konverteringen udføres, mens signalspektret bevares , det vil sige dets modulering og andre parametre med overførsel af spektret til et andet frekvensbånd.

Der er digitale mixere. For eksempel et XOR-logikelement, der har to indgange og en udgang: hvis der tilføres tilstrækkeligt stærke signaler til dets indgange (for eksempel en 65 MHz lokaloscillator og et FM-signal på ~ 70 MHz), så et stærkt differenssignal (FM ~ 5 MHz) kan observeres ved udgangen efter lavpasfilteret, egnet til yderligere direkte behandling af et digitalt kredsløb.

Balance mixere

Blandere, der udfører multiplikationsfunktionen direkte, har fremragende ydeevne, fordi de ikke producerer falske spektrale komponenter. En ret almindelig egenskab ved sådanne mixere er, at de først konverterer indgangsspændingen (t) til strøm og derefter multiplicerer strømmene. Et eksempel på en multiplicerende mixer er Gilbert-cellen .

Mixer parametre

Analysen af ​​driften af ​​rigtige mixere er kompleks, og derfor er deres ydeevne bestemt af mange egenskaber. Nedenfor er en liste over de vigtigste tekniske krav til blandere, i faldende rækkefølge efter deres betydning.

• Driftsfrekvensområde. Mixere bruges typisk i modtagere, der opererer fra meget lave frekvenser op til snesevis af gigahertz. Typiske kommercielle mixere har en maksimal driftsfrekvens på 100 MHz til 2,5 GHz. Driftsfrekvensområdet er en grundlæggende designspecifikation, der i høj grad bestemmer det endelige valg af mixertype.
• dynamisk rækkevidde. Dette er en af ​​de vigtigste tekniske egenskaber ved mixeren. Den betydelige stigning i antallet af sendere i brug og tilstedeværelsen af ​​interferenskilder betyder, at moderne radiomodtagere har en tendens til at fungere under barske interferensforhold. Selv når det ønskede signal er på et meget lavt niveau, såsom i satellitkommunikationssystemer, skal modtageren opretholde ydeevne og ydeevne i nærvær af stærke forstyrrende signaler. Den nedre grænse for en mixers dynamiske område bestemmes af dens støjtal, mens den øvre grænse bestemmes af niveauerne af forstærkningskompression, intermodulationsprodukter og termisk nedbrydning.
• Støjtal. Som regel har mixere et støjtal fra 6 til 20 dB. Støjtallet for passive mixere er numerisk lig med konverteringstabet. Støjtallet for aktive mixere afhænger af kredsløbets konfiguration og de typer af elementer, der bruges i det. Det er almindeligt, men ikke nødvendigt, at inkludere en støjsvag forstærker før den første mixer for at reducere støjtallet for modtageren som helhed.
• Overførselskoefficient. Tilgængeligheden af ​​hyldeforstærkere, der dækker forskellige dele af frekvensområdet, fjerner kravet om, at en mixer skal have nogen forstærkning. Ydermere kan overdreven mixerforstærkning påvirke det dynamiske område af modtageren som helhed negativt. I de fleste tilfælde er tilstedeværelsen af ​​højt indføringstab af mixerkonverteringen også uønsket, især når der anvendes passive mixere. Aktive mixere giver en forstærkning fra -1 til +17 dB, mens passive mixere typisk har et konverteringstab på 5,5 til 8,5 dB.
• heterodyne signal. En ideel mixer ville hverken være ufølsom over for niveauet af det heterodyne signal eller niveauerne af flere harmoniske indeholdt i det, men i et reelt tilfælde bør parametrene for den lokale oscillatoren svare til mixerens parametre. Passive dobbeltbalancerede diodemixere kræver et LO-niveau på +7 til +23 dBm. Aktive mixere kræver et lokaloscillatorniveau, der spænder fra -20 til +30 dBm, afhængigt af den anvendte type. Det følger heraf, at udviklingen af ​​en heterodyne generator er tættest forbundet med den valgte type mixer.
• Udveksling. Isolation er en parameter, der karakteriserer graden af ​​undertrykkelse af den parasitiske passage af et signal, der påføres en hvilken som helst port på mixeren til de to andre udgange. Det eneste signal, der skal være til stede ved mixerens udgang, er mellemfrekvenssignalet. Mængden af ​​afkobling afhænger af, om mixeren er ubalanceret, simpel balanceret eller dobbeltbalanceret. Ubalancerede blandere har ingen afkobling mellem porte overhovedet. Dobbelt afbalancerede mixere giver den bedste isolation mellem alle tre ledninger.
• Impedanstilpasning . _ Alle tre mixerporte skal matches til den passende sti. I aktive mixere falder forstærkningen normalt som følge af mismatchet. Passive mixere er særligt følsomme over for IF-output-mismatch, hvilket resulterer i højere konverteringstab og højere niveauer af falske konverteringsprodukter. Uanset hvilken mixer der bruges i systemet, aktiv eller passiv, for at opnå dets optimale parametre, skal der udføres omhyggelig matchning af dens porte med de tilsvarende stier.
• Nem udvikling og implementering. Tilstrækkeligt komplekse systemer er vanskelige både at udvikle og fremstille. Brug af færre komponenter reducerer systemomkostningerne, øger pålideligheden, letter vedligeholdelsen og kræver færre reservedele.

Et alt for komplekst design resulterer i en betydelig stigning i udstyrsomkostninger, så designere skal stræbe efter at opnå maksimal ydeevne med et minimum af anvendte komponenter.

Nogle typer mixere

• Gilbert-cellen  er et fire-kvadrant analogt multiplikatorkredsløb foreslået af Barry Gilbert i 1968. Fungerer som en mixer eller balanceret modulator i de fleste moderne radioer og mobiltelefoner.

Noter

1. ↑ GOST 24375-80. Radiokommunikation. Begreber og definitioner.

Links

• Paul Horowitz, Winfred Hill The Art of Electronics Second Edition, Cambridge University Press 1989, s. 885-887
• mixer  - Federal Standard 1037C / General Services Administration,  1996
• Gary Breed, The Mathematics of Mixers: Basic Principles / High Frequency Electronics, januar 2011, s. 34-35  _
• EECS 242: RF Mixers / Ali M Niknejad, University of California, Berkeley.
• GOST 2.737-68. Samlet system til designdokumentation. Betingede grafiske betegnelser i skemaer. Kommunikationsenheder.