Mixer (electronic)

Un mixer ( frecvență mixer ) este un circuit electric care creează un spectru de frecvențe combinate atunci când îi sunt aplicate două sau mai multe semnale de frecvențe diferite [1] .

Mixerele ( mixer în engleză  ) fac parte din convertoarele de frecvență din receptoarele radio , transmițătoarele radio și alte dispozitive în care semnalul este generat și modelat.

Mixerele sunt împărțite în două tipuri principale:

1. Aditiv, în care tensiunile semnalului și ale oscilatorului local sunt însumate și apoi detectate de un element neliniar.
2. Multiplicativ, în care oscilatorul local și tensiunile semnalului sunt multiplicate.

În ambele cazuri, mixerele pot fi active, adică pot fi o etapă de amplificare care funcționează într-un mod neliniar și care asigură amplificarea semnalului pe lângă conversia de frecvență și pasive. Mixerele pasive pot folosi diode sau FET -uri care funcționează ca rezistențe controlate. Mixerele pasive au o gamă dinamică mai mare, deoarece este mai puțin probabil să fie supraîncărcate de semnale puternice.

Cel mai simplu mixer poate fi un singur element electric neliniar, cum ar fi o diodă . Circuitele mai complexe, echilibrate, conțin mai multe diode și balun -uri .

Mixerul are cel mai adesea două intrări și o ieșire:

• Intrarea „Oscilator local” („LO”, ing.  oscilator local ) este utilizată pentru a furniza un semnal de oscilator local (o frecvență nemodulată cunoscută, în raport cu care se realizează conversia). Acest semnal ar trebui să depășească nivelul altor semnale cu aproximativ un ordin de mărime (cu 10 dB );
• Intrare (Ieșire) "HF" ("RF", frecvență radio ) - frecvența care trebuie convertită;
• Ieșire (Intrare) „IF” („IF”, frecvență intermediară ) - folosită pentru a furniza și recepționa semnale de frecvențe joase și înalte, în funcție de tipul de lucru - upconversion, sau downconversion.

Într-un mixer de multiplicare ideal, atunci când semnale sinusoidale spectral pure de amplitudini constante sunt aplicate la intrările sale, se formează un semnal la ieșire, care este suma următoarelor semnale sinusoidale:

1. Cu frecvența totală a semnalelor de intrare.
2. Cu diferență de frecvență a semnalelor de intrare .

Într-un mixer real, datorită neliniarității sale pentru operația de multiplicare, în plus față de două semnale de sumă și diferență, ca un mixer ideal, sume și diferențe ale tuturor frecvențelor care sunt multipli ale frecvențelor semnalelor de intrare și armonicilor frecvențele de intrare se formează la ieșire. Aceste componente spectrale false din semnalul de ieșire al unui mixer real sunt de obicei nedorite și trebuie filtrate prin filtre trece-bandă sau filtre trece -jos .

O proprietate importantă a mixerului este că conversia se realizează păstrând spectrul semnalului , adică modularea acestuia și alți parametri cu transferul spectrului într-o bandă de frecvență diferită.

Există mixere digitale. De exemplu, un element logic XOR care are două intrări și o ieșire: dacă la intrările sale sunt aplicate semnale suficient de puternice (de exemplu, un oscilator local de 65 MHz și un semnal FM de ~ 70 MHz), atunci un semnal diferență puternic (FM ~ 5 MHz) poate fi observat la ieșire după filtrul trece-jos, potrivit pentru procesarea directă ulterioară de către un circuit digital.

Mixere de echilibru

Mixerele care îndeplinesc funcția de multiplicare în mod direct au performanțe excelente, deoarece nu produc componente spectrale false. O proprietate destul de comună a acestor mixere este că mai întâi convertesc tensiunea de intrare (t) în curent și apoi înmulțesc curenții. Un exemplu de mixer multiplicator este celula Gilbert .

Parametrii mixerului

Analiza funcționării mixerelor reale este complexă și, prin urmare, performanța acestora este determinată de multe caracteristici. Mai jos este o listă a principalelor cerințe tehnice pentru malaxor, în ordinea descrescătoare a importanței acestora.

• Gama de frecvențe de funcționare. Mixerele sunt utilizate de obicei la receptoarele care funcționează de la frecvențe foarte joase până la zeci de gigaherți. Mixerele comerciale tipice au o frecvență maximă de operare de 100 MHz până la 2,5 GHz. Gama de frecvență de funcționare este o specificație fundamentală de proiectare care determină în mare măsură alegerea finală a tipului de mixer.
• interval dinamic. Aceasta este una dintre cele mai importante caracteristici tehnice ale mixerului. Creșterea semnificativă a numărului de emițătoare în uz și prezența surselor de interferență înseamnă că receptoarele radio moderne tind să funcționeze în condiții dure de interferență. Chiar și atunci când semnalul dorit este la un nivel foarte scăzut, cum ar fi în sistemele de comunicații prin satelit, receptorul trebuie să mențină performanța și performanța în prezența unor semnale puternice de interferență. Limita inferioară a intervalului dinamic al unui mixer este determinată de cifra sa de zgomot, în timp ce limita superioară este determinată de nivelurile de compresie a câștigului, produsele de intermodulație și degradarea termică.
• Factorul de zgomot. De regulă, mixerele au o cifră de zgomot cuprinsă între 6 și 20 dB. Cifra de zgomot a mixerelor pasive este numeric egală cu pierderea de conversie. Cifra de zgomot a mixerelor active depinde de configurația circuitului și de tipurile de elemente utilizate în acesta. Este obișnuit, dar nu este necesar, să includeți un amplificator cu zgomot redus înaintea primului mixer pentru a reduce cifra de zgomot a receptorului în ansamblu.
• Coeficientul de transfer. Disponibilitatea amplificatoarelor standard care acoperă diferite porțiuni ale intervalului de frecvență înlătură cerința ca un mixer să aibă orice amplificare. Mai mult, amplificarea excesivă a mixerului poate afecta negativ intervalul dinamic al receptorului în ansamblu. În cele mai multe cazuri, prezența unei pierderi mari de inserție a conversiei mixerului este, de asemenea, nedorită, mai ales când se utilizează mixere pasive. Mixerele active oferă un câștig cuprins între -1 și +17 dB, în timp ce mixerele pasive au de obicei o pierdere de conversie de 5,5 până la 8,5 dB.
• semnal heterodin. Un mixer ideal nu ar fi insensibil nici la nivelul semnalului heterodin și nici la nivelurile de armonici multiple conținute în acesta, dar într-un caz real, parametrii oscilatorului local ar trebui să corespundă parametrilor mixerului. Mixerele pasive cu diode duble echilibrate necesită un nivel LO de +7 până la +23 dBm. Mixerele active necesită un nivel de oscilator local cuprins între -20 și +30 dBm, în funcție de tipul utilizat. Rezultă că dezvoltarea unui generator heterodin este cel mai strâns legată de tipul de mixer selectat.
• Schimb. Izolarea este un parametru care caracterizează gradul de suprimare a trecerii parazitare a unui semnal aplicat oricărui port al mixerului către celelalte două ieșiri. Singurul semnal care trebuie să fie prezent la ieșirea mixerului este semnalul de frecvență intermediară. Gradul de decuplare depinde dacă mixerul este dezechilibrat, simplu echilibrat sau dublu echilibrat. Mixerele dezechilibrate nu au deloc decuplare între porturi. Mixerele duble echilibrate oferă cea mai bună izolație între toate cele trei cabluri.
• Potrivirea impedanței . Toate cele trei porturi ale mixerului trebuie să fie potrivite cu calea corespunzătoare. În mixerele active, câștigul scade de obicei ca urmare a nepotrivirii. Mixerele pasive sunt deosebit de sensibile la nepotrivirea ieșirii IF, ceea ce duce la pierderi de conversie mai mari și niveluri mai mari de produse de conversie false. Indiferent de ce mixer este utilizat în sistem, activ sau pasiv, pentru a obține parametrii optimi ai acestuia, trebuie efectuată o potrivire atentă a porturilor acestuia cu căile corespunzătoare.
• Ușurință de dezvoltare și implementare. Sistemele suficient de complexe sunt greu de dezvoltat și de fabricat. Utilizarea mai puține componente reduce costul sistemului, crește fiabilitatea, facilitează întreținerea și necesită mai puține piese de schimb.

Un design prea complex are ca rezultat o creștere semnificativă a costurilor echipamentelor, astfel încât proiectanții trebuie să se străduiască să obțină performanțe maxime cu un minim de componente utilizate.

Unele tipuri de mixere

• Celula Gilbert  este un circuit multiplicator analogic cu patru cadrane propus de Barry Gilbert în 1968. Acționează ca un mixer sau modulator echilibrat în majoritatea radiourilor și telefoanelor mobile moderne.

Note

1. ↑ GOST 24375-80. Comunicare radio. Termeni și definiții.

Link -uri

• Paul Horowitz, Winfred Hill The Art of Electronics Ediția a doua, Cambridge University Press 1989, pp. 885-887
• mixer  - Federal Standard 1037C / General Services Administration,  1996
• Gary Breed, The Mathematics of Mixers: Basic Principles / High Frequency Electronics, ianuarie 2011, pp. 34-35  _
• EECS 242: Mixere RF / Ali M Niknejad, Universitatea din California, Berkeley.
• GOST 2.737-68. Sistem unificat de documentație de proiectare. Denumirile grafice condiționate în scheme. Dispozitive de comunicare.