Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 [7] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58

ослаблены колебания с частотой несущей Таким свойством обладают например однотактные пассивные смесители где в качестве нелинейного элемента использован канал полевого транзистора сопротивление которого зависит от приложенного между каналом и затвором напряжения несущей [29], а также однотактные активные смесители, в которых управляемый напряжением несущей резистор (обычно полевой транзистор) включен в цепь отрицательной обратной связи каскада усиления Подав ление несущей в таких смесителях падает с повышением ее частоты и зависит от емкости затвор канал полевого транзистора

В нагрузке двухбалансных смесителей происходит компенсация и колебаний с частотой несущей, и исходного сигнала, а также значительном части других не желательных составляющих Число нелинейных элементов в двухбалансных смесите лях вдвое больше, чем в балансных, но объем и сложность симметрирующих уст ройств зачастую одинаковы Двухбалансные смесители обеспечивают наиболее чистый выходной спектр, наибольшие коэффициент преобразования н динамический диапа зон (при переходе от балансной схемы к двухбалансной он возрастает на 3 дБ и более)

По режиму работы можно выделить синусоидальные и ключевые смесители В выражении для коэффициента передачи синусоидального смесителя полезный член можно записать в виде

K(t)=kUHmsm2nfiit (3)

где U„ т- амплитуда напряжения несущей Коэффициент передачи близкий к (3), при синусоидальной несущей в некотором диапазоне входных напряжений имеют ана лотовые перемиожители построенные обычно на основе дифференциальных усилите лей с генератором тока управляемым напряжением несущей, например микросхема К140МА1 [30] К синусоидальным можно отнести и смесители выполненные на элементах с близкой к квадратичной вольт амперной характеристикой (ВАХ), т е таких, у которых f,Ux~U!,x Если сумма амплитуд сигнала и синусоидальной несу щей не выходит за пределы квадратичных участков ВАХ, в выходном спектре таких смесителей содержатся, в основном, полезные колебания боковых частот, а также по бочные колебания с удвоенными частотами сигнала и несущей Последние, как правило, легко отфильтровать и дополнительно подавить в балансной схеме

Преимущество синусоидального режима - хорошее подавление продуктов пре образования вокруг высших гармоник несущей, т е низкий коэффициент преобра зования на гармониках несущей Недостаток, как это видно из (3),-зависимость коэффициента передачи а значит, и преобразования от амплитуды несущей, что влечет необходимость ее стабилизации, а также приводит к обратному преобра зованию амплитудных шумов гетеродина (ие путать с «прямым» проникновением этих шумов в тракт ПЧ, которое сильно ослабляется в балансных схемах) Кроме того, в большинстве используемых на практике диодных и транзисторных смеси телей в синусоидальном режиме получаются далеко не наилучшие коэффициент преобразования и динамический диапазон Для расширения динамического диапазо на у аналоговых перемножителей применяют малошумящие транзисторы и местные отрицательные обратные связи В смесителях на элементах с квадратичными ВАХ стремятся применять элементы с возможно более протяженным квадратичным участком, например мощные полевые транзисторы

Выражение для коэффициента передачи двухтактного ключевого смесителя имеет



I kn при 0<t<T/2, K(t) = 0

1 -k0 при T/2<t<T

где T = 1 /fн - период функции K(t) Разложение такой функции в ряд Фурье как известно,

4k„ / sin 2л 3f t ып 2я 5f t \ K(t) = -m2nfHt +--) (4)

Умножив напряжение входного сигнала на такой коэффициент передачи, обнару жим, что на выходе ключевого смесителя присутствуют полезные составляющие сум марнон и разностной частот Присутствует также бесконечное множество нежелатель ных суммарных и разностных составляющих вокруг нечетных гармоник несущей амплитуды которых убывают обратно пропорционально номерам гармоник, и в этом - основной недостаток ключевых смесителей Однако при правильном выборе соотношения частот на входах и выходе смесителя [31] требуемое подавление та ких побочных колебаний с помощью фильтров обычно сложностей не представляет

Ключевые смесители имеют целый ряд преимуществ Полезный (первый) член выражения (4) совпадает с (2) при к=4ко/л и не зависит от амплитуды несущей, причем на практике такая независимость в пределах динамического диапазона обес печивается достаточно просто путем повышения амплитуды несущей Отпадает не обходимость формирования несущей чисто синусоидальной формы и стабилизации ее амплитуды, что значительно упрощает гетеродин Отсутствует обратное преобразо вание амплитудных шумов несущей Динамический диапазон смесителей в ключевом режиме как правило, существенно больше, чем у тех же смесителей в синусоидаль ном режиме Для диодных и смесителей на биполярных транзисторах эта разница достигает 20-30 дБ (32], для смесителей на мощных полевых транзисторах-10- 15 дБ Объясняется это тем, что в ключевом режиме элементы смесителя большую часть времени находятся в наиболее линейном открытом или непроводящем состоя ниях а меньшую - в существенно нелинейном переходном состоянии

Возможны два способа создания режима, близкого к ключевому либо путем повышения уровня несущей, либо путем подачи несущей с близкой к прямоуголь ной формой Первый путь широко используется для так называемых «смесителей высокого уровня» - кольцевых двухбалансных диодных модуляторов, в плечи которых последовательно включают по нескольку диодов Шотки, для некоторых других типов диодных смесителей для смесителей на мощных полевых транзисторах Его преиму щество - малый уровень излучения гармоник несущей цепями связи смесителя с гетеродином и самим гетеродином, что особенно важно в приемниках с многократ ным преобразованием частоты Недостаток - необходимость в линейном усилении синусоидальной несущей, причем ее мощность можно увеличивать лишь до тех пор, пока в диодных смесителях не превышен максимально допустимый ток через диоды а в транзисторных - допустимые напряжения база эмиттер или затвор исток Таким п>тем трудно создать режим, максимально близкий к ключевому У диодных смеси телей, кроме того, повышение мощности несущей приводит к росту уровня шума генерируемого диодами Поэтому нередко более целесобразным оказывается второй путь создания ключевого режима

Несущую прямоугольной формы из близких к синусоидальным колебаний луч те всего получать с помощью ненасыщенных дифференциальных усилителей огра ничителей с гальванической связью между каскадами, которые практически устраняют



амплитудную составляющую шумовой модуляции несущей. Недопустимо использовать насыщенный режим транзисторов усилителя-ограничителя, который приводит к резкому росту фазовой шумовой модуляции несущей. В корне неверно, но довольно распространено мнение, что ключевые смесители якобы «сильно шумят», по-виднмо-му, это следствие применения насыщенных формирователей. Не следует использовать и триггеры Шмитта, в том числе и ненасыщенные, так как в них возможно преобразование шумовой амплитудной модуляции исходных колебаний в фазовую.

Для первых каскадов формирователей прямоугольной несущей удобно использовать простейшие логические элементы микросхем эмиттерно-связанной логики ЭСЛ серий КЮО, К500, К1500. Базовый элемент этих серий выполнен именно по схеме ненасыщенного дифференциального усилителя-ограничителя с эмиттерными повторителями на парафазных выходах и позволяет получать очень короткие фронты импульсов- до 1,5-2 не у серий КЮО, К500 и до 0,5 не у серии К1500. Выходная мощность этих микросхем достаточна для питания активных смесителей на биполярных транзисторах малой и средней мощности, выполненных на дифференциальных ключах тока. В других случаях включают дополнительные каскады усиления мощности (с. 151).

Желательно, чтобы форма напряжения несущей была близка к меандру, т. е. длительности положительных и отрицательных импульсов должны быть одинаковыми. Их заметное различие в двухбалансных смесителях приводит к ухудшению подавления несущей, к росту «прямого пролезания» исходных колебаний и к появлению комбинационных составляющих значительного уровня вокруг четных гармоник несущей. У пассивных смесителей при этом резко уменьшается динамический диапазон. Равенство указанных длительностей можно поддерживать путем введения в формирователь отрицательной обратной связи по постоянному току. Более надежный результат можно получить путем по крайней мере двукратного повышения частоты задающего генератора и включения в цепь формирователя цифрового делителя частоты с последним каскадом деления на два или подобного, обеспечивающего меандр на выходе при любой скважности, т. е отношении большей к меньшей из упомянутых длительностей на входе делителя.

Если зафиксировать амплитуду несущей и увеличивать крутизну ее фронтов, динамический диапазон смесителя будет сначала пропорционально возрастать, затем этот рост уменьшится и наконец прекратится, после чего линейность смесителя будет определяться линейностью его элементов в открытом состоянии при условии, конечно, что граничная частота этих элементов во много раз выше частоты несущей. В большинстве случаев такой режим, максимально близкий к ключевому, достигается при длительности фронтов, примерно в десять раз меньшей полупериода несущей Поэтому нет смысла бесконечно уменьшать эту длительность, что на частотах KB диапазона и выше всегда связано с повышением мощности, расходуемой формирователем на перезарядку емкостей его нагрузки Импульсный ток, который должен обеспечивать формирователь, можно оценить как 1„мпС„и„/тф, где С„ и U„ - соответственно емкость и размах напряжения на нагрузке; тф - требуемая длительность фронтов. Например, при С„ = 20 пФ, U„= 10 В, тф = 2 не, i„„„ як0,1 А, что заставляет использовать в выходном каскаде формирователя СВЧ транзисторы средней мощности. Понятно поэтому, что в ключевых смесителях желательно применять элементы с минимальными межэлектродными емкостями. Необходимо также, чтобы паспортное время переключения этих элементов было по крайней мере в 2-3 раза меньше



0 1 2 3 4 5 6 [7] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58



0.0012