Mixer (elektronik)

En mixer ( frekvensmixer ) är en elektrisk krets som skapar ett spektrum av kombinationsfrekvenser när två eller flera signaler med olika frekvenser appliceras på den [1] .

Blandare ( engelsk  mixer ) är en del av frekvensomvandlare i radiomottagare , radiosändare och andra enheter där signalen genereras och formas.

Blandare är indelade i två huvudtyper:

1. Additiv, där signal- och lokaloscillatorspänningarna summeras och sedan detekteras av något icke-linjärt element.
2. Multiplikativ, där lokaloscillator- och signalspänningen multipliceras.

I båda fallen kan blandare vara aktiva, det vill säga de kan vara ett förstärkningssteg som arbetar i en icke-linjär mod och tillhandahåller signalförstärkning förutom frekvensomvandling, och passiva. Passiva blandare kan använda dioder eller FET:er som fungerar som kontrollerade motstånd. Passiva blandare har ett större dynamiskt omfång eftersom de är mindre benägna att överbelastas av starka signaler.

Den enklaste mixern kan vara ett enda icke-linjärt elektriskt element, såsom en diod . Mer komplexa, balanserade kretsar innehåller flera dioder och baluner .

Mixern har oftast två ingångar och en utgång:

• Ingången "Lokal oscillator" ("LO", eng.  lokaloscillator ) används för att tillföra en lokaloscillatorsignal (någon känd omodulerad frekvens, i förhållande till vilken omvandlingen utförs). Denna signal bör överstiga nivån för andra signaler med ungefär en storleksordning (med 10 dB );
• Ingång (utgång) "HF" ("RF", radiofrekvens ) - frekvensen som behöver konverteras;
• Output (Input) "IF" ("IF", mellanfrekvens ) - används för att mata och ta emot signaler med låga och höga frekvenser, beroende på typ av arbete - uppkonvertering eller nedkonvertering.

I en idealisk multiplicerande mixer, när spektralt rena sinusformade signaler med konstanta amplituder appliceras på dess ingångar, bildas en signal vid dess utgång, vilket är summan av följande sinusformade signaler:

1. Med den totala frekvensen av insignaler.
2. Med skillnadsfrekvens för ingångssignaler .

I en verklig mixer, på grund av dess icke-linjäritet för multiplikationsoperationen, förutom två summa- och skillnadssignaler, som en ideal mixer, summor och skillnader av alla frekvenser som är multiplar av frekvenserna för insignalerna och övertonerna i ingångsfrekvenser bildas vid utgången. Dessa falska spektrala komponenter i utsignalen från en riktig mixer är vanligtvis oönskade och måste filtreras bort med bandpassfilter eller lågpassfilter .

En viktig egenskap hos mixern är att omvandlingen utförs samtidigt som signalspektrumet bevaras , det vill säga dess modulering och andra parametrar med överföringen av spektrumet till ett annat frekvensband.

Det finns digitala mixers. Till exempel ett XOR-logikelement som har två ingångar och en utgång: om tillräckligt starka signaler appliceras på dess ingångar (till exempel en 65 MHz lokaloscillator och en FM-signal på ~ 70 MHz), då en stark skillnadssignal (FM ~ 5 MHz) kan observeras vid utgången efter lågpassfiltret, lämpligt för vidare direkt bearbetning av en digital krets.

Balansblandare

Blandare som utför multiplikationsfunktionen direkt har utmärkta prestanda eftersom de inte producerar falska spektrala komponenter. En ganska vanlig egenskap hos sådana blandare är att de först omvandlar inspänningen (t) till ström och sedan multiplicerar strömmarna. Ett exempel på en multiplicerande mixer är Gilbert-cellen .

Mixerparametrar

Analysen av verkliga blandares funktion är komplex, och därför bestäms deras prestanda av många egenskaper. Nedan är en lista över de viktigaste tekniska kraven för blandare, i fallande ordning efter deras betydelse.

• Driftsfrekvensområde. Blandare används vanligtvis i mottagare som arbetar från mycket låga frekvenser upp till tiotals gigahertz. Typiska kommersiella mixers har en maximal driftsfrekvens på 100 MHz till 2,5 GHz. Driftsfrekvensområdet är en grundläggande designspecifikation som till stor del avgör det slutliga valet av blandartyp.
• dynamiskt omfång. Detta är en av de viktigaste tekniska egenskaperna hos mixern. Den betydande ökningen av antalet sändare som används och närvaron av störningskällor gör att moderna radiomottagare tenderar att fungera under hårda störningsförhållanden. Även när den önskade signalen är på en mycket låg nivå, såsom i satellitkommunikationssystem, måste mottagaren bibehålla prestanda och prestanda i närvaro av starka störande signaler. Den nedre gränsen för en mixers dynamiska område bestäms av dess brustal, medan den övre gränsen bestäms av nivåerna av förstärkningskompression, intermodulationsprodukter och termisk degradering.
• Ljudfaktor. Som regel har blandare ett brustal som sträcker sig från 6 till 20 dB. Brustalet för passiva blandare är numeriskt lika med omvandlingsförlusten. Brustalet för aktiva blandare beror på kretsens konfiguration och de typer av element som används i den. Det är vanligt, men inte nödvändigt, att inkludera en lågbrusförstärkare före den första mixern för att minska brussiffran för mottagaren som helhet.
• Överföringskoefficient. Tillgängligheten av standardförstärkare som täcker olika delar av frekvensområdet tar bort kravet på att en mixer ska ha någon förstärkning. Dessutom kan överdriven mixerförstärkning negativt påverka mottagarens dynamiska omfång som helhet. I de flesta fall är förekomsten av hög insättningsförlust av mixeromvandlingen också oönskad, speciellt när man använder passiva blandare. Aktiva mixrar ger en förstärkning som sträcker sig från -1 till +17 dB, medan passiva mixers vanligtvis har en omvandlingsförlust på 5,5 till 8,5 dB.
• heterodyn signal. En ideal mixer skulle varken vara okänslig för nivån på den heterodyna signalen eller för nivåerna av multipla övertoner som finns i den, men i ett verkligt fall bör parametrarna för den lokala oscillatorn motsvara parametrarna för mixern. Passiva dubbla balanserade diodblandare kräver en LO-nivå på +7 till +23 dBm. Aktiva blandare kräver en lokaloscillatornivå som sträcker sig från -20 till +30 dBm, beroende på vilken typ som används. Det följer att utvecklingen av en heterodyngenerator är närmast relaterad till den valda typen av mixer.
• Utbyte. Isolering är en parameter som kännetecknar graden av undertryckning av parasitpassagen av en signal som appliceras på någon port på mixern till de andra två utgångarna. Den enda signal som måste finnas på mixerns utgång är mellanfrekvenssignalen. Mängden frånkoppling beror på om blandaren är obalanserad, enkel balanserad eller dubbelbalanserad. Obalanserade blandare har ingen frikoppling mellan portarna alls. Dubbla balanserade mixers ger den bästa isoleringen mellan alla tre ledningarna.
• Impedansmatchning . _ Alla tre mixerportarna måste matchas till lämplig väg. I aktiva mixrar minskar vanligtvis förstärkningen som ett resultat av felmatchningen. Passiva blandare är särskilt känsliga för IF-utgångsfelmatchning, vilket resulterar i högre omvandlingsförluster och högre nivåer av falska omvandlingsprodukter. Oavsett vilken mixer som används i systemet, aktiv eller passiv, för att erhålla dess optimala parametrar, måste noggrann matchning av dess portar med motsvarande vägar utföras.
• Enkel utveckling och implementering. Tillräckligt komplexa system är svåra att både utveckla och tillverka. Att använda färre komponenter minskar systemkostnaderna, ökar tillförlitligheten, underlättar underhållet och kräver färre reservdelar.

En alltför komplex design resulterar i en betydande ökning av utrustningskostnaderna, så designers måste sträva efter att få maximal prestanda med ett minimum av komponenter som används.

Vissa typer av blandare

• Gilbert-cellen  är en analog multiplikatorkrets med fyra kvadranter som föreslogs av Barry Gilbert 1968. Fungerar som en mixer eller balanserad modulator i de flesta moderna radioapparater och mobiltelefoner.

Anteckningar

1. ↑ GOST 24375-80. Radiokommunikation. Termer och definitioner.

Länkar

• Paul Horowitz, Winfred Hill The Art of Electronics andra upplagan, 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, januari 2011, s. 34-35  _
• EECS 242: RF-blandare / Ali M Niknejad, University of California, Berkeley.
• GOST 2,737-68. Enhetligt system för designdokumentation. Villkorliga grafiska beteckningar i scheman. Kommunikationsenheter.