Keverő (elektronikai)

A keverő ( frekvenciakeverő ) egy elektromos áramkör, amely kombinált frekvenciák spektrumát hozza létre, ha két vagy több különböző frekvenciájú jelet alkalmaznak rá [1] .

A keverők ( angolul  mixer ) a rádióvevők, rádióadók és más eszközök frekvenciaváltóinak részét képezik , amelyekben a jelet generálják és alakítják.

A keverők két fő típusra oszthatók:

1. Additív, amelyben a jel és a helyi oszcillátor feszültségeit összegzik, majd valamilyen nemlineáris elem érzékeli.
2. Multiplikatív, amelyben a helyi oszcillátor és a jel feszültségei megszorozódnak.

A keverők mindkét esetben lehetnek aktívak, azaz lehetnek nemlineáris üzemmódban működő, a frekvenciakonverzión túl jelerősítést biztosító erősítőfokozatok és passzívak is. A passzív keverők diódákat vagy FET -eket használhatnak, amelyek vezérelt ellenállásként működnek. A passzív keverők nagyobb dinamikatartománnyal rendelkeznek, mivel kevésbé valószínű, hogy erős jelek túlterhelik őket.

A legegyszerűbb keverő lehet egyetlen nemlineáris elektromos elem, például egy dióda . A bonyolultabb, kiegyensúlyozott áramkörök több diódát és balunt tartalmaznak .

A keverőnek leggyakrabban két bemenete és egy kimenete van:

• A "Local oscillator" ("LO", angolul local oscillator ) bemenet helyi  oszcillátorjel (valamelyik ismert modulálatlan frekvencia, amelyhez viszonyítva történik az átalakítás) ellátására szolgál . Ennek a jelnek körülbelül egy nagyságrenddel (10 dB -lel ) meg kell haladnia a többi jel szintjét;
• Input (Output) "HF" ("RF", rádiófrekvencia ) - az átalakítandó frekvencia;
• Kimenet (Bemenet) "IF" ("IF", köztes frekvencia ) - alacsony és magas frekvenciájú jelek ellátására és fogadására szolgál, a munka típusától függően - felfelé vagy lefelé átalakítás.

Egy ideális szorzókeverőben, ha spektrálisan tiszta, állandó amplitúdójú szinuszos jeleket adunk a bemeneteire, a kimenetén jel keletkezik, amely a következő szinuszos jelek összege:

1. A bemeneti jelek teljes frekvenciájával.
2. A bemeneti jelek frekvenciájának különbségével .

Valódi keverőben a szorzási művelet nemlinearitása miatt két összeg- és különbségjelen kívül, mint egy ideális keverőben, minden olyan frekvencia összege és különbsége összegezhető, amely többszöröse a bemeneti jelek frekvenciájának és a felharmonikusoknak. bemeneti frekvenciák alakulnak ki a kimeneten. Ezek a hamis spektrális komponensek egy valódi keverő kimeneti jelében általában nemkívánatosak, és sáv- vagy aluláteresztő szűrőkkel kell kiszűrni őket .

A keverő fontos tulajdonsága, hogy az átalakítás a jel spektrumának megőrzése mellett történik, vagyis annak modulációját és egyéb paramétereit a spektrum másik frekvenciasávba történő átvitelével.

Vannak digitális keverők. Például egy XOR logikai elem, amelynek két bemenete és egy kimenete van: ha kellően erős jeleket adnak a bemeneteire (például egy 65 MHz -es helyi oszcillátor és egy ~ 70 MHz-es FM jel), akkor egy erős különbségjel (FM) ~ 5 MHz) figyelhető meg az aluláteresztő szűrő utáni kimeneten, amely alkalmas digitális áramkörrel történő további közvetlen feldolgozásra.

Mérlegkeverők

A szorzási funkciót közvetlenül végrehajtó keverők kiváló teljesítményt nyújtanak, mivel nem állítanak elő hamis spektrális komponenseket. Az ilyen keverők egyik meglehetősen gyakori tulajdonsága, hogy először a bemeneti feszültséget (t) árammá alakítják, majd megszorozzák az áramokat. A szorzókeverőre példa a Gilbert cella .

Keverő paraméterei

A valódi keverők működésének elemzése összetett, ezért teljesítményüket számos jellemző határozza meg. Az alábbiakban felsoroljuk a keverőkre vonatkozó főbb műszaki követelményeket, fontosságuk szerinti csökkenő sorrendben.

• Működési frekvencia tartomány. A keverőket jellemzően nagyon alacsony frekvenciától akár több tíz gigahertzig működő vevőkészülékekben használják. A tipikus kereskedelmi keverők maximális működési frekvenciája 100 MHz és 2,5 GHz között van. A működési frekvencia tartomány alapvető tervezési specifikáció, amely nagymértékben meghatározza a keverőtípus végső megválasztását.
• dinamikus hatókör. Ez a keverőgép egyik legfontosabb műszaki jellemzője. A használt adók számának jelentős növekedése és az interferenciaforrások jelenléte azt jelenti, hogy a modern rádióvevők általában durva interferencia körülmények között működnek. Még akkor is, ha a kívánt jel nagyon alacsony szintű, például a műholdas kommunikációs rendszerekben, a vevőnek fenn kell tartania a teljesítményt és a teljesítményt erős zavaró jelek jelenlétében. A keverő dinamikus tartományának alsó határát a zaj, míg a felső határt az erősítés-sűrítés, az intermodulációs termékek és a hődegradáció szintje határozza meg.
• Zajfaktor. A keverők zajszintje általában 6 és 20 dB között van. A passzív keverők zajadata számszerűen megegyezik az átalakítási veszteséggel. Az aktív keverők zajértéke az áramkör konfigurációjától és a benne használt elemek típusától függ. Gyakori, de nem szükséges, hogy az első keverő előtt alacsony zajszintű erősítőt helyezzenek el, hogy csökkentsék a vevőegység egészének zajszintjét.
• Átviteli együttható. A frekvenciatartomány különböző részeit lefedő, kész erősítők elérhetősége megszünteti a keverővel szembeni erősítést. Ezenkívül a keverő túlzott erősítése hátrányosan befolyásolhatja a vevő egészének dinamikus tartományát. A legtöbb esetben a keverőkonverzió nagy beillesztési vesztesége sem kívánatos, különösen passzív keverők használatakor. Az aktív keverők -1 és +17 dB közötti erősítést biztosítanak, míg a passzív keverők jellemzően 5,5 és 8,5 dB közötti konverziós veszteséggel rendelkeznek.
• heterodin jel. Egy ideális keverő nem lenne érzéketlen sem a heterodin jel szintjére, sem a benne található többszörös harmonikusok szintjére, de valós esetben a lokális oszcillátor paramétereinek meg kell egyeznie a keverő paramétereivel. A passzív kettős kiegyensúlyozott dióda keverők +7 és +23 dBm közötti LO szintet igényelnek. Az aktív keverőkhöz -20 és +30 dBm közötti helyi oszcillátorszintre van szükség, az alkalmazott típustól függően. Ebből következik, hogy a heterodin generátor fejlesztése leginkább a kiválasztott keverőtípushoz kapcsolódik.
• Csere. Az izoláció egy olyan paraméter, amely a keverő bármely portjára adott jel parazita áthaladásának elnyomásának mértékét jellemzi a másik két kimenetre. Az egyetlen jel, amelynek jelen kell lennie a keverő kimenetén, a köztes frekvenciájú jel. A leválasztás mértéke attól függ, hogy a keverő kiegyensúlyozatlan, egyszerű kiegyensúlyozott vagy kettős kiegyensúlyozott. A kiegyensúlyozatlan keverőknek egyáltalán nincs szétválasztása a portok között. A kettős kiegyensúlyozott keverők a legjobb szigetelést biztosítják mindhárom vezeték között.
• Impedancia illesztés . Mindhárom keverőportot a megfelelő útvonalhoz kell illeszteni. Az aktív keverőkben az erősítés általában csökken az eltérés következtében. A passzív keverők különösen érzékenyek az IF kimeneti eltérésekre, ami nagyobb konverziós veszteséget és több hamis konverziós terméket eredményez. Függetlenül attól, hogy a rendszerben melyik keverőt használjuk, aktív vagy passzív, optimális paramétereinek elérése érdekében portjait gondosan össze kell hangolni a megfelelő útvonalakkal.
• Könnyű fejlesztés és megvalósítás. A kellően összetett rendszerek fejlesztése és gyártása egyaránt nehézkes. Kevesebb alkatrész használata csökkenti a rendszer költségeit, növeli a megbízhatóságot, megkönnyíti a karbantartást és kevesebb pótalkatrészt igényel.

A túlságosan összetett tervezés a berendezés költségeinek jelentős növekedését eredményezi, ezért a tervezőknek arra kell törekedniük, hogy minimális komponens felhasználásával maximális teljesítményt érjenek el.

Néhány keverőtípus

• A Gilbert cella  egy négynegyedes analóg szorzóáramkör, amelyet Barry Gilbert javasolt 1968-ban. Keverőként vagy kiegyensúlyozott modulátorként működik a legtöbb modern rádióban és mobiltelefonban.

Jegyzetek

1. ↑ GOST 24375-80. Rádióösszeköttetés. Kifejezések és meghatározások.

Linkek

• Paul Horowitz, Winfred Hill The Art of Electronics, második kiadás, Cambridge University Press, 1989, pp. 885-887
• keverő  - Szövetségi szabvány 1037C / Általános Szolgáltatások Hivatala,  1996
• Gary Breed, A keverők matematikája: alapelvek / High Frequency Electronics, 2011. január, pp. 34-35  _
• EECS 242: RF keverők / Ali M Niknejad, University of California, Berkeley.
• GOST 2.737-68. A tervdokumentáció egységes rendszere. Feltételes grafikai jelölések sémákban. Kommunikációs eszközök.