Широкополосные диодные смесители
В .данном разделе рассмотрены схемы пассивных устройств, в которых применяются сверхвысокочастотные смесительные диоды Шотки. Термин «пассивные» означает, что рассматриваемые устройства обладают собственным затуханием и способны к развязке последующих каскадов. Это свойство особенно ценно для снижения интермодуляционных искажений1' в проектируемых приемниках и при применении в модуляторах передатчиков, где для дальнейшего усиления мощности используются специально спроектированные усилители. Чтобы получить высокие, качественные показатели, необходимо использовать балансные устройства; оптимальной с этой точки зрения является схема двойного балансного кольцевого смесителя.
Как основные качественные показатели для схем смесителей используются так называемая «точка пересечения 3-го порядка» IP,,2' и связанное с ней значение _мошности гетеродина Pfi.
Общеупотребительной будет следующая классификация: Очень низкий уровень 1РВ < + 7 дБм Рц < 0 дБм Низкий уровень ~ + 13 дБм ~ + 7 дБм Средний уровень ~ + 20 дБм ~ + 13 дБм Высокий уровень ~ + 25 дБм ~ + 17 дБм Очень высокий уровень > + 30 дБм > + 20 дБм
Пассивные смесители двух первых названных выше классов на практике используются редко; смесители этих классов, как правило, выполняются в виде интегральных микросхем. Распространенное название «смеситель стандартного уровня мощности» относится, вообще говоря, к устройству второго класса: смесителю низкого уровня.
1} Интермодуляция-возникновение помех на выходе устройства при действии на его входе двух или более сигналов, частоты (например, ft и Г2) которых не совпадают с частотой основного сигнала (и приводят к помехам на частоте основного сигнала). Интермодуляция 3-го порядка представляет комбинацию 2fi-f2 или 2f2-f,.-Прим. ред.
2) Точка IPi3 соответствует точке на амплитудной характеристике абсолютно линейного усилителя, при подаче на вход которого сигналов с частотами fj и Г2 образуются продукты интермодуляции 3-го порядка, равные по амплитуде рабочему сигналу.-Прим. ред.
Рис. 1.61. Схемы и параметры двух простых балансных смесителей для сигналов среднего уровня мощности.
Следующими важными параметрами, характеризующими смеситель, являются: вносимое ^собственное) затухание А;1), собственные шумы FM и ^взаимная развязка входов А,. При этом для кольцевых смесителей типичное значение As составляет 5,5-6,5 дБ, из них « 3 дБ приходится (согласно основному определению fz = Гц + fh) на нежелаемую и поэтому отфильтрованную компоненту. Значение FM»0,5 дБ (при использовании диодов Шотки) вследствие малости может не приниматься во внимание или учитываться в величине aj. Величина Ах для сигнальных входов может достигать более 25 дБ, а развязка сигнальных и гетеродинного входов может превышать 45 дБ. На частотах выше 150 МГц наблюдается ухудшение качества смесителей. Значение КСВ (s) отчетливо зависит от мощности раскачки, особенно от мощности гетеродина
, pu-
Т1а рис. 1.61 представлены схемы и характеристики двух простых балансных смесителей, относящихся к классу смесителей среднего уровня мощности. В связи с их средними качественными показателями эти смесители используются преимущественно в модемах (модулятор/демодулятор). Таблица 1.13 позволяет сравнить свойства балансных и двойных балансных смесителей.
Теперь поговорим о двойных балансных смесителях, которые применяются в высококачественных приемных и передающих устройствах, а также в измерительной технике.
В связи с относительно высокими требованиями, предъявляемыми к динамическому диапазону, будем рассматривать только схемы, относящиеся к среднему уровню мощности. Эти схемы, как изображено на рис. 1.62, включают в себя два симметрирующих трансформатора согласующего типа с Zu 1:|2:2| (см. рис. 1.5), диодный кольцевой смеситель на основе диодов Шотки и симметрирующую^ емкость Сс, которая улучшает развязку между входами Ах. Для Рд = +13 дБм величина 1Р!3 составляет + 120-221 дБм, а точка компрессии по входу КР; == + 17-91 дБм.
Смесители высокого уровня мощности отличаются от рассмотренного устройства только тем, что каждое плечо смесительного кольца образовано .не одним, а двумя последовательно включенными диодами Шотки, что показано °на рисТ 1.63. При рп = + 17 дБм удается получить IPi3 як + 125-271 дБм и КР, « + 113-151 дБм.
Смесители очень высокого уровня мощности отличаются от описанных смесителей среднего уровня тем, что каждый диод в кольце включается последовательно с цепью из параллельно соединенных резистора R и конденсатора С, как следует из рис. 1.64. Реактивное сопротивление конденсатора Сг должно составлять ^ 50 Ом на самой низкой частоте рабочего диапазона %±4- Для pu = + 20 дБм типичны значения 1Р13 х х + | 30-33 | дБм и KPj х + 115-18 | дБм.
Что касается требований, предъявляемых к трансформаторам при проектировании, то мы будем ориентироваться на содержание разд. 1.1. Схему, приведенную на рис. 1.5, можно использовать для всех трех описанных выше смесителей любого класса мощности. Частотная характеристика входа (частота fx) начинается с 0 Гц, что позволяет передавать самые низкие частоты рабочего спектра; по обоим другим входам (при нескомпенсированных трансформаторах) ширина полосы рабочих частот достигает
Таблица 1.13. Сравнение качественных показателей балансного и двойного балансного диодных смесителей *
Рис. 1.62. Схема и параметры кольцевого смесителя для сигналов среднего уровня мощности.
Рис. 1.63. Схема и параметры кольцевого смесителя гтля сигнядор высокого уровня мощности.
Рис. 1.64. Схема и параметры кольцевого смесителя для сигналов сверхвысокого уровня мощности.
Таблица 1.14. Пример параметров элементов кольцевых смесителей, приведенных на рис. 1.62-1.64, и их зависимость от частоты
Рис. 1.65. Схема и параметры кольцевого смесителя с увеличенным динамическим диапазоном для сигналов сверхвысокого уровня мощности.