Summary of Keverők és fáziszárt hurkok a rádiókommunikációban
Keverők és Fáziszárt Hurkok a Rádiókommunikációban: Teljes Útmutató
Bevezetés
A keverő egy olyan elektromos áramkör, aminek a fő feladata az egyik frekvencia átalakítása egy másikra. Ez a szöveg a multiplikatív keverő működési elveire, a hasznos és nem kívánt keverési termékek keletkezésére, a tükörfrekvencia problémájára, a reciprok keverésre, valamint a frekvenciaátalakítás és fázisdetektálás gyakorlati alkalmazásaira összpontosít. Az anyag önálló tanulásra készült, és hangsúlyt fektet a témák érthető felosztására és a gyakorlati példákra.
A keverő alapelve
A keverő működése
A keverő egy olyan áramkör, amely a bemeneti jelek szorzásával egy másik frekvenciájú jellé alakítja át a bemeneti jel frekvenciáját.
Egy multiplikatív keverőnek jellemzően két bemenete és egy kimenete van:
-
- bemenet: hasznos jel $u_1(t)=U_1\cos(\omega_1 t)$
-
- bemenet: helyi oszcillátor segédjele $u_0(t)=U_0\cos(\omega_0 t)$
A szorzással a következőket kapjuk: $$u(t)=u_1(t)u_0(t)=U_1\cos(\omega_1 t);U_0\cos(\omega_0 t)$$ Trigonometrikus azonosság alkalmazása után a következő érvényes: $$u(t)=\frac{U_1 U_0}{2}\cos\left((\omega_0-\omega_1)t\right)+\frac{U_1 U_0}{2}\cos\left((\omega_0+\omega_1)t\right)$$ A kimeneten tehát két alapvető komponens jön létre: az összeg- és a különbségi frekvencia.
Gyakorlati következmény
- Ideális esetben a kimeneten csak két termékünk van: $\omega_0+\omega_1$ és $\omega_0-\omega_1$.
- Valós áramkörben azonban a nelinearitás miatt további harmonikusok és keverési termékek is keletkeznek.
Hasznos és nem kívánt keverési termékek
A termékek általános elrendezése
A nelinearitás hatására $\pm n\omega_1 \pm m\omega_0$ frekvenciájú termékek jelennek meg, ahol $n,m$ pozitív egész számok; a termékek rendje $n+m$.
- Az alapvető (hasznos) termékek másodrendűek: $\omega_0\pm\omega_1$.
- Nem kívántak az egyéb kombinációk és a magasabb harmonikusok. Ezeket szűréssel el kell nyomni.
Szűrés és szelektivitás
- A keverő kimenetén általában szűrőt használnak, amely csak a kiválasztott alapvető terméket (pl. középfrekvenciás jelet) engedi át. A szűrőt középfrekvenciás szűrőnek (KF szűrőnek) nevezik.
- A bemeneten célszerű szűrőt alkalmazni, amely elnyomja a nem kívánt jeleket (lásd a tükörfrekvenciás jelet alább).
Kéttónusú gerjesztés és intermoduláció
- Ha az első bemeneten két harmonikus jel van $\omega_1$ és $\omega_2$ frekvenciával, akkor $\pm k\omega_1 \pm l\omega_2 \pm m\omega_0$ frekvenciájú intermodulációs termékek keletkeznek, ahol $k,l,m$ pozitív egész számok.
- Különösen veszélyesek a harmadrendű intermodulációs termékek: például az $\omega_0\pm(2\omega_1-\omega_2)$ és $\omega_0\pm(2\omega_2-\omega_1)$ frekvenciájú termékek, mert közel esnek a hasznos $\omega_0\pm\omega_1$ és $\omega_0\pm\omega_2$ termékekhez.
Tükörjel (image)
A tükörjel egy nem kívánt bemeneti jel, amely a helyi oszcillátorral való keverés után ugyanarra a középfrekvenciára alakul át, mint a hasznos jel.
Tegyük fel, hogy a hasznos jel frekvenciája $f_s$, és a középfrekvencia $f_{mf}=f_0-f_s$ (ahol $f_0>f_s$). Ekkor létezik egy olyan bemeneti jel is, amelynek frekvenciája $$f_z=f_s+2f_{mf}$$ amely keverés után szintén $f_{mf}$ frekvenciát ad, mivel $f_z-f_0=f_{mf}$. Ezt a jelet tükörjelnek nevezzük, és egy előzetes bemeneti szűrővel el kell nyomni.
Gyakorlati intézkedések:
- A bemeneti szűrő (tükörjel-elnyomó szűrő) elnyomja $f_z$-t.
- Az $f_0$ pontos megválasztása és a szűrők sávszélessége növeli a szelektivitást.
Tudtad, hogy a tükörjel okozhatja, hogy egy erős, nem kívánt jel teljesen elfed egy gyenge, hasznos jelet, még akkor is, ha a kettő nincs közel egymáshoz a vételi sávban? Ezért a tükörjel-elnyomó szűrő magas elnyomása kulcsfontosságú a vevő érzékenysége szempontjából.
Reciprok keverés (reciprocal mixing)
Reciprok keverés akkor következik be, amikor a helyi oszcillátor fáziszaja vagy rossz spektrális tisztasága erős, nem kívánt jelekkel kombinálódva megnöveli a zajt a középfrekvencia (KF) környékén.
- Erős, nem kívánt jel, amelynek frekvenciája közel van a has
Sign up for the full summaryAlready have an account? Sign in
Keverőfüggvények és termékeik
Klíčové pojmy: A keverő két jelet szoroz, és létrehozza a frekvenciák összegét és különbségét $\omega_0\pm\omega_1$., A nelinearitások $\pm n\omega_1\pm m\omega_0$ termékeket hoznak létre; a rend $n+m$., A hasznos termék általában másodrendű; a többit a középfrekvenciás szűrőnek kell elnyomnia., Két hangú gerjesztés esetén intermodulációs termékek keletkeznek; a harmadrendű kritikus., A tükörjel $f_z$ eleget tesz az $f_z-f_0=f_{mf}$ feltételnek, és el kell nyomnia a bemeneti szűrőnek., A reciprok keverés növeli a zajszintet az LO fáziszaja miatt; megoldás: minőségi LO és szűrés., A keverő fázisdetektorként is működhet $u_{DP}=\frac{U_1 U_0}{2}\cos(\varphi(t))$ kimenettel., Gyakorlati alkalmazás: frekvenciaátalakítás és fázisdetektálás; a szűrők és az LO tervezése kulcsfontosságú., A tervezés során úgy kell megválasztani az LO frekvenciáját és a szűrőket, hogy megakadályozzák a tükörjel- és intermodulációs problémákat., Az intermodulációs termékek képletekkel előre jelezhetők: $\pm k\omega_1\pm l\omega_2\pm m\omega_0$.