Квадратурный смеситель на встречных волнах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

В ряде практических случаев конструирования радиоаппаратуры требуются преобразователи частоты, обеспечивающие на выходе два квадратурных сигнала. Они находят широкое применение в формирователях однополосного сигнала для средств связи, в устройствах синхронного прима (приемниках прямого преобразования), в аппаратуре цифровой обработки. Автор данной публикации предлагает еще один способ простого построения квадратурного смесителя.

Для полного описания радиосигнала надо задавать два его параметра: текущую амплитуду А и текущую фазу Ψ. На комплексной плоскости сигнал изображается вектором А, повернутым на угол Ψ (рис. 1).

Однако практическое представление столь разнородных параметров в виде электрических величин крайне неудобно. Гораздо лучше использовать проекции вектора сигнала на вещественную ось I = A cosΨ и на мнимую ось Q = A sinΨ. Эти параметры однородны и отображаются напряжениями постоянного (но изменяющегося при модуляции) тока при преобразовании на нулевую частоту, или напряжениями переменного тока, когда Ψ = ωt + φ. По известным I и Q всегда можно найти А и Ψ: А2 = I2 + Q2, Ψ = arctg(Q/l). Обозначения сигналов принятые в зарубежной литературе: I - in phase и Q - quadrature. Традиционная техника построения квадратурных преобразователей предусматривает использование высокочастотного (ВЧ) фазовращателя, установленного в цепи подачи гетеродинного напряжения на смесители (рис. 2,а). На выходах смесителей образуются сигналы разностной частоты, а поскольку фазы сигналов преобразуются точно так же, как и частоты, эти сигналы будут иметь относительный фазовый сдвиг π/2. Иногда, например в обратимых однополосных преобразователях, с целью сохранения выделяемой боковой полосы высокочастотный преобразователь устанавливают в цепи сигнала (рис. 2,б).

Высокочастотные фазовращатели по рис. 2,а удобно выполнять на цифровых микросхемах одновременно с делением частоты гетеродина на 4, но частотный диапазон цифровых фазовращателей ограничен десятками мегагерц. Не намного шире и диапазон фазовращателей, выполненных на дискретных LCR-элементах, поскольку на высоких частотах начинает сильно сказываться влияние паразитных индуктивностей и емкостей монтажа и других элементов схемы. Во всяком случае, без элементов подстройки фазовращатель на дискретных элементах выполнить не удается.

Общей тенденцией при переходе к высоким частотам является использование цепей с распределенными параметрами, в частности, длинных линий. ВЧ фазовращатель также можно выполнить на линии с электрической длиной а/4. Практически удобнее взять линию длиной всего λ/8 и направить ВЧ сигналы со входа и от гетеродина навстречу друг другу, как показано на рис. 3.

Относительный фазовый сдвиг сигналов на входах смесителей будет как раз π/2. что и требуется. Но при этом нужны смесители, в которых и сигнал и гетеродин подаются на один и тот же вход, т.е. обычные балансные смесители здесь не годятся. Зато как нельзя лучше подходит смеситель на встречно-параллельных диодах, предложенный автором более 20 лет назад! В нем частота гетеродина вдвое ниже частоты сигнала и преобразование происходит по закону F = 2fl, - fc или F = Iс - 2fl. Длина линии на частоте гетеродина составит всего λ/16, но поскольку фаза гетеродина, так же, как и частота, при преобразовании удваивается, на выходах смесителей по-прежнему образуются квадратурные сигналы.

При практической реализации квадратурного смесителя на встречных волнах целесообразно (но не обязательно) использовать в линии режим бегущих волн. С этой целью входные сопротивления смесителей с параллельно подключенными выходными сопротивлениями источников сигналов должны равняться волновому сопротивлению линии. Входные и выходные емкости надо скомпенсировать параллельным подключением индуктивностей или иным способом. Линию можно выполнить в виде отрезка коаксиального кабеля, в виде печатной микрополосковой линии или на сосредоточенных элементах.

В качестве примера практической реализации смесителя на рис. 4 приведена практическая схема входной части экспериментального гетеродинного приемника на частоту 46 МГц. Входной контур образован элементами L1C1, а УРЧ собран по схеме истокового повторителя на полевом транзисторе VT1. Точно по такой же схеме сделан и буферный каскад гетеродина на транзисторе VT3. Гетеродин приемника выполнен по схеме емкостной трехтонки на биполярном транзисторе VT2 с использованием кварцевого резонатора на частоту 23 МГц. В цепи питания гетеродина установлен подстроечный резистор R6, позволяющий подобрать уровень сигнала гетеродина на диодах смесителя с целью получения максимального коэффициента передачи.

Через разделительные емкости C3 и С8 ВЧ сигналы подаются на концы линии с подключенными к ним смесителями на диодах VD1-VD4. Сама линия, по причине не слишком высокой частоты, выполнена в виде П-образного звена фильтра нижних частот на сосредоточенных элементах

L2C9C10. Частота среза звена лежит намного выше частоты сигнала, поэтому оно вносит лишь фазовый сдвиг, а не затухание ВЧ сигналов. Выходные емкости истоковых повторителей и входные емкости смесителей учитываются при настройке соответствующей корректировкой емкостей звена подстроечными конденсаторами С9 и С10. Конденсаторы С11 и С12 отфильтровывают высокочастотные компоненты на выходах смесителя и ограничивают полосу пропускания звуковыми частотами.

Катушка L1 содержит 7 витков провода ПЭЛ 0,5 и выполнена на каркасе диаметром 5 мм с магнетитовым под-строечником. катушка линии L2 намотана на высокочастотном кольце с внешним диаметром 9 мм (щечка магнитопровода СБ-9) и содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,25. Дроссель L3 нужен лишь для замыкания цепи смесителя по постоянному току, его индуктивность некритична.

Налаживание устройства сводится к настройке входного контура и установке уровня гетеродинного напряжения по максимуму сигнала на выходе и к регулировке фазового сдвига в каналах. С этой целью сигналы I и Q подаются, после соответствующего усиления (автор использовал сдвоенный ОУ К157УД2). на входы X и Y осциллографа. Установив одинаковое усиление по каналам, регулировкой конденсаторов С9 и С10 добиваются получения на экране правильной окружности.

Описанное устройство обеспечило чувствительность, ограниченную шумами, нескольких микровольт (задача получения максимальной чувствительности не ставилась) и точность фазового сдвига сигналов на выходах лучше нескольких градусов, во всяком случае, форма фигуры на экране осциллографа была неотличима от окружности во всем диапазоне частот биений от постоянного тока до нескольких килогерц.

Автор: В.Поляков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Растения сигнализируют об опасности вулканической активности 17.06.2025

Извержения вулканов - одни из самых разрушительных природных явлений, и своевременное их предсказание является важной задачей для защиты жизни и имущества людей. Современные технологии позволяют отслеживать сейсмическую активность, тепловые аномалии и газовые выбросы, однако ученые из разных стран продолжают искать новые, более ранние признаки приближающейся опасности. Недавнее исследование команды под руководством вулканолога Николь Гвинн продемонстрировало необычный способ раннего обнаружения вулканической активности с помощью изменений в растительности вокруг вулкана Этна - одного из самых активных вулканов Европы. В ходе двухлетних наблюдений ученые выявили 16 случаев, когда увеличение содержания углекислого газа (CO2) в воздухе или почве совпадало с ростом показателя NDVI - нормализованного индекса растительности, отражающего интенсивность фотосинтеза и здоровье зеленых насаждений. Этот индекс широко используется для оценки густоты и жизнеспособности растительного покрова на сп ...>>

Магнит без использования полезных ископаемых 17.06.2025

Технологии все больше зависят от редких и дорогих материалов, добыча которых сопряжена с экологическими и геополитическими рисками. В связи с этим поиск альтернативных решений становится одной из важнейших задач науки и промышленности. Недавно американские ученые во главе с исследователем китайского происхождения Цзянь-Пин Ванг разработали магнит, изготовленный исключительно из железа и азота, который не содержит традиционных редкоземельных элементов. Это открытие может кардинально изменить подход к производству магнитных материалов и значительно снизить зависимость от нестабильных международных поставок. В отличие от широко используемых сегодня магнитов, содержащих редкие полезные ископаемые, такие как самарий и диспрозий, новый магнит отличается более простой и экологичной составной частью. По словам ученых, магнит, созданный из железа и азота, обладает силой магнитного поля, которая превосходит многие известные материалы на рынке. Это делает его перспективной заменой для постоянн ...>>

Скука полезна творческим людям 16.06.2025

Когда информационный поток непрерывно заполняет наше сознание, умение сделать паузу становится особенно важным. Именно в моменты кажущейся скуки мозг получает возможность перезагрузиться и активировать скрытые ресурсы, стимулирующие творческое мышление и саморефлексию. Ученые из Университета Саншайн-Кост в Австралии провели исследование, которое подтверждает, что короткие периоды скуки могут быть полезны для творческих людей и не только. Скука возникает в тот момент, когда способность человека удерживать внимание начинает снижаться, и активируется так называемая сеть пассивного режима мозга. Эта система отвечает за внутренние мысли и саморефлексию, в то время как активность исполнительной сети, которая обычно помогает сосредоточиться, заметно снижается. Таким образом, скука становится не просто неприятным ощущением, а своего рода переключателем, дающим мозгу возможность отдохнуть от постоянной концентрации. Современный ритм жизни сопровождается постоянной стимуляцией симпатическо ...>>

Случайная новость из Архива Жуки - самые живучие существа 27.03.2015 Ученые из Университета штата Колорадо (США) выяснили, что жуки оказались не только крупнейшей группой среди насекомых и живых существ в целом (их насчитывается почти 400 тысяч видов), но и самыми способными к выживанию субъектами. Как правило, энтомологи уделяют основное внимание появлению новых видов, но вымирание не менее важно для понимания истории животных. Палеонтологи обследовали более 5500 ископаемых останков жесткокрылых, представляющих всю историю отряда, начиная с пермского периода (284 миллиона лет назад) и собранных по всему миру. Выяснилось, что за сотни миллионов лет вымерло лишь 35 семейств жуков из 214, а в самом крупном отряде жуков Polyphaga (90% всех известных видов) вымерших семейств вообще не оказалось: они пережили как массовое пермское, так и мел-палеогеновое вымирания. Несмотря на то, что другие группы насекомых вполне могут оказаться не менее устойчивыми к вымиранию, среди причин столь выдающихся успехов жуков ученые называют способность быстро адаптироваться к самым различным климатическим условиям, а также невероятную гибкость их рациона.

Другие интересные новости:

▪ Беспилотник предупредит о цунами

▪ Долгожители отличаются кишечными микробами

▪ Контактные линзы, проецирующие информацию на глаза

▪ Микросхема ST25DV02K-W для управления светом и моторами

▪ Контроллер Marvell 88NV1160

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Закон Хаббла. История и суть научного открытия

▪ статья Граница между какими государствами проходит прямо посередине переговорного стола? Подробный ответ

▪ статья Продавец непродовольственных товаров. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Синтезатор частоты диапазона УКВ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Игрушечный ящик. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025