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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Переработка мочи и пота космонавтов в питьевую воду 08.07.2023 Процесс переработки отходов мочи и пота космонавтов в питьевую воду является важным шагом в развитии систем жизнеобеспечения в космосе. NASA планирует отправить людей в более длительные космические миссии, включая путешествия на Луну и Марс. Для обеспечения основных жизненных потребностей астронавтов во время этих миссий, необходима надежная система контроля окружающей среды и жизнеобеспечения на космической станции (ECLSS). ECLSS включает в себя комплексное оборудование, включая систему восстановления воды, которая собирает и перерабатывает сточные воды, превращая их в питьевую воду. Она также использует специализированный компонент, способный собирать влагу из воздуха кабины, выделяемую от пота и дыхания экипажа. Одной из подсистем, играющей ключевую роль в процессе переработки, является Urine Processor Assembly (UPA), которая извлекает воду из мочи астронавта с помощью вакуумной дистилляции. Улучшенная версия UPA также может производить рассол мочи, содержащий некоторое количество воды. Для удаления остатков сточной воды разработан блок обработки рассола (BPA). BPA использует рассол, произведенный UPA, и через специальную мембранную технологию испаряет воду, "надувая" рассол теплым сухим воздухом. В результате образуется влажный воздух, который затем собирается системой сбора воды на космической станции, аналогично сбору влаги из дыхания и пота экипажа. Вся система включает меры безопасности, такие как датчики, контролирующие качество воды. Если качество воды не соответствует стандартам, происходит повторная обработка. Также добавляется йод в пригодную для употребления воду для предотвращения роста микроорганизмов, и затем эта вода хранится. Такой процесс обеспечивает необходимое ежедневное потребление воды каждым астронавтом для потребления, приготовления пищи и личной гигиены. Это значительный прогресс в развитии систем жизнеобеспечения в космосе. Миссии Artemis открывают новую эру космических путешествий, предоставляя людям возможность исследовать Луну и впоследствии Марс. Однако, чтобы совершить такие долгие и далекие путешествия, астронавты должны иметь надежные системы обеспечения жизнеобеспечения. Переработка мочи и пота в питьевую воду является одним из важных аспектов этих систем. Эксперты NASA подчеркивают, что система контроля окружающей среды и жизнеобеспечения на космической станции достигла значительных достижений. Она обеспечивает высокую степень восстановления воды, позволяя астронавтам использовать ее эффективно в течение длительных космических миссий. Комбинация аппаратного обеспечения, включающая систему восстановления воды, а также специализированные компоненты, позволяют собирать влагу из различных источников, подвергать ее переработке и обеспечивать качественную питьевую воду. Важным аспектом системы является Urine Processor Assembly (UPA), которая позволяет извлекать воду из мочи астронавтов. Благодаря использованию вакуумной дистилляции, UPA обеспечивает эффективное восстановление воды из мочи. Помимо этого, блок обработки рассола (BPA) играет важную роль в устранении остатков сточной воды на космической станции. Система ECLSS обладает различными мерами безопасности, гарантирующими чистоту воды. Если качество воды не соответствует требованиям, она повторно подвергается обработке. Йод добавляется в питьевую воду для предотвращения развития микробов, и важно отметить, что система способна поддерживать высокий уровень восстановления воды, обеспечивая астронавтам достаточное количество воды для их основных потребностей во время космических миссий.

Другие интересные новости:

▪ Новый вид дельфинов

▪ Мобильный аккумулятор с беспроводной зарядкой HyperCharger X

▪ Пластик в воздухе

▪ Гарнитура смешанной реальности Magic Leap 1

▪ Свобода воли позволяет нам быть собой

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Компьютерные устройства. Подборка статей

▪ статья Первым делом самолеты. Крылатое выражение

▪ статья Что такое запах? Подробный ответ

▪ статья Пожарная лестница. Советы туристу

▪ статья Doorphone intercom (ENGLISH). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания антенного усилителя, 9-12 вольт 20 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025