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:

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Роботизированное кресло Toyota Walk Me 07.11.2025

Современные технологии все чаще пересекаются с медициной, эргономикой и социальной сферой. Компании стремятся не просто создавать машины, а делать устройства, которые расширяют возможности человека. Именно к этому направлению принадлежит новейшая разработка корпорации Toyota - роботизированное кресло Walk Me, впервые показанное на выставке Japan Mobility Show 2025. Оно демонстрирует, как инженерная мысль и забота о людях с ограниченной подвижностью могут соединяться в одном компактном устройстве. Внешне Walk Me напоминает нечто среднее между креслом и небольшим роботом. В отличие от привычных инвалидных колясок или тележек, новинка лишена колес - вместо них движение обеспечивают четыре механические ноги. Такая система позволяет креслу буквально "идти" по поверхности, адаптируясь к рельефу и уверенно преодолевая гравий, бордюры или даже лестницы. Создатели вдохновлялись природой - в частности, движениями коз и крабов, известных своей устойчивостью и ловкостью на пересеченной местн ...>>

Отцу полезно брать отпуск по уходу за ребенком 06.11.2025

Роль отцов в воспитании детей перестала восприниматься как второстепенная. Современные исследования все чаще доказывают, что участие папы в уходе за младенцем оказывает не только эмоциональное, но и долговременное развитие на психику и успехи ребенка. Новая работа ученых из Национального университета Сингапура добавила весомые аргументы в пользу того, что отцам стоит брать отпуск по уходу за ребенком - хотя бы на две недели. Исследование показало, что дети, чьи отцы проводили с ними больше времени в первые недели жизни, реже сталкиваются с трудностями в поведении и обучении. Такие дети проявляют лучшие результаты в тестах на математические и речевые способности и демонстрируют более устойчивое эмоциональное состояние. Ученые отмечают, что именно продолжительный отпуск дает мужчинам возможность установить прочную эмоциональную связь с ребенком и активнее участвовать в жизни семьи. Профессор Вэй-Джун Джин Ян, соавтор исследования, подчеркивает, что в большинстве азиатских стран дек ...>>

Случайная новость из Архива Самодельная субмарина 14.11.2007 Инженер-судостроитель из Киля (Германия) Михаэль Шмельтер построил двухместную подводную лодку. Корпус из пластмассы толщиной 32 миллиметра, усиленной стекловолокном, теоретически может выдержать погружение до 450 метров, но из соображений безопасности подводник не опускается глубже ста метров. Запаса воздуха хватает на 12 часов. Лодка весит две тонны, из которых почти тонну составляет вес свинцового балласта. Балластные цистерны берут 250 литров воды, для всплытия она выталкивается сжатым воздухом. Движение обеспечивают четыре электродвигателя. Энергии в аккумуляторах хватает на пять часов постоянного плавания. Инженер совершил на своей лодке уже более сотни погружений в Кильском заливе. Строительство заняло 2000 рабочих часов и обошлось в 40 тысяч евро.

Другие интересные новости:

▪ Смартфоны быстрее заряжаются и понимают голос

▪ Новая геотермальная технология Fervo Energy

▪ Сетевой адаптер Mellanox Innova IPsec 40GbE с шифрованием данных

▪ Видеокамера Nokia для съемки панорамного видео

▪ Уровень углерода в океане неравномерен

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Мировая экономика. Конспект лекций

▪ статья Почему вода в океане соленая? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Toshiba. Справочник

▪ статья Простой транзисторный металлоискатель на биениях. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы приемо-сдаточных испытаний. Сборные и соединительные шины. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025