Смеситель работает как точка, где посторонние сигналы становятся паразитами полезного, и его точка пересечения третьего порядка определяет, какие сильные сигналы рядом тракт переживёт. Минимизация интермодуляции строится на выборе класса смесителя, уровне гетеродина и балансировке, и их совместная работа считается в бюджете приёмника. В статье разобраны точка пересечения и её измерение, классы смесителей, уровень гетеродина, балансировка, продукты второго порядка, шум и порядок выбора.
Точка пересечения и её измерение
Точка пересечения третьего порядка описывает линейность смесителя, и её измерение ведётся в двухтоновом тесте. Формула связи прямое, уровень продукта третьего порядка относительно несущей составляет 2(P − IP3), и для входа 0 дБм и точки пересечения 30 дБм продукт оказывается на 2 × (0 − 30) = минус 60 дБн. Связь с приёмником фундаментальна, продукты третьего порядка от сильных посторонних сигналов попадают в полосу приёма и работают как посторонние сигналы, и точка пересечения задаёт, при каких уровнях посторонних тракт выживает. Расчёт допустимых уровней посторонних для требования идёт в обратную сторону от допустимой интермодуляции, и его результат работает на выбор смесителя. Измерение ведётся анализатором с двумя сигналами равной мощности, и ослабление на его входе работает на достоверность продуктов на 60 дБ ниже несущей. Практическая связка, точка пересечения, допустимые уровни посторонних и их измерение, и их сумма работает на бюджет приёмника. Продукты растут втрое быстрее сигнала по мощности, и их скорость роста работает на жёсткость требований на верхних уровнях. Точка пересечения в паспорте относится к конкретному уровню гетеродина, и её работа при другом уровне проверяется измерением. Практическая работа с точкой пересечения заслуживает отдельного взгляда. Точка пересечения на входе и выходе связаны через коэффициент передачи, и их различие учитывается в каскадных расчётах. Суммирование точек пересечения каскадов работает по формуле с весами, и слабейший каскад доминирует в тракте. Практическое правило, точка пересечения тракта считается от каждого каскада, и её слабейшее звено работает на общий результат.
Пассивные и активные смесители
Классы смесителей работают на линейность и шум по-разному, и их компромисс считается в бюджете тракта. Пассивный смеситель на диодах даёт точку пересечения 30-45 дБм при потерях преобразования 6-9 дБ, и его линейность покупается потерями и уровнем гетеродина 13-27 дБм. Активный смеситель даёт усиление 5-10 дБ при точке пересечения 10-25 дБм, и его усиление работает на шум каскада, а линейность уступает пассивному. Расчёт каскада по формуле Фриза связывает оба класса, пассивный смеситель с потерей 7 дБ работает на шум следующих каскадов, и его коэффициент шума около 8-9 дБ считается в бюджете. Практический компромисс, пассивный смеситель с его линейностью и потерями работает в приёмниках с сильными посторонними сигналами, активный в трактах с мягкой обстановкой, и их выбор от задачи работает. Гибридные схемы с усилителем после пассивного смесителя дают и линейность, и шум, и их цена в потреблении работает на портативные системы. Пассивный смеситель без постоянного питания работает на надёжность, и его отсутствие потребления работает на системы с резервированием. Выбор класса ведётся от помеховой обстановки и бюджета шума, и его расчёт идёт до выбора схемы, а не после. Практическая работа с классами заслуживает отдельного взгляда. Пассивный смеситель с двойной балансировкой работает на высоких частотах с его широкой полосой, и его применение в приёмниках прямого переноса считается в бюджете. Активные схемы на транзисторах работают с их шумом и линейностью, и их компромисс считается от помеховой обстановки. Смесители на кольцах диодов работают с их надёжностью, и их отсутствие потребления работает на резервные тракты.
Уровень гетеродина и его работа
Уровень гетеродина работает на линейность смесителя напрямую, и его выбор считается в проекте. Пассивный смеситель на диодах требует 13-27 дБм на порт гетеродина, и его уровень ниже расчётного снижает точку пересечения и поднимает потери преобразования. Расчёт связи прямое, рост уровня гетеродина на 3 дБ поднимает точку пересечения на единицы децибел, и его предел ограничен мощностью рассеивания диодов. Практическая связка, уровень гетеродина, точка пересечения и потери преобразования, и их сумма работает на выбор генератора гетеродина. Уровень гетеродина работает и на шум, его избыточная мощность греет диоды, и их шум растёт с температурой. Возбуждение гетеродина с гармониками работает на паразитные каналы приёма, и его спектральная чистота считается в бюджете. Фильтрация гетеродина перед смесителем работает на гармоники, и её крутизна работает на паразитные каналы. Практическое решение, генератор с запасом по мощности и фильтрация на гармониках, и их сумма держит смеситель в расчётном режиме. Проверка идёт измерением точки пересечения при фактическом уровне гетеродина, и её расхождение с паспортом указывает на недовозбуждение. Экономия на уровне гетеродина платится линейностью, и её цена в бюджете приёмника выше, чем ватты генератора. Мощность генератора гетеродина работает на его цену и потребление, и её оптимум считается от требований смесителя. Генератор с запасом в 3 дБ держит смеситель в расчётном режиме при дрейфе, и его запас работает на стабильность параметров. Развязка гетеродина от приёмного тракта работает на утечки, и её схема с изоляцией считается в проекте.
Балансировка и подавление утечек
Балансированная схема смесителя работает на подавление утечек и чётных продуктов, и её симметрия считается в проекте. Двойная балансированная схема подавляет утечку гетеродина на выход и вход на 40-50 дБ, и её остаток работает на излучение гетеродина антенной приёмника. Чётные продукты интермодуляции гасятся балансировкой, и их остаток работает на приёмники с нулевой промежуточной частотой. Расчёт остатков прямое, разброс диодов и трансформаторов в единицы процентов поднимает остаток утечки на десятки дБ, и его фактическая величина измеряется на образце. Практическая связка, симметрия схемы, утечки и чётные продукты, и их сумма работает на выбор балансированной схемы. Утечка гетеродина в антенну работает на помехи соседним приёмникам, и её уровень держится развязкой и фильтрами. Изоляция между портами смесителя работает на паразитные каналы, и её величина в паспорте проверяется измерением. Практическое решение, балансированная схема с запасом по развязке, фильтрация гетеродина и контроль изоляции, и их сумма закрывает утечки. Проверка утечек идёт измерением спектра на выходе при закороченном входе, и её уровень сравнивается с расчётом. Симметрия монтажа работает на балансировку так же, как схемотехника, и его дисциплина оплачивается подавлением. Трансформаторы и синфазные делители работают на балансировку, и их амплитудно-фазовый баланс в единицы процентов считается в проекте. Практическая проверка баланса идёт измерением утечки при закороченных портах, и её результат работает на выбор компонентов. Пайка и монтаж диодов работают на симметрию, и их дисциплина оплачивается подавлением чётных продуктов.
Продукты второго порядка и нулевая частота
Продукты второго порядка работают на приёмники с нулевой промежуточной частотой напрямую, и их уровень считается в бюджете. Формула связи прямое, уровень продукта второго порядка относительно несущей составляет P − IP2, и для входа 0 дБм и точки пересечения второго порядка 50 дБм продукт оказывается на минус 50 дБн. Продукты второго порядка от двух посторонних сигналов попадают на нулевую частоту при их равенстве, и их уровень работает как постоянное смещение в тракте. Практическая связка, точка пересечения второго порядка, уровни посторонних и смещение, и их сумма работает на выбор смесителя для нулевой частоты. Постоянное смещение работает на динамический диапазон приёмника, и его компенсация в цифре работает на его остаток. Разброс пары сигналов по частоте уводит продукт от нуля, и его положение считается в планировании каналов. Фильтрация посторонних сигналов до смесителя работает на продукты второго порядка, и её крутизна работает на смещение. Практическое решение, смеситель с высокой точкой пересечения второго порядка, фильтрация посторонних и компенсация смещения, и их сумма закрывает приём с нулевой частотой. Проверка идёт измерением смещения при двух сигналах равной мощности, и его уровень сравнивается с расчётом. Для приёмников с низкой промежуточной частотой продукты второго порядка работают на соседние каналы, и их уровень входит в тот же бюджет. Практическая работа с продуктами второго порядка заслуживает отдельного взгляда. Компенсация смещения в цифре работает на его остаток, и её диапазон считается от расчётного смещения. Медленное смещение от температуры отслеживается петлёй компенсации, и её скорость работает на приём с малыми сигналами. Проверка идёт измерением смещения при перепадах температуры, и его уровень сравнивается с бюджетом приёмника.
Шум смесителя и шум гетеродина
Шум смесителя работает на чувствительность приёмника, и его составляющие считаются в бюджете. Коэффициент шума пассивного смесителя около его потерь преобразования, и для потери 7 дБ он составляет 8-9 дБ с учётом шума нагрузки. Расчёт каскада по формуле Фриза связывает шум смесителя с шумом следующих каскадов, и его усиление с минусом работает на вклад усилителя после него. Шум гетеродина переносится на выход смесителя, и его фазовый шум на отстройках работает на приём слабых сигналов рядом с сильными. Расчёт переноса прямое, фазовый шум гетеродина на отстройке переносится на выход без изменений, и его уровень в спектре приёмника работает на перекрёстное смешение. Практическая связка, шум смесителя, шум гетеродина и чувствительность, и их сумма работает на требования к гетеродину. Шум амплитудной составляющей гетеродина конвертируется в фазовый шум выходного сигнала, и его подавление фильтрацией работает на спектр. Практическое решение, генератор с низким фазовым шумом на отстройках приёма, фильтрация гетеродина и компенсация в цифре, и их сумма закрывает шум. Проверка идёт измерением спектра выхода при чистом сигнале на входе, и его уровень сравнивается с расчётом переноса. Экономия на шуме гетеродина платится чувствительностью, и её цена в бюджете приёмника измеряется децибелами. Практическая работа с шумом смесителя заслуживает отдельного взгляда. Шум нагрузки на выходе пассивного смесителя считается в его коэффициенте, и её температура учитывается в расчёте. Преобразование шума вниз и вверх работает симметрично, и его вклад в обе стороны считается в бюджете. Проверка идёт измерением коэффициента шума готового тракта, и его расхождение с расчётом указывает на шум гетеродина.
Порядок выбора смесителя для приёмного тракта
Выбор смесителя укладывается в шесть шагов:
- расчёт допустимых уровней посторонних сигналов от требования к интермодуляции;
- выбор класса смесителя по линейности, шуму и потреблению от задачи;
- расчёт уровня гетеродина и его запаса по мощности;
- расчёт утечек и чётных продуктов для типа приёмника;
- расчёт бюджета шума с переносом шума гетеродина;
- проверка фактических параметров измерением на образце.
Такой порядок превращает выбор смесителя из чтения каталога в расчёт от задачи. Практика приёмных трактов подтверждает масштаб, смеситель с правильным классом и уровнем гетеродина работает на выживание тракта рядом с сильными сигналами, и каждый децибел точки пересечения конвертируется в допустимые уровни посторонних напрямую. Точка пересечения третьего порядка остаётся той величиной смесителя, где линейность и шум работают вместе, и умение считать их совместную работу определяет, что приёмник переживёт на практике.