Drukuj ten rozdziałDrukuj ten rozdział

Podręcznik

2. Mieszacz diodowy

2.6. Produkty intermodulacji

Na wyjściu mieszacza pojawia się cały szereg składowych o częstotliwościach będących kombinacją częstotliwości heterodyny i sygnału. W mieszaczu dolnowstęgowym wszystkie z nich, z wyjątkiem fP=│fH-fS│ można uznać za niepożądane. Część z nich jest silnie tłumiona przez odpowiednie filtry umieszczone na wyjściu, jednak niektóre mogą pojawiać się w paśmie częstotliwości pośredniej, z czego użytkownik mieszacza powinien zdawać sobie sprawę.
Przeprowadzona w punkcie 4 analiza pracy mieszacza oparta była na założeniu, że do elementu nieliniowego mieszacza doprowadzono dwa sygnały o częstotliwościach fH i fS. Mówimy wtedy, że sygnał jest jednotonowy. Jednakże w wielu przypadkach do mieszacza doprowadzane są sygnały wielotonowe. Dla przykładu wzmacniacze pracujące w sieciach telewizji CATV wzmacniają sygnały z jednocześnie kilkudziesięciu kanałów telewizyjnych. Powstaje pytanie, jak w takich warunkach wygląda proces przemiany częstotliwości, czy mogą powstać produkty niechciane i niepożądane, jak ustalić warunki pracy wzmacniacza, aby minimalizować poziom niepożądanych zniekształceń? 
Opiszemy ten przypadek dokładniej przyjmując, że obok napięcia heterodyny doprowadzono do mieszacza tylko dwa sygnały o częstotliwościach fS1 i fS2, odległe od siebie o \deltaf:

  

u(t)=U_H\cos (\omega _Ht)+U_{S1}\cos (\omega _{S1}t)+U_{S2}\cos (\omega _{S2}t);

 (5-23)

Widmo sygnału wyjściowego wzbogaca się w tym wypadku o nowe produkty przemiany, nazywane produktami intermodulacji dwutonowej.

  

f_{m,n1,n2}=\left | \pm mf_H \pm n_1f_{S1}\pm n_2f_{S2}\right |\, \, \mathrm{dla}\, \, m,n_1,n_2=0,1,2,3...;

 (5-24)



Rys.5.14. Charakterystyki widmowe przemiany w przypadku mieszania dwóch sygnałów o częstotliwościach f1 i f2.

Najważniejsze z nich, zwane produktami intermodulacji dwutonowej trzeciego rzędu mają częstotliwości odległe o \pm \delta f od obu częstotliwości pośrednich fP1 i fP2 – rys.5.14.
Szukając mechanizmu uzasadniającego powstawanie produktów intermodulacji trzeba wrócić do zależności (2-1). Produkty intermodulacji powstają jako rezultat obecności kolejnego wyrazu w szeregu Taylora, w którym występuje u3(t). Spójrzmy na fragment Tabeli 5.4, pokazany poniżej.
Tabela 5.4. Udział kolejnych składników szeregu (2-1) w tworzeniu składników intermodulacji przy zasilaniu dwu-sygnałowym (ω1,V1) i (ω2,V2).

Produkty intermodulacji (2f1-f2) i (2f2-f1) powstają bez udziału heterodyny i na osi częstotliwości ulokowane są tak, jak pokazano na rys.5.14, po obu stronach częstotliwości f1 i f2. Gdy amplitudy US1 = US2 = US rosną, to amplitudy produktów intermodulacji rosną jak US3.  W obecności heterodyny zachodzi proces mieszania i wszystkie 4 składniki: (2f1-f2), f1, f2 i (2f2-f1) przenoszone są do pasma pośredniej częstotliwości. Składniki intermodulacji położone są bardzo blisko częstotliwości fP1 i fP2 i dlatego pojawiają się na wyjściu mieszacza nawet w przypadku wąskiego pasma częstotliwości pośrednich.

Rys.12.15. Produkty intermodulacji dwutonowej. 
A) Charakterystyki widmowe. 
B) Produkty intermodulacji w zalezności od mocy sygnałów.    

Na rys.5-15 pokazano charakterystyki obu produktów intermodulacji dla przypadku, gdy moce obu sygnałów PS1 i PS2 są sobie równe. Jak już wiemy, moce tych produktów zwiększają się proporcjonalnie do PS w trzeciej potędze. Różnicuje to istotnie nachylenie obu pokazanych na rys.5.15 charakterystk. Ważnym parametrem mieszacza charakteryzującym dwutonowe zniekształcenia intermodulacyjne jest poziom mocy PS, odpowiadający tzw. punktowi przecięcia 3. rzędu. Jest to punkt przecięcia charakterystyki PP(PS) z charakterystyką produktów intermodulacji. Aby minimalizować wpływ składników intermodulacji należy utrzymywać odpowiednio niski poziom mocy sygnałów. Z rys.5.15 widzimy, że dla PS=-20dBm odstęp między produktami przemiany, a produktami intermodulacji wynosi 60 dB; dla PS=0dBm wynosi już tylko 20dB.