Podręcznik: Mieszacze ze sprzęgaczem 3dB, 180

2. Mieszacz diodowy

2.7. Mieszacze ze sprzęgaczem 3dB, 180

Mieszacze jednodiodowe, mimo prostoty budowy, mają cały szereg wad i są rzadko stosowane w praktyce. Częściej stosuje się mieszacze dwu- i wielodiodowe w konfiguracjach zrównoważonych. Prosty przykład mieszacza dwudiodowego pokazano na rys.6.16. Mieszacz ten, nazywany pojedynczo-zrównoważonym, wykorzystuje czterowrotowy sprzęgacz kierunkowy 3 dB/180⁰, zapewniający dobrą izolację między torami sygnału i heterodyny. Poniżej postaramy się wyjaśnić na czym polega idea pracy zrównoważonej mieszacza.

Rys.6.16. Mieszacz zrównoważony ze sprzęgaczem 3 dB, 180⁰ i diodami półprzewodnikowymi. A) Układ mieszacza z filtrem dolnoprzepustowym.
B) Charakterystyka widmowa mieszacza z zaznaczonymi na czerwono składnikami, które zostały usunięte.

Użyty sprzęgacz posiada ciekawe właściwości, sygnał doprowadzony do wrót ”1” pojawia się we wrotach ”3” i ”4” o jednakowych amplitudach i fazach. Natomiast sygnał doprowadzony do wrót ”2” pojawia się we wrotach ”3” i ”4” o jednakowych amplitudach i przeciwnych fazach. Macierz rozproszenia tego sprzęgacza, dla przypadku idealnego dopasowania, zapisana jest zależnością (6-15):

$\begin{bmatrix} S_{3dB,180^0} \end{bmatrix}=\frac{1}{\sqrt{2}}\begin{bmatrix} 0 & 0 & 1 & 1\\ 0 & 0 & 1 & -1\\ 1& 1& 0& 0\\ 1 & -1 & 0 & 0 \end{bmatrix};$

(6-25)

Umieszczamy teraz we wrotach ”3” i ”4” identyczne diody o przeciwnie skierowanych kierunkach przewodzenia. Znajdujemy napięcia v_a i v_b:

$v_a=v_{LO}+v_S$

$v_b=-v_{LO}+v_S;$

(6-26)

Następnie zapisujemy prądy i_a i i_b uproszczonymi zależnościami (bez polaryzacji i bez stałych współczynników):

$i_a=(v_{LO}+v_S)+(v_{LO}+v_S)^2+(v_{LO}+v_S)^3+...;$

$i_b=-(-v_{LO}+v_S)+(v_{LO}+v_S)^2-(-v_{LO}+v_S)^3+...;$

$i_M=i_a-i_b;$

(6-27)

Po zsumowaniu prądów otrzymujemy prąd wyjściowy i_M=(i_a-ib). Wyniki widać w Tabeli 6.5.

Tabela 6.5. Zależności kolejnych składników prądów diod mieszacza od amplitud napięć heterodyny v_LO i sygnału v_S.

Na rys.6.16B pokazano charakterystykę widmową, na której zaznaczono usunięte składniki. Usunięto z widma falę nośną, czyli układ z rys.6.16A może pracować jako mieszacz dolno wstęgowy (gdy dołączymy filtr dolnoprzepustowy), a także jako modulator z wytłumioną falą nośną, co pokazuje charakterystyka widmowa z rys.6.16B.

Rys.6.17. Mieszacz zrównoważony ze sprzęgaczem 3 dB, 1800 i diodami półprzewodnikowymi. A) Układ mieszacza w porównaniu do układu z rys.6.16A zmieniono miejsca dołączenia sygnału i heterodyny. B) Charakterystyka widmowa mieszacza z zaznaczonymi na czerwono składnikami, które zostały usunięte,

Zamienimy teraz wrota, do których podłączono heterodynę i sygnał. Otrzymujemy układ z rys.6.17A. Podobna analiza pokazuje, że inne składniki zostały teraz usunięte z widma sygnału we wrotach wyjściowych mieszacza.
Z podanych wyżej przykładów wyciągamy wnioski, że wykorzystanie rozmaitych sprzęgaczy i układów sumujących daje ciekawy możliwości eksponowania jednych, a kompensowaniu innych składników w widmie mieszaczy.