Записки программиста

Ранее мы познакомились со схемами одинарного балансного диодного смесителя и двойного балансного диодного смесителя. Оказывается, что существует еще и тройной балансный смеситель. Рассмотрим же его схему, а также попытаемся понять сильные и слабые стороны этого смесителя.

Далее по тексту двойной балансный смеситель обозначается, как DBM (double balanced mixer), а тройной — как TBM (triple balanced mixer). Для одинарного балансного смесителя существует аналогичное сокращение, SBM (single balanced mixer), хотя сегодня оно нам и не пригодится. Эти сокращения полезно знать, поскольку они встречаются в литературе.

Схему TBM можно найти в разных источниках. Вот иллюстрация из книги «Building a Transceiver», авторы Eamon Skelton, EI9GQ и Elaine Richards, G4LFM:

Авторы рекомендуют использовать подобранные диоды Шоттки 1N5711 (даташит [PDF]), а трансформаторы мотать в 12 витков на кольцах FT37-43. В своем экземпляре я использовал трансформаторы из 10-и витков. От предыдущих проектов у меня осталось много готовых трансформаторов на панельках DIP-6, и мне не хотелось мотать новые. Трансформаторы имеют три обмотки, из которых в этом проекте используются только две.

Fun fact! Тройные балансные смесители бывают промышленного производства, например Mini-Circuits SYM-30DHW+ (даташит [PDF]). Но они довольно дороги, и их не так-то просто достать.

Сравнивать смеситель будем с DBM, тоже самодельным, на подобранных диодах 1N4148, и с потенциометром 50 Ом для подстройки баланса. Конструкция ранее была описана в посте Как сделать компактный диодный кольцевой смеситель.

На порт RF подадим сигнал с частотой 3.5 МГц и уровнем -10 dBm. На порт LO — с частотой 14 МГц и уровнем 7 dBm для DBM и 13 dBm для TBM. Уровень 13 dBm для TBM был выбран, как рекомендуемый авторами. Но он может быть как выше, так и ниже. В частности, все работает от 7 dBm. Но при этом увеличиваются конверсионные потери и уровень нежелательных продуктов. Стоит отметить, что 13 dBm — это тот уровень, который типично можно получить, не вгоняя простой усилитель класса A в компрессию при питании от 13.8 В.

Дополнение: В трансиверах, использующих Si5351 в качестве ГПД (VFO), можно получить ~18 dBm. Достаточно пропустить сигнал через 74ACT00.

Итак, с DBM на порту IF видим:

Здесь мы смотрим на частоты от 0 до 50 МГц. Конверсионные потери составили 6.2 dB, изоляция сигнала LO — 44.1 dB. Это наилучшее значение, при подстроке потенциометра на соответствующую частоту LO. Изоляция сигнала с порта RF в отсутствии сигнала LO — 35.6 dB.

Тот же эксперимент для TBM:

Заметьте, насколько меньше здесь нежелательных продуктов. Их можно уменьшить еще, путем увеличения уровня LO. Конверсионные потери — 7.1 dB, изоляция сигнала LO — 52.5 dB, изоляция сигнала с порта RF в отсутствии сигнала LO — 46.0 dB.

Теперь посмотрим на побочные продукты чуть ближе, на интервале 15 МГц. Частоту RF снизим до 1.8 МГц.

Результат для DBM:

Тот же эксперимент для TBM:

Комментарии излишни.

TBM неплохо согласован с 50 Ом. Так, измеренный КСВ по входу на порту RF составил около 2, как и для DBM. Смеситель лучше согласован, если раскачивать его не синусоидой, а меандром. В SSB-трансиверах смесители используют «наоборот», подавая НЧ сигнал на вход IF, и получая DSB (double sideband) на порту RF. Это работает с TBM ничем не хуже, чем с DBM. Согласование импеданса при обратном включении тоже нормальное.

Выглядит так, как если бы TBM превосходил DBM почти по всем параметрам. Основными недостатками TBM является потребность в более высоком LO и большая себестоимость. Кроме того, самодельный TBM занимает примерно столько же места на плате, сколько занимают три DBM.

Дополнение: Еще одна схема смесителя рассматривается в статье Квадратурный демодулятор на основе 74HC4053.

Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.