CC BY
15
Андрианов А. В. Andrianov А. V.
начальник лаборатории, АО «Таганрогский научно-исследовательский институт связи», г. Таганрог, Российская Федерация
Зикий А. Н. Zikiy А. N.
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» Института компьютерных технологий и информационной безопасности, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация
Зламан П. Н. Zlaman Е N.
ведущий инженер-конструктор, Научно-конструкторское бюро моделирующих и управляющих систем, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация
УДК 621.396.6
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕСИТЕЛЯ
НА МИКРОСХЕМЕ ^^5553
Проведено экспериментальное исследование смесителя на микросхеме ЦГС5553. Измерены потери преобразования в диапазоне входных частот 4-18 ГГц при преобразовании «вниз», а также потери преобразования в диапазоне выходных частот 4-18 ГГц при преобразовании «вверх». Они не превышают 13,3 дБ при преобразовании «вниз», и 16,3 дБ при преобразовании «вверх». Снята амплитудная характеристика смесителя, из которой видно, что она линейна для входных сигналов от минус 70 дБм до +10 дБм. Развязка между портами LO-IF составляет величину порядка 24 дБ, а между портами LO-RF 33 дБ. Спектр комбинационных частот на выходе смесителя не содержит паразитных продуктов преобразования выше минус 60 дБ по отношению к полезному сигналу в полосе 500 МГц. Смеситель ЦГС5553 рекомендуется использовать в приемо-передающей аппаратуре связи, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и радиоэлектронной борьбы. Благодаря высоким электрическим параметрам он может найти применение в измерительной аппаратуре - измерительных приемниках и анализаторах спектра. Сравнение с другими моделями смесителей показывает явное преимущество ЦГС5553 по диапазону рабочих частот, малой потребляемой мощности гетеродина, высокой развязке между портами LO-RF. Малый ток потребления около 130 мА, низкое напряжение питания 3,3 В также являются аргументами в пользу выбора ЦГС5553.
Ключевые слова: смеситель, преобразование частоты «вниз» и «вверх», потери преобразования, амплитудно-частотная характеристика, амплитудная характеристика, развязка между портами.
EXPERIMENTAL STUDY OF THE MIXER LTC5553
An experimental study of the mixer on the LTC5553 chip was carried out. The conversion loss is measured in the range of 4-18 GHz input frequencies under «down» conversion and the conversion loss in the output frequency range 4-18 GHz under «up» conversion. They do not
exceed 13.3 dB when converting «down», and 16.3 dB when converting «up». The amplitude characteristic of the mixer is fixed from which it is seen that it is linear for input signals from minus 70 dBm to +10 dBm. The decoupling between the LO-IF ports is about 24 dB, and between the LO-RF ports is 33 dB. The combination frequencies spectrum at the output of the mixer contains parasitic conversion products above minus 60 dB with respect to the useful signal in the 500 MHz band. Mixer LTC5553 is recommended for use in transmitting and receiving communication equipment, radar, radio navigation, radio control and electronic warfare. Due to its high electrical parameters, it can be used in measuring equipment — measurements receivers and spectrum analyzers. Comparison with other mixer models shows the distinct advantage of LTC5553 over the range of operating frequencies, low power consumption of the local oscillator, high isolation between the LO-RF ports. A low current consumption of about 130 mA, a low supply voltage of 3.3 V are also arguments in favor of choosing the LTC5553.
Key words: mixer, frequency conversion «down» and «up», conversion loss, amplitude-frequency response, amplitude response, isolation between ports.
Объектом исследования в данной работе является смеситель на микросхеме LTC5553 [1], расположенной на тестовой плате фирмы Linear Technologies [2]. Схема смесителя приведена на рисунке 1.
Исследование такого смесителя представляет интерес по ряду причин, в том числе:
— микросхема является новой и еще не нашла широкого применения в отечественной радиоэлектронике;
— несмотря на обширный справочный листок [1], в нем указано не все, что интересует потребителя;
— методики измерений параметров смесителя за рубежом и в отечественной практике могут различаться.
Целью данной работы является экспериментальное исследование основных характеристик смесителя: потерь преобразования при преобразовании частоты «вниз» и «вверх», развязки между портами «гете-
родин-ПЧ» и «гетеродин-RF вход», амплитудной характеристики и др.
Эксперименты проводились на установке, структурная схема которой приведена на рисунке 2. В качестве источников сигнала и гетеродинной мощности использованы два генератора фирмы Agilent типа Е8257D. В качестве индикатора спектра, измерителя мощности и частоты выходных сигналов применен анализатор спектра типа PXA фирмы Agilent Technologies. Источником питания служит прибор GPD-72303S. В первом эксперименте измерены потери преобразования частоты «вниз» в диапазоне входных частот от 4 до 18 ГГц, при изменении частот гетеродина от 5,25 до 18,75 ГГц и промежуточной частоте от 750 до 1250 МГц.
Результаты измерений занесены в таблицу 1. По данным таблицы 1 построен график на рисунке 3. Из этого рисунка видно, что потери смесителя в диапазоне частот меняются от 9 до 13,3 дБ.
D1 LTC5553
Х1
BxoflbQ-
Х2
Вход
У-В-
18 пФ
_IL11
RF
GND GND GND GND
LO
IF
GND GND GND GND EN VCC
X3
-еч
Выход ПЧ
10
12
13
3,3 в
_ 18 пф| Т мкФ
I
Рисунок 1. Принципиальная схема смесителя для случая преобразования «вниз» Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 14, 2018
Рисунок 2. Структурная схема измерительной установки для случая преобразования «вниз»
Таблица 1. Потери преобразования смесителя ЬТС5553 при преобразовании «вниз», частотах ПЧ от 750 до 1250 МГц, мощности гетеродина 0 дБм и мощности сигнала минус10 дБм
fc, ГГц fr, ГГц Рвых, дБм Потери, дБ
4,25 5,25 -19,18 9,18
4,75 5,75 -19,03 9,03
5,25 6,25 -19,00 9,00
5,75 6,75 -19,05 9,05
6,25 7,25 -19,27 9,27
6,75 7,75 -19,00 9,00
7,25 8,25 -19,47 9,47
7,75 8,75 -19,56 9,56
8,25 9,25 -20,70 10,70
8,75 9,75 -19,80 9,80
9,25 10,25 -19,98 9,98
9,75 10,75 -20,15 10,15
10,25 11,25 -20,36 10,36
10,75 11,75 -20,73 10,73
11,25 12,25 -20,03 10,03
11,75 12,75 -21,30 11,30
12,25 13,25 -21,96 11,96
12,75 13,75 -22,18 12,18
13,25 14,25 -22,91 12,91
13,75 14,75 -22,77 12,77
14,25 15,25 -23,50 13,50
14,75 15,75 -23,02 13,02
15,25 16,25 -22,90 12,90
15,75 16,75 -22,87 12,87
16,25 17,25 -23,17 13,17
16,75 17,75 -23,17 13,17
17,25 18,25 -23,07 13,07
17,75 18,75 -23,31 13,31
1 ■
-Рпч=1 ГГц
51— — 4 6 8 10 12 14 16 18
Частота на входе, ГГц Рисунок 3. Потери преобразования частоты «вниз»
Во втором эксперименте измерены потери преобразования частоты «вверх» в диапазоне выходных частот от 4 до 18 ГГц, при изменении частот гетеродина от 5,25 до 18,75 ГГц и входной частоте 1±0,25 ГГц. Для проведения этого эксперимента в структурной схеме на
рисунке 2 поменяли местами порты ЯГ и 1Г Результаты измерений помещены в таблицу 2. По данным таблицы 2 построен график на рисунке 4. Из этого рисунка видно, что потери смесителя в диапазоне частот составляют от 9,16 до 16,32 дБ.
Таблица 2. Потери преобразования смесителя ЕГС5553 при преобразовании «вверх», мощности гетеродина 0 дБм и мощности сигнала минус10 дБм. Ток потребления 129 мА
£, ГГц £, ГГц fвых, ГГц Рвых, дБм Потери, дБ
1 5,25 4,25 -19,26 9,26
1 5,75 4,75 -19,16 9,16
1 6,25 5,25 -19,35 9,35
1 6,75 5,75 -19,47 9,47
1 7,25 6,25 -19,76 9,76
1 7,75 6,75 -20,20 10,20
1 8,25 7,25 -20,41 10,41
1 8,75 7,75 -20,53 10,53
1 9,25 8,25 -20,76 10,76
1 9,75 8,75 -21,25 11,25
1 10,25 9,25 -21,36 11,36
1 10,75 9,75 -21,78 11,78
1 11,25 10,25 -22,16 12,16
1 11,75 10,75 -22,19 12,19
1 12,25 11,25 -22,62 12,62
1 12,75 11,75 -23,46 13,46
1 13,25 12,25 -24,42 14,42
1 13,75 12,75 -24,97 14,97
1 14,25 13,25 -24,88 14,88
1 14,75 13,75 -23,63 13,63
1 15,25 14,25 -23,47 13,47
1 15,75 14,75 -23,76 13,76
1 16,25 15,25 -24,38 14,38
1 16,75 15,75 -24,12 14,12
1 17,25 16,25 -24,36 14,36
1 17,75 16,75 -24,20 14,20
1 18,25 17,25 -25,13 15,13
1 18,75 17,75 -26,32 16,32
16
14
LA
4 12
s Q.
Ф
о 10
-Fc=1 ГГц
8 10 12 14
Частота на выходе, ГГц
16
18
Рисунок 4. Потери преобразования частоты «вверх»
В третьем эксперименте была снята амплитудная характеристика смесителя при преобразовании частоты «вверх», £ = 1 ГГц, £ = 5,25 ГГц, £ых = 4,25 ГГц, мощности гетеродина 0 дБм. Мощность входного сигнала
менялась от минус 70 дБм до +20 дБм. Результаты измерения выходной мощности заносились в таблицу 3. По данным таблицы 3 построен график на рисунке 5.
Таблица 3. Амплитудная характеристика смесителя
Рвх, дБм Рвых, дБм Потери, дБ
-70 -80 10
-60 -69,54 5,54
-50 -59,59 5,59
-40 -49,57 5,57
-30 -39,57 9,57
-20 -29,57 9,57
-10 -19,57 9,57
-5 -14,58 9,58
0 -9,61 9,61
+5 -4,48 9,48
+10 0,39 9,61
+15 4,73 11,27
+20 7,16 12,84
20
0
-20
2 Ш
ч
х" -40
л
ш
CL
-60
-80
"1°Яо -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
Рвх, дБм
Рисунок 5. Амплитудная характеристика смесителя при преобразовании сигнала «вверх»
Амплитудная характеристика смесителя на рисунке 5 линейна в диапазоне входных мощностей от минус 70 дБм до +10 дБм. Сравнение исследованного смесителя с дру-
гими [3-10] известными смесителями, приведенное в таблице 4, позволяет выявить его достоинства и недостатки.
Таблица 4. Сравнение моделей смесителей по основным параметрам [5, 11]
Тип смесителя Диапазон частот сигнала, ГГц Диапазон частот гетеродина, ГГц Диапазон частот ПЧ, ГГц Коэффициент передачи, дБ Точка перехвата IP3 Развязка LO/RF, дБ Развязка LO/IF, дБ Коэфф.шума, дБ Точка компрессии Р1дБ, дБм Мощность гетеродина, дБм Тип корпуса
HMC773A 6-26 6-26 0-8 -9 19 37 37 9 10 13 3х3LFCSP
LTC5553 3-20 1-20 0,5-9 -11,5 21,5 32 20 12,1 14,8 0 3x2 QFN
LTC5552 3-20 1-20 0-6 -10,8 18,5 24 19 11,7 14,8 0 3x2 QFN
HMC1048A 2-18 2-18 0-4 -10 22 37 25 10 12 13 3х3LFCSP
1324ПС8 6-18 6-18 0,01-10 -8 - - - - - - -
MM1-0424S 4,5-24 4,5-24 0-4 -8 25 49 25-29 - 14 17 -
MM1-0626h 6-26 6-26 0-9 -8 21 - 30 - 9 12 -
MD616 5-26 5-26 0-2 - - - 35 - - - -
Выводы
1. Потери смесителя при преобразовании частоты «вниз» на fm = 1 ГГц составляют от 9 до 13,3 дБ.
2. Потери смесителя при преобразовании частоты «вверх» и fc = 1 ГГц составляют от 9,16 до 16,32 дБ.
3. Амплитудная характеристика смесителя линейна в диапазоне входных мощностей от минус 70 дБм до +10 дБм.
4. Спектр выходных частот не содержит комбинационных частот в полосе
Список литературы
1. Microwave Mixer LTC5553. Linear Technology. Data Sheet. 16 p.
2. Demo Manual DC2566A. Passive Bidirectional Mixer. Linear Technology. 6 p.
3. Андрианов А.В., Зикий А.Н., Зла-ман П.Н. Исследование динамического диапазона смесителя по комбинационным составляющим // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2017. № 2. С. 74-78.
4. Зикий А.Н., Пленкин А.П. Смеситель дециметрового диапазона на комбинации линий передачи // Инженерный вестник Дона. 2016. № 3.
5. Дроздов А.В., Дроботун Н.Б., Го-шин Г.Г., Хорошилов Е.В. МИС ДБС диапа-
500 МГц и динамическом диапазоне выше минус 50 ... минус 60 дБ по отношению к полезному продукту при Рсвх = -10 дБм.
5. Развязка между портами LO-IF составляет величину порядка 24 дБ, а между портами LO-RF 33 дБ.
Авторы благодарят фирму PT-Electronics и лично руководителя направления активных компонентов Башмакова Павла Александровича за предоставление тестовой платы смесителя для испытаний.
зона частот 5-26 ГГц // Доклады ТУСУРа. 2017. Т. 20, № 1. С. 23-25.
6. Maas S. Microwave Mixers. Boston, Artech House, 1986. 355 p.
7. Зикий А.Н., Зламан П.Н., Булгакова О.И., Пленкин А.П.. Смеситель с большим динамическим диапазоном // Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия «Общие вопросы радиоэлектроники». 2013. № 2. С. 118-124.
8. Зикий А.Н., Додаев С.Э., Курил-кин Н.В., Шакунов С.А. Экспериментальное исследование смесителя на микросхеме К174ПС4 // Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия «Общие вопросы радиоэлектроники». 2004. № 1. С. 14-17.
9. Зикий А.Н., Додаев С.Э., Курил-кин Н.В., Шакунов С.А. Экспериментальное исследование смесителя на микросхеме IAM81008 // Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия «Общие вопросы радиоэлектроники». 2004. № 1. С. 74-77.
10. Зикий А.Н., Зламан П.Н., Матвиенко Р.Н., Сивокоз Е.В. Экспериментальное исследование монолитного смесителя // Актуальные научные исследования в современном мире: матер. Междунар. науч.-практ. интернет-конф. 13-14 июня 2015 г. Пере-яслав-Хмельницкий, Украина, 2015. Вып. 1, Ч. 2. С. 63-67.
11. RF, Microwave and Millimeter Wave IC. Selection Guide 2017. Analog Devices. 56 p.
References
1. Microwave Mixer LTC5553. Linear Technology. Data Sheet. 16 p.
2. Demo Manual DC2566A. Passive Bidirectional Mixer. Linear Technology. 6 p.
3. Andrianov A.V., Zikij A.N., Zlaman P.N. Issledovanie dinamicheskogo diapazona smesitelja po kombinacionnym sostavljajushhim. Jelektrotehnicheskie i informacionnye kom-pleksy i sistemy. 2017. № 2. P. 74-78.
4. Zikij A.N., Plenkin A.P. Smesitel' deci-metrovogo diapazona na kombinacii linij pere-dachi // Inzhenernyj vestnik Dona. 2016. № 3.
5. Drozdov A.V., Drobotun N.B., Go-shin G.G., Horoshilov E.V. MIS DBS diapazona chastot 5-26 GGc // Doklady TUSURa. 2017. Vol. 20, No. 1. P. 23-25.
6. Maas S. Microwave Mixers. Boston, Artech House, 1986. 355 p.
7. Zikij A.N., Zlaman P.N., Bulgakova O.I., Plenkin A.P. Smesitel' s bol'shim dinamicheskim diapazonom // Voprosy special'noj radiojelek-troniki. Ser. «Obshhie voprosy radiojelek-troniki». 2013. № 2. P. 118-124.
8. Zikij A.N., Dodaev S.Je., Kurilkin N.V., Shakunov S.A. Jeksperimental'noe issledovanie smesitelja na mikrosheme K174PS4 // Voprosy special'noj radiojelektroniki. Ser. «Obshhie voprosy radiojelektroniki». 2004. № 1. P. 14-17.
9. Zikij A.N., Dodaev S.Je., Kurilkin N.V., Shakunov S.A. Jeksperimental'noe issledovanie smesitelja na mikrosheme IAM81008 // Voprosy special'noj radiojelektroniki. Ser. «Obshhie voprosy radiojelektroniki». 2004. № 1. P. 74-77.
10. Zikij A.N., Zlaman P.N., Matvienko R.N, Sivokoz E.V. Jeksperimental'noe issledovanie monolitnogo smesitelja // Aktual'nye nauchnye issledovanija v sovremennom mire: mater. Mezhdunar. nauch.-prakt. internet-konf., 13-14 ijunja 2015 g. Perejaslav-Hmel'nickij, Ukraina, 2015. Vyp. 1. Ch. 2. P. 63-67.
11. RF, Microwave and Millimeter Wave IC. Selection Guide 2017. Analog Devices. 56 p.
