Исследование динамического диапазона смесителя по комбинационным составляющим Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Metrology and information-measuring devices

VVt

Зикий А. Н. Zikiy А. N.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» Института компьютерных технологий и информационной

инженер-конструктор, АО «Таганрогский научно-

г. Таганрог, Российская Федерация

иссл едовательский институт связи»,

Андрианов А. В. Andrianov A. V

федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация

Зламан П. Н. Zlaman Р. N.

ведущий инженер-конструктор Научно-конструкторского бюро

моделирующих и управляющих систем, ФГАОУ ВО «Южный

безопасности, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», г. Таганрог, Российская Федерация

УДК 621.396

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА СМЕСИТЕЛЯ ПО КОМБИНАЦИОННЫМ СОСТАВЛЯЮЩИМ

Смеситель является одним из важнейших узлов радиоприемного устройства. Часто именно смеситель определяет частотный и динамический диапазон приемника, а в ряде случаев и его чувствительность.

По смесителям имеется большое количество книг, еще больше статей, изобретений, диссертаций, однако в связи с повышением требований к смесителям, появлением новой элементной базы, их исследование является актуальным.

К смесителю предъявляются следующие требования:

— диапазон рабочих частот от 0,5 до 3 ГГц;

— динамический диапазон по комбинационным составляющим не менее 40 дБ;

— коэффициент передачи не менее минус 10-12 дБ;

— волновое сопротивление входов и выходов 50 Ом.

Целью работы является измерение динамического диапазона смесителя по комбинационным составляющим.

Проведено экспериментальное исследование смесителя на микросхеме ADE42MH при входных сигналах 0,5-1 ГГц и 2,5-3 ГГц. Промежуточная частота при этом располагалась в диапазоне частот 1,5-2 ГГц. Показано, что динамический диапазон по комбинационным составляющим достигает величины не менее 40-45 дБ. Исследование проведено для двух фиксированных частот гетеродина, а именно 2,5 и 4,5 ГГц. Результаты исследования могут быть полезны при проектировании широкополосных конверторов в дециметровом диапазоне волн.

Количественные результаты для наглядности подтверждаются семью фотографиями спектра комбинационных частот на выходе смесителя. Статья расширяет представление о линейке смесителей фирмы Mini Circuits и может быть полезна для радиоинженеров при проектировании приемо-передающей аппаратуры, а также при учебном проектировании в

высших учебных заведениях соответствующего профиля. Исследованный смеситель позволил создать двухканальный конвертор с высокими электрическими параметрами. Ранее эта задача решалась только путем двойного преобразования частоты по схеме инфрадина. Смеситель с большим динамическим диапазоном по комбинационным составляющим позволил существенно упростить и удешевить конвертор. Только гетеродин сантиметрового диапазона с диэлектрическим резонатором стоит около 100 тыс. руб.

Ключевые слова: смеситель кольцевой, динамический диапазон, комбинационные составляющие, конвертор, спектр выходного сигнала смесителя.

THE STUDY OF THE DYNAMIC RANGE OF THE MIXER ON COMBINATIONAL COMPONENTS

The mixer is one of the most important components of radio receiver. Often, it is the mixer determines the frequency and dynamic range of the receiver, and in some cases its sensitivity.

There are a large number of books, more articles, patents, theses about mixers, however, in connection with increase of requirements to the mixer, the appearance of new element base, the study of mixers is relevant.

The mixer has the following requirements:

— the range of operating frequencies from 0,5 to 3,0 GHz;

— dynamic range on combinational components is of not less than 40 dB;

— transfer ratio is of not less than minus 10...12 dB;

— impedance inputs and outputs of 50 Ohms.

The aim of this work is the measurement of the dynamic range of the mixer on combinational components.

Experimental investigation of the mixer on the chip ADE42MH when input signals of 0,5-1 GHz anf 2,5-3 GHz is carried out. Intermediate frequency located in the frequency range of 1,5-2 GHz. It is shown that the dynamic range on combinational components reaches a value not less than 40-45 dB. The study was conducted for two fixed frequencies of the local oscillator, namely 2,5 and 4,5 GHz. The results of the study may be useful in the design of broadband converters in the UHF band.

Quantitative results for clarity, confirmed by seventh photographs of the spectrum of combinational frequencies at the mixer output. The article expands the idea of the line of Mini Circuits mixers and can be useful to radio engineers for designing the receiving and transmitting equipment, as well as in educational design in higher educational institutions of the corresponding profile. Investigated mixer has allowed the creating of a two-channel converter with high electrical parameters. Earlier this problem was solved only by double frequency conversion by infradyne scheme. Mixer with large dynamic range on combinational components has allowed significantly simplify and reduce the cost of the converter. Just the local oscillator of centimeter range with dielectric resonator costs about 100 thousand rubles.

Key words: ring mixer, dynamic range, combinational components, converter, spectrum of mixer output signal.

При проектировании двухканального конвертора понадобился смеситель с динамическим диапазоном по комбинационным составляющим не менее 40 дБ. Такие конверторы могут использоваться при радиомониторинге [1] совместно с АОИПС [2, 3]. Упрощенная схема конвертора показана на рисунке 1.

> А >

конвертора

Metrology and information-measuring devices

При выборе технического решения оказались полезными обзорные работы по смесителям [4-7], а также предыдущий опыт авторов [8, 9].

Целью настоящей работы является измерение динамического диапазона смесителя по комбинационным составляющим.

Объектом исследования является смеситель на микросхеме ADE42MH, фото которого приведено на рисунке 2. Эксперимент проводился на измерительной установке, структурная схема которой приведена на рисунке 3.

Рисунок 2. Фото смесителя

Генератор ПЧ Анализатор

Смеситель спектра 8567ЕС

E8267D

Синтезатор частот РЧ6-01 (РЧ6-02))

В третьем эксперименте спектр комбинационных частот измерялся при Р = - 10 дБм, ¡с = 0,75 ГГц, Р = 10 дБм, ¡г = 2,5 ГГц. Фото спектра выходного сигнала можно видеть на рисунке 6.

В четвертом эксперименте спектр комбинационных частот измерялся при Р = - 10 дБм, /с = 1 ГГц, Рг = 10 дБм, /г = 2,5 ГГц. Рисунок 7 иллюстрирует спектр выходного сигнала.

В пятом эксперименте наблюдался спектр комбинационных частот при Р= - 10 дБм, /с = 2,5 ГГц, Рг = 10 дБм, /г = 4,5 ГГц, который показан на рисунке 8.

В шестом эксперименте спектр комбинационных частот измерялся при Р = - 10 дБм, ¡с = 2,75 ГГц, Рг = 10 дБм, /г = 4,5 ГГц, который можно видеть на рисунке 9.

В седьмом эксперименте спектр комбинационных частот изучался при Р = - 10 дБм, ¡с = 3 ГГц, Рг = 10 дБм, /г = 4,5 ГГц. Рисунок 10 отображает этот спектр.

I

н J _

ГТЁ г! \ - э ■ 1 V L d В • Й 1 т AUTO И

_1 _

1 __ _ а в / и

г i . >i .1 .

mm W ИП ¡ЯЯ^! I. • к . . л. 1 uah lujUla» .^iiÉ iLi lOi^lJi^Jj LINE

5—— i

b г IT 11 0 1 OF

CEMTÍB Ц ЕМ 1,0 . 5 □ О В Н I Н I V В U 1. а п н z А N SUP 5 , Q о а G н г so.Р пв

Рисунок 4. Спектр сигналов на выходе смесителя при Р = - 10 дБм, / = 0,9 ГГц, Р = 10 дБм, Г =с2,5 ГГц

Рисунок 3. Структурная схема измерительной установки

В первом эксперименте спектр комбинационных частот измерялся при Р = -10 дБм, /с = 0,9 ГГц, Р=10 дБм, /г = 2,5с ГГц. Фото спектра выходного сигнала показано на рисунке 4.

Во втором эксперименте спектр комбинационных частот измерялся при Р = -10 дБм, /с = 0,5 ГГц, Рг = 10 дБм, /г = 2,5с ГГц. Фото спектра выходного сигнала приведено на рисунке 5.

Рисунок 5. Спектр сигналов на выходе смесителя при Р = - 10 дБм, fc = 0,5 ГГц, Р = 10 дБм, I = 2,5 ГГц

Рисунок 6. Спектр сигналов на выходе смесителя при Рс= -10 дБм, £ = 0,75 ГГц, Р = 10 дБм, £ = 2,5 ГГц

Рисунок 7. Спектр сигналов на выходе смесителя при Рс = -10 дБм, £ = 1 ГГц, Рг = 10 дБм, £ = 2,5 ГГц

Рисунок 8. Спектр сигналов на выходе смесителя при Рс = - 10 дБм, £ = 2,5 ГГц, Р = 10 дБм, £ = 4,5 ГГц

Рисунок 9. Спектр сигналов на выходе смесителя при Р= -10 дБм, £ = 2,75 ГГц, Р = 10 дБм, £ = 4,5 ГГц

Рисунок 10. Спектр сигналов на выходе смесителя при Рс = -10 дБм, £ = 3 ГГц, Рг = 10 дБм, £ = 4,5 ГГц

Рисунки 4-10 позволяют сформулировать количественно подавление комбинационных частот в полосе промежуточных частот 1,5-2,0 ГГц. Результаты измерений отражены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты испытаний смесителя

Выводы

Смеситель преобразует входной сигнал в полосах частот 0,5-1,0 ГГц и 2,5-3,0 ГГц в промежуточную частоту 1,5-2,0 ГГц с динамическим диапазоном по комбинационным составляющим 40-45 дБ.

№ £, ГГц Рс, дБм £ ГГц Р, дБм £, ГГц Динамический диапазон, дБ Гетеродин Номер рисунка

1 0,9 -10 2,5 10 1,6 > 40 РЧ6-01 4

2 0,5 -10 2,5 10 2 > 45 РЧ6-01 5

3 0,75 -10 2,5 10 1,75 > 45 РЧ6-01 6

4 1 -10 2,5 10 1,5 > 40 РЧ6-01 7

5 2,5 -10 4,5 10 2 > 45 РЧ6-02 8

6 2,75 -10 4,5 10 1,75 > 45 РЧ6-02 9

7 3 -10 4,5 10 1,5 > 40 РЧ6-02 10

Metrology and information-measuring devices

Список литературы

1. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг Задачи, методы, средства. 2-е изд. М.: Горячая линия-Телеком, 2010. 624 с.

2. Шибаев С.С., Помазанов А.В., Раздобудько В.В. Акустооптические измерители параметров радиосигналов. Ростов-на-Дону, Изд-во Южного федерального университета, 2014. 233 с.

3. Шибаев С.С., Помазанов А.В., Воль-фовский Б.Н. Акустооптические процессоры. Алгоритмы и погрешности измерения: монография. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2015. 212 с.

4. Maas S.A. Microwave Mixers. 2nd ed. Artech House, 1992.

5. Лисицын А.А., Родионов А.Д. Широкополосные смесители СВЧ диапазона. Обзоры по электронной технике. М.: ЦНИИ «Электроника», 1988. Вып. 20 (1413). 37 с.

6. Радиоизмерительная аппаратура СВЧ и КВЧ. Узловая и элементная базы / Под ред. А.М. Кудрявцева. М.: Радиотехника, 2006. 208 с.

7. Микроэлектронные устройства СВЧ. Киев: Техника, 1984. 184 с.

8. Зикий А.Н., Зламан П.Н., Булгакова О.И., Пленкин А.П. Смеситель с большим динамическим диапазоном // Вопросы специальной радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 2013. № 2. С. 118-124.

9. Зикий А.Н., Пленкин А.П. Смеситель дециметрового диапазона на комбинации линии передачи // Инженерный вестник Дона. 2016. № 3.

10. Frequency mixer ADE42MH. Mini-Circuits/DataSheet/Minicircuits.com.

References

1. Rembovskyi A.M., Ashihmin A.V., Koz'min V.A. Radiomonitoring. Zadachi, metody, sredstva [Radiomonitoring. Tasks,

Methods, Means]. 2-e izd. M.: Goryachaya liniya-Telekom, 2010. 624 p.

2. Shibaev S.S., Pomazanov A.V., Razdabud'ko V. V. Akustooptncheskie izmeriteli parametrov radiosignalov [Acoustooptic Meter of Radio Signal Parameters]. Rostov-na-Donu: Izd-vo Uzhnogo federal'nogo universiteta, 2014. 233 p.

3. Shibaev S.S., Pomazanov A.V., Vol'fovskyi B.N. Akustooptncheskie prosessory. Algoriymi i pogreshnosti izmerenya: monografya. [Acoustooptic Processors. Algorithms and Measurement Errors: Monograph]. Rostov-na-Donu: Izd-vo Uzhnogo federal'nogo universiteta, 2015. 212 p.

4. Maas S.A. Microwave Mixers. 2nd ed. Artech House, 1992.

5. Lisisin A.A., Rodionov A.D. Shirokopolosnie smesiteli SVCH dispazona. Obzory po elektronnoy tehnike [Wideband SHF mixers. Review of electronic tech]. M.: SNII «Electronic», 1988. Vyp. 20 (1413). 37 p.

6. Radioizmeritelnya apparatura SVCH i KVCH diapazonov. Uzlovaya i elementnaya bazy [Radio equipment, SHF and EHF. Nodal and Elemental Bases]. Pod red. A.M. Kud-ryavseva. M.: Radiotehnika, 2006. 208 p.

7. Mikroelektronnie ustroistva SVCH [Microelectronic Microwave Device]. Kiev: Tehnika, 1984. 204 p.

8. Zikiy A.N., Zlaman P.N., Bulgakova J.I., Plionkin A.P. Smesitel' s bol'shim dinamicheskim diapazonom [Mixer with Wide Dynamic Range]. Voprosi spesial'noy radioelektroniki. Ser. Obschie voprosi radioelektroniki. 2013. № 2. P. 118-124.

9. Zikiy A.N., Plionkin A.P. Smesitel' desimetrovogo diapazona na kombinatsii linii peredachi [UHF Mixer on a combination of transmission lines]. Inzhenerniy vestnik Dona, 2016, № 3.

10. Frequency mixer ADE42MH. Mini-Circuits/DataSheet/Minicircuits.com.