Funzione dei mixer. cos. V V t t t. cos ( ) cos V 2. cos ( ) cos ( ) Filtro. OL o OL RF M RF OL RF RF OL RF + OL

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1 MIXER A MICROONDE

2 Funzione dei mixer Il mixer serve a operare una traslazione in frequenza di un segnale RF (portante modulata). Dal punto di vista ideale questa funzione si può realizzare mediante moltiplicazione: cos ( ) V V cos t V V t t t RF M RF cos ( ) cos o V V V V t V t t t U RF M 0 RF V0 V M t RF t t V M t RF t t cos ( ) cos ( ) Filtro RF RF RF +

3 Realizzazione pratica di mixer a microonde In pratica alle frequenze delle microonde si può realizzare la funzione di traslazione in frquenza di un segnale RF senza ricorrere al moltiplicatore (difficile da realizzare). E infatti sufficiente un qualsiasi elemento non lineare da eccitare con la somma dei segnali RF e : Definizione di F: V in =V RF +V Circuito V out Non lineare: V out =F{V in } V av av av 3 out 1 in in 3 in... Sostituendo le espressioni di V RF e V e limitando lo sviluppo in serie al termine quadratico: a Vout V0 VM a1v0cos0tvm cosrft a V t V t a V V t t 0 0 M RF 0 M 0 RF cos cos cos cos...

4 Classi di Mixer a microonde L elemento non lineare si realizza tipicamente tramite un diodo Schotcky. Si distinguono due classi generali di mixer: Mixer a singolo diodo (single ended) Mixer bilanciati (con o 4 diodi) Parametri caratteristici di mixer a microonde: Perdita di conversione (db) (valori tipici tra 5 15 db) Linearità (relativa al segnale traslato) Rumore generato e convertito Soppressione intrinseca dei prodotti spuri indesiderati Adattamento alle bocche Isolamento intrinseco tra le bocche

5 Analisi del mixer single-ended Circuito equivalente: Z RF Z LO Rd Z V RF V LO Diodo pompato Il diodo (R d ) è rappresentato dalla sua caratteristica esponenziale: VD VT ID IS e 1 Si trascurano gli effetti reattivi (non linearità senza memoria)

6 Mixer in subarmonica Si è visto che per convertire a frequenza intermedia un segnale RF bisogna utilizzare un oscillatore locale a frequenza f P =f RF ±f. Per ridurre il costo dell oscillatore locale si può in alternativa utilizzare una frequenza f P =f P /m e pompare il diodo con l armonica di ordine m di f P.

7 Distorsione di conversione Rispetto al caso ideale (traslazione di frequenza ottenuta tramite moltiplicazione), la presenza di un elemento non lineare produce una distorsione nel segnale convertito: Il segnale traslato in frequenza non conserva esattamente lo spettro originale (distorsione da non linearità) Aumentano i prodotto spuri generati dal mixer Per valutare la linearità del processo di conversione si utilizzano gli stessi strumenti visti per gli amplificatori (P 1dB, IP); nel caso dei mixer le frequenze di ingresso e di uscita sono ovviamente differenti. Inoltre il valore dipende, oltre che dai parametri circuitali, anche dal livello di potenza dell oscillatore locale

8 Mixer a bilanciamento singolo Con l impiego di configurazioni bilanciante si migliorano le prestazioni del mixer per quanto riguarda le generazione dei prodotti spuri. Può anche migliorare la linearità mentre è generalmente richiesta una potenza di pompa più elevata rispetto ai mixer single ended; anche le perdite di conversione sono tipicamente più elevate. Possibili configurazioni di mixer a bilanciamento singolo

9 VRF Vr cosrft V V cos t P P V1 VRF V V V V RF Modello I/V per i diodi: Quindi: Mixer bilanciato con ibrido a 18 V RF V 18 I av av av 3 D 1 D D 3 D... Filtro 3 I1 av 1 1aV 1 av I av av av La corrente I risulta allora: r RF r P RF P RF P I a V V a V V a V V... av 4aV V a V 3 V V RF RF 3 RF RF av cos( t) a cos t cos t 3 a 3 Vr cos RFt3 r P cos Ptcos RFt... I 1 V 1 V I I I I I 1 Z

10 Caratteristiche del mixer con ibrido 18 Sono eliminate dalla tutte le componenti armoniche dell oscillatore locale Sono eliminate tutte le armoniche pari della RF Viene eliminato il rumore AM dell oscillatore locale (NON il rumore di fase) Le bocche RF risultano isolate mentre il livello di adattamento coincide con quello determinato dai diodi: V RF V + V 18 V V 1 d d V V V V V, V V V V V dv1 dv dv dv 0 SRF 0 1 d 1 d d d dv d RF

11 Mixer a doppio bilanciamento Z 0 RF 18 V RF V RF I 3 I 4 I 1 I V V VA kia k I I k av a V av a V k a V V a V V k av 1 4aV VRF VB kib kii4kav 1 av av 1 4aV 4ka1V V4 av V4 k av 1 4aV VRF VA VB k V 8aV VRF I A I B Z V V I av av D 1 D D V V V V, V V V V V, V RF RF 1 RF RF 3 4

12 Proprietà del Mixer a doppio bilanciamento Sono eliminate TUTTE le armoniche dell oscillatore locale L isolamento RF risulta infinito L adattamento alle porte ed RF è lo stesso visto sui diodi La potenza di complessiva richiesta all (pompa) risulta molto elevata Peggiorano le perdite di conversione

13 Mixer a soppressione di immagine Z 0 RF V RF A V R B VR Div. Per V A V I B V I LSB USB Consente di separare a i segnali provenienti dalla banda desiderata e dalla banda immagine (distante da quella desiderata). In questo modo si riduce il requisito relativo al filtro RF (precedente il mixer)

14 RF V RF Z A V R V B R Div. Per V V cos t, V V cos t V cos t 0 0 RF U 0 L 0 V A VU VL B VU VL VR sin 0 t sin 0 t, VR cos0 t cos0 t A U 0 L 0 VI k sin 0 tcos 0t k sin 0 tcos 0t U 0 L 0 k sin 0 tsin tk 4 sin 0 sin 4 t t B U 0 L 0 VI k cos 0 cos 0 cos 0 cos 0 t t k t t U 0 L 0 k cos0 t cost k cos0 t cost 4 4 V V A B I I L 0 VLSB j k cost A V I B V I 9 B A V I VI U 0 L 0 VUSB j k sin 0 tsin tk sin 0 t LSB USB