Aliharmooninen sekoitin

Radioamatööriwikistä
Versio hetkellä 27. marraskuuta 2004 kello 02.59 – tehnyt >Oh2mqk (pari lisäviitettä)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Tämä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Radioamatööriwikiä laajentamalla artikkelia.

Yleisselitys

Aliharmooninen sekoitin on sekoitinten tapaus, jossa sekoittimelle syötetyn paikallisoskillaattorin (LO) taajuus on puolet tai neljännes varsinaisesta tarvittavasta taajuudesta ja sekoittimeen diodi toimii myös LO-kertojana.

Yleensä nämä rakenteet sisältävät resonanssipiirejä (interdigital, tms.) jonkalaiseen mm. tämä LO-kertoja on sisällytetty.

Hamwiki-sekoitin-aliharmooninen.png

Huomioita:

  • D1:n laatu määrää mm. sekoittimen kohinaluvun, mikroaaltorakenteissa tässä tarvitaan laadukas diodi
  • D1 saattaa olla myös vastakkaissuuntainen diodipari, jossa on kaksi diodia rinnakkain niin, että ne eivät johda kun jännite on hyvin lähellä nollaa, mutta johtavat kun se on selvästi positiivinen tai negatiivinen.
    • Tämä tunnetaan myös "RA3AAE anti-parallel subharmonic mixer" nimityksellä vuodelta 1976
  • Virityskohdat päästävät:
    • LO-signaalin halutun aliharmoonisen sekoitindiodille
    • RF-signaalin selektiivisesti sekoitindiodille estäen samalla LO-signaalin pääsyä antenniin

Etuja:

  • LO taajuus voi olla huomattavasti (2x tai 4x) alempi, kuin RF taajuus helpottaen LO signaalin luontia
  • Aliharmooninen sekoitin tuottaa 50 - 60 dB vaimennuksen LO taajuuden parillisille harmoonisille RF lähtöön, joka vähentää RF lähdön suodatustarpeita.

Haittoja:

  • Sekoitin tarjoaa 6 - 7 dB muuntovaimennusta, joka on enemmän, kuin niiden balansoiduilla serkuilla
  • LO tehoa pitää olla melkoisesti (+15 .. +20 dBm), koska diodilla tehdään siitä 2x, 3x, 4x, ... versio varsinaiseen käyttöön ja kerrotun tuloksen pitää olla kyllin tehokas kelpaamaan varsinaiselle sekoittimelle.
  • Kyseessä ei ole balansoitu modulaattori, jolloin sekoitustuloksia on runsaasti ja niistä pitää valita haluttu (siksikin näitä näkyy korkean Q-arvon interdigital-rakenteissa)

Microwaves&RF lehden web-artikkelin "Optimize Benefits Of Subharmonic Mixers" (http://www.mwrf.com/Articles/ArticleID/5421/5421.html) aliharmoonisen sekoittimen tyypillinen spektri (ulkoinen kuva):

http://www.mwrf.com/Files/30/5421/Figure_01.gif

Aliharmooninen sekoitin käyttää "anti-parallel" diodiparia, jolla saadaan epälineaarinen konduktanssiaaltomuoto kaksinkertaisella LO signaalin taajuudella. Kun LO taajuus on puolet RF taajuudesta, RF ja LO porttien eristäminen toisistaan on helppoa. Käytetyn diodiparin on tärkeää olla hyvin samankaltaiset piirin optimoinnille, sillä parillisten harmoonisten vaimentuminen riippuu suurelta osin diodien tasapainosta.

OH2AUE:n kytkentöjä

Aliharmooninen sekoitin voidaan rakentaa myös balansoituna, josta esimerkkeinä pari OH2AUE:n kötöstyksiä:

http://www.kolumbus.fi/michael.fletcher/9cm_mxr1.jpg

2.4 GHz, conversion loss 6.5 dB:

http://www.kolumbus.fi/michael.fletcher/13cm_mx2.jpg
http://www.kolumbus.fi/michael.fletcher/6cm_mix1.jpg

LA8AK:n HF/VHF kytkentöjä

LA8AK antoi luvan käyttää tekstejään ja kuviaan 2004-11-16.

Paljon lisää selityksiä: http://home.online.no/~la8ak/c21.htm

Perusperiaate

Tämä tunnetaan nimellä RA3AAE bilateral harmonic mixer with diode pair. Julkaisussa Amateur Radio Topics (G3VA) Sith exition (pp123-124) kuvataan tätä sekoitinta:

"Radio" (Joulukuu 1976) julkaisussa V. Polyakov, RA3AAE kuvasi sekoitinta/tuloilmaisinta joka soveltuu suora-super vastaanottimiin tai VHF vastaanottimiin. RA3AAE:n mielestä suorat superit ovat erittäin houkuttelevia amatöörikäyttöön, mutta niillä on kolme tärkeää haittakohtaa:

  1. ne ovat kaksisivunauhavastaanottimia (paitsi jos audio-vaiheistettu SSB demodulaattori on käytössä)
  2. ne demoduloivat suoraan voimakkaan signaalin verhokäyrää
  3. paikallisoskillaattorin vuoto RF antenniin asti, paitsi jos RF vastaaotinosaa käytetään

Sekä 2. etttä 3. saadaan minimoitua hyvällä balansoidun- tai kaksoisbalansoidun sekoittimen/tuloilmaisimen käytöllä, mutta monet tekijät vaikeuttavat kotirakentajan yrityksiä tehdä hyvin balanssissa oleva rakenne laajalle taajuusalueelle. Useat muutkin rakenneosat tarjoavat lisävaikeuksia säteilemällä kantoaaltoaajuutta ja aiheuttamalla interferenssiä. Usein se on vieläpä hurinamoduloitunut virtalähteen diodeissa (huono regulointi.)

La8ak-ra3aae-mix1.gif La8ak-ra3aae-mix2.gif

RA3AAE:n ilmaisin on tarkoitettu vaihtoehdoksi balansoidulle sekoittimelle käyttäen diodeja toteuttamaan virta/jännite ominaisuudet (b) kuvan ehjän viivan tapaan. Kyseessä on symmetrinen kuutiollinen paraabeli () ja se voidaan toteuttaa kahdella rinnakkain vastakkaissuuntaan kytketyllä diodilla. Käytettyjen diodien suositellaan olevan mahdollisimman samanlaisia.

RA3AAE kuvailee sekoittimen toimintaa: "Kun paikallisoskillaattorin jännite on nollassa, molemmat diodit ovat auki ja virtapiiri aukeaa. Sekä positiivisella, että negatiivisella puolijaksolla virta kulkee ja signaalilähde on yhteydessä kuormaan."

LA8AK: Rakentamani kaksi esimerkkikytkentää ovat käyttäneet terminointisääntöjä hyvän toiminnan takaamiseksi ja VHF version kohinaluvuksi mitattiin uskomattoman alhainen 7 dB. joka on samaan luokkaa kuin kaupallisilla rengas-sekoittimilla, kuten SBL-1, CM-1, MD108, SRA-1.

Lisätietoja G3AV:n kirjasta "amateur radio techniques! 6th edition, RSGB, 1978"::

Oskillaattorin taajuuden olo puolet RF signaalin taajuudesta tuo edun, että vastaanottimen ottopiirin viritys ei "vedä" paikallisoskillaattorin taajuutta. Oskillaattorin vakautta voidaan parantaa isommalla virityskapasitanssilla ja se puolestaan parantaa CW signaalien ja SSB signaalien vastaanottoa.

RA3AAE:n tapaan tehty kolmannen kertaluvun toisen harmoonisen (RF - 2LO) sekoitin/demodulaattori ei ole uusi idea. Katso esim. "Harmonic mixing with an antiparallel diode pair" by M. Cohn, J. E. Degenford and B. A. Newman (IEEE Trans on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-23, No. 8, August 1975, pp. 667-673) joka käsittelee rakenteen ominaisuuksia matemaattisen analyysin keinoin ja esittelee myös kokeellisia mikroaaltosekoittimia 4:lle ja 12:sta GHz:lle. Alemman oskillaattoritaajuuden ilmiselvän edun lisäksi tällainen toisen harmoonisen sekoitin tarjoaa:

  1. Vähemmän muuntovaimennusta, kuin muiden harmoonisten sekoitinten tuottamana kun fundamentaalisia sekoitustuloksia vaimennetaan
  2. Pienempi kohinaluku, kun paikallisoskillaattorin kohinasivunauhat ovat pienempiä
  3. Suoran ilmaisun vähentyminen/eliminointi
  4. Sisäänrakennettu suojaus suurten negatiivisten jännitteiden aiheuttamaa vikaantumista vastaan

Tällaisia tuloksia saavutetaan myös mikroaalloilla ilman sen paremmin suotimia kuin balansointipiirejä käyttäen hybridiliitoksia (hybrid junctions.) Voidaan osoittaa, että tämän tyyppisten sekoitinten muuntohäviöt ovat samaa luokkaa, kuin tavallisten perustaajuutta käyttävien sekoitinten.

Peruskytkentä

La8ak-ra3aae-mix3.gif

c) In this way the mixer works like a switch closing the circuit at a frequency equal to twice that of the local oscillator.


Balansoitu LO

d) RA3AAE points out that the advantage of Fig d over the simpler scheme of fig c is that it overcomes the loss of signal power in the coupling to the local oscillator; this drawback is avoided by using the balanced arrangement using two cubic elements (i.e. 4 diodes)......

Hamwiki-subharmmixer-lobal.png

Jossa:

  • TR1: muuntaa syöttö-RF:n matalemmalle impedanssille
  • TR2: Isoloi LO signaalin syötön
  • D1-D4: Pareittain mätsättyjä diodeja "anti-parallel" kytkennässä
  • LO syöttö: 0.5Vpp pitäisi riittää
  • AF = RF - 2LO, 2LO - RF

Tämä kytkentä toimii erityisesti HF taajuuksilla ja LO on 1/2 tai joku muu aliharmooninen tarvittavasta taajuudesta.

Huono kytkentä

Ei näin:

La8ak-ra3aae-nix.gif

Vikana on liian korkea terminointi-impedanssi, jonka takia diodien yli vaikuttava oskillaattorisignaali ei ole kyllin korkea.

An example how to do it wrong, here the right side of the diode sees high impedance for the RF-signal. In spite that the text tells the important facts about termination impedances, some bad constructions have been sent to technical topics or built by others who thought it was a proper construction. When checked, the performance has been louzy and the reputation has been bad, but too ofter amateurs have no idea whether a construction is good or bad.

Erittäin halpa 14/144MHz RA3AAE-tyyppinen bilateraalisekoitin

Construction is not particularly critical. It is important that the diodes see relatively low impedance on all associated frequencies. Suppose the optimum impedance seen from the mixer is somewhere around 60-70W. The oscillator shown in the photo is not the actual described, because the original oscillator had spurii at certain supply voltages and shouldn't be published. This is the first construction I tried following the principle. Some other amateurs had already tested this type of mixer, with unsatisfying results, I suppose the reason was too high termination impedance for the mixer on some frequencies as some of the already described circuits used small coupling capacitors, and I believe this is a wrong application for optimum mixer diode current.

La8ak-subh2mrx.jpg

21-7) Bilateral mixers are, as the name implies , mixers that are intended to work equally well in converting a higher frequency signal down to a lower frequency, or withing changing the configuration, converting the lower frequency to the higher frequency. This is a 14/144MHz bi-directional mixer using anti-parallel diodes in the harmonic mixer configuration popularized by RA3AAE for hf direct conversion receivers. Conversion loss approximately 7dB. L1: 5mm dia core, 18+2turns closewound, 0.3mm enam copper wire. L2 Amidon T25-2 core, 8+1 turns 0.3mm enam copper wire. L3 6t, 6mm id - 2cm long18swg tinned copper wire tapped at 1.2 and 1.5 turns.

The BA182 (BA282) on the output has the only purpose of protecting the 144MHz port when used with 2m transceivers, but it is used some more circuitry which is not shown here.

See Technical topics, Radcom August 1985 pp628-629

Suora-super vastaanotin 20/40 metrille

La8ak-subh-direct-super-rx.gif

21-1) Low-cost direct conversion receiver for 40, 30, 20m amateur bands - uses RA3AAE type anti-paralell subharmonic mixer with 2x1N4148 diodes

The subharmonic mixer has a great advantage, that no oscillator signal is radiated through wiring, rectifier and mains cable and picked up by the antenna, such signal may give a constant hum modulated signal in the DC-receiver.

Based on the good results already achieved with bilateral 144/14MHz mixer with 2x 1N4148 using this principle, it seem interesting to test the concept for a direct conversion receiver.

It has been so popular engagement in America to suggest hi-tech solutions for equipment to aid to the 3rd world - without considering that it has never been important to use expensive components to make a good construction, in fact the components used here is more what you will find in a dustbin. It is meant to be an aid which doesn't mean you have to pass expensive component, when they already have what you need. Sensistivity was quite good, a 0.1µV signal could well be heard, and it was easy to use different value fixed capacitors with trimmers to covers 20, 30 and 40m bands. The audio filtering could be better, but the use of an AF-interstage- transformer between the mixer and the audio with capacitive load for some sort of tuning to a cw filter may be a useful way. It was suggested in a Dutch construction, but I cannot find the article now. It is very important that the LO-input sees as low as possible impedance from the buffer, otherwise the mixer will have considerable high loss. Suppose the coils L3, L4 were 77 or 88mH, will check it up later, and write some more text

General purpose transistors used in the constructions:
BC547 (TUN) = BC238 = 2N2222 = 2N3904 = MPS3394 etc
BC557 (TUP) = 2N3906 = MPS3702 etc

Some notes on this construction was mentioned in Technical topics, Radcom April 1995


Muuta luettavaa