Смеситель: новый взгляд или повторение пройденного?

[sev_n_v]

Приветствую всех участников и гостей этой темы форума!

В специальной и радиолюбительской литературе рассматривается множество различных схем пассивных (не обладающих усилительными свойствами) преобразователей частоты и модуляторов, однако данные об их параметрах (коэффициенте передачи, спектральных характеристиках выходного сигнала и т.д.) часто противоречивы, неполны, а иногда неверны.

Этими словами начинается небольшая статья (имя автора, к сожалению, у меня не сохранилось) которую я взял на форуме (см. аргумент.doc). С ее выводами невозможно не согласиться.
Но с учетом того, что в данной статье не рассматривается влияние ФНЧ на процесс преобразования, я возьму на себя смелость высказать некоторые соображения по этому поводу.
Рассмотрим тот же идеальный преобразователь частоты на основе ключевой схемы, но с небольшими, непринципиальными изменениями (см. Рис.1 в Схеме.gif)
У источника сигнала появилось внутреннее сопротивление 50 Ом, добавился конденсатор ФНЧ С1, нагрузкой преобразователя стало входное сопротивление повторителя напряжения на ОУ. Оставшись идеальной, схема стала похожей на реально используемые в технике ПП.
После эквивалентного преобразования окончательный вариант схемы изображен на Рис.2
Для исследования этой схемы я решил пойти тем же путем, что и RW3DKB в статье «Секреты преобразования частоты или как работает ключевой смеситель?» http://cqham.ru/trx62_03.htm , но пришел к совершенно другим результатам, которые и довожу до общества, рискуя навлечь на себя гнев мэтров. :шухер:
Итак, начнем.
-При скважности сигнала гетеродина Qг=2, сигнал с выхода преобразователя непрерывно поступает на ФНЧ, частота среза которого выбрана в соответствии с формулой Fср=1/2пиRC (1)
Fср=1/2*3,14*100*256*10-9=6217(Гц) Такая частота выбрана для того уменьшить влияние завала АЧХ ФНЧ на измерения коэффициента передачи преобразователя, который в данном случае составил Кпр=-4,08дБ. Это практически полностью совпадает с теорией.
-Но при Qг=4 классическая теория работать отказывается, ибо Кпр становится больше теоретически возможного предела -3,9дБ.
Перейдя на импульсные сигналы и ключи на полевых транзисторах, мы, незаметно для себя, попали в область дискретно-аналоговой обработки сигналов (в некотором роде чужой монастырь) со своей теорией (уставом) и со своими многочисленными устройствами, работа которых основана на иных принципах, нежели работа аналоговых устройств.
Пойдем далее. Т.к. сигнал с выхода преобразователя поступает на ФНЧ прерывисто, со скважностью Q=2, кажущееся (эквивалентное) внутреннее сопротивление источника сигнала увеличивается в два раза Rэкв=QRвн (2) и для того чтобы Fср не изменилась, необходимо уменьшить в два раза емкость ФНЧ С1. В данном случае она составит 128нФ. Коэффициент передачи преобразователя при этом составит Кпр=-1,01, а формула (1) примет вид Fср=1/2пиRCQ (3)
- При Qг=8, сигнал с выхода преобразователя поступает на ФНЧ со скважностью Q=4. При этом эквивалентное сопротивление источника сигнала в соответствии с (2) увеличивается в четыре раза и для того чтобы Fср не изменилась, необходимо уменьшить в четыре раза емкость С1. В данном случае она составит 64нФ. Коэффициент передачи преобразователя при этом составил Кпр=-0,35
И так далее. Все данные сведены в Таблицу 1
По осциллограммам (см. Осциллограммы.rar, первые семь - общий вид, вторые семь – десять периодов частоты гетеродина на пике НЧ сигнала) хорошо видно, что с увеличением скважности увеличивается время, когда напряжение на конденсаторе фильтра не меняется, а это очень сильно напоминает работу АЦП с его неотъемлемой частью УВХ.
Таким образом, наши брюки превращаются … в элегантные шорты.

Примечание: Возможно, что С1 в данной схеме и есть тот самый «конденсатор», который мы никак не хотим увидеть в знаменитой на весь Интернет схеме «ключ+конденсатор»…

73! Николай.

[theoryman]

это с самого начало было ясно, и частоту гетеродина привязывать к частоте сигнала дискуссионно, увх он и в африке увх
, блин, мордуют друг друга бессмысленно
частота выборки 3000гц умножаем на ну хотя бы 10 , получаем 30 кгц, остальное на любителя
на самом деле еще меньше

[Oleg 9]

to sev_n_v
Николай, ваша ошибка в том, что считали коэфф. преобразования по напряжению, а не по мощности сигнала.
Это из той же области, что "ставим трансформаторы, а усилители нафиг не нужны".

[RW3DKB]

Ой как всё замечательно!!!
Гладко было на бумаге, да забыли про овраги....
Всё это правильно и всё это известно, если не вспоминать про реальный эфир с его множеством различных сигналов, в том числе лежащих далеко за пределами основной частоты сигнала....
А вот если про них вспомнить - то картинка получается ещё интереснее. А именно, попробуйте подать на вход сигнал с частотой 2Fсигн, 3Fсигн, 4Fсигн и т.д. и вы увидите, что, по сравнению с основной частотой сигнала, идет прием на гармониках основной частоты сигнала, который является ГЛАВНЫМ каналом приема помех в ТПП, что с укорочением длительности импульса гетеродина амплитуда этих паразитных сигналов начинает очень существенно РАСТИ!!!! А это не что иное, как резкое падение помехозащищенности такого смесителя!!!! А теперь представте, что смеситель запущен на передачу (он же обратимый)... Представили, сколько и какой амплитуды помех вы будете сыпать по всем диапазонам?
Так вот, я ЕЩЁ раз напоминаю, что Деевский смеситель прекрасно работает только в том случае, если перед ним стоит очень высокого качества узкополосный фильтр, например ЭМФ или кварцевый. В статье Деева была схема его смесителя именно в тракте супергетеродана с ПЧ=500 кГц. Там ему и самое место, т.к. можно реализовать более высокую чувствительность по приему за счет высокого к-та передачи. На этом достоинства его схемы заканчиваются и начинаются неприятности... ЭМФа на входе ТПП нет и в помине. Отсюда вывод простой как два пальца об асфальт - смеситель с короткими импульсами применим только в супергетеродинах как 2-й смеситель после узкополосного фильтра. В ТПП такие фильтры на входе смесителя отсутствуют и побочные каналы приема подавлены недостаточно хорошо. Такой смеситель будет сосать из эфира столько мусора, что мало не покажется...Ну а о том, что он совершенно не пригоден для передачи из-за наличия в выходном спектре огромного числа гармоник, которые тоже нужно хорошенько отфильтровать, прежде чем гнать этот мусор в эфир. Вот только чем? 2-х или 3-х контурным ДПФ? Сомневаюсь, что этого будет вполне достаточно...
Так что есть от чего почесать репу (или то место, которое для этого используется) прежде чем делать ставку на укорочение импульсов...

[Relayer]

Это из той же области, что "ставим трансформаторы, а усилители нафиг не нужны".

самое смешное что таки да "нафиг не нужны" но импедансы согласовывать прийдется. скажем теми же самыми эмитерными повторителями. где-то была даже статейка на этот счет в инете.

[Relayer]

я в теориях не особо силен, но хотелось бы вставить и свои ржавые пять копеек мне кажется мы тут имеем типичный дуализьм. ключевой смеситель можно и с аналоговых принципов рассматривать ибо он всетаки перемножает сигналы хотя один из них дискретный, так и с позиций увх и тп. но. НО! при увеличении скважности сигнал гетеродина обогащается гармониками. достаточно его в фурье разложить и все будет понятно. соответственно мы будем иметь множество побочных каналов приема на этих самых гармониках. и никакие ДПФ как заметил RW3DKB нам тут не помогут.
в добавок при таком подходе ужесточаются требования к экранированию гпд и развязке его по цепям питания чтобы весь этот "мусор" не дай бог не пролез куда нибудь.
а теперь вопрос - стоит ли овчинка (тобишь эти несколько дб выигрыша) выделки?

[YES]

Могу свидетельствовать: что при увеличении скважности сигнала гетеродина ( при этом подбирался оптимальный номинал конденсатора УВХ для данного Q ) кардинально уменьшался коэффициент передачи смесителя.

[Oleg 9]

самое смешное что таки да "нафиг не нужны" но импедансы согласовывать прийдется. скажем теми же самыми эмитерными повторителями. где-то была даже статейка на этот счет в инете.

С каких это пор эмиттерный повторитель перестал считаться усилителем? 8O Ток он усиливает, и мощность сигнала усиливает.

[RW3DKB]

Ещё хочу добавить от себя о том, что прежде чем преобразовывать сигнал в НЧ, мы должны определить, что на входе у нас присутствует именно тот сигнал, который нам нужен. Как этот сигнал "узнает" наш приемник во всем огромном диапазоне волн?
Очень просто. Во-первых, задается требуемая частота сигнала. Во-вторых, ставится диапазонный фильтр, чтобы исключить или ослабить побочные каналы приема. В-третьих выбирается и применяется тип смесителя -аналоговый или ключевой, активный или пассивный. Всё это вместе в комплексе и дает возможность принимать именно тот сигнал, который нам нужен. Если с частотой всё более или менее определенно, то остаются два других аспекта. Желательно, чтобы ДПФ был идеальным с бесконечным подавлением вне полосы пропускания. Таких к сожалению в природе не существует. Третий аспект -смеситель. Смеситель желательно иметь тоже идеальный. А что ЭТО такое? В идеале к-т передачи пассивного смесителя должен быть равен или близок к 1 и должны полностью отсутствовать побочные каналы приема и динамический диапазон ничем не ограничен. У активных смесителей дополнительное требование по усилению - должно регулироваться в широких пределах также при полном отсутствии побочных каналов приема и бесконечной динамике.
Что теперь нам с этими определениями делать? А вот что!! Лучшим будет тот ДПФ у которого круче скаты и выше затухание за пределами полосы пропускания при отсутствии затухания в полосе прозрачности. Какие получаются параметры ДПФ из реальных материалов хорошо известно и с этим никто уже не спорит...Смеситель лучшим будет тот, у которого будет максимальным к-т передачи при минимальном числе побочных каналов приема и максимальном динамическом диапазоне.
Вот к этому всем нам и надо стремиться. А это ох как не просто... Вот здесь широкое поле деятельности для конструкторского творчества. г-н Деев внес свою лепту - показал, что смеситель может хорошо работать при коротких импульсах гетеродина, хотя это было известно задолго до него. Просто он не учел, что для того, чтобы в реальной конструкции всё выглядело точно как на бумаге, необходимо исключить все мешающие сигналы и на вход смесителя подать только чистый сигнал без всяких примесей. Тогда можно и выборку хоть 3, хоть 30кГц спокойно делать. Во всех других случаях начинаются проблемы... Это о приёме, а про передачу лучше не вспоминать, если нет хорошего фильтра. И нет здесь никаких противоречий с классикой преобразования сигнала. Просто высокий к-т передачи дается ценой сильного расширения побочных каналов приема в соответствии с преобразованием Фурье, которое невозможно отменить, как бы это ни хотелось нашим авторам... Отсюда вывод об ограниченных возможностях применения схем с короткими импульсами в ТПП. Вот в супергетеродинах другое дело - используйте на здоровье! И не нужно больше обсуждать эту тему в разделах про ТПП.
А применительно к ТПП требования к смесителю по снижению приема на гармониках сигнала получаются даже более жесткими, чем для суперов, т.к. это основной канал приема мешающих сигналов. Ключевые схемы хороши тем, что существенно ослабляется прием по четным гармоникам, в первую очередь по второй, если правильно выбраны амплитуда и скважность сигнала гетеродина. Представьте себе какой будет прием на частоте 3.6МГц, если на частоте 7.2 МГц идет сигнал радиостанции с уровнем 9+80дБ, а к-т преобразования у смесителя Деева пусть равен 0.5 по второй гармонике (а может быть и больше)... Посчитали? Вот и МНЕ очень не хочется ставить такой смеситель на входЕ приемника...

[Vadim]

Я думаю, sev_n_v рассматривает модель смесителя слишком идеализированную, кстати, также, как и RW3DKB... Дело в том, что на самом деле на практике нас больше интересует соотношение С/Ш на входе и на выходе смесителя, т.к. если предположить, что шума нет, то и вопрос о коэффициенте передачи становится не актуальным, т.к. дополнительно усилить сигнал на 2-10дб не проблема! :-). Итак, именно С/Ш определяет КАЧЕСТВО смесителя (имеется в виду, что технически отфильтровать ненужные продукты тоже не большая проблема...). В качестве доказательства можно привести высокоуровневые смесители (например, третий смеситель) схемотехника которых не вызывает дискуссий (с точки зрения коэффициента передачи! А вот рассмотреть поведение смесителя (теоретически или с помощью симуляторов) не так то просто! Здесь скорее проще измерить экспериментальным путем, А ПОТОМ УЖЕ что-то объяснять теоретически. А вот как только мы переходим к шумам, то скважность (УВХ) уже может сыграть другую роль. Вот и sev_n_v, показав небольшой "кусочек" осциллограммы вблизи амплитудного значения получил свои результаты, а если рассмотреть то же самое вблизи перехода через ноль, будет несколько иная картина, тем более, если добавить белый шум (а тем более реальный эфир! :-))... Поэтому считаю, что эта тема требует более тщательного исследования (хотя чудес вряд ли мы дождемся, но внести ясность для всех, а не только для тех, кому это ясно ЗАРАНЕЕ :-). Было бы интересно услышать мнеие В.Т. Полякова, т.к он скорее всего занимался этим вопросом и ВСЕГДА не только теоретически, но и практически всегда проверяет свои результаты!

Ч уважением, Вадим.