Широкополосный балансный смеситель с фазовым подавлением зеркального канала

Изобретение относится к радиотехнике для использования в приемной аппаратуре связи метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн. Технический результат заключается в широкополосном подавлении зеркального канала на основе 3 дБ направленных ответвителей (НО). Информационный сигнал (21) и сигнал гетеродина (22) (фиг.2) подаются на смесительные элементы (1-4) через широкополосный делитель мощности СВЧ сигнала (ДМ), который выполнен на четырех НО (23-26) и двух согласованных нагрузках (27). При этом, сигналы (21) и (22) подаются на входы первичной линии и вторичной линии первого НО (23) соответственно и делятся равномерно на четыре выхода ДМ в тройной полосе частот. Объединенные сигналы промежуточной частоты (ПЧ) с смесительных элементов (1, 2) и (3, 4) через фильтры нижних частот (5,6) складываются между собой в квадратурном сумматоре (7) сигналов ПЧ, а сигналы зеркального преобразования вычитаются. 7 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемной аппаратуре связи метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому смесителю является малошумящий двубалансный смеситель с фазовым подавлением зеркального канала, у которого гетеродин подается через квадратурный делитель, а сигнал - через синфазный делитель [1], на фиг.1 показана структурная схема прототипа, где:

21 - синфазный делитель мощности;

22, 23, 24 - направленные 3 дБ ответвители в качестве квадратурных делителей мощности;

7 - направленный 3 дБ ответвитель в качестве квадратурного сумматора сигналов промежуточной частоты;

1, 2, 3, 4 - смесительные элементы;

5, 6 - фильтры нижних частот;

8, 25 - баластные нагрузки;

26 - вход сигнала;

27 - вход гетеродина.

Недостатком данного смесителя является сравнительно узкая полоса подавления зеркального канала, ограниченная рабочей полосой квадратурного и синфазного делителей.

Для получения широкополосного подавления зеркального канала по известным схемным решениям необходимо использовать многоступенчатые квадратурные и синфазные делители мощности, отличающиеся сложностью реализации и неприемлемыми габаритами.

Целью данного изобретения является построение широкополосного (до тройного перекрытия) балансного смесителя с фазовым подавлением зеркального канала на основе 3 дБ направленных ответвителей.

На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого смесителя, где:

23, 24, 25, 26 - направленные 3 дБ ответвители в качестве квадратурных делителей мощности;

1, 2, 3, 4 - смесительные элементы;

5, 6 - фильтры нижних частот;

7 - направленный ответвитель в качестве квадратурного сумматора сигналов промежуточной частоты;

8, 27 - согласованные нагрузки.

Смеситель содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 смесительные элементы, первый 5 и второй 6 фильтры нижних частот, выходной направленный ответвитель 7 и балансную нагрузку 8, выход 9 первого 1 и выход 10 второго 2 смесительных элементов подключены в разных фазах к входу 11 первого фильтра нижних частот 5, выход 12 третьего 3 и выход 13 четвертого 4 смесительных элементов подключены в разных фазах к входу 14 второго фильтра 6 нижних частот, выход 15 первого фильтра нижних частот 5 подключен к входному плечу 16 первичной линии выходного направленного ответвителя 7, выход 17 второго фильтра нижних частот 6 подключен к входному плечу 18 вторичной линии выходного направленного ответвителя 7, выходное плечо 19 первичной линии выходного направленного ответвителя 7 подключено к согласованной нагрузке 8, выходом сигнала промежуточной частоты смесителя является выходное плечо 20 вторичной линии выходного направленного ответвителя 7.

С целью широкополосного подавления зеркального канала сигнал 21 и гетеродин 22 подаются на смесительные элементы 1, 2, 3, 4 через широкополосный делитель мощности СВЧ сигнала [2]. Делитель мощности содержит первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 направленные ответвители и согласованные нагрузки 27. Вход 28 первого смесительного элемента 1 подключен к первому выходу делителя 29, вход 30 второго смесительного элемента 2 в противоположной фазе подключен ко второму выходу делителя 31, вход 32 третьего смесительного элемента 3 подключен к третьему выходу делителя 33, вход 34 четвертого смесительного элемента 4 в противоположной фазе подключен к четвертому выходу делителя 35. Входное плечо 21 первичной линии и входное плечо 22 вторичной линии первого направленного ответвителя 23 являются соответственно входом сигнала и входом гетеродина смесителя. Первый выход делителя 29 является выходным плечом первичной линии второго направленного ответвителя 24, третий выход делителя 33 является выходным плечом вторичной линии четвертого направленного ответвителя 26, четвертый выход делителя 35 является выходным плечом первичной линии четвертого направленного ответвителя 26, второй выход делителя 31 является выходным плечом вторичной линии третьего ответвителя 25, к входным плечам 36, 37 вторичных линий второго 24 и третьего 25 направленных ответвителей подключены согласованные нагрузки 27, входное плечо 38 первичной линии четвертого направленного ответвителя 26 подключено к выходному плечу 39 вторичной линии второго направленного ответвителя 24, входное плечо 40 вторичной линии четвертого направленного ответвителя 26 подключено к выходному плечу 41 первичной линии третьего направленного ответвителя 25, входное плечо 42 первичной линии третьего направленного ответвителя 25 подключено к выходному плечу 43 первичной линии первого направленного ответвителя 23, выходное плечо 44 вторичной линии первого направленного ответвителя 23 соединено со входным плечом 45 первичной линии второго направленного ответвителя 24.

Для обеспечения требуемого соотношения фаз сигналы промежуточной частоты первого 1 и второго 2 смесительных элементов, подключенных к первому 28 и второму 30 выходам делителя, складываются между собой, также как и сигналы промежуточной частоты третьего 3 и четвертого 4 смесительных элементов, подключенных к третьему 32 и четвертому 34 выходам делителя.

Объединенные сигналы промежуточной частоты с первого 1 и второго 2 смесительных элементов, а также с третьего 3 и четвертого 4 складываются между собой в квадратурном сумматоре сигналов промежуточной частоты, а сигналы зеркального преобразования вычитаются.

На фиг.3 изображены фазовые соотношения на выходах делителя мощности.

На фиг.4 изображена схема электрическая принципиальная предлагаемого смесителя.

На фиг.5-7 изображены экспериментальные характеристики предлагаемого смесителя.

Смеситель работает следующим образом.

Сигнал, поданный на вход 21 делителя мощности, делится равномерно на четыре выхода делителя в тройной полосе частот [2] и имеет фазовые соотношения, показанные на фиг.3. Гетеродин, поданный на вход 22 делителя мощности, делится равномерно на четыре выхода делителя в тройной полосе частот и имеет фазовые соотношения, показанные на фиг.3.

Принимая во внимание, что фаза сигнала промежуточной частоты определяется как разность фаз гетеродина и сигнала (при f_пч=f_г-f_с), и учитывая полярность включения смесительных элементов 1...4, определим значение фаз сигналов промежуточной частоты на выходах 9, 10, 12, 13 следующим образом:

ϕ_пч9=180°-90°=90° - фаза сигнала промежуточной частоты (ПЧ) на выходе 9;

ϕ_пч10=0°-90°+180°=90° - фаза сигнала ПЧ на выходе 10;

ϕ_пч12=135°-315°=-180° - фаза сигнала ПЧ на выходе 12;

ϕ_пч13=135°-135°+180°=180° - фаза сигнала ПЧ на выходе 13,

т.е. фазовый сдвиг сигналов ПЧ на входе 18 квадратурного сумматора относительно сигнала ПЧ на входе 16 равен:

ϕ_пч18-ϕ_пч16=90°,

при условии, что фильтры нижних частот 5,6 идентичны. Сигналы ПЧ, после суммирования в квадратурном сумматоре выделяются на выходе промежуточной частоты 20.

Для случая зеркального преобразования (f_пч=f_зк-f_г),

фазы сигналов ПЧ зеркального канала (зк) на выходах 9, 10, 12, 13 определим следующим образом:

ϕ_{пч зк9}=90°-180°=-90° - фаза сигнала ПЧ зк на выходе 9;

ϕ_{пч зк10}=90°-0°+180°=270° - фаза сигнала ПЧ зк на выходе 10;

ϕ_{пч зк12}=315°-135°=180° - фаза сигнала ПЧ зк на выходе 12;

ϕ_{пч зк13}=135°-135°+180°=180° - фаза сигнала ПЧ зк на выходе 13.

А фазовый сдвиг сигнала ПЧ зк на выходе 18 квадратурного сумматора равен:

ϕ_{пч зк18}-ϕ_{пч зк16}=-90°.

Сигналы ПЧзк после суммирования в квадратурном сумматоре выделяются в нагрузочном резисторе 8.

На фиг 5, 6, 7 показаны графики зависимостей параметров смесителя от частоты, где:

К_P - коэффициент преобразования по мощности;

К_N - коэффициент шума;

σ_зк - подавление зеркального канала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П.Сиверса: М., Сов. радио, 1976 г.

2. Авторское свидетельство СССР №1467622, МПК⁴ Н 01 Р 5/12, опубл. 1989.

Широкополосный балансный смеситель с фазовым подавлением зеркального канала, содержащий первый, второй, третий и четвертый смесительные элементы, два фильтра нижних частот, выходной направленный ответвитель и балансную нагрузку, выходы первого и второго смесительных элементов подключены в разных фазах к входу первого фильтра нижних частот, выходы третьего и четвертого смесительных элементов подключены в разных фазах к входу второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот подключен к входному плечу первичной линии выходного направленного ответвителя, выход второго фильтра нижних частот подключен к входному плечу вторичной линии выходного направленного ответвителя, выходное плечо первичной линии выходного направленного ответвителя подключено к согласованной нагрузке, выходное плечо вторичной линии выходного направленного ответвителя является выходом сигнала промежуточной частоты смесителя, отличающийся тем, что, с целью широкоплосного подавления зеркального канала, сигнал и гетеродин подаются на смесительные элементы через широкополосный делитель мощности СВЧ сигнала, состоящий из четырех направленных ответвителей и двух согласованных нагрузок, вход первого смесительного элемента подключен к первому выходу делителя, вход второго смесительного элемента в противоположной фазе подключен к второму выходу делителя, вход третьего смесительного элемента подключен к третьему выходу делителя, вход четвертого смесительного элемента в противоположной фазе подключен к четвертому выходу делителя, входное плечо первичной линии первого направленного ответвителя является входом сигнала смесителя, входное плечо вторичной линии первого направленного ответвителя является входом гетеродина смесителя, первый выход делителя является выходным плечом первичной линии второго направленного ответвителя, третий выход делителя является выходным плечом вторичной линии четвертого направленного ответвителя, четвертый выход делителя является выходным плечом первичной линии четвертого направленного ответвителя, второй выход делителя является выходным плечом вторичной линии третьего направленного ответвителя, к входным плечам вторичных линий второго и третьего направленных ответвителей подключены согласованные нагрузки, входное плечо первичной линии четвертого направленного ответвителя подключено к выходному плечу вторичной линии второго направленного ответвителя, входное плечо вторичной линии четвертого направленного ответвителя подключено к выходному плечу первичной линии третьего направленного ответвителя, входное плечо первичной линии третьего направленного ответвителя подключено к выходному плечу первичной линии первого направленного ответвителя, выходное плечо вторичной линии первого направленного ответвителя соединено с входным плечом первичной линии второго направленного ответвителя.