- •С.А. Кореневский методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов
- •Часть 1
- •Теория эумк для студентов специальностей
- •1. Основные параметры и характеристики cигналов и устройств телекоммуникационных систем
- •2. Искажения сигналов
- •Линейные искажения
- •2.2. Нелинейные искажения
- •2.2.1. Использование комплексной амплитудной характеристики для расчета нелинейных искажений
- •2.2.2. Интермодуляция
- •2.2.3. Перекрестные искажения
- •2.2.4. Блокирование
- •3.Тепловые шумы
- •3.1. Шумы резисторов
- •3.2. Шумы транзисторов
- •3.3. Шумы многокаскадного усилителя
- •3.4. Шумы пассивного четырехполюсника
- •3.5. Шумы оу
- •4. Устройства телекоммуникаций на операционных усилителях
- •4.1. Параметры идеального операционного усилителя
- •. Инвертирующий усилитель
- •4.3. Неинвертирующий усилитель
- •4.4. Циркулятор
- •4.5. Преобразователь отрицательного сопротивления (inic)
- •4.6. Гиратор
- •4.7. Фильтры
- •4.7.1. Основные параметры фильтров
- •4.7.2. Диаграмма Боде
- •4.8. Схемы построения фильтров
- •Фильтр Баттерворта
- •4.9. Расчет фнч второго порядка
- •4.10. Фильтры нижних частот n-го порядка
- •4.11. Фазовый фильтр
- •4.12. Полосовой фильтр второго порядка
- •5. Генераторы
- •5.1. Генераторы синусоидальных колебаний на lc-контуре
- •5.2. Долговременная и кратковременная стабильность частоты генераторов
- •5.3. Кварцевые генераторы
- •5.4. Атомный стандарт частоты
- •6. Принципы построения синтезаторов частоты
- •6.1. Классификация систем синтеза частот
- •6.2. Прямой когерентный синтез
- •6.3. Цифровой синтезатор частоты
- •7. Аналоговые перемножители
- •7.1. Аналоговые перемножители на дифференциальных каскадах
- •7.2. Применение аналоговых перемножителей в системах телекоммуникаций
- •7.2.1. Преобразователи частоты
- •7.2.2. Модулятор
- •Фазовый детектор
- •7.2.4. Частотный детектор.
- •7.3. Использование аналоговых перемножителей в демодуляторах цифровых систем передачи
- •7.3.1. Схема возведения в квадрат
- •8. Выходные каскады
- •8.1 Режим в
- •8.1.1 Выходной каскад на комплементарной паре
- •8.1.2. Способы задания напряжения смещения
- •8.1.3. Схемы ограничения тока
- •8.1.4. Комплементарный повторитель по схеме Дарлингтона
- •8.2. Режим d
- •8.3. Выбор частоты дискретизации при широтно-импульсной модуляции
- •8.4. Энергетическая эффективность усилителей в режиме d
- •При более точном анализе кпд находят по очевидной формуле
- •9. Устройства свч
- •9.1. Особенности характеристик устройств свч
- •9.1.1. Особенности характеристик линий передач
- •9.1.2. Устройства согласования сопротивлений
- •9.2. Смесители диапазона свч
- •9.2.1. Небалансные смесители
- •9.2.2. Балансные смесители
- •9.3. Усилители свч
- •9.3.1. Примеры схемотехнической реализации усилителя свч
- •9.4. Приемопередающие устройства свч систем телекоммуникаций
- •9.5. Приемопередающие модули миллиметрового диапазона длин волн
- •Литература
- •Передающие устройства систем телекоммуникаций
- •1. Перспективные подходы к решению задач проектирования выходных каскадов свч систем связи
- •1.1. Высокоэффективные усилители мощности
- •1.2. Активные интегрированные антенны для усилителей класса f
- •1.3. Усилители мощности с интегрированными dc-dc конвертерами
- •1.5. Виды модуляции
- •1.6. Оптимизированные свч транзисторы
- •1.7. Биполярные транзисторы с пониженным накоплением заряда в режиме насыщения
- •1.8. Высокочастотные устройства на основе фосфида индия
- •1.9. Микроэлектромеханические устройства для свч приложений
- •Методы и устройства формирования и обработки телекоммуникационных сигналов
9.2.2. Балансные смесители
Балансные смесители могут быть двухдиодными, двойными балансными, кольцевыми и двойными кольцевыми.
Двухдиодные балансные смесители (БС) чаще всего выполняются на 3-децибельных мостах. Основным преимуществом БС является возможность подавления амплитудных шумов гетеродина.
Р ис. 9.15. Волновой балансный смеситель на щелевом мосте
На рис. 9.15. упрощенно показаны конструкция и эквивалентная схема БС. Он
состоит из двух смесительных секций с диодами VD1 и VD2, к которым через щелевой мост ЩМ подводятся колебания сигнала Рс и гетеродина Рг на частотах wс и wг соответственно, причем wс>wг. Если положить начальные фазы этих колебаний на входе ЩМ равными нулю, то согласно свойству ЩМ к диоду VD1 приложены напряжения u1с = Uc × coswc t и u1г=Uгсos(wгt – π/2), а к диоду VD2—u2c=UCcos(wct—π/2) и u2г=Uгcoswгt. Диоды включены встречно-параллельно, поэтому через нагрузку R0 течет разность токов iпч частоты wпч=wс - wг. При полной симметрии схемы результирующий ток iпч=i1пч – i2пч=Iпч{cos[(wct – π/2) – wгt] – cos[wct – (wгt – π/2)]}= 2Iпчsin(wc – wг)t, т. е. токи полезных сигналов складываются в нагрузке синфазно.
Представим AM шумы гетеродина, действующие в полосе сигнала wс и в полосе зеркального канала wзк, как боковые полосы AM колебаний с несущей wг:
uшгс=Uшcos[(wг+wпч)t-φш].
Прием шумов гетеродина в полосе сигнала дает шумовой ток:
iшс=i1шс-i2шс=0.
Следовательно, шумы гетеродина, принятые в полосе сигнала, взаимно компенсируются в нагрузке.
Аналогичными выкладками можно показать, что шумы гетеродина, принятые по зеркальному каналу, также вычитаются в •нагрузке. В реальных JBC вследствие неизбежного разбаланса схемы шумы гетеродина подавляются на 15...30 дБ. Поэтому для БС диоды выпускаются подобранными в пары с близкими параметрами.
Во многих применениях смесителей требуется высокая развязка сигнального входа от гетеродинного. В БС с квадратурными мостами, схема которых, показана на рис. 9.16, гетеродин и антенна подключены к развязанным плечам моста, но реально развязка оказывается низкой, не более 10 дБ, не только из-за разбаланса схемы, но также из-за того, что при неполном согласовании диодов с волноводом отраженные от них колебания гетеродина направляются на сигнальный вход. Для устранения этого недостатка что смесительные диоды подключены к квадратурному мосту со сдвигом на Λ/4≈Λс /4≈Λг/4.
Рис. 9.16. Микрополосковый балансный смеситель с высокой развязкой цепей сигнал-гетеродин на квадратурном мосте
Если учитывать лишь фазовые набеги в шлейфном мосту, то запаздывание отраженных от диода VD1 колебаний гетеродина, прошедших по пути 2—3—VD1—3—2, можно положить равным 2π. Отраженные диодом VD2 колебания, прошедшие путь 2—4—Λ/4—VD2—Λ/4—4—2, также задержатся на 2π. В результате отраженные колебания гетеродина проходят на вход 2, а колебания сигнальной частоты — на вход 2, и развязка входных плеч приближается к значению, присущему идеально согласованному квадратурному мосту.
Пользуясь изложенной методикой, находим, что напряжение ПЧ в результате основного преобразования (wпчt - φпч) = (wсt - φс) - (wг – φг) на диоде VD1 имеет задержку по фазе φ1пч = (φс + π/2) - (φг + π) = φс - φг - π/2, на диоде VD2 — φ2пч = = (φс + 3π/2) - (φг + π) = φс - φг + π/2. Для сложения этих противофазных колебаний на входах ФНЧ в точках 5 диоды включены встречно. При этом фазовая задержка колебаний ПЧ на выходе БС равна
φПЧ = φс – φг - π/2. (9.8)
Колебания ЗЧ, образующиеся путем преобразования (wзt – φз) = 2(wгt – φг) – (wсt - – φc), на диоде VD1 имеют задержку φ1з = 2(φг + π)— .(φc + 3π/2) = 2φг – φс + 3π/2, а на диоде VD2 — задержку φ2з = 2(φг + π) - (φс + 3π/2) = 2φг – φс + π/2. Отражаясь от ФНЧ в точках 5 с задержкой на π, колебания ЗЧ складываются на входе 1, имея одинаковую фазовую задержку
φз = 2φг - φс + 3π/2 + π + π/2 = 2φг - φс + π. (9.9)
Это учитывают при использовании энергии колебаний ЗЧ в двойных БС.
Принятые из эфира по зеркальному каналу помехи на частоте wзк путем преобразования (wпчt - φпч)зк = (wгt – φг) - (wзк – φзк) на ПЧ имеют фазовую задержку
φПЧ зк = φПЧ зк = (φг + π) - (φзк + π/2) = φг – φзк + π/2. (9.10)
Это выражение будет использовано при рассмотрении фазового подавления .приема по зеркальному каналу в двойных БС.
Нормированный коэффициент шума БС в диапазоне частот до 100 ГГц равен 7... 10 дБ, потери преобразования Lnp6≈5...8 дБ.
Достоинства балансной схемы смесителя.
1. Подавление амплитудных шумов гетеродина приводит к уменьшению коэффициента шума смесителя на 2 - 5 дБ.
2. Вся мощность гетеродина поступает на диоды, поэтому можно использовать гетеродины меньшей мощности.
3. Подавление четных гармоник гетеродина уменьшает уровень побочных продуктов преобразования, что приводит к увеличению помехоустойчивости и динамического диапазона смесителя.