Một trong những tham số quan trọng nhất khi đánh giá bộ trộn là conversion
loss hay conversion gain.Đây là tổn hao mà tín hiệu RF trải qua khi đi qua bộ trộn
tần. Nói cách khác: CL= PRF-PIF. Cho ví dụ nếu đầu vào RF là -10dBm và đầu ra IF
là -17dBm thì suy hao là 7dB. Theo lí thuyết thì hệ số tổn hao chuyển đổi của một
bộ trộn tần diode thụ động là 3.9dB và có thể được tính toán dùng công thức của
Henderson. Giá trị điển hình của CL là từ 4.5 dB tới 10dB phụ thuộc vào mixer.
Các tổn hao thêm vào có thể được gây ra bởi các yếu tố như đường truyền
(transmission line), balun bị không phối hợp, điện trở diode và mixer im(balance).
Nhìn chung thì double balance mixer có tổn hao ít hơn so với triple balanced mixer
vì tổn hao mạch. Một xu hướng khác là các mixer băng thông rộng có tổn hao cao hơn so với mixer băng thông hẹp bởi vì sự khó khăn trong việc duy trì cân bằng
mạch trên toàn băng thông. CL là một thước đo quan trọng của mixer vì nó liên
quan mật thiết đến các tham số khác như độ khử ghép (isolation) và điểm nén một
1dB. Kinh nghiệm chỉ ra rằng nếu CL của một bộ trộn trong một đặc tính hẹp thì
3.2.5.2Độ khử ghép (Isolation)
Độ khử ghép là phép đo công suất nguồn mà nó dò từ một cổng bộ trộn đến
một cổng khác. Việc cách ly cổng được thực hiện thông qua cân bằng bộ trộn và sử
dụng các tiếp điểm hybrid. Tuy nhiên sẽ vẫn có việc dò công suất giữa các cổng RF,
LO và IF. Nói cách khác nếu chúng ta đặt một tín hiệu đầu vào ở LO port và đo
công suất ở cổng RF port ở tần số LO, độ khử ghép sẽ được tính :
PISO(L-R)=PIN(LO)- POUT(RF)
Chú ýđộ khử ghép có tính thuận nghịch: độ cách ly từ cổng 1 tới cổng hai sẽ
gần bằng độ cách ly từ cổng 2 đến cổng 1. Vì vậy một sự đo đạc đơn giản được thực
hiện để xác định độ cách ly trên cả hai hướng. Có ba loại độ khử ghép được quan
tâm trong bộ trộn: Độ khử ghép L-R, độ khử ghép L-I và độ độ khử ghép R-I. Việc
định nghĩa độ khử ghép như dưới đây
Hình 3.16: Độ khử ghép
Độ khử ghép L-R là việc dò từ cổng LO và cổng RF. Giá trị độ khử ghép L-R
thường từ 25-35dB. Độ khử ghép L-R là quan trọng trong tần số chuyển đổi xuống
(downconversion) bởi vì nguồn LO có thể dò vào mạch RF.Nếu độ khử ghép kém,
LO có thể làm nhiễm tạp RF bởi làm nhiễu độ khuyếch đại RF hoặc dò tới các kênh
trộn song song khác gây nhiễu xuyên kênh. Độ khử ghép L-R kém cũng có thể gây (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vấn đề trong tần sốchuyển đổilên (upconversion) khi tần số LO gần với tần số đầu
ra RF (khi tần số IF ở hoặc gần DC). Trong trường hợp này, không thể lọc để tách
các tín hiệu gần với RF và dò LO. Điều này có thể gây trong nhiễu xuyên giữa RF
Bộ khử ghép L-I là sự dò từ LO vào IF port. Độ khử ghép này dường như là
xấunhất trong ba loại độ khử ghép với các giá trị điển hình từ 20-30dB. Khi độ khử
ghép này kém thì vấn đề tồi tệ nhất xảy ra khi tần số LO và IF gần nhau đến mức
LO làm nhiễm mạch IF trong khi dòng dò LO đủ để mạnh để làm bão hòa bộ
khuếch đại IF. Ngoài ra độ khử ghép LI kém có thể gây ra các vấn đề tổn hao
chuyển đổi bằng phẳng.
Độ khử ghép cuối cùng là R-I. Giá trị R-I điển hình là giữa 25-35dB. Phần lớn
các nhà thiết kế hệ thống sẽ không nhận thấy độ khử ghép R-I là mộtvấn đề lớn bởi
vì công suất RF và IF nhỏ hơn công suất LO nhiều. Vì vậy độ khử ghép LO là vấn
đề chính đối với kĩ sư hệ thống. Tuy nhiên thì độ khử ghép R-I cũng là một mối
quan tâm khi thiết kế bộ trộn vì nó phục vụ như một thước đo phân tích cho toàn
hiệu quả chuyển đổi của mạch trộn tần. Khi độ khử ghép này cao, mạch mixer được
cân bằng tốt và vì vậy tổn haobiến đổi là thấp. Khi độ khử ghép này thấp (<20dB),
tổn hao chuyển đổilà cao hơn và độ phẳngcủa tổn hao chuyển đổi là kém.
3.2.5.3Điểm nén1 dB Compression
Khi họat động bình thường (tuyến tính), tổn hao chuyển đổi là hằng số mà
không quan tâm đến công suất đầu vào RF. Nếu công suất RF tăng 1dB, thì đầu ra
IF cũng sẽ tăng 1 dB. Sự khác nhau công suất là tổn hao chuyển đổi. Dù vậy, khi
mà công suất RF quá lớn, mối quan hệ này không được duy trì. Điểm nén 1dB là
thước đo độ tuyến tính của mixer và được định nghĩa như đầu vào công suất RF được yêu cầu để tăng tổn hao chuyển đổi thêm một dB so với lí tưởng. Điểm nén
Hình 3.17:Sơ đồ điểm nén 1dB
Đối với công suất RF thấp, độ dốc là 1-1. Dù vậy khi RF tăng, bộ trộn bị lệch
khỏi tuyến tính và tổn hao chuyển đổi bắt đầu tăng. Khi đường cong võng một đoạn
bằng 1dB (ví dụ tổn hao chuyển đổi tăng thêm 1dB), công suất đầu vào điểm nén 1dB đã đạt đến. Một cách khái niệm, điểm nén 1dB xảy ra khi tín hiệu RF không
còn được coi là tín hiệu nhỏ nữa. Ở chế độ tuyến tính, công suất LO quá mạnh so
với RF đến mứcchuyển mạch Diode bị thống trị bởi LO. Dù vậytại điểm nén, công
suất RF có thể cạnh tranh với công suất LO để họat động chuyển mạch diode bị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thỏa hiệp. Khi công suất RF trong phạm vi 3dB của 1 dB thì bộ trộn họat động
không dự đoán được. Việc họat động của bộ trộn tần trong chế độ nén cũng làm
tăng méo điều chế nội và tăng suy hao chuyển đổi. Điều này là vì bộ trộn tại điểm
nén sẽ trải năng lượng trong miền tần số bởi vì diode đang được bật một phần bởi
tín hiệuRF. Việc không cân bằng của bộ trộn sẽ bị làm trầm trọng thêm và hiệu suất
chuyển đổi của bộ trộn cũng bị giảm. Việc nén của bộ trộn có thể được cải thiện
bằng cách sử dụng diode có dải rộng hơn. Khi đó nguồn RF lớn hơn có thể được sử
dụng mà không đối mặt với điện áp bật của diode. Tuy nhiên khi đó thì công suất
LO cũng phải lớn theo để để chuyển đổi diode tắt hoặc mở. Kinh nghiệm thực tiễn
là một điểm nén 1 dB có thể ở bất cứ đâu nhỏ hơn 4-7dB so với mức tối thiểu LO
lớn hơn 0dBm. Với các dòng diode mức chặn cao, điểm nén xảy ra khi công suất
lớn hơn 12dBm.
3.2.5.4 VSWR
Hệ số sóng đứngMixer VSWR là một vấn đề tranh cãi. Nhiều ý kiến cho rằng
hệ số sóng đứng cũng không quá quan trọng bởi vì nó không giúp dự đoán hiệu suất
của bộ trộn cũng như nó không đảm bảohọat động đúng hoàn toàn khi bộ trộn được
tích hợp trong hệ thống RF. Vấn đề nan giải là bộ trộn không thể được mô hình hóa
như tải tĩnh. Thật sự thì một bộ trộn vừa là tải vừa là nguồn. Có thể dễ dàng chỉ ra
rằng cả ba cổng bộ trộn họat động như nguồn cho bản chất méo điều chế đối với
diodes. Thậm chí nếu VSWR là hoàn hảo thì sẽ vẫn có các hài đi ra từ cổng vào.
Vấn đề cổ điển của của bộ trộng liên quan đến ảnh 2*LOx1RF. Có thể thấy rằng tất
cả các hài (spur) chẵnLO x lẻ RF được tạo ra trong RF sẽ có ở cổng RF. Cổng RF
lại nối với một bộ lọc thông dải. Họat động như nguồn tín hiệu, ảnh 2LxR sẽ ra khỏi
RF vào bộ lọc. Thương thì ảnh này nằm ngoài dải thông nên sẽ bị phản xạ lại bộ
trộn. Sau khi đi lại vào bộ trộn, ảnh này kết hợp với LO được chuyển đổi xuống
giống như tần số mong muốn.Nói cách khác: fout= fspur-fLO
fout=2fLO-fRF-fLO
fout= fLO- fRF
fout= fIF
Việc đè của ảnh và tần số IF mong muốn tạo ra nhiễu. Phạm vi nhiễu phụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thuộc vào sự khác pha liên quan giữa hai tín hiệu. Nếu tần số RF được quét, pha sẽ
quay vòng tròn từ 0 đến 2π tạo ra độ gợn của suy hao chuyển đổi. Thông thường
người ta lo lắng rằng việc gây ra độ gợn liên quan đến hệ số VSWR kém. Tuy nhiên
như đã nóiở trên thì các vấn đề này vẫn xảy ra không liên quan đến tham số VSWR
3.2.5.5 Noise Figure
Miễn là chất lượng của một diode được giám sát chặt chẽ thì hệ số nhiễu của
bộ trộn có thể xấp xỉ tổn hao chuyển đổi. Nhìn chung thì hệ số nhiễu tíchlũy sẽ giới
3.2.5.6 Méo single-tone Intermodulation
Trong bộ trộn thì tần số sinh ra là fout = nfLO ± mfRF với m và n mong muốn
bằng 1. Toàn bộ các hài khác không mong muốn được gọi là single tone IMD. Mục đích chính của thiết kế là hạn chế độ lớn của single tone IMD.
Các đặc tính chính của single-tone IMD là:
• Chỉn lẻ tồn tại ở cổng IF trong bộ trộn
• Công suất đầu vào RF càng thấp, hiệu suất giả mạo của singletone tốt
hơn.
• Việc tăng LO không luôn cải thiện cải thiện hiệu suất LO.
3.2.5.7 Méo two-tone Intermodulation
Nếu đầu vào RF bao gồm hai tín hiệu (tones) thì sauđó méo điều chế bậc ba là một tham số cần quan tâm.Méo này gây ra bởi lập phương trong phần mở rộng của
diode phi tuyến như dưới đây:
(VRF1+VRF2+VLO)3
Và tạo ra các đầu ra không mong muốn trong phạm vi băng tần quan tâm. Hai tone được áp dụng vào cổng RF, nó nên tạo ra các đầu ra IF tại f1 và f2. Việc méo điều chế bậc ba tạo ra các tín hiệu tại 2f1-f2 và 2f2-f1. Ví dụ hai tín hiệu ở 100Mhz
+10kHz và 100MhZ+11Mhz trên cổng RF đầu vào và LO là 100Mhz. Đầu ra sẽ bao
gồm hai tone 9kHz và 11kHz, bởi vì tín hiệu này là các tín hiệu bậc ba nên nó tăng
công suất gấp 3 lần tỉ lệ tín hiệu đầu ra mong muốn. Vì vậy việc tăng 1dB trong
công suất tín hiệu mong muốn gây ra tăng 3dB trong tín hiệu không mong muốn, hạ
cấp méo 2dB đối với tín hiệu mong muốn. Dạng của méo vì vậy là rất quan trọng.
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾVÀ MÔ PHỎNG BỘLỌC THÔNG DẢI VÀ
BỘ TRỘN TẦN
Chương 4 trước tiên mô tả công nghệ được sử dụng trong thiết kế là công nghệ mạch vi dải với nhiều ưu điểm vượt trội với tham khảo từtài liệu [8]được sử
dụng cho phần này. Phần mềm mô phỏng ADS được sử dụng cho thiết kế và mô
phỏng trong luận văn cũng được giới thiệu.Tiếp theo, luận văn đi sâu vào thiết kế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mô phỏng đánh giá các chỉ tiêu tham số kĩ thuậtcủa bộ lọc thông dải và bộ trộn tần
đưa ra các đánh giá bổ ích và thiết thực. Các tài liệu tham khảo trong phần này bao gồm các tài liệu [3], [13] của hãng ADS cùng với các tài liệu[1], [2], [15] vừacó ý
nghĩa lí thuyết vừa có ý nghĩa dẫn đường trong thực nghiệm thiết kế và mô phỏng
của chương 4.