CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
Bộ trộn vòng diode cân bằng kép có thể được sử dụng để làm việc như loại hình khác của các thiết bị RF, do tính chất làm việc với tần số, pha và biên độ.
Hình 4.1: Bộ trộn vòng diode cân bằng kép
Tín hiệu LO và IF được cách ly độc lập bởi biến áp, được nuôi bằng tín hiệu LO lớn để bật tắt diode.
Điểm tích cực của bộ trộn này là : Không có thành phần DC tại cổng IF, hoạt động rất tuyến tính.
Điểm bất lợi như ta thấy là cần tín hiệu LO lớn, mất mát trong việc chuyển đổi RF-IF nhiều , không có độ lợi về công suất. độ lợi chuyển đổi thấp hơn bộ trộn cân bằng sử dụng 1 diode
Khi tín hiệu LO thay đổi bật diode D1/D2 hoặc D3/D4 để kết hợp với tín hiệu RF cho ra tín hiệu IF ra ngoài
= = = (4.1)
= ( ) ≡ 0 (4.2)
= + ≡ 0 (4.3)
= + ≡ 0 (4.4)
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
Trong một bộ trộn vòng diode cân bằng kép cổng RF và IF có thể được hoán đổi tự do.
Ví dụ trong trường hợp của nâng tần lên (như trong một máy phân tích quang phổ, hoặc TX ) cổng RF được trao đổi với IF, cũng như cổng RF thường có một dải tần số lớn hơn so với cổng IF.
Một bộ trộn cân bằng kép thụ động có thể được sử dụng vượt qua đặc điểm kỹ thuật tần số của nó, bởi vì là một mạch không tuần hoàn, băng thông rộng.
Trong ví dụ, dải tần số là từ 200 kHz và 300 MHz, nhưng trên thị trường hiện có trộn vòng diode làm việc ở dải tần số cao hơn nhiều, bắt đầu từ gần như DC lên đến vài GHz.
Theo kinh nghiệm thực tế, sự xuống cấp (mà nói chung là đi lên so với tần số) là xấu đi của cô lập giữa các cảng (hoặc cân bằng, nếu sử dụng như một bộ điều biến cân bằng hoặc dò pha).
4.1. Đầu dò Pha
Trong bộ trộn cân bằng kép ngõ ra tại IF bao gồm tổng và hiệu tần số của các tín hiệu đầu vào đến cổng LO và RF.
Nếu các tín hiệu RF và LO có tần số giống nhau, hiệu của chúng là 0 Hz, hoặc DC, là đầu ra mong muốn cho một máy dò Pha. Tổng của chúng có thể được lựa chọn lọc ra nếu nó không vượt ra ngoài của đáp ứng tần số của cổng IF.
Khi sử dụng bộ trộn cân bằng kép cũng như một đầu dò pha tín hiệu RF được áp dụng cho bộ dao động (LO) đầu cuối trong khi tín hiệu RF khác được kết nối vào cổng RF.
Hình 4.2: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một đầu dò Pha
= (4.5)
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
Các tín hiệu DC có sẵn trên cổng IF là 0 khi hai tín hiệu đầu vào lệch pha là 90°.
Điện áp DC tại cổng IF là tối đa khi sự lệch pha giữa của hai tín hiệu là hoặc 0° hoặc 180°.
Điện áp tại của cổng IF sẽ là DC và sẽ thay đổi khi cosin của sự lệch pha giữa LO và tín hiệu RF.
Do đó số đo ban đầu cho điện áp IF thu được bất cứ khi nào sự lệch pha giữa các tín hiệu LO và RF là bằng n * PI / 2 với n = ± 1, ± 3, ..., trong khi đọc tối đa và tối thiểu thu được cho độ lệch pha nhau với n * PI với n = 0, ± 1, ± 2
Bộ trộn thực tế được sử dụng như máy dò Pha thường thể hiện một số đặc điểm khác với các bộ trộn lý tưởng.
Các đặc tính quan tâm nhất là DC offset và/ hoặc trộn dịch pha gây ra các tín hiệu do mất cân bằng mạch. Các thông số ảnh hưởng đến các tính chất là: tần số, LO và RF lái, điện trở tải và nhiệt độ.
Nguồn gốc của DC điện áp offset là một sự kết hợp của sự mất cân bằng diode và không đối xứng biến áp và có thể đến từ các tín hiệu một trong hai hoặc cả hai đầu vào. Ngoài cách ly và mức tín hiệu lái LO, DC bù đắp cũng bị ảnh hưởng bởi của điện trở tải và nhiệt độ.
Ngay cả sau khi những ảnh hưởng của DC bù đắp được giảm thiểu, nó vẫn có thể là một giá trị đầu sẽ được lấy tại một số pha tương đối khác so với PI / 2 (90 độ).
Điều này là do tự trộn có thể thay đổi của pha tương đối của hai đầu vào tín hiệu do thực tế rằng chiều dài điện từ cổng LO-IF là không giống từ cổng RF- IF.
Tần số ảnh hưởng đến DC offset nhờ tác dụng của nó đối với sự cô lập.
Sự cô lập cao giữa các cổng, hạ thấp DC offset.
Ngoài ra, như suy hao chuyển đổi giảm, tối đa điện áp DC ngõ ra tăng.
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
4.2. Bộ nhân kép tần số
Bộ trộn vòng cân bằng kép có thể được sử dụng như một Doubler tần số băng thông rộng bằng cách áp dụng các tín hiệu RF đến cả bộ dao động (LO) và cổng RF.
Hình 4.3: Bộ trộn cân bằng kép cũng như bộ nhân kép tần số
Tổng và hiệu tần số sẽ xuất hiện trên cổng IF, đầu ra IF sẽ được gấp kép đầu vào RF (vì tần số hiệu là bằng 0)
4.3. Điều chỉnh suy hao bằng dòng điện
Nếu chúng ta muốn sử dụng bộ trộn cân bằng kép là điều chỉnh suy hao bằng dòng điện, tín hiệu đầu vào RF được kết nối với cổng dao động nội (LO) và DC điều khiển dòng được áp dụng cho cổng IF.
Hình 4.4: Bộ trộn cân bằng kép cũng như điều chỉnh suy hao bằng dòng điện Với không có dòng DC đầu vào cổng IF, các tín hiệu ở cổng LO sẽ xuất hiện rất nhiều tại cổng RF bị suy giảm.
Một đường cong của sự suy giảm (dB) so với điều khiển dòng được hiển thị dưới đây.
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
Nếu đề cập đến các lược đồ bên trong của DBM Ring-Diode chúng ta có thể thấy rằng một điều khiển điện áp DC trên các thiết bị đầu cuối IF sẽ gây ra hai của điốt trong vòng để tiến hành.
Khi dòng điện DC chạy qua diode đủ, chúng xuất hiện điện trở là rất nhỏ nối cuộn thứ cấp của hai biến áp với nhau và bất kỳ tín hiệu tại cổng LO sẽ xuất hiện ra tại các cổng với sự suy giảm nhỏ RF.
Thay đổi điều khiển dòng điện biến điện trở của diode, và do đó, độ lớn của điện áp đầu ra. Khi sử dụng bộ trộn DBM Ring-Diode là điều chỉnh suy hao bằng dòng điện, một điện trở có bộ hạn chế nên được kết nối trong chuỗi với cổng IF để hạn chế dòng diode khoảng 40 mA.
Các hạn chế dòng phụ thuộc vào đặc điểm của các diode được sử dụng trong mạch.
4.4. Bộ điều chế cân bằng (DSB)
Để sử dụng Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ điều chế cân bằng, các tín hiệu sóng mang RF (f0) phải được kết nối tại cổng LO, tín hiệu điều chế kết nối tại cổng IF, và tín hiệu đầu ra trên cổng RF.
Các tín hiệu điều chế qua cổng RF bao gồm các tín hiệu ở cộng với cổng LO và trừ đi các tín hiệu điều chế, với sóng mang RF f0 bị suy giảm rất nhiều.
Bởi vì ở đầu ra có thể được tìm thấy chỉ có băng tần biên của tín hiệu RF điều chế (ngăn chặn với sóng mang RF) các bộ điều chế thường được đặt tên là DSB.
Hình 4.5: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ điều chế cân bằng (DSB)
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP
4.5. Bộ điều chế biên độ (AM)
Để có được bộ điều chế biên độ từ Bộ trộn cân bằng kép, hoạt động như một bộ điều chế cân bằng và điều chỉnh suy hao bằng dòng điện được kết hợp như hình dưới đây.
Hình 4.6: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ điều chế biên độ (AM) Một tín hiệu điều chế có chứa cả hai thành phần AC và DC được áp dụng cho cổng IF. Các thành phần AC sẽ sản xuất các dải biên và các thành phần DC sẽ thay đổi biên độ của sóng mang xuất hiện tại cổng RF.
Như một ví dụ cho điều kiện bình thường, đối với 100% AM điều chế, tín hiệu điều chế nên được về 200mV (rms) và DC điều khiển dòng điện nên được khoảng 4 mA.
4.6. Bộ tách sóng nhân
Mạch này chỉ đơn giản là một bộ trộn có đầu ra IF của nó trong âm thanh (baseband) phạm vi.
Một mạch thích hợp:
Hình 4.7: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ tách sóng nhân
Bộ trộn vòng diode cân bằng kép đặc biệt hữu ích trong ứng dụng này vì hiệu suất điều chế tương hỗ rất thấp và phạm vi hoạt động lớn.