Mieszacze do "Plesseya"

[George]

Kolejne Dziekujemy Kolego Henryku!

[sp9lvz]

Za namową Henryka SP2JQR dokonałem pomiarów impedancji wejść/wyjść naszej płytki mieszacza na SL6440 pod względem potrzeby dokonania korekt kilku elementów. Pomiary były robione przez mostek odbiciowy na Vector Network Analyser MAX4.
Zakres pomiarów impedancji:
a) wejście LO - heterodyny
b) wyjście z mieszacza na IF
c) wejście na mieszacz z BPF bez przedwzmacniacza i z przedwzmacniaczem
d) wyjście mieszacza na BPF w czasie nadawania (TX)
Elementy brane pod uwagę do korekty: rezystor zamykający impedancję od strony heterodyny (LO) o wartości 450R, rezystor zamykający obwód wyjściowy 200R, kondensator 10pF w obwodzie wejściowym.
Ze względu na ograniczoną ilość zdjęć do wstawienia w poście (5 sztuk) poniżej pokazuję wyniki pomiarów pomiarów przed poprawkami, a w następnym poście po poprawkach:
Impedancja wejścia LO przed poprawką (jest za niska, powinna być zbliżona do 50 omów)
   
Impedancja wyjściowa na IF przed poprawką z rezystorem 200R (jest za niska powinna być zbliżona do 55 omów, by po transformacji x 9 dać 500 omów na filtr IF).
   
By sprawa była bardziej oczywista załączam ponownie schemat mieszacza, na którym są widoczne opisane elementy.
   

[sp9lvz]

Ze względu na ograniczoną ilość zdjęć do wstawienia pokazuję wyniki pomiarów pomiarów z poprzedniego posta, ale już z poprawkami:
Impedancja wejścia LO po poprawce - zmiana rezystor 450R na 680R. Podnosi się impedancja, aczkolwiek nadal maleje ze wzrostem częstotliwości. Ze względu na możliwy szerszy zakres napięć wejściowych z LO, powinno być już dobrze.
   
Impedancja wejścia od strony BPF z usuniętym kondensatorem 10pF. Impedancja zbliżona do 50 omów, ale i tak nie wiemy jak będą wyglądać impedancje BPF.
   
Impedancja wejścia od strony BPF z włączonym przedwzmacniaczem. Przy niższych częstotliwościach w okolicy 70 omów (na 1,8;3,5 nie korzystamy z przedwzmacniacza), na wyższych zbliżona do 50 omów.
   
Impedancja wyjściowa na IF po poprawce z rezystorem 240R. Na częstotliwości filtru IF (9MHz) w okolicy 55 omów, co po trajsformacji x 9 da 495 omów na filtr pośredniej.
   
Impedancja wyjściowa w kierunku BPF przy pracy TX. Jest prawie stała troszkę ponad 60 omów, więc praktycznie dopasowana do BPF po stronie TX.
   
Wnioski: w celu poprawy dopasowania impedancji wejść i wyjść należy: wymienić rezystor 450R na 680R na wejściu od strony LO, wymienić rezystor w obwodzie wyjściowym mieszacza 200R na 240R, usunąć kondensator 10pF w obwodzie wejściowym mieszacza.
Wg. analizy Henryka, mieszacz w tej konfiguracji powinien osiągną IP3 na poziomie +20dBm (bez załączonego przedwzmacniacza). Wartość +30dBm, którą teoretycznie powinien układ SL6440 osiągnąć jest pomniejszona o przekładnię napięciową transformatora na wejściu mieszacza, który podbija sygnał wejściowy o 10dB (działa jak wzmacniacz). Jeśli chcielibyśmy uzyskać wartość IP3 zbliżona do +30dBm, należało by wykonać przekładnię transformatora wejściowego 1:1 z uwzględnieniem dopasowania impedancji wejściowych. Mamy oczywiście też na uwadze, że włącznie przedwzmacniacza zaprojektowanego na tranzystorze 2N5109 obniży IP3 mieszacza o wartość wzmocnienia tego przedwzmacniacza.

[George]

Dzięki Piotrze SP9LVZ oraz Kolego Henryku SP2JQR za wszystkie korekty w projekcie . Wszyscy na tym skorzystają. Nie tylko "plessey`owcy". Zamówię metalowe puszki do tego mieszacza.

Pozdrawiam wszystkich
George sp5rzm

[SP2JQR]

Korekt do swojego projektu mieszacza na razie nie miałem czasu robić, ale też jest to konstrukcja warta grzechu. Jak będę miał ostateczną wersję to prześlę, ale już teraz pracuje to doskonale. W aktualnej wersji czułość 0,3uV i jednocześnie IP3 16dBm. Odpowiada to przy czułości 1uV IP3=26dBm, a więc jest bardzo dobrze. Jest jeszcze parę drobiazgów do rozgryzienia. Układy te będę próbował w nowym TRXie na filtrach elektromechanicznych 200kHz, ale dopiero jak zgryzę Husarka DSP.

[George]

Witam Szanowne Koleżanki i nie mniej Szanownych Kolegów,


Cieszą takie wiadomości jak ta Kolegi Piotra czy Kolegi Henryka. Sprawa jest nie banalna.

Z teoretycznych rozważań Kolegi SP2JQR na temat mikserów wynikałoby, że optymalnym rozwiązaniem byłaby bardzo dobra antena i mieszacz z wysokim IP3. Ciekawe jak by taki mieszacz pracował ze wzmacniaczem Nortona, który również ma wysokie IP3?


Pozdrawiam wszystkich

George sp5rzm

[SP2JQR]

Jeżeli wzmacniacz będzie z przodu przed mieszaczem to nie ma znaczenia jakiego typu będzie, zawsze obniży IP3 na wejściu całości o tyle ile ma wzmocnienia. Ważne jednak jest, aby to IP3 samego wzmacniacza było większe od IP3 całości, bo w przeciwnym wypadku IP3 będzie już psute nie tylko przez to, że wzmacniacz podnosi poziom powyżej możliwości mieszacza, ale sam wzmacniacz będzie to psuł.

Przykładowo:
mieszacz : IP3=30dBm
wzmacniacz +10dB
Wypadkowe IP3=+20dBm
Jeżeli w tym zestawie wzmacniacz będzie miał mniej niż +20dBm to popsuje ten zestaw.
Powyższe rzeczy są chyba dość proste i oczywiste. Nie ma tu żadnych zawiłości.
Stosowanie więc wzmacniacza na wejściu o nad wyraz dużym IP3 będzie przerostem formy nad treścią.

Podobnie rzecz się będzie miała, jeśli postawimy wzmacniacz za mieszaczem. Tu wszystko zależy od tłumienia mieszacza. IP3 będzie mogło być pomniejszone o tłumienie mieszacza.
Jeśli więc mieszacz ma IP3=+30dBm i ma tłumienie 7dB to za mieszaczem można zastosować też trochę słabszy pod względem IP3 wzmacniacz. Będzie dobrze działał jeśli jego IP3 będzie większe od +23dBm. W przypadku wzmacniacza za mieszaczem na pierwszy plan wysuwają się inne parametry takie jak szumy własne decydujące o czułości ,gdy nie korzystamy ze wzmacniacza w.cz., a także dobre dopasowanie takiego wzmacniacza stanowiące obciążenie mieszacza. Od tego obciążenia zależy IP3 samego mieszacza.

Prawidłowy dobór poszczególnych elementów dość łatwo sprawdzić za pomocą generatora w.cz. i oscyloskopu.
Stopniowo zwiększając poziom z generatora wyłapujemy moment, kiedy sygnał na wyjściu już nie przyrasta. Badamy to dla każdego stopnia. Jeśli któryś stopień układów wejściowych pierwszy się nasyca to oznacza, że ma on za małe IP3.
Zamiast oscyloskopu można przykładać do wyjść poszczególnych stopni prostą jednodiodową sondę podłączoną do miernika cyfrowego.
Zamiast generatora można użyć TRXa ze stałym tłumikiem mocy plus regulowany tłumik.
Nie ma więc biedy. Tłumiki można samemu zrobić i badania wykonać we własnym zakresie.
Pomimo powyższych możliwości najlepiej takie układy bada się sygnałami dwutonowymi, a wyjścia ogląda na analizatorze widma.
Wpadł mi pomysł wyposażenia swojego NWT500 w przystawkę do analizy widma. Co prawda mam analizator widma, ale ciekawi mnie czy przeciętny radioamator mógłby się w zadawalający sposób posłużyć takim uproszczonym sprzętem własnej roboty.
Przy zastosowaniu wzmacniaczy z zawyżonym IP3 pierwszy nasyci się mieszacz jako najsłabszy element łańcucha. Taki stan generalnie można uznać też za prawidłowy, tylko po co tak przedobrzyć na wzmacniaczach, skoro najbardziej problematyczny będzie i tak mieszacz.

[George]

Widać, że tutaj działa coś na zasadzie starej inżynierskiej reguły wedle, której wytrzymałość mostu liczy się wedle najsłabszego jego elementu : A tak na poważnie, to czy postawienie wzmacniacza z IP3 na poziomie 30dBm przed mieszaczem o tym samym parametrze coś zmienia? "Wzmacniacz Nortona" ma podobno takie IP3.

[SP2JQR]

Działa to tak jak napisałem.
Mieszacz IP3=30dBm
wzmacniacz Nortona IP3=30dBm wzmocnienie 10dB umieszczony na wejściu.

Wypadkowe IP3=20dBm.

W celu maksymalnego wykorzystania powyższego wzmacniacza należy zastosować mieszacz o IP3=40dBm. Wówczas wypadkowe IP3 będzie +30dBm.

[George]

Dzięki Kolego Henryku za kolejne wyjaśnienie.

---

Rozumiem, że kluczowe w tym przypadku jest doprowadzone do mieszacza napięcie w.cz. ? Jeśli dobrze to pojąłem, to podobnie jak ze wzmacniaczem przed mieszaczem byłoby z anteną o większym zysku podłączoną bezpośrednio do mieszacza?