Tema 12: Mezcladores

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Cappítulo 12:
Mezcladores en microondas
Objetivo: La necesidad de circuitos conversores de frecuencia en los modernos
sistemas de comunicaciones hace importante el estudio de mezcladores en
microondas. El aumento en la capacidad de información lleva a que los sistemas de
comunicaciones funcionen en bandas cada vez más elevadas. Esto supone la
necesidad de circuitos que conviertan dichas frecuencias en las correspondientes de
banda base. La utilización de dispositivos de estado sólido posibilita la realización de
mezclladdores más o menos iintegraddos en miicroonddas.
El estudio de mezcladores tendrá que abordar aquellos basados en diodos que llegan a
frecuencias más elevadas pero tienen el inconveniente de las pérdidas asociadas a los
mismos. Frente a esta opción tecnológica se encuentra la utilización de transistores
FET que aunque no llegan a frecuencias tan elevadas, tienen la ventaja de la ganancia
que llevan pareja.
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ÍNDICE
• IIntrodducciióón a llos mezclladdores.
• Principio de funcionamiento.
• PPaarráámmeettrrooss bbáássiiccooss yy tteerrmmiinnoollooggííaa.
• Tipos de mezcladores.
• Mezcladores pasivos.
• Mezcladores activos.
• Conclusiones.
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INTRODUCCIÓN A LOS MEZCLADORES
• Definición: dispositivo que realiza un desplazamiento en frecuencia de una señal
ddee eennttrraaddaa mmoodduullaaddaa, ccoonnsseerrvvaannddoo ssuu mmoodduullaacciióónn, aa oottrraa cceennttrraaddaa eenn oottrraa
frecuencia.
• Frecuencias que entran en juego:
– Frecuencia de radiofrecuencia, RF: la que hay que trasladar de frecuencia.
– Frecuencia intermedia IF: la nueva frecuencia resultante.
– FFrreeccuueenncciiaa ddee oosscciillaaddoorr LLOO:: llaa qquuee pprroovvooccaa eell pprroocceessoo ddee mmeezzccllaa
• Cadena de un receptor superheterodino:
BPF ⊗ BPF DEM LPF
f
ff
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INTRODUCCIÓN A LOS MEZCLADORES II
• Representación de un mezclador:
s (t) = s (t)·s (t)
s (t)
FI RF LO
RF
S ( f ± Δf )
S ( f )
FI 0
RF 0
•• FFoorrmmaa ddee llaa sseeññaall ddee eennttrraaddaa ss ((tt))
LO
S (Δf )
LO
( ) ( )
s (t) = V 1+ mx(t) cos w t + Δφy(t)
• Señal de oscilador:
RF RF RF
• Producto de ambas ( )
s (t) = V cos w t
OL OL OL
( ) ( ) ( )
s (t) = s (t)·s (t) = KV V 1+ mx(t) cos w t + Δφy(t) cos w t =
FI RF OL RF OL RF OL
KK
( ) (( ) )
= V V 1+ mx(t) cos w + w t + Δφy(t) +
RF OL RF OL
2
K
(( )) (((( )) ))
+ VV VV 1+ mmxx((tt)) ccooss ww − ww tt + Δφφyy((tt))
RRFF OOLL RRFF OOLL
• Consecuencias: 2
– K es el factor de ganancia o pérdidas del mezclador
– En la salida están presentes la suma como la diferencia de frecuencias
– Las características de la señal de entrada se mantiene.
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INTRODUCCIÓN A LOS MEZCLADORES III
• Del resultado anterior se derivan dos tipos de mezcladores
– CConversor superiior ((up-convertter)): ttraslladda lla seññall dde enttradda a ffrecuenciias
superiores.
– Conversor inferior (down-converter): traslada la señal de entrada a frecuencias
iinfferiiores.
• Necesidad de un filtro para obtener la frecuencia deseada
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (I)
• La multiplicación anterior no se puede realizar directamente y se requiere el uso
ddee ddiissppoossiittiivvooss qquuee tteennggaann uunnaa ffuunncciióónn ddee ttrraannssffeerreenncciiaa II-VV nnoo lliinneeaall.
– Diodos (Schottky)
– Transistores bipolares
– Transistores de efecto de campo
• Relación general de transferencia:
II == kk ++ kk VV ++ kk VV 2 ++ kk VV 3 ++ ...
0 1 2 3
• Señal de entrada es la suma de la señal RF y OL
I = ∑C cos[(mw ± nw )t]
m,n RF OL
m,n
– Los factores C dependen de k y las amplitudes de RF y OL
mn i
– Términos no deseados: espurios de señal, frecuencias de intermodulación de orden
mm++nn:: mmff ++nnff
RF OL
– Según crece el orden de la potencia el valor de k disminuye por lo que la importancia
de esos “batidos” es cada vez menor.
– IInteresa un ffactor kk ellevaddo pues ddetermiina lla amplliitudd dde lla seññall suma y ddiifferenciia.
2
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (II)
• Segunda clasificación de mezcladores: por la posición en el espectro de la frecuencia de
LO resppecto a la de RF
– Inyección lateral superior: f >f
LO RF
– Inyección lateral inferior: f <f
LO RF
• Tippos de mezcladores:
– Convertidor inferior, empleado en receptores:
• Por inyección lateral superior: f >f
LO RF
• Por inyección lateral inferior: f <f
LO RF
– Convertidor superior, empleado en transmisores:
• Por inyección lateral superior: f >f : f = f -f
LO RF RF LO FI
• Espectro de señal de salida un convertidor inferior por inyección lateral inferior:
Concepto de frecuencia imagen
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PARÁMETROS BÁSICOS Y TERMINOLOGÍA
• Frecuencias de funcionamiento: (especificar LO, FI y RF)
– Banda estrecha: la sepparación de las ppuertas es ppor filtrado ((no ppueden solapparse las
bandas)
– Banda ancha: no requieren filtrado
•• PPéérrddiiddaass ((ggaannaanncciiaa ddee ccoonnvveerrssiióónn)):: ccoocciieennttee eennttrree llaa ppootteenncciiaa ddee llaa sseeññaall ddee ssaalliiddaa
a FI y la de entrada a RF (en dB).
• Factor de ruido: el cociente entre la potencia total de ruido a la salida del
cuadripolo (a la FI) dividida entre la que potencia de ruido que habría si el
cuadripolo no generara ruido.
– Problema: existen dos bandas de RF cuyyo batido se convierte en la banda de FI de la
que se quiere medir el ruido.
• Definición de temperatura en simple banda (se rechaza la banda imagen)
•• DDeeffiinniicciióónn ddee tteemmppeerraattuurraa eenn ddoobbllee bbaannddaa ((ssee ccoonntteemmppllaa llaa bbaannddaa iimmaaggeenn))
• Punto de compresión: punto para el que el nivel de potencia de salida en FI es 1
dB inferior al que correspondería a la característica lineal.
• Rango dinámico: margen de potencia en que no se degrada su funcionamiento.
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PARÁMETROS BÁSICOS Y TERMINOLOGÍA II
• Punto de intercepción de tercer orden: indica el nivel de los productos de tercer orden
cuando hay dos señales de entrada. Es el punto en el que la recta del espurio de tercer
orden interseca a la de entrada.
1dB
• Linealidad: capacidad de mantener el nivel de entrada.
• Aislamiento: representa el grado de acoplamiento entre los puertos del mezclador:
péérddiiddas que suffre lla seññall all pasar dde una puertta a ottra siin conversiióón.
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PARÁMETROS BÁSICOS Y TERMINOLOGÍA III
• Mezclas espurias: nivel de pérdidas con el que se recibe la correspondiente mezcla
rreessppeeccttoo aall nniivveell ddeell aarrmmóónniiccoo pprriinncciippaall. SSee eessppeecciiffiiccaann ppaarraa uunn ddeetteerrmmiinnaaddoo nniivveell ddee
potencias de entrada.
PP =1100 ddBBm, PP =00 ddBBm
LO RF
RF\LO 1 2 3 4 5
1 0 31 47 42 32
2 38 45 39 48 46
3 39 49 37 52 42
4 64 60 58 56 59
5 71 69 59 72 55
Atenuación del armónico correspondiente
– PPara ottros vallores dde pottenciia bbastta ttener en cuentta lla ddependdenciia polliinóómiica.
[ ] ( ) [ ] ( )
L = L − ΔP dB ⋅ m −1 − ΔP dB ⋅ n −1
nom RF OL
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