На виході балансного змішувача придушене напруга гетеродина, але присутня напруга прийнятого робочого сигналу. Як це обговорювалося під час розгляду принципів роботи супергетеродинного приймача. на виході ідеального умножителя цих компонентів не повинно бути в принципі. Зменшити рівень радіосигналу на виході перетворювача частоти дозволяє схема кільцевого змішувача (перетворювача частоти). Цю схему часто називають подвійним балансним змішувачем. Принципова схема діодного кільцевого змішувача приведена на малюнку 1.
Малюнок 1. Схема діодного кільцевого змішувача (перетворювача частоти)
Придушення вхідного сигналу на виході кільцевого змішувача (перетворювача частоти) проводиться за рахунок віднімання струмів балансного змішувача, зібраного на діодах VD1, VD4 і струмів балансного змішувача, зібраного на діодах VD2, VD3.
Спектр сигналу на виході кільцевого балансного змішувача (перетворювача частоти) наведено на малюнку 2.
Малюнок 2. Спектр сигналу на виході кільцевого балансного змішувача (перетворювача частоти)
Зверніть увагу, що спектр сигналу на виході кільцевого змішувача (перетворювача частоти) вже схожий на спектр ідеального умножителя. Недостатньо пригнічені компоненти спектра вихідного сигналу повинні бути придушені смуговими фільтрами на вході і виході змішувача.
На виході схеми кільцевого змішувача (перетворювача частоти) пригнічується не тільки сигнал, присутній на вході перетворювача частоти, але і всі компоненти, що формуються непарними ступенями полінома апроксимації крутизни нелінійних елементів, застосованих в змішувачі. Процес придушення вхідного сигналу на виході кільцевого змішувача (перетворювача частоти) ілюструється рисунком 3.
Малюнок 3. Тимчасова діаграма напруги на виході кільцевого змішувача (перетворювача частоти)
На цьому малюнку розглянута ситуація, коли частоти сигналу і гетеродина рівні. Тимчасова діаграма вихідного струму нагадує тимчасову діаграму випрямленої сигналу. В результаті парні напівхвилі сигналу пригнічують непарні. Це призводить до того, що всі непарні гармоніки спектра вихідного сигналу придушуються. В спектрі вихідного сигналу в основному присутні компоненти парних гармонік:
Якщо при цьому вольтамперная характеристика нелінійного елемента буде апроксимувати квадратичною функцією (поліном другого порядку), то ми отримаємо перетворювач, максимально наближений до ідеального умножителю. Наближення форми вольтамперної характеристики змішувальних діодів до квадратичного полиному вдається отримати відповідним підбором об'ємного опору напівпровідника.
В даний час кільцеві діодні змішувачі (перетворювачі частоти) виконуються у вигляді готових інтегральних мікросхем. При цьому вхідний і вихідний опір виконується рівним 50 Ом. Вхідний опір входу гетеродина теж робиться рівним 50 Ом. Інтегральне виконання кільцевого змішувача (перетворювачі частоти) дозволяє домогтися високого ступеня симетричності плечей змішувача, що дозволяє отримати досить хороші характеристики придушення сигналів гетеродина в ланцюгах радіо і проміжної частоти. Як приклад подібних кільцевих змішувачів (перетворювачів частоти) можна привести змішувачі, що випускаються фірмою Mini-Circuits. Параметри деяких з них наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 Параметри кільцевих змішувачів (перетворювал частоти)
Рівень гетеродина (дБм)
Точка однодецібельной компресії (дБм)
Габарити даних змішувачів виконуються досить малими, придатними для поверхневого монтажу. На малюнках 4 і 5 наведені фотографії цих мікросхем.
Малюнок 4. Зовнішній вигляд і розміри змішувачів ADE
Малюнок 5. Зовнішній вигляд і розміри змішувачів MBA
Так як вхідні і вихідні опору обраних змішувачів рівні 50 Ом, то схема включення даних вузлів радіоприймача досить проста. Вона наведена на малюнку 6.
Малюнок 6. Схема включення змішувача частоти на ІМС ADE-1L
При побудові сучасних систем виробничої або стільникового радіозв'язку слід мати на увазі, що в цих системах зв'язку застосовуються досить високі частоти. Тому при реалізації високочастотних вузлів радіоапаратури, в тому числі і змішувачів частоти, слід особливу увагу приділяти їх конструктивними особливостями. Наприклад, всі лінії зв'язку повинні виконуватися у вигляді мікросмужкових ліній, а окремі вузли приймачів і передавачів екрануватися від електромагнітних випромінювань. На малюнку 7 приведена конструкція микрополосковой лінії, в якій сигнальний провідник проходить над заземляющей поверхнею друкованої плати.
Малюнок 7. Конструктивне виконання мікрополоскової лінії з заданим хвильовим опором
На даному малюнку W - це ширина сигнального провідника; T - товщина напилення міді; H - товщина діелектрика друкованої плати, що володіє електричної проникністю. Слід зазначити, що для конкретної друкованої плати всі параметри фіксовані за винятком ширини сигнального провідника. Хвильовий опір мікрополоскової лінії можна знайти за емпіричною формулою:
Приклад конструктивного виконання змішувача на ІМС ADE-1L наведено на малюнку 8.
Малюнок 8. Приклад конструктивного виконання змішувача частот на ІМС ADE-1L
На малюнку чітко простежується суворе витримування ширини провідників, що підводять вхідні сигнали. Видно як конструктивно видалені різкі зміни напрямку для того, щоб уникнути відображення від неоднорідності Полоскова лінії.
Разом зі статтею "Кільцеві змішувачі" читають: