2.3 Расчет смесителя

В современных радиоприемных устройствах СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Основным их достоинством является способность подавлять шум амплитудной модуляции колебаний гетеродина, что весьма важно для получения низкого коэффициента шума. Наряду с этим БС обладает и другими преимуществами перед однодиодным небалансным смесителем. В частности, БС работает при меньшей мощности гетеродина, имеет повышенную помехоустойчивость к сигналам помех определенных частот и позволяет уменьшить мощность гетеродина, просачивающуюся в антенну.

Схема БС включает две смесительные секции и СВЧ мост (квадратный, кольцевой и др.). К двум плечам моста подключают смесительные секции, а к двум другим подводят соответственно напряжения сигнала Uс и гетеродина Uг.

Работа балансного смесителя основана на равном распределении мощностей сигнала и гетеродина между двумя диодами, но с определенными относительными фазовыми сдвигами, что обеспечивается с помощью СВЧ моста. В результате оказывается, что на выходе смесителя, на промежуточной частоте, преобразованные диодами сигналы имеют одинаковые фазы и поэтому суммируются, а шум гетеродина подавляется, так как он на выходе диодов оказывается противофазным.

Рисунок 4. Схема балансного смесителя.

Произведем расчет балансного смесителя.

Используем ДБШ типа 3А111Б. Его данные:

Lпр_дБ=6дБ Потери преобразования (в дБ).

Рг_опт=3·10^-3Вт Оптимальная мощность сигнала гетеродина.

N=6,5дБ Коэффициент шума.

r_{вых_мин}=300Ом

r_{вых_макс}=560Ом

КСВ=1,8 Коэффициент стоячей волны (КСВ).

Ррас=50·10^-3Вт Максимальная рассеиваемая мощность.

Волновые сопротивления четвертьволновых отрезков МПЛ в выходной цепи секций принимаем равными 20 и 90 Ом соответственно для низкоомных разомкнутых и высокоомных отрезков

При расчете входной цепи УПЧ за величину выходного сопротивления балансного смесителя принимаем r_{бс_ср}:

r_{бс_ср}=0,25·( r_{вых_мин}+ r_{вых_макс})=215 Ом

Принимаем потери преобразования балансного смесителя:

Lбс_макс=Lпр

Шумовое отношение для ДБШ в качестве паспортного параметра не указывается. Для этих диодов величину nш можно определить следующим образом:

n_ш=N/Lпр-0,41=0,712

Шумовое отношение балансного смесителя принимается равным шумовому отношению смесительного диода:

n_бс= n_ш

Рассчитываем суммарную величину потерь за счет разбаланса амплитуд моста , разброса потерь преобразования LдБ, и разброса сопротивлений r

L_∑=δ+LдБ+10log(r)=1,034

По графику определяем коэффициент подавления шума гетеродина (в дБ).

Sш_дБ=26дБ

Находим необходимую мощность гетеродина на входе БС, полагая оптимальную мощность гетеродина равной паспортной (Рг_опт = 3 мВт):

Рг=2Lм·Рг_опт=6,14·10^-3

Для характеристики уровня выходного шума гетеродина удобно пользоваться понятием удельного шумового отношения гетеродина nг0 (1/мВт), соответствующего относительной величине выходного шума гетеродина, приходящегося на 1 мВт его выходной мощности:

n_г0=24,988

Определим шумовое отношение гетеродина (в Вт):

n_г= n_г0· Рг=0,153

Рассчитаем коэффициент шума смесителя:

N_{бс_дБ}=7,229дБ