Hallo, die typischen Frequenzmischer funktionieren mit Dioden, Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren. Meine Frage dazu ist es möglich die Frequenzbereiche anzugeben unabhängig von der Topologie und Bauteile? Also z.B. die Dioden werden typischerweise im Frequenzbereich eingesetzt: RF von …kHz bis …GHz LO von …kHz bis …GHz IF von …kHz bis …GHz die Bipolartransistoren: RF von …kHz bis …GHz LO von …kHz bis …GHz IF von …kHz bis …GHz die Feldeffektransistoren RF von …kHz bis …GHz LO von …kHz bis …GHz IF von …kHz bis …GHz Ich habe bis jetzt nur generelle Aussagen gefunden wie "bei höheren Frequenzen nimmt man Dioden, weil diese schneller Schalten als Bipolartransistoren". Ich brauche auch keine genauen Angaben sondern eine grobe Einteilung. Vielen Dank im voraus. Grüße Richard
Heute werden in der Regel double balangierte oder triple balangierte Ringmischer verwendet. Teils mit Dioden , teils mit Mosfets aufgebaut. Diodenringmischer weden von 10KHz bis weit in den GHz Bereich eingesetzt. Diese unterscheiden sich nochmal darin welche Oszillatorpegel am LO Port benötigt werden. Diese ist entscheident für die Austeuerbarkeit, bzw für den IP3 und IP2 Wert. Je höher der LO Pegel, desto höher sind die IP2 und IP3 Werte. Die IP Werte sind die ( Theoretische ) Punkte, bei der die Intermodulationsprodukte den gleichen Pegel erreicht haben wie das Nutzsignal. Bei einen +27dbm Mischer ist der IP3 etwa +40dbm. Mischer mit Feldeffekttransistoren als Schalter werden z.B. heute in Kurzwellenempfänger eingesetzt, da sie bei gleichen IP3 weniger Steuerleistung brauchen. Auch haben sie nicht die Durchgangsverluste von typisch 7db der Diodenringmischer. Es gibt im unteren bis mittleren Megaherzbereich noch andere Mischertopologien. Z.B. die Gilbertzelle in Mischer-ICs. Mischer mit einfachen Eintaktschaltungen werden heute eigentlich kaum mehr verwendet. Das hatte man in den 70ger Jahren in den Low Cost Konsumgeräten verwendet. Die Intermodulations und Isolationseigenschaften waren bei diesen Mischern entsprechend schlecht. Ralph Berres
Nebenbei... es gibt Gilbert Zellen bis mind. 1 GHz. zB die HFA3101B
Mischen kann man mit allem, was nichtlinear ist. Beliebt waren übrigens auch mal Dual-Gate-FET dafür. FET können im quadratischen Bereich betrieben werden, bei bipolarer Technik ist es mehr eine exponentielle Kennlinie. Das einzige reziprok anwendbare Verfahren sind aber passive Schalter, also Dioden, die möglichst nur die zwei Schaltzustände offen oder geschlossen anbieten. Die LO-Spannung/-Leistung ist für den Idealfall sehr groß (10 dB+) gegenüber der Zwischenfrequenz und dem Ausgangssignal (alle entstehenden Mischprodukte = Kombinationen aus Grund- und Oberwellen des Oszillators und jeweiligen Seitenbändern mit Grund- und Oberwellen). Im besten Fall (keine Verluste) generiert ein solcher "Zerhacker" ein Standardschaltspektrum nach Fourier. Grundwelle LO +/- Grundwelle ZF liegt dann je etwa 4,5 dB kleiner vor als die ZF, zusammen (als DSB = dual side band) ergibt das etwa 1,5 dB Verlust. Dieser Rest geht in alle weiteren Mischprodukte über, beim Ring im Idealfall (Symmetrie) in Kombinationen aller ungradzahligen Vielfachen. Praktisch gibt es alle Produktterme. Diese nicht erwünschten Mischprodukte müssen dann noch herausgefiltert werden. Übrigens kommen die beiden Grundwellen auch im Summenspektrum vor. Durch die Symmetrie werden sie unterdrückt (Trägerunterdrückung). Je nach Frequenz können hier 20 bis 60 dB (allein durch den Mischer!) erreicht werden. Die Bandbreitenbegrenzung liegt an den an zwei oder allen drei Ports eingesetzten Trafos. Wird ein Port direkt angeschlossen, ist zumindest dieser bis DC (Gleichstrom) herunter verwendbar. I. d. R. nimmt man diesen Port für die niedrigste Frequenz, meist ZF. Der Extremfall ist aber tatsächlich DC. In diesem Fall spricht man von stellbaren Dämpfungsgliedern oder reziprok von Phasendetektoren. Die obere nutzbare Frequenz wird von Übertragern und Dioden bestimmt. Ringmischer gehen weit in den zweistelligen GHz hinein, z. B. 26 GHz. Die Bandbreite beträgt wegen der Übertrager dann vieleicht 0,5. Typische Werte für Diodenringmischer wären dann z. B. 18 bis 26 GHz für LO und RF, 0 bis 3 GHz für ZF. Nach unten hin (in den KHz-Bereich) wird es eher eng als nach oben - wegen der Übertrager. Im MHz-Bereich sind Multi-Oktav-Bandbreiten möglich, z. B. 10 bis 500 MHz oder noch deutlich besser. Ein weiterer Vorteil der Ringmischer (neben der Reziprozität) ist die Anpassung. Alle drei Ports reflektieren den Wellenwiderstand der jeweils anderen Ports, ein Teil bleibt auch in den Dioden. Damit kann recht einfach ein Mischer in ein 50-Ohm-System integriert werden. Achten sollte man darauf (wenn man das letzte dB, insbesondere für IP-2- oder IP-3-Belange, ausschöpfen will), dass auch alle Ports entsprechend breitbandig abgeschlossen werden. Ggf. sind hier Split-Filter erforderlich. Es gibt auch aufwändige Schaltungen mit zwei Ringmischern und 90°-Phasenschiebern (mit Abschluss am -90°-Port), um breitbandige Anpassung zu erzielen. Im einzelnen Pfad kann dann ein schmalbandiges Filter herhalten. Trotz allem findet man weitaus mehr aktive Mischer vor. Die eingebaute Verstärkung und der wesentlich günstigere Preis (ein Transistor plus ein paar passive Bauteile reichen) rechtfertigen meist geringere Bandbreiten und den Verzicht auf Reziprozität. Es gibt auch Kompromisse mit aktiven Ringmischern (nach Ed Oxner z. B. einfach balanciert mit 2 oder doppelt balanciert mit 4 J-FET), die beide Vorteile zu kombinieren versuchen. Man spart so Ansteuerleistung für den LO (kann bei Diodenringen bis zu ca. 30 dBm = 1 W betragen), das Großsignalverhalten entspricht aber etwa der (fiktiv) verstärkten LO-Leistung.
Nein, wesentlich höher. Bis in den zweistelligen GHz-Bereich hinein gibt es noch passable Verstärkungen.
Naja aber double-Balange-Mixer mit Feldeffektransistoren, die im Mikrowellenbereich angesiedelt sind, sind mir noch nicht bekannt. Aber vielleicht gibt es die ja mittlerweile auch. Ralph Berres
Was noch nicht, jedenfalls nicht direkt, erwähnt wurde sind Passiv-FET-Mixer und ähnelt sehr dem Diodenringmischer. Genaueres findet sich z.B. im aktuellen Tietze&Schenk >12. Auflage. Hab leider nur die 11. Auflage. Haupteinsatzort sollen Mobilfunk-BTS sein, wegen des sehr guten IP3. Mit >10$ pro Stück aber alles andere als günstig. FET-Gilbertzelle dürfte in WLAN (2,4GHz) verbaut sein. Dioden können als Gegentaktmischer an einem Ringkoppler mehrere GHz erreichen. Richard schrieb: > Meine Frage dazu ist es > möglich die Frequenzbereiche anzugeben unabhängig von der Topologie und > Bauteile? Nein, die Verschaltungsart hat den wesentlichen Einfluss auf die erreichbaren Grenzen. Im GHz-Bereich können etwa Ringkoppler und ähnliche Strukturen verwendet werden. Es gibt keinen typischen Mischer für einen Frequenzbereich. Einige Faktoren für die Mischerauswahl: * IP3 * Breitbandigkeit * Isolation * Kosten * Energiebedarf * Raumbedarf
Im dreistelligen GHz-Bereich kenne ich nur passive Mischer. Typisch ist dort der harmonische Mischer, d. h. Mischprodukte höherer Ordnung (n x LO +/- ZF) werden zum Nutzsignal. Das ist aber mehr ein Kompromiss, weil man einen LO auf RF-Niveau nicht mehr so einfach erzeugen kann. Filtern wird auf den ganz hohen Frequenzbereichen aber wieder einfacher. Ein Hohlleiter reicht im Grunde. Reziprozität wäre noch zu nennen, hat aber mit dem Frequenzbereich auch nichts zu tun, nur mit der Anordnung der Bauteile (Dioden). Wenn man auf die Ausgangsfrage zurückkommt, kann man das Wort 'Mischer weglassen' und die Frequenzbereiche den Einzelkomponenten zuordnen. Also: Bipolar-T: einige GHz FET: einige 10 GHz Dioden: bis etwa THz Ganz grob. Bis DC für die ZF beim Mischen geht es immer. Prizipiell wären alle drei Ports (ZF/LO/RF) aber gleich einzustufen.
Ernestus Pastell schrieb: > Was noch nicht, jedenfalls nicht direkt, erwähnt wurde sind > > Passiv-FET-Mixer und ähnelt sehr dem Diodenringmischer. Genaueres findet > > sich z.B. im aktuellen Tietze&Schenk >12. Auflage. Hab leider nur die > > 11. Auflage. Doch habe ich. Siehe meinen Beitrag ganz oben. Das habe ich aber bisher nur in hochwertigen Afunk KW Transceiver gesehen. df1as schrieb: > Im dreistelligen GHz-Bereich kenne ich nur passive Mischer. Typisch ist > > dort der harmonische Mischer, d. h. Mischprodukte höherer Ordnung (n x > > LO +/- ZF) werden zum Nutzsignal. Das ist aber mehr ein Kompromiss, weil > > man einen LO auf RF-Niveau nicht mehr so einfach erzeugen kann. Filtern > > wird auf den ganz hohen Frequenzbereichen aber wieder einfacher. Ein > > Hohlleiter reicht im Grunde. Findet man in Mikrowellenspektrumanalyzer. Es sind in der Regel Eintaktmischer. Wegen der Mehrdeudigkeit der Anzeige ist dann aber ein mitlaufendes Filtr am Eingang notwendig, mit samt seiner Problematik. Ralph Berres
Vielen Dank für die vielen Antworten. Der Grund warum ich die Frequenzbereiche von den einzelnen Bauteilen wissen wollte ist der, dass ich in Zukunft, falls das Projekt es zulässt, die Mischer selber bauen will. Zur Zeit arbeite ich in der Produktionsentwicklung d.h. wir entwickeln keine Bauteile selber sondern kaufen die bei minicircuits oder hittite. Auf Dauer ist es sehr frustrierend weil man zwar im GHz Bereich was entwickelt aber in Wirklichkeit besteht die Entwicklung nur noch aus dem Layout. Mein erster Mischer soll ein double balanced Ringmischer Dioden sein. Dazu habe ich noch viele Fragen, die werde ich in einem neuen Thema " double balanced Ringmischer " posten.
Noch eine Vermutung: Gilbertzellenmischer als einzelnes Bauteil könnten durch die prinzipbedingte Verstärkung bei Frequenzen im GHz-Bereich eine hohe Schwingneigung besitzen. Bei integrierten Schaltkreisen dürften solche Probleme noch besser beherrschbar sein.
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