Mixer Spur Calculator

In einem Superheterodynempfänger multipliziert der Mischer das eingehende HF-Signal mit einem Lokaloszillator (LO), um eine Zwischenfrequenz (IF) zu erzeugen. Der ideale Mischerausgang enthält nur FLo - fRF (das gewünschte IF) und fLO + fRF (das herausgefiltert wird). Echte Mischer sind jedoch nichtlineare Geräte, und ihre Übertragungseigenschaften erzeugen Oberschwingungen sowohl des LO- als auch des HF-Signals. Diese Oberschwingungen wirken zusammen und erzeugen Störausgänge bei jeder Frequenz m*FLO +/- n*FRF, wobei m und n nichtnegative ganze Zahlen sind. Die Gesamtordnung eines Signals ist definiert als m + n. Sporen niedrigerer Ordnung (m + n <= 3) sind in der Regel am stärksten und problematischsten, da Produkte höherer Ordnung ungefähr mit der (m+n) ten Leistung des Eingangssignalpegels abnehmen. Die Abnahmerate hängt jedoch von der Mischertopologie und den Treiberpegeln ab. Die Bildfrequenz ist eine der kritischsten Störreaktionen. Bei einem Empfänger mit fLO > fRF (High-Side-Injection) ist die Bildfrequenz fimage = fLO + fiF, was dem 1x1-Spursignal (m=1, n=1) bei fLO + fRF entspricht. Jedes Signal mit der Bildfrequenz wird auf dieselbe ZF-Frequenz herunterkonvertiert wie das gewünschte Signal und kann nach dem Mischen nicht mehr unterschieden werden. Aus diesem Grund sind Bildsperrfilter oder Bildausstoß-Mischerarchitekturen (wie Hartley oder Weaver) bei der Konstruktion von Superheterodynen unverzichtbar. Ein Signaldiagramm ist ein systematisches Instrument zur Bewertung aller Störprodukte in einem Bereich von HF- und LO-Frequenzen. Durch die Darstellung der M*FLO +/- N*FRF-Linien auf einem Frequenzdiagramm kann der Konstrukteur erkennen, welche Nebenprodukte innerhalb oder in der Nähe des ZF-Durchlassbereichs liegen. Das Ziel der Frequenzplanung besteht darin, die LO- und ZF-Frequenzen so auszuwählen, dass sich keine signifikanten Signalprodukte mit dem gewünschten ZF-Band überschneiden. Doppelt symmetrische Mischer unterdrücken LO- und HF-Produkte gerader Ordnung (sogar m oder sogar n) und reduzieren so die Anzahl problematischer Signalspitzen im Vergleich zu einseitigen oder einfach symmetrischen Topologien erheblich. Ein doppelt symmetrischer Mischer leitet idealerweise nur Produkte durch, bei denen sowohl m als auch n ungerade sind. In der Praxis bedeutet endlicher Abgleich, dass einige Leckagen in gerader Ordnung auftreten, allerdings bei reduzierten Pegeln (typischerweise 20-40 dB unter Produkten ungerader Ordnung). Bei der Auswahl einer ZF-Frequenz muss der Konstrukteur mehrere konkurrierende Anforderungen gegeneinander abwägen. Ein höherer ZF-Wert sorgt für eine bessere Bildausblendung (das Bild ist weiter vom gewünschten Signal entfernt und lässt sich leichter filtern), aber Signalquellen höherer Ordnung sind in der Nähe des ZF-Bereichs dichter gepackt. Ein niedrigerer ZF-Wert vereinfacht das ZF-Filterdesign, bringt die Bildfrequenz jedoch näher an die gewünschte HF heran, wodurch die Bildunterdrückung schwieriger wird. In vielen modernen Empfängern wird eine Architektur mit Doppel- oder Dreifachumwandlung verwendet, um diese Kompromisse zu umgehen. Dabei wird zuerst in einen hohen ZF-Wert für die Bildunterdrückung und dann in einen niedrigeren ZF-Wert für die Kanalselektivität umgewandelt.