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Mischer-Störprodukte Rechner

Berechnen Sie Mischer-Störprodukte (m×fLO ± n×fRF) für das Design von Überlagerungsempfängern.

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Formel

fspur=m⋅fLO±n⋅fRF,m+n≤Nf_{spur} = m \cdot f_{LO} \pm n \cdot f_{RF}, \quad m+n \leq N
fRF— HF-Eingangsfrequenz (MHz)
fLO— Lokale Oszillatorfrequenz (MHz)
m— LO harmonische Ordnung
n— HF-harmonische Ordnung
N— Maximaler Sporenreihenfolge (m+n)
fIF— Zwischenfrequenz (MHz)

Wie es funktioniert

Der Mischerspurrechner identifiziert und kartiert alle unerwünschten M*flo ± N*FRF-Frequenzprodukte in Superheterodyn-Empfängern — HF-Systemarchitekten, Frequenzplaner und Radardesigner verwenden dies, um Interferenzen zu vermeiden und die ZF-Auswahl zu optimieren. Laut Maas' 'Microwave Mixers' (2. Aufl.) und Pozars 'Microwave Engineering' erzeugen echte Mischer aufgrund nichtlinearer Übertragungseigenschaften Produkte bei m*FLO +/- n*FRF für alle ganzzahligen Kombinationen von m und n.

Die Bildfrequenz ist der kritischste Impuls: Bei der High-Side-LO-Injektion (fLO > fRF) wird das Bild bei fLO + FIF in den gleichen IF herunterkonvertiert wie das gewünschte Signal. Bei einem 915-MHz-Empfänger mit 1060 MHz LO und 145 MHz ZF liegt das Bild bei 1205 MHz — jedes Signal dort erscheint als Gleichkanalinterferenz. Für die Bildunterdrückung ist entweder ein Vorwahlfilter (in der Regel 40-60 dB) oder eine Mischerarchitektur mit Bildunterdrückung erforderlich (Hartley/Weaver bietet eine Unterdrückung von 25-40 dB).

Die Signalpegel nehmen mit steigender Ordnung ab (m+n) — bei einem quadratischen Mischpult typischerweise um 6 dB pro Ordnung. Die Schallwellen dritter Ordnung (2x1, 1x2) liegen 20 bis 30 dB unter den Grundwerten, bei der fünften Ordnung 40 bis 50 dB unter den Grundwerten. Bei doppelt symmetrischen Mischpulten werden Produkte gerader Ordnung (sogar m oder sogar n) durch Symmetrieausgleich um 20-40 dB unterdrückt. Ein Signaldiagramm, in dem alle M*flo +/- N*FRF-Linien aufgetragen sind, zeigt, welche Produkte im gesamten Abstimmbereich in den ZF-Durchlassbereich fallen.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Planen Sie die Frequenzzuweisung für einen 868-MHz-ISM-Band-Empfänger mit 10,7-MHz-ZF, um bandinterne Signalspitzen im HF-Bereich von 863-870 MHz zu vermeiden.

Analyse anhand der Methodik der Frequenzplanung:

  1. Wählen Sie die LO-Injektion: Highside (FLo = fRF + FiF)
LO-Bereich: 873,7 — 880,7 MHz

  1. Berechne die Bildfrequenz: f_image = fO + fiF = fRF + 2*FIF
Bildbereich: 884,4 - 891,4 MHz (außerhalb des ISM-Bands, 14,4 MHz Abstand) Erforderlicher Preselector-Filter: Sperren Sie 884+ MHz um 50 dB ab — erreichbar mit einem 4-poligen SAW-Filter
  1. Identifizieren Sie kritische Sporen dritter Ordnung (2xLO-RF, 2xRF-LO):
2xLO — HF: 2*877 — 868 = 886 MHz (außerhalb von IF, OK) 2xRF — LO: 2*868 — 877 = 859 MHz (außerhalb von IF, OK)
  1. Überprüfen Sie die LO-Harmonischen: 2xLO = 1754 MHz, 3xLO = 2631 MHz
Diese können sich mit HF-Oberschwingungen vermischen: 2xLO — 2xRF = 2*877 — 2*868 = 18 MHz Dieser 2x2-Impuls fällt vom ZF-Zentrum aus 7,3 MHz ab — das entspricht der Bandbreite des ZF-Filters!
  1. Lösungsoptionen:
a) Low-Side-LO verwenden (FLo = 857,3 MHz): 2x2-Spur bei 2*857 — 2*868 = -22 MHz (negativ, erscheint bei +22 MHz, außerhalb von IF) b) Höheres IF verwenden (21,4 MHz): Der 2x2-Spurversatz erhöht sich auf 14,6 MHz, filterbar c) Verwenden Sie einen doppelt symmetrischen Mixer: unterdrückt 2x2 um mehr als 30 dB
  1. Letzte Empfehlung: Low-Side-LO mit doppelt ausgeglichenem Mischer sorgt für eine sauberste Spornumgebung. Bei Bildern mit einer Frequenz von 846,6 — 853,6 MHz (unterhalb des ISM-Bands) ist ein Vorwähler zur Ausblendung erforderlich.

Praktische Tipps

  • ✓Generieren Sie ein Spurdiagramm für den gesamten Abstimmbereich, nicht nur für eine einzelne Frequenz — Sporen, die IF bei einer Frequenz verfehlen, können bei einer anderen im Band fallen; zeichnen Sie m*FLO +/- n*FRF für m, n = 0 bis 5
  • ✓Vergleichen Sie die High-Side-LO-Injektion mit der Low-Side-LO-Injektion — eine hat in der Regel weniger problematische Ausbrüche; die Position der Bildfrequenz im Verhältnis zu den Störquellen bestimmt oft die beste Wahl
  • ✓Bei Empfängern werden doppelt symmetrische Mischer stark bevorzugt — die Unterdrückung von Signalspitzen gerader Ordnung um 20 bis 40 dB vereinfacht die Frequenzplanung erheblich; Single-Ended-Mischer erfordern eine sorgfältige Signalanalyse.
  • ✓Bei Empfängern mit Weitwinkelabstimmung sollten Sie eine Architektur mit Doppel- oder Dreifachumwandlung in Betracht ziehen — zuerst die Umwandlung in eine hohe IF (> 100 MHz) für die Bildunterdrückung, dann in eine niedrige IF für die Selektivität

Häufige Fehler

  • ✗Ignorieren der Bildfrequenz — der häufigste Konstruktionsfehler bei Empfängern; das Bildsignal wird in ZF mit Eins-Verstärkung umgewandelt, sodass es ohne Filterung oder Bildauswertungsarchitektur nicht vom gewünschten Signal zu unterscheiden ist
  • ✗Unter der Annahme, dass die Spurwerte höherer Ordnung vernachlässigbar sind — bei hohem LO-Antrieb oder in der Nähe der Kompression können Produkte fünfter Ordnung innerhalb von 30 dB von den Grundwerten liegen; überprüfen Sie die Spornpegel immer empirisch
  • ✗Verwirrende symmetrische Mischpultunterdrückung — doppelt symmetrische Mischer unterdrücken Produkte, bei denen m ODER n gerade ist, nicht wo m+n gerade ist; 2x1 und 1x2 werden unterdrückt, 3x3 nicht
  • ✗Ohne Berücksichtigung des LO-Oberschwingungsgehalts — eine Oberschwingung von -20 dBc in Sekunden auf dem LO erzeugt zusätzliche Spornfamilien bei 2*FLO +/- n*FRF, die in idealen Sporndiagrammen möglicherweise nicht angezeigt werden

Häufig gestellte Fragen

Ein Mischersignal ist ein unerwünschter Ausgang mit der Frequenz m*FLO +/- n*FRF, der durch das nichtlineare Mischverfahren erzeugt wird. Der ideale Mischerausgang enthält nur Flo-FRF (gewünschter IF) und Flo+FRF (gefiltert). Echte Mischer verfügen über nichtlineare Übertragungsfunktionen, die Oberschwingungen beider Eingänge erzeugen. Diese Oberschwingungen vermischen sich, sodass bei jeder M*FLO +/- N*FRF-Kombination Produkte entstehen. Produkte, die in den Durchlassbereich des ZF-Filters fallen, wirken als Interferenz. Die Signalfolge ist m+n; niedrigere Ordnungen sind stärker und nehmen in der Regel um 6 dB pro Erhöhung ab.
In einem Spurdiagramm werden M*flo +/- N*FRF-Produkte als Linien auf einer Frequenzachse dargestellt. Das horizontale Band um die ZF-Mitte stellt den Durchlassbereich des ZF-Filters dar. Jede Stichleitung, die dieses Band überquert, weist auf eine potenzielle Interferenzfrequenz hin. Zu verwenden: (1) Identifizieren Sie alle Leitungsübergänge innerhalb des ZF-Bands in Ihrem HF-Tuningbereich. (2) Stellen Sie fest, ob der Signalstoß von der gewünschten Funkfrequenz stammt (akzeptabel) oder von einem Störer stammen könnte (problematisch). (3) Berechnen Sie die Störfrequenz, die den Signalstoß verursachen würde: f_interferer = (m*FLO +/- FiF) /n. (4) Beurteilen Sie die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Störer vorhanden ist.
Die Bildfrequenz ist ein Eingang, der durch ein anderes Mischprodukt dieselbe ZF wie das gewünschte Signal erzeugt. Für High-Side-LO (fLO > fRF): f_image = fO + FiF = fRF + 2*FIF. Für LOW-Side-LO (fLO < fRF): f_image = fO - fiF = fRF - 2*FIF. Das Bild ist der 1x1-Sporn (m=1, n=1) mit entgegengesetztem Vorzeichen zur gewünschten Umwandlung. Die Bildunterdrückung ist von entscheidender Bedeutung, da Bildsignale mit derselben Verstärkung wie gewünschte Signale umgewandelt werden — ein Interferenzsignal von -60 dBm bei der Bildfrequenz erscheint bei IF ohne Filterung als -60 dBm.
Bei doppelt symmetrischen Mischern werden durch die Schaltungssymmetrie Produkte aufgehoben, bei denen m oder n gerade sind — diese erscheinen 20-40 dB unter Produkten ungerader Ordnung. Signalquellen ungerader Ordnung (1x1, 3x1, 1x3, 3x3 usw.) werden ohne Unterbrechung übertragen. Bei Mischern mit einem oder einem symmetrischen Mischsystem liegen alle Ordnungen auf Ebenen vor, die durch die Nichtlinearität bestimmt werden. Der Vorteil, dass doppelt symmetrische Mischpulte unterdrückt werden, ist einer ihrer Hauptvorteile. Er reduziert die Anzahl problematischer Signalspitzen von Dutzenden auf eine Handvoll.
Die IF-Auswahl gleicht konkurrierende Anforderungen aus: (1) Bildunterdrückung: Bei einer höheren IF ist das Bild weiter vom gewünschten Signal entfernt und lässt sich leichter filtern. Regel: IF > RF_Bandwidth/2 für eine angemessene Bildfilterung. (2) Spurdichte: Höhere ZF hat mehr Spurprodukte in der Nähe des ZF-Bands (mehr m, n-Kombinationen). (3) Filterverfügbarkeit: Für Standard-ZF-Frequenzen (10,7, 21,4, 45, 70, 140 MHz) sind sofort Filter verfügbar. (4) ZF-Bandbreite: Niedrigere ZF-Frequenz ermöglicht eine schärfere Selektivität (höherer Filter Q). Bei Schmalbandempfängern ist 10,7 MHz ZF üblich, bei Breitbandarchitekturen 70-140 MHz oder Dual-Conversion-Architekturen.
Hochseite: flO > frF, also IF = fLO - frF. Das Bild befindet sich über dem gewünschten HF-Wert. Es tritt eine spektrale Inversion auf (das obere Seitenband wird niedriger). Untere Seite: fLO < fRF, also IF = fRF - FLo. Das Bild befindet sich unter dem gewünschten HF-Wert. Keine spektrale Inversion. Die Auswahl wirkt sich auf Folgendes aus: (1) Bildposition im Verhältnis zu den Störern; (2) LO-Frequenzanforderungen (für die hohe Seite ist ein Synthesizer mit höherer Frequenz erforderlich); (3) Anordnung der Signalspur. Analysieren Sie beide Optionen anhand eines Spurdiagramms — eine hat in der Regel weniger In-Band-Spurs für eine bestimmte Anwendung.

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