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Calculadora de Espurios de Mezclador

Calcula productos espurios del mezclador (m×fLO ± n×fRF) para diseño de receptores superheterodinos.

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Fórmula

fspur=m⋅fLO±n⋅fRF,m+n≤Nf_{spur} = m \cdot f_{LO} \pm n \cdot f_{RF}, \quad m+n \leq N
fRF— Frecuencia de entrada RF (MHz)
fLO— Frecuencia del oscilador local (MHz)
m— Orden armónico LO
n— Orden armónico RF
N— Orden máximo de los espolones (m+n)
fIF— Frecuencia intermedia (MHz)

Cómo Funciona

La calculadora Mixer Spur identifica y mapea todos los productos de frecuencia no deseados de M*flo ± N*FRF en receptores superheterodinos; los arquitectos de sistemas de RF, los planificadores de frecuencias y los diseñadores de radares utilizan esto para evitar interferencias y optimizar la selección de IF. Los mezcladores reales generan productos a m*Flo +/- n*FRF para todas las combinaciones de enteros de m y n debido a sus características de transferencia no lineal, según los «mezcladores de microondas» de Maas (2ª ed.) y «Microwave Engineering» de Pozar.

La frecuencia de la imagen es el estímulo más crítico: para la inyección de LO en el lado alto (fLO > fRF), la imagen en fLO + fIF se convierte de forma descendente al mismo IF que la señal deseada. Un receptor de 915 MHz con un LO de 1060 MHz y un IF de 145 MHz tiene una imagen de 1205 MHz; cualquier señal que reciba aparece como interferencia entre canales. El rechazo de imágenes requiere un filtro preselector (normalmente de 40 a 60 dB) o una arquitectura de mezclador de rechazo de imágenes (Hartley/Weaver ofrece un rechazo de 25 a 40 dB).

Los niveles de espuelas disminuyen a medida que aumenta el orden (m+n), lo que suele ser de 6 dB por orden de aumento en un mezclador de tipo cuadrado. Los espolones de tercer orden (2x1, 1x2) están entre 20 y 30 dB por debajo de los valores fundamentales; los de quinto orden, entre 40 y 50 dB. Los mezcladores doblemente balanceados suprimen los productos de orden uniforme (incluso m o incluso n) entre 20 y 40 dB mediante la cancelación de simetría. Un gráfico circular que representa todas las líneas M*flo +/- n*FRF revela qué productos pertenecen a la banda de paso de IF en todo el rango de afinación.

Ejemplo Resuelto

Problema: planifique la asignación de frecuencias para un receptor de banda ISM de 868 MHz con IF de 10,7 MHz para evitar desviaciones dentro de la banda en el rango de RF de 863 a 870 MHz.

Análisis según la metodología de planificación de frecuencias:

  1. Elija la inyección LO: lado alto (fLO = fRF + fIF)
Rango LO: 873,7 - 880,7 MHz

  1. Calcule la frecuencia de la imagen: f_image = fLo + fIf = fRF + 2*fIF
Rango de imagen: 884,4 - 891,4 MHz (fuera de la banda ISM, separación de 14,4 MHz) Requisito de filtro preselector: rechazar más de 884 MHz en 50 dB, lo que se consigue con un filtro SAW de 4 polos
  1. Identifique las espuelas críticas de tercer orden (2xLO-RF, 2xRF-LO):
2xLO - RF: 2*877 - 868 = 886 MHz (fuera de IF, OK) 2xRF - LO: 2*868 - 877 = 859 MHz (fuera de IF, OK)
  1. Compruebe los armónicos LO: 2xLO = 1754 MHz, 3xLO = 2631 MHz
Se pueden mezclar con armónicos de RF: 2xLO - 2xRF = 2*877 - 2*868 = 18 MHz Este espolón de 2x2 se encuentra a 7,3 MHz del centro de IF, ¡dentro del ancho de banda del filtro IF!
  1. Opciones de solución:
a) Utilice LO de lado bajo (fLO = 857,3 MHz): 2 derivaciones a 2*857 - 2*868 = -22 MHz (negativo, aparece a +22 MHz, fuera de IF) b) Utilice un IF más alto (21,4 MHz): el desfase recto 2x2 aumenta a 14,6 MHz, se puede filtrar c) Utilice un mezclador de doble balanceo: suprime 2x2 en más de 30 dB
  1. Recomendación final: El LO de bajo coste con una batidora de doble balanceo proporciona un entorno de espuelas más limpio. Una imagen de 846,6 a 853,6 MHz (por debajo de la banda ISM) requiere un preselector para rechazarla.

Consejos Prácticos

  • ✓Genere un gráfico de espolones en todo el rango de afinación, no solo en una frecuencia: los espolones que no alcancen el IF en una frecuencia pueden caer dentro de la banda en otra; trace m*Flo +/- n*FRF para m, n = 0 a 5
  • ✓Compare la inyección LO del lado alto con la del lado bajo: una normalmente tiene menos espolones problemáticos; la posición de la frecuencia de la imagen en relación con las fuentes de interferencia a menudo determina la mejor opción
  • ✓Los mezcladores doblemente balanceados son los preferidos para los receptores: la supresión de 20 a 40 dB de los espolones de orden par simplifica significativamente la planificación de frecuencias; los mezcladores de un solo extremo requieren un análisis cuidadoso de los espolones
  • ✓Para los receptores de ajuste amplio, considere una arquitectura de doble o triple conversión: primero la conversión a IF alta (> 100 MHz) para el rechazo de imágenes y luego a IF baja para la selectividad

Errores Comunes

  • ✗Ignorar la frecuencia de la imagen: el error de diseño del receptor más común; la señal de imagen se convierte en IF con ganancia unitaria, indistinguible de la señal deseada sin una arquitectura de filtrado o rechazo de imágenes
  • ✗Suponiendo que los espolones de orden superior sean insignificantes (con un disco LO alto o cerca de la compresión), los productos de quinto orden pueden estar a menos de 30 dB de los valores fundamentales; verifique siempre los niveles de espolones de forma empírica
  • ✗Confunde supresión de espolones en un mezclador balanceado: los mezcladores doblemente balanceados suprimen los productos donde m O n es uniforme, no donde m+n es par; 2x1 y 1x2 se suprimen, 3x3 no
  • ✗Sin tener en cuenta el contenido de armónicos LO: un armónico de -20 dBc por segundo en el LO crea familias de espolones adicionales a 2*fLO +/- n*FRF que pueden no mostrarse en los gráficos de espolones ideales

Preguntas Frecuentes

Una derivación del mezclador es una salida no deseada a una frecuencia m*flo +/- n*FRF producida por el proceso de mezcla no lineal. La salida ideal del mezclador contiene solo Flo-FRF (IF deseado) y Flo+FRF (filtrado). Los mezcladores reales tienen funciones de transferencia no lineal que generan armónicos de ambas entradas; estos armónicos se mezclan para crear productos en cada combinación de m*FLO +/- n*FRF. Los productos que se encuentran dentro de la banda de paso del filtro IF aparecen como interferencias. El «orden» de las espuelas es m+n; las órdenes inferiores son más fuertes y, por lo general, disminuyen 6 dB por cada aumento de pedido.
Un gráfico circular representa los productos m*flo +/- n*FRF como líneas en un eje de frecuencia. La banda horizontal alrededor del centro IF representa la banda de paso del filtro IF. Cualquier línea recta que cruce esta banda indica una posible frecuencia de interferencia. Para usar: (1) Identifique todos los cruces de línea dentro de la banda IF en su rango de sintonización de RF. (2) Determine si el espolón proviene de la RF deseada (aceptable) o podría provenir de un interferente (problemático). (3) Calcule la frecuencia del interferente que provocaría el espolón: f_interferer = (m*Flo +/- fIF) /n. (4) Evalúe la probabilidad de que ese interferente esté presente.
La frecuencia de la imagen es una entrada que produce el mismo IF que la señal deseada a través de un producto de mezcla diferente. Para LO de lado alto (fLO > fRF): f_image = fLO + fIf = fRF + 2*fIf. Para LO de lado bajo (fLO < fRF): f_image = fLO - fIF = fRF - 2*fIF. La imagen es el espolón de 1x1 (m=1, n=1) con el signo opuesto al de la conversión deseada. El rechazo de la imagen es fundamental porque las señales de imagen se convierten con la misma ganancia que las señales deseadas: una fuente de interferencia de -60 dBm en la frecuencia de la imagen aparece como -60 dBm en IF sin filtrar.
En los mezcladores doblemente balanceados, la simetría del circuito cancela los productos en los que m o n son pares; estos aparecen entre 20 y 40 dB por debajo de los productos de orden impar. Las espuelas de orden impar (1x1, 3x1, 1x3, 3x3, etc.) se transmiten sin cancelación. En las mezcladoras de un solo extremo o de balanceo simple, todos los pedidos están presentes en niveles determinados por la no linealidad. La ventaja de las batidoras de doble balanceo de «supresión en orden uniforme» es una de sus principales ventajas, ya que reducen el número de espuelas problemáticas de docenas a unas pocas.
La selección de IF equilibra los requisitos contrapuestos: (1) Rechazo de imágenes: un IF más alto coloca la imagen más alejada de la señal deseada, por lo que es más fácil de filtrar. Regla: IF > RF_bandwidth/2 para un filtrado de imágenes adecuado. (2) Densidad de espuelas: una IF más alta tiene más productos de espuelas cerca de la banda IF (más combinaciones de m, n). (3) Disponibilidad de filtros: las frecuencias de IF estándar (10,7, 21,4, 45, 70, 140 MHz) tienen filtros fácilmente disponibles. (4) Ancho de banda IF: una IF más baja permite una selectividad más nítida (filtro Q más alto). Para los receptores de banda estrecha, la IF de 10,7 MHz es común; para arquitecturas de banda ancha, de 70-140 MHz o de doble conversión.
Lado alto: fLo > fRF, por lo que IF = fLo - fRF. La imagen está por encima del RF deseado. Se produce una inversión espectral (la banda lateral superior se vuelve más baja). Lado bajo: fLo < fRF, por lo que IF = fRF - fLo. La imagen está por debajo del RF deseado. Sin inversión espectral. La elección afecta a: (1) la posición de la imagen en relación con las fuentes de interferencia; (2) los requisitos de frecuencia LO (la parte alta necesita un sintetizador de mayor frecuencia); (3) las ubicaciones de los espolones. Analice ambas opciones con un gráfico de espolones: por lo general, una opción tiene menos espolones dentro de la banda para una aplicación determinada.

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