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Calculateur de Produits Parasites de Mélangeur

Calculez les produits parasites du mélangeur (m×fLO ± n×fRF) pour la conception de récepteurs superhétérodynes.

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Formule

fspur=m⋅fLO±n⋅fRF,m+n≤Nf_{spur} = m \cdot f_{LO} \pm n \cdot f_{RF}, \quad m+n \leq N
fRF— Fréquence d'entrée RF (MHz)
fLO— Fréquence de l'oscillateur local (MHz)
m— Ordre harmonique LO
n— Ordre harmonique RF
N— Ordre d'éperon maximal (m+n)
fIF— Fréquence intermédiaire (MHz)

Comment ça marche

Le calculateur Mixer Spur identifie et cartographie tous les produits de fréquences indésirables M*flo ± N*FRF dans les récepteurs superhétérodynes. Les architectes de systèmes RF, les planificateurs de fréquences et les concepteurs de radars l'utilisent pour éviter les interférences et optimiser la sélection du FI. Les mélangeurs réels génèrent des produits à M*flo +/- n*FRF pour toutes les combinaisons entières de m et n en raison de caractéristiques de transfert non linéaires, selon les « Microwave Mixers » de Maas (2e éd.) et « Microwave Engineering » de Pozar.

La fréquence de l'image est l'aiguillon le plus critique : pour l'injection LO côté haut (FlO > FrF), l'image à FlO + FiF est convertie vers le même IF que le signal souhaité. Un récepteur de 915 MHz avec 1 060 MHz LO et 145 MHz IF a son image à 1 205 MHz ; tout signal qui s'y trouve apparaît comme une interférence sur le même canal. Le rejet d'image nécessite soit un filtre de présélection (généralement de 40 à 60 dB) soit une architecture de mélangeur de rejet d'image (Hartley/Weaver fournit un rejet de 25 à 40 dB).

Les niveaux d'éperon diminuent avec l'ordre croissant (m+n), soit généralement une augmentation de 6 dB par ordre pour un mélangeur à loi carrée. Les éperons de troisième ordre (2x1, 1x2) sont inférieurs de 20 à 30 dB aux valeurs fondamentales ; ceux du cinquième ordre sont inférieurs de 40 à 50 dB. Les mélangeurs à double équilibrage suppriment les produits d'ordre pair (même m ou même n) de 20 à 40 dB grâce à l'annulation de la symétrie. Un graphique en embranchement représentant toutes les lignes M*flo +/- N*FRF indique quels produits se situent dans la bande passante IF sur l'ensemble de la plage de réglage.

Exemple Résolu

Problème : Planifiez l'attribution de fréquences pour un récepteur de bande ISM de 868 MHz avec un IF de 10,7 MHz afin d'éviter les éperons intrabande sur la plage RF de 863 à 870 MHz.

Analyse selon la méthodologie de planification des fréquences :

  1. Choisissez l'injection LO : côté haut (FlO = fRF + FiF)
Gamme LO : 873,7 - 880,7 MHz

  1. Calculez la fréquence de l'image : f_image = FlO + FiF = fRF + 2*FiF
Plage d'images : 884,4 - 891,4 MHz (en dehors de la bande ISM, séparation de 14,4 MHz) Critère de présélection : rejet de plus de 884 MHz par 50 dB — réalisable avec un filtre SAW à 4 pôles
  1. Identifiez les aiguillons critiques de troisième ordre (2xLO-RF, 2xRF-LO) :
2xLO - RF : 2*877 - 868 = 886 MHz (extérieur IF, OK) 2xRF - LO : 2*868 - 877 = 859 MHz (extérieur IF, OK)
  1. Vérifiez les harmoniques LO : 2xLO = 1754 MHz, 3xLO = 2631 MHz
Elles peuvent être mélangées avec des harmoniques RF : 2xLO - 2xRF = 2*877 - 2*868 = 18 MHz Cet éperon 2x2 tombe à 7,3 MHz du centre IF, dans les limites de la bande passante du filtre IF !
  1. Options de solution :
a) Utiliser LO côté bas (FlO = 857,3 MHz) : 2 x 2 éperons à 2*857 - 2*868 = -22 MHz (négatif, apparaît à +22 MHz, en dehors de l'IF) b) Utiliser un IF plus élevé (21,4 MHz) : le décalage d'éperon 2x2 passe à 14,6 MHz, filtrable c) Utiliser un mélangeur à double équilibrage : supprime 2x2 de plus de 30 dB
  1. Recommandation finale : le LO côté bas avec mélangeur à double équilibre fournit un environnement d'éperon le plus propre possible. L'image à 846,6 - 853,6 MHz (en dessous de la bande ISM) nécessite le rejet du présélecteur.

Conseils Pratiques

  • ✓Générez un graphique en éperons sur l'ensemble de la plage de réglage, et pas seulement sur une seule fréquence : les éperons qui ne correspondent pas à IF à une fréquence peuvent tomber dans la bande à une autre ; tracez M*flo +/- n*FRF pour m, n = 0 à 5
  • ✓Comparez l'injection LO côté haut à l'injection LO côté bas : l'injection pose généralement moins de problèmes ; la position de la fréquence de l'image par rapport aux sources d'interférence détermine souvent le meilleur choix
  • ✓Les mélangeurs à double symétrie sont fortement préférés pour les récepteurs : la suppression de 20 à 40 dB des spires d'ordre pair simplifie considérablement la planification des fréquences ; les mélangeurs asymétriques nécessitent une analyse minutieuse des éperons
  • ✓Pour les récepteurs à réglage large, envisagez une architecture à double ou triple conversion : d'abord une conversion en IF élevé (> 100 MHz) pour le rejet d'image, puis en IF faible pour la sélectivité

Erreurs Fréquentes

  • ✗Ignorer la fréquence de l'image : erreur de conception du récepteur la plus courante ; le signal d'image est converti en IF avec un gain unitaire, impossible à distinguer du signal souhaité sans filtrage ni architecture de rejet d'image
  • ✗En supposant que les éperons d'ordre supérieur soient négligeables : à un entraînement LO élevé ou proche de la compression, les produits du 5e ordre peuvent se situer à moins de 30 dB des valeurs fondamentales ; vérifiez toujours les niveaux des éperons de manière empirique
  • ✗Suppression confuse de l'éperon du mélangeur équilibré : les mélangeurs à double équilibrage suppriment les produits où m OU n est pair, et non ceux où m+n est pair ; 2x1 et 1x2 sont supprimés, mais pas 3x3
  • ✗Sans tenir compte du contenu harmonique LO : une harmonique seconde de -20 dBC sur le LO crée des familles d'éperons supplémentaires à 2*FLO +/- n*FRF qui peuvent ne pas être affichées sur les diagrammes d'éperons idéaux

Foire Aux Questions

Un éperon du mélangeur est une sortie indésirable à la fréquence M*flo +/- n*FRF produite par le processus de mélange non linéaire. La sortie idéale du mélangeur ne contient que du Flo-FRF (IF souhaité) et du Flo+FRF (filtré). Les mélangeurs réels ont des fonctions de transfert non linéaires qui génèrent des harmoniques des deux entrées ; ces harmoniques se mélangent pour créer des produits à chaque combinaison m*flo +/- n*FRF. Les produits se situant dans la bande passante du filtre IF apparaissent sous forme d'interférences. L' « ordre » de l'éperon est m+n ; les ordres inférieurs sont plus forts, diminuant généralement de 6 dB par augmentation d'ordre.
Un graphique en embranchement représente les produits M*flo +/- N*FRF sous forme de lignes sur un axe de fréquence. La bande horizontale autour du centre IF représente la bande passante du filtre IF. Toute ligne droite traversant cette bande indique une fréquence d'interférence potentielle. À utiliser : (1) Identifiez tous les passages de lignes dans la bande IF de votre plage de réglage RF. (2) Déterminez si l'embranchement provient de la RF souhaitée (acceptable) ou pourrait provenir d'un interféreur (problématique). (3) Calculez la fréquence de l'interféreur à l'origine de l'aiguillon : f_interferer = (M*flo +/- FiF) /n. (4) Évaluez la probabilité que cet interféreur soit présent.
La fréquence d'image est une entrée qui produit le même IF que le signal souhaité via un produit de mixage différent. Pour LO côté haut (FlO > fRF) : f_image = FlO + FiF = fRF + 2*FiF. Pour LO côté bas (FlO < fRF) : f_image = FlO - FiF = fRF - 2*FiF. L'image est l'éperon 1x1 (m=1, n=1) avec le signe opposé à la conversion souhaitée. Le rejet d'image est essentiel car les signaux d'image sont convertis avec le même gain que les signaux souhaités : un interféreur de -60 dBm à la fréquence de l'image apparaît à -60 dBm à IF sans filtrage.
Dans les mélangeurs à double équilibrage, la symétrie du circuit annule les produits où m ou n est pair ; ceux-ci apparaissent de 20 à 40 dB en dessous des produits d'ordre impair. Les éperons d'ordre impair (1x1, 3x1, 1x3, 3x3, etc.) passent sans annulation. Dans les mélangeurs asymétriques ou asymétriques, tous les ordres sont présents à des niveaux déterminés par la non-linéarité. L'avantage de « suppression de l'ordre pair » des mélangeurs à double équilibrage est l'un de leurs principaux avantages, car ils permettent de réduire le nombre d'éperons problématiques de dizaines à une poignée.
La sélection IF équilibre les exigences concurrentes : (1) Rejet d'image : un IF plus élevé place l'image plus loin du signal souhaité, plus facile à filtrer. Règle : IF > RF_Bandwidth/2 pour un filtrage d'image adéquat. (2) Densité d'éperons : un IF plus élevé a plus de produits droits proches de la bande IF (plus de m, n combinaisons). (3) Disponibilité du filtre : Les fréquences IF standard (10,7, 21,4, 45, 70, 140 MHz) ont des filtres facilement disponibles. (4) Bande passante IF : Un FI plus faible permet une sélectivité plus nette (filtre Q plus élevé). Pour les récepteurs à bande étroite, l'IF de 10,7 MHz est courant ; pour les architectures à large bande, 70-140 MHz ou à double conversion.
Côté supérieur : FlO > FrF, donc IF = FlO - FrF. L'image est au-dessus de la RF souhaitée. Une inversion spectrale se produit (la bande latérale supérieure devient inférieure). Côté bas : FlO < fRF, donc IF = fRF - FlO. L'image est en dessous de la RF souhaitée. Aucune inversion spectrale. Le choix affecte : (1) la position de l'image par rapport aux interférents ; (2) les exigences en matière de fréquence LO (le côté haut nécessite un synthétiseur à haute fréquence) ; (3) l'emplacement des éperons. Analysez les deux options à l'aide d'un graphique en éperons : l'une d'elles comporte généralement moins d'éperons intrabande pour une application donnée.

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