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ミキサースプリアス計算機

スーパーヘテロダイン受信機設計のためのミキサースプリアス積（m×fLO ± n×fRF）を計算します。

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公式

fspur=m⋅fLO±n⋅fRF,m+n≤Nf_{spur} = m \cdot f_{LO} \pm n \cdot f_{RF}, \quad m+n \leq N
fRF— RF 入力周波数 (MHz)
fLO— 局部発振器周波数 (MHz)
m— LO 高調波次数
n— RF 高調波次数
N— 最大スパー次数 (m+n)
fIF— 中間周波数 (MHz)

仕組み

ミキサー・スプリアス・カリキュレータは、スーパーヘテロダイン・レシーバ内のすべてのM*flo±N*FRF不要周波数積を識別してマッピングします。RFシステム設計者、周波数プランナー、レーダー設計者は、これを利用して干渉を回避し、IF選択を最適化します。Maasの「マイクロ波ミキサー」（第2版）とPozarの「マイクロ波工学」によると、実際のミキサーは非線形伝達特性により、mとnのすべての整数の組み合わせに対してM*Flo +/-N*FRFで生成されます。

画像の周波数は最も重要なスプリアスです。ハイサイドのLO注入（fLO > fRF）では、FLo+fIFの画像が目的の信号と同じIFにダウンコンバートされます。LO が 1060 MHz で IF が 145 MHz の 915 MHz レシーバーのイメージは 1205 MHz で、そこにある信号はすべて同一チャネル干渉として現れます。イメージ・リジェクションには、プリセレクター・フィルター (通常は 40～60 dB) またはイメージ・リジェクト・ミキサー・アーキテクチャ (ハートレー/ウィーバーは 25 ～ 40 dB の除去) のいずれかが必要です。

スプリアス・レベルは次数の増加 (m+n) とともに減少します。二乗則ミキサーでは通常、1 次あたり 6 dB 増加します。3次スプリアス（2x1、1x2）はファンダメンタルズより20～30dB低く、5次スプリアスはファンダメンタルズより40～50dB低くなります。ダブルバランス型ミキサーは、対称性をキャンセルすることにより、偶数次積分 (m または n でも) を 20 ～ 40 dB 抑制します。すべての M*Flo +/-N*FRF ラインをプロットしたスパーチャートから、どの製品が同調範囲全体で IF パスバンドに含まれるかがわかります。

計算例

問題：IF が 10.7 MHz の 868 MHz ISM バンド・レシーバの周波数割り当てを計画して、863～870 MHz の RF 範囲にわたる帯域内スプリアスを避けるようにします。

周波数ごとの分析計画の方法論： 1.LO インジェクションを選択してください:ハイサイド (フロー値 = FrF + FiF) LO レンジ:873.7 ～ 8,0.7 メガヘルツ

2.イメージ周波数の計算:f_image = fLO + fIf = FrF + 2*FIF 画像範囲:884.4～891.4 メガヘルツ (ISM 帯域外、14.4 メガヘルツ分離) プリセレクター・フィルターの要件:884MHz 以上の 50 dB 除去率 — 4 ポール SAW フィルターで達成可能

3.クリティカルな3次スプリアスの特定 (2xLo-RF、2xRF-LO): 2xLO-RF: 2*877-868 = 886 MHz (IF の外側、OK) 2xRF-LO: 2*868-877 = 859 MHz (外側 IF、OK)

4.LO 高調波をチェック:2xLO = 1754 MHz、3xLO = 2631 MHz これらは RF 高調波と混合できます。2xLO-2xRF = 2*877-2*868 = 18 MHz この 2x2 スプリアスは IF の中心から 7.3 MHz 低下します。つまり、IF フィルタの帯域幅の範囲内です。

5.ソリューションオプション: a) ローサイドLO (fLO = 857.3 MHz): 2*857-2*868 = -22 MHzで2x2 スプリアスを使用 (負、+22 MHz、IFの外側で発生) b) より高いIF (21.4 MHz) を使用する:2x2 のスパー・オフセットは 14.6 MHz に増加し、フィルタリング可能 c) ダブルバランス・ミキサーを使う:2x2 を 30 dB 以上抑える

6.最後の推奨事項：ダブル・バランス・ミキサーを備えたローサイドLOは、最もクリーンなスパー環境を実現します。846.6 ～ 853.6 MHz (ISM 帯域以下) のイメージを除去するにはプリセレクタが必要です。

実践的なヒント

  • ✓単一周波数だけでなく、チューニング範囲全体にわたるスパー・チャートを生成 — ある周波数でIFを逃したスプリアスは別の周波数では帯域内に収まる可能性があります。mについてm*flo +/-N*frfをプロットします。n = 0～5
  • ✓ハイサイドとローサイドのLO注入の比較（通常、問題となるスプリアスは少ないですが、干渉源に対するイメージ周波数の位置が最適な選択となることが多い）
  • ✓レシーバにはダブル・バランス・ミキサが強く推奨されます。偶数次スプリアスを20〜40dB抑えることで周波数プランニングが大幅に簡略化され、シングル・エンド・ミキサでは慎重なスプリアス解析が必要となります
  • ✓チューニングの広いレシーバには、ダブルまたはトリプル変換アーキテクチャを検討してください。最初に高IF（> 100 MHz）に変換してイメージ除去を行い、次に低IFに変換して選択性を向上させます。

よくある間違い

  • ✗イメージ周波数を無視すると — 最も一般的なレシーバ設計エラーです。イメージ信号はユニティゲインのIFに変換され、フィルタリングやイメージリジェクトアーキテクチャを使用しないと目的の信号と区別がつかなくなります。
  • ✗高次スプリアスはごくわずかであると仮定すると、LOドライブが高い場合や圧縮に近い状態では、5次製品はファンダメンタルズから30dB以内になることがあります。スプリアスのレベルは必ず経験的に検証してください。
  • ✗分かりにくいバランス型ミキサスプリアスの抑制 — ダブルバランス型ミキサーは、m+nが偶数ではなく、mまたはnが偶数の製品を抑制します。2x1と1x2は抑制され、3x3は抑制されません
  • ✗LOの高調波成分は考慮していません。LOの第2高調波が-20dBcになると、理想的なスプリアス・チャートでは表示されない2*FLO +/-N*FRFのスパー・ファミリーが増えます。

よくある質問

ミキサスプリアスは、非線形ミキシングプロセスによって生成される周波数M*Flo +/-N*frfでの望ましくない出力です。理想的なミキサー出力には、Flo-FRF (所望の IF) と Flo+FRF (フィルター処理済み) のみが含まれます。実際のミキサーには、両方の入力の高調波を生成する非線形伝達関数があります。これらの高調波は混ざり合って、m*Flo +/-N*FRF の組み合わせごとに生成されます。IF フィルタの通過帯域内にある製品は干渉として現れます。スプリアスの「次数」は m+n です。次数が低いほど強くなり、通常は次数が増えるごとに 6 dB 減少します。
スパーチャートは、M*Flo +/-N*FRF 積を周波数軸上の線としてプロットします。IF の中心を囲む水平方向のバンドは IF フィルターの通過帯域を表します。この帯域を横切るすべてのスパーラインは、潜在的な干渉周波数を示します。使用方法：(1) RFチューニング範囲内のIFバンド内のすべてのラインクロスを特定します。(2) スプリアスが目的のRFからのものか（許容範囲内）、それとも干渉源からのものか（問題あり）を確認します。（3）スプリアの原因となる干渉周波数の計算：f_interferer =（m*Flo +/-fIF）/n。（4）干渉源が発生する可能性の評価プレゼント。
イメージ周波数は、異なるミキシング積によって目的の信号と同じ IF を生成する入力です。ハイサイド LO (fLO > fRF) の場合、f_image = fLO + fIF = fRF + 2*FIF となります。ローサイド LO (fLO < fRF) の場合:f_image = fLo-fIf = fRF-2*FiFこのイメージは、目的の変換値とは逆の符号が付いた 1x1 スパー (m=1、n=1) です。イメージ信号は目的の信号と同じゲインで変換されるため、イメージ除去は重要です。イメージ周波数で -60 dBm の干渉源は、フィルタリングを行わないと IF では -60 dBm と表示されます。
ダブル・バランス・ミキサーでは、回路の対称性によってmまたはnが偶数の積が相殺されます。これらは奇数次積よりも20〜40dB低くなります。奇数次スプリアス (1x1、3x1、1x3、3x3 など) はキャンセルされずに通過します。シングルエンドまたはシングルバランスド・ミキサーでは、すべての次数は非直線性によって決まるレベルにあります。ダブルバランスド・ミキサーの「偶数次抑制」の利点は主な利点の1つで、問題となるスプリアスの数を数十個から数個に減らすことができます。
IF選択は競合する要件のバランスを取ります。(1) 画像除去:IF値が高いほど、画像は目的の信号から遠ざかるため、フィルター処理が容易になります。ルール：適切な画像フィルタリングを行うには、IF > RF_Bandwidth/2。（2）スプリアス密度：IFが高いほど、IFバンド付近のスパー生成物が多くなります（m、nの組み合わせが多くなります）。（3）フィルターの可用性：標準のIF周波数（10.7、21.4、45、70、140 MHz）にはフィルターがすぐに使用できます。（4）IF帯域幅：IFが低いほど選択性が高くなります（フィルターQが高くなります）。狭帯域レシーバでは10.7MHzのIFが一般的で、広帯域の70～140MHzまたはデュアルコンバージョン・アーキテクチャでは一般的です。
ハイサイド:フロー>fRfなので、IF=フロー-fRfとなります。イメージは目的の RF より上です。スペクトルの反転が起こる (上側波帯が低くなる)。ローサイド:fLO < fRF なので、IF = fRF-fLO です。イメージは目的の RF を下回っています。スペクトルの反転はありません。選択による影響:(1) 干渉源に対するイメージ位置、(2) LO 周波数要件 (ハイサイドには高周波シンセサイザが必要)、(3) スプリアスの位置。両方のオプションをスパー・チャートで分析します。通常、特定のアプリケーションでは、片方の方が帯域内スプリアスの方が少ないです。

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