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믹서 스퍼 계산기

슈퍼헤테로다인 수신기 설계를 위한 믹서 스퓨리어스 곱(m×fLO ± n×fRF)을 계산합니다.

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공식

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 입력 주파수 (MHz)
fLO— 로컬 오실레이터 주파수 (MHz)
m— LO 고조파 차수
n— RF 고조파 오더
N— 최대 스퍼 오더 (m+n)
fIF— 중간 주파수 (MHz)

작동 방식

믹서 스퍼 계산기는 수퍼헤테로다인 수신기에서 모든 m*Flo ± n*FRF 원치 않는 주파수 제품을 식별하고 매핑합니다. RF 시스템 설계자, 주파수 계획자 및 레이더 설계자는 이를 사용하여 간섭을 피하고 IF 선택을 최적화합니다.MaaS의 '마이크로파 믹서' (2판) 와 Pozar의 '마이크로파 엔지니어링'에 따르면, 실제 믹서는 비선형 전달 특성으로 인해 m과 n의 모든 정수 조합에 대해 m*Flo +/- n*frf로 제품을 생성합니다.

이미지 주파수는 가장 중요한 요소입니다. 하이사이드 LO 주입 (FlO > FrF) 의 경우 Flo+FiF의 이미지는 원하는 신호와 동일한 IF로 하향 변환됩니다.1060MHz LO와 145MHz IF를 지원하는 915MHz 수신기의 이미지는 1205MHz입니다. 이때 수신되는 모든 신호는 동일 채널 간섭으로 나타납니다.이미지 제거에는 프리셀렉터 필터 (일반적으로 40-60dB) 또는 이미지 리젝트 믹서 아키텍처 (하틀리/위버는 25-40dB 리젝션 제공) 가 필요합니다.

스퍼 레벨은 차수가 증가함에 따라 감소합니다 (m+n). 일반적으로 스퀘어 로우 믹서의 경우 주문당 6dB 증가합니다.3차 스퍼 (2x1, 1x2) 는 펀더멘털보다 20-30dB 낮고, 다섯 번째 오더 스퍼 (2x1, 1x2) 는 펀더멘털보다 낮은 수준입니다.더블 밸런스 믹서는 대칭 제거 기능을 통해 짝수 차수의 제품 (짝수 m 또는 n까지) 을 20-40dB 억제합니다.모든 m*Flo +/- n*frf 라인을 도표로 나타낸 스퍼 차트는 튜닝 범위 전체에서 어떤 제품이 IF 통과대역에 속하는지 보여줍니다.

계산 예제

문제: 863-870MHz RF 범위에서 대역 내 스퍼가 발생하지 않도록 IF가 10.7MHz 인 868MHz ISM 대역 수신기에 대한 주파수 할당을 계획하십시오.

주파수 계획 방법론별 분석: 1.LO 인젝션 선택: 하이사이드 (FlO = FrF+FiF) LO 범위: 873.7 - 880.7 메가헤르츠

2.이미지 주파수 계산: f_image = FlO + FiF = FrF + 2* FIF 이미지 범위: 884.4 - 891.4메가헤르츠 (ISM 대역 외부, 14.4메가헤르츠 분리) 프리셀렉터 필터 요구 사항: 884+ MHz 리젝트 (50dB) — 4극 SAW 필터로 달성 가능

3.중요한 3차 스퍼 (2xLO-RF, 2xRF-LO) 를 식별하십시오. 2xLo - RF: 2*877 - 868 = 886MHz (외부 IF, OK) 2xRF - LO: 2*868 - 877 = 859 메가헤르츠 (외부 IF, OK)

4.체크 LO 고조파: 2xLO = 1754 메가헤르츠, 3xLO = 2631 메가헤르츠 이들은 RF 고조파와 혼합될 수 있습니다. 2xLo - 2xRF = 2*877 - 2*868 = 18 메가헤르츠 이 2x2 스퍼는 IF 중심으로부터 7.3MHz로 떨어지는데, 이는 IF 필터 대역폭 이내입니다!

5.솔루션 옵션: a) 로우사이드 LO (FlO = 857.3메가헤르츠) 사용: 2*857 - 2*868 = -22 메가헤르츠 (음수, IF 외부 시 +22메가헤르츠로 나타남) b) 더 높은 IF (21.4MHz) 사용: 2x2 스퍼 오프셋이 14.6MHz로 증가, 필터링 가능 c) 더블 밸런스 믹서 사용: 2x2를 30dB 이상 억제합니다.

6.최종 권장 사항: 더블 밸런스 믹서가 장착된 로우사이드 LO는 가장 깨끗한 스퍼 환경을 제공합니다.846.6 - 853.6MHz (ISM 대역 미만) 의 이미지를 리젝트하려면 프리셀렉터가 필요합니다.

실용적인 팁

  • ✓단일 주파수뿐만 아니라 전체 튜닝 범위에 걸쳐 스퍼 차트 생성 — 한 주파수에서 IF를 놓친 스퍼는 다른 주파수에서 IF를 놓친 스퍼가 대역 내에 속할 수 있습니다. m, n = 0~5에 대해 m*Flo +/- n*frf를 플로팅합니다.
  • ✓하이사이드 LO 인젝션과 로우사이드 LO 인젝션 비교 — 일반적으로 문제가 되는 스퍼 수가 적고 간섭 소스에 대한 이미지 주파수 위치가 최선의 선택인 경우가 많습니다.
  • ✓수신기에는 더블 밸런스 믹서가 강력히 선호됩니다. 짝수 스퍼를 20-40dB 억제하므로 주파수 계획이 크게 단순화되고, 싱글 엔드 믹서는 신중한 스퍼 분석이 필요합니다.
  • ✓와이드 튜닝 수신기의 경우 이중 또는 삼중 변환 아키텍처를 고려해 보십시오. 먼저 이미지 제거를 위해 높은 IF (> 100MHz) 로 변환한 다음 선택성을 위해 낮은 IF로 변환합니다.

흔한 실수

  • ✗이미지 주파수 무시 — 가장 일반적인 수신기 설계 오류입니다. 이미지 신호는 필터링 또는 이미지 제거 아키텍처 없이는 원하는 신호와 구별할 수 없는 단위 게인을 사용하여 IF로 변환됩니다.
  • ✗고차 스퍼를 무시할 수 있는 수준이라고 가정할 때, 즉 LO 드라이브가 높거나 압축에 가까운 경우, 5차 제품은 펀더멘털 레벨이 30dB 이내일 수 있으므로 항상 경험적으로 스퍼 레벨을 확인하십시오.
  • ✗혼란스러운 밸런스 믹서 스퍼 억제 — 더블 밸런스 믹서는 m+n이 짝수인 제품이 아니라 m OR n이 짝수인 제품을 억제합니다. 2x1과 1x2는 억제되지만 3x3은 억제되지 않습니다.
  • ✗LO 고조파 함량을 고려하지 않음 - LO의 -20dBc의 두 번째 고조파는 2*Flo +/- n*FRF에서 이상적인 스퍼 차트에 표시되지 않을 수 있는 추가 스퍼 패밀리를 생성합니다.

자주 묻는 질문

믹서 스퍼는 비선형 믹싱 프로세스에서 생성되는 주파수 m*Flo +/- n*FRF에서 원하지 않는 출력입니다.이상적인 믹서 출력에는 Flo-FRF (권장 IF) 와 Flo+FRF (필터링됨) 만 포함됩니다.실제 믹서에는 두 입력의 고조파를 생성하는 비선형 전달 함수가 있습니다. 이러한 고조파는 서로 혼합되어 모든 m*Flo +/- n*FRF 조합에서 곱을 생성합니다.IF 필터 통과대역에 속하는 제품은 간섭으로 나타납니다.스퍼 '차수'는 m+n입니다. 차수가 낮을수록 더 강하며 일반적으로 주문 증가당 6dB 감소합니다.
스퍼 차트는 m*Flo +/- n*Frf 제품을 주파수 축에 선으로 표시합니다.IF 중심 주위의 수평 대역은 IF 필터 통과대역을 나타냅니다.이 대역을 가로지르는 모든 스퍼 라인은 잠재적 간섭 주파수를 나타냅니다.사용 방법: (1) RF 튜닝 범위에서 IF 대역 내의 모든 선 교차점을 식별합니다. (2) 스퍼가 원하는 RF (허용 가능) 에서 온 것인지 아니면 간섭 요인에서 온 것인지 (문제가 될 수 있음) 확인합니다. (3) 스퍼의 원인이 되는 간섭 주파수 계산: f_interferer = (m*Flo +/- FiF) /n. (4) 해당 간섭 요인이 존재할 가능성 평가.
이미지 주파수는 다른 믹싱 제품을 통해 원하는 신호와 동일한 IF를 생성하는 입력입니다.하이사이드 LO (FlO > fRF) 의 경우: f_이미지 = FlO + FiF = FrF + 2* FIF.로우사이드 LO (FlO < FrF) 의 경우: f_이미지 = FlO - FiF = FrF - 2* FIF.이미지는 원하는 변환과 반대 부호를 가진 1x1 스퍼 (m=1, n=1) 입니다.이미지 신호는 원하는 신호와 동일한 게인으로 변환되기 때문에 이미지 리젝션이 매우 중요합니다. 이미지 주파수에서 -60dBm 간섭자는 필터링 없이 IF에서 -60dBm으로 나타납니다.
더블 밸런스 믹서에서 회로 대칭은 m 또는 n이 짝수인 제품을 상쇄합니다. 이러한 제품은 홀수 차수 제품보다 20-40dB 낮게 나타납니다.홀수 스퍼 (1x1, 3x1, 1x3, 3x3 등) 는 취소 없이 통과합니다.싱글 엔드 또는 싱글 밸런스 믹서의 경우 모든 오더는 비선형성에 의해 결정된 레벨로 나타납니다.더블 밸런스 믹서의 '짝수 차수 억제'의 주요 이점 중 하나는 문제가 되는 스퍼 수를 수십 개에서 몇 개로 줄일 수 있다는 점입니다.
IF 선택은 경쟁 요구 사항의 균형을 유지합니다. (1) 이미지 제거: IF가 높을수록 이미지가 원하는 신호에서 더 멀리 떨어져 있고 필터링하기 쉽습니다.규칙: 적절한 이미지 필터링을 위한 IF > RF_Bandwidth/2. (2) 스퍼 밀도: IF 대역 근처에 스퍼 생성물이 많음 (m, n 조합이 많음). (3) 필터 가용성: 표준 IF 주파수 (10.7, 21.4, 45, 70, 140MHz) 에는 필터를 쉽게 사용할 수 있습니다. (4) IF 대역폭: IF가 낮을수록 선택성이 더 선명합니다 (필터 Q가 높음).협대역 수신기의 경우 10.7MHz IF가 일반적이며 광대역의 경우 70-140MHz 또는 이중 변환 아키텍처의 경우 일반적입니다.
하이사이드: FlO > FrF이므로 IF = FlO - FrF.이미지가 원하는 RF보다 높습니다.스펙트럼 반전이 발생합니다 (상단 측파대가 낮아짐).로우사이드: FlO < FrF이므로 IF = FrF - FlO.이미지가 원하는 RF보다 낮습니다.스펙트럼 반전이 없습니다.선택은 (1) 간섭 요인을 기준으로 한 이미지 위치, (2) LO 주파수 요구 사항 (고주파 합성기 필요), (3) 스퍼 위치에 영향을 미칩니다.스퍼 차트를 사용하여 두 옵션을 모두 분석해 보세요. 일반적으로 특정 애플리케이션에서 대역내 스퍼 수가 더 적은 것이 보통입니다.

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