MEZCLADORES

1. MEZCLADORES

2. ÍNDICE 1. El mezclador dentro del sistema de comunicaciones. 2. El multiplicador ideal. 3. Mezcladores reales. Mezcladores pasivos. Funcionamiento. Características.

3. EL MEZCLADOR DENTRO DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES • Transmisor: Adecuar las señales al canal. • Receptor: Traducir la información para el usuario. • Canal: Medio transmisor.

4. EL MEZCLADOR DENTRO DEL SISTEMA DE COMUNICACIONES • El mezclador forma parte de cualquier sistema de comunicaciones. • Es un dispositivo no lineal que desplaza la señal recibida a fRF a la frecuencia intermedia fIF.

5. EL MEZCLADOR IDEAL • En lo que sigue, a nivel de símbolos, tomar f y ω como lo mismoEl multiplicador efectúa la siguiente operación: s = Ke1e2 = K A1 sin ω1t A2 sin ω2t = = K A1 A2 [cos (ω1-ω2)t - cos (ω1+ω2)t]

6. EL MEZCLADOR IDEAL • La portadora modulada se traspone hacia arriba y hacia abajo. • Se facilita la amplificación trasponiendo una señal de alta frecuencia hacia una frecuencia más baja.

7. MEZCLADORES REALES • Dos categorías: - Pasivos: utilizan diodos. - Activos: emplean transistores. • El espectro de salida se compone también de los armónicos de las señales incidentes. • La diferencia entre el mezclador ideal y el real se debe a la no linealidad del dispositivo.

8. MEZCLADORES REALES • La expresión general: I = a0 + a1 V + a2 V2+ a3 V3 + ... • Aparecen los armónicos de la forma mω1-nω2 y mω1+nω2, con m, n = 0, 1, 2, ...

9. MEZCLADORES PASIVOS • Aprovechan la no linealidad de los diodos. • El uso más típico es trasponer la frecuencia RF que entra, a una intermedia IF mediante un oscilador local a frecuencia OL. • Las entradas son RF y OL y la salida IF.

10. MEZCLADORES PASIVOS • El DBM (Double Balanced Mixer) es la configuración más utilizada. • Para estudiar el funcionamiento, se emplea el modelo simplificado.

11. Funcionamiento del mezclador • Si iOL1= iOL2 yiRF1= iRF2, el aislamiento entre puertas es perfecto. • En la práctica, los diodos no son idénticos y el transformador no es ideal. El aislamiento es defectuoso.

12. Características • Pérdida de conversión Pc = PIF / PRF |Pc|dB = |PIF|dBm - |PRF|dBm

13. Características • Distorsión de intermodulación de orden 3 I = a0 + a1 V + a2 V2+ a3 V3 + ... V = e1 + e2= A1 cos ω1 t + A2 cos ω2 t. Las componentes de la salida serán:  - Lineal: a1 V - Segundo orden: a2 /2 [A12 cos 2ω1 t + A22 cos 2ω2 t] + a2 A1 A2 [cos(ω1+ω2)t + cos(ω1-ω2)t] - Tercer orden: 3/4 a3 A12 A2 cos(2ω1+ω2)t + 3/4 a3 A1 A22 cos(2ω2+ω1)t 3/4 a3 A12 A2 cos(2ω1 -ω2)t + 3/4 a3 A1 A22 cos(2ω2 -ω1)t

14. Características • Distorsión de intermodulación de orden 3 - Las componentes de tercer orden son más difíciles de filtrar. - La amplitud de los productos de intermodulación de tercer orden aumentan con el cubo de la señal de entrada.

15. CONCLUSIONES • Ventajas de los mezcladores simétricos: - Excelentes prestaciones - Bajo precio • Inconvenientes: - Pérdida de conversión de unos 6 dB. - Su factor de ruido es igual a su pérdida de conversión. - El nivel POL será más elevado cuanto más alto sea el punto de intersección de tercer orden.

16. Mezclador con supresión de imagen

17. Mezcladores Activos. • Objetivo: subsanar algunos inconvenientes de los mezcladores pasivos. • Pérdida de conversión. • Nivel alto necesario en el O.L. • Presencia de transformadores. • Limitación de la posibilidad de integración.

18. Mezcladores Activos. • Resultados: • Ganancia de conversión. (PIF > PRF). • Evitaremos distorsiones: • Saturación de la respuesta en potencia del mezclador. • Por productos de intermodulación. • Nivel O.L. Bajo. • Sin transformador. • Todo esto: • Facilita la integración. • Reduce costes. • Reduce tamaño. • Elemento fundamental: • Transistor FET y BJT.

19. Mezcladores activos con BJT. VDC= Voltaje depolarización. VL= Voltaje del O.L. Vi=Voltajede radiofrecuencia (RF). Vbe = VDC + Vi - VL Figura 1. Mezclador BJT básico • Corriente de colector: Ic = Is*exp (Vbe/Vt) • Obtenemos: Ic = Is*exp (VDC/VT)*exp (Vi/VT)*exp (-VL/VT) • Señales a la entrada: • Vi = V1*cos(wi*t) • VL = VL*cos(wOL*t)

20. Mezcladores activos con FET. Corriente de drenador: Se puede ver como: Figura2. Mezclador FET básico. Si tenemos como señales de entrada: Vi = VRF = VRF*sen (wRFt) VL = VOL = VOL*sen (wOLt) Observamos: Vgs = VRF – VOL Así, la corriente de drenador será una expresión de la forma: ID= a + bvRF – bvOL + cvRF2 + cvOL2– 2cvRFvOL

21. Mezcladores activos con FET. • Comparación con mezcladores pasivos y con BJT. • Mayor rango en voltaje de entrada. 10 veces superior para mismo nivel O.L. • Mayor figura de ruido. • Características adicionales. • Poco aislamiento entre puertas. • Filtros paso banda para RF y OL. • Filtro en salida IF. • Uso en banda estrecha. • Impedancia de carga elevada a frecuencia de interés. • Impedancia de carga mínima para el resto. • Carga = circuito sintonizado.

22. Mezcladores activos con FET. • Bajo coste. • Simplicidad. • Permitirá ganancia de conversión (PIF > PRF). • Necesidad de otras configuraciones más eficientes.

23. Señal RF en entrada inferior. Evita reducción de la ganancia de salida. Evita gran capacidad drenador-fuente. Aislamiento RF-OL garantizado. Mayor rango de frecuencias de RF y OL Figura 3. Mezclador MOSFET de puerta doble. Uso en aplicaciones de banda estrecha. Corriente de drenador: id = gm1Vg1 + gm2Vg2 gm1 = a0 + a1Vg1 – a2Vg2 gm2 = b0 + b1Vg1 + b2Vg2 Operando: Mezcladores con FET.

24. Mezcladores con características muy diferentes. Uso según el tipo de aplicación. Solución de compromiso entre: Complejidad. Coste. Tamaño. Consumo. Características: P1dB, IP2, IP3 y aislamiento. Conclusión.

25. APLICACIONES DE LOS MEZCLADORES

26. Aplicaciones de los mezcladores reales • Multiplicador de señales. • Cambiadores de frecuencia. • Moduladores. • Demoduladores • Otras aplicaciones: • Detectores de fase. • Recuperadores de portadora. • CAG. • (...)

27. Conclusiones. • Los mezcladores son componentes esenciales en radiocomunicaciones. • Activos o pasivos se usan en todas las etapas de una cadena de emisión o recepción. • Las aplicaciones principales son cambiar de frecuencia la señal, modulaciones y demodulaciones. • No son las únicas aplicaciones.