مقدمه:

در طراحي گيرنده معمولاً از مدار آشكارساز استفاده مي كنيم. بيشتر مدارهاي آشكارساز در حضور نويز يا سيگنالهاي تداخلي به خوبي عمل نمي كنند و بسياري از آنها در صورت كمتر بودن دامنة سيگنال ورودي از چند ولت اصلا كار نمي كنند در صورتي كه سيگنال مطلوب در ورودي گيرنده ممكن است شدت ميداني در حدود ميكرولت/متر داشته باشد. در صورتيكه rmsنويز و شدت سيگنال تداخلي آنتن در حد ولت/متر است. واضح است كه هم بهره و هم قدرت انتخاب در جلوي آشكارساز موردنياز است.

در قسمت گيرنده چون خيلي ضعيف است و داراي نويز نيز مي‎باشد و مدوله شده هم است. بنابراين يك تقويت كننده قرار مي‎دهيم كه هم سيگنال دريافتي را تقويت كند و هم نويز را از بين ببرد. چون دامنه سيگنال ورودي در حدود ميكروولت است و ما دامنه اي در حدود ولت داريم بنابراين بهرة تقويت كننده بايد حدود 10⁶ باشد. بعد از تقويت كننده بايد يك فيلتر قرار دهيم تا سيگنال نامطلوب را از بين ببريم.

ساختن مداري به اين صورت دو مشكل دارد:

1-  ساختن فيلتري كه بر روي فركانسهاي  و …باشد و داراي گين موردنظر باشد مشكل است. يعني اين فيلتر نمي تواند روي باندي وسيع از فركانسها قرار بگيرد.

2-   اگر مدار گين بالا داشته باشد و داراي باند باريك نيز باشد به صورت زير

اگر  ترانزيستور بتواند با  يك حلقه درست كند اين مدار شروع به نوسان مي‌كند و در ورودي و قبل از تقويت كننده يك موج سينوسي مستقل از فركانس داريم كه اصلا فركانس در آن دخالت ندارد.

فرض كنيد آشكارساز يك مدار RCباشد.

شكل (1)

يك رابطه بايد بين RCو فركانسها برقرار باشد تا اين مدار آشكارساز پوش باشد. يعني آشكارسازي اين مدار بر فركانس v_Iو فركانس carrierبستگي دارد. طراحي آشكارساز بستگي به فركانس carrierدارد و طراحي آن بر روي باند وسيعي از فركانس محال است.

ايده: خواسته شد كه فيلتر و تقويت كننده بر روي يك فركانس يكسان ساخته شوند.

بنابراين متوجه مي شويم كه مشكلات مهمي كه در تقويت كننده فركانس حامل يا RFبرگيرنده فركانس ثابت وجود دارند عبارتند از:

1-   كنترل نويز خروجي چنانچه به حد كافي از سطح سيگنال ورودي كمتر باشد.

2-   كنترل غيرخطي عنصر فعال براي جلوگيري از اعوجاج سيگنال و برهم كنش با سيگنال ناخواسته.

3-   براي جلوگيري از نوسان تقويت كننده باند باريك بهره- بالاي طبقه آخر.

علاوه بر مشكلات فوق بايد بتوانيم روي باند وسيعي از فركانس طراحي كنيم.

در ابتدا تصميم گرفته شد كه آشكارساز و كل بهره و قابليت انتخاب همگي براساس فركانس- ثابت باشند و همه سيگنالهاي مدوله شده ورودي را به يك فركانس مياني يا IFكه ثابت است انتقال دهيم كه براي اين كار يك گيرنده سوپرهترودين پيشنهاد شد. اين گيرنده شامل Mixerاست.

ويژگيهاي اساسي ميكسرها:

ميكسرها عموماً براي مالتي پلكس كردن سيگنالهايي با فركانسهاي مختلف در انتقال فركانسي به كار مي رود.

با توجه به اينكه سيگنالهاي RFورودي در فاصلة بسيار نزديك و متراكم قرار دارند براي فيلتر كردن سيگنال مطلوب به يك فيلتر با Qبسيار بالا نياز داريم. اما اگر فركانس سيگنال RFبتواند كاهش يابد يا در ميان سيستمهاي مخابراتي down convertشده خيلي بيشتر قابل كنترل خواهد بود.

يكي از بهترين سيستمهاي شناخته شده down convertگيرندة سوپر هيترودين است كه در شكل (2) نماي كلي آن آمده است.

شكل (2) گيرندة سوپرهيترودين شامل ميكسر

بعد از دريافت سيگنال RFبه وسيله آنتن و تقويت در تقويت كننده (LNA) low- noiseيك ميكسر كه وظيفه آن ضرب سيگنال ورودي كه بر روي فركانس f_RFمتمركز شده با يك سيگنال از اسيلاتور محلي با فركانس مركزي f_LOمي‎باشد. سيگنالي كه بعد از ميكسر حاصل مي‎شود شامل فركانسهاي  مي‎باشد. و بعد از عبور از يك فيلتر پائين گذر سيگنالي با فركانس پائين تر يعني  به دست مي‎آيد كه اين سيگنال را با عنوان فركانس مياني (IF)نشان مي دهند. كه اين سيگنال براي پروسه هاي ديگري مورد استفاده قرار مي‎گيرد.

دو عضو اساسي در ميكسرها عبارتند از تركيب كننده و آشكارساز. تركيب كننده مي‎تواند از يك تزويجگر جهت دار (directional coupler)با زاويه 90 درجه (يا 180 درجه) استفاده كند.

آشكارسازهاي قديمي يك ديود تنها را به عنوان عنصر غيرخطي به كار مي بردند. اما ديودهاي دوبل غيرموازي و تركيبات ديودي تعادلي دوبل بيشتر استفاده مي‎شود.

علاوه بر ديودها، ميكسرهاي MOSFET , BJTبا عدد نويز پائين و گين تبديل بالا در باند Xطراحي شده اند.

اما مشكلاتي كه گيرندة سوپر هيترودين اضافه مي‌كند عبارتند از:

-    ميكسر و نوسان كننده محلي را بايد طراحي نمود و نوسان كننده محلي بايد مدارهاي غيرخطي جلوي ميكسر را تعقيب كند.

_-    چون غالباً ميكسرها نويز بيشتري نسبت به تقويت كننده ها توليد مي‌كنند و چون با توجه به طبيعتشان داراي خواص غيرخطي هستند حتما نياز به تقويت كننده RFدر جلوي ميكسر داريم.

المانهاي اساسي

قبل از وارد شدن به طراحي مدار ميكسر، قابليت يك ميكسر را با در نظر گرفتن اينكه ميكسر دو فركانس در ورودي را گرفته و يك فركانس كه از حاصل ضرب دو سيگنال ورودي به وجود مي‎آيد مختصراً مرور كنيم.

به روشني مشخص است كه يك سيستم خطي نمي تواند تمام وظايف را برآورده كند و ما نياز به انتخاب يك وسيله غيرخطي مثل ديود، FETيا BJTداريم كه بتوانند حاصل ضرب هارمونيكها را توليد كند.

شكل (3) ترتيب قرار گرفتن سيستم يك ميكسر متصل به سيگنال RFرا شرح مي‎دهد. V_RF(t)و سيگنال اسيلاتور محلي V_LO(t)كه به عنوان سيگنال PWMPشناخته مي‎شود نشان داده شده است.

این فایل به همراه تصاویر و قابل ویرایش میباشد