У рассмотренного ранее диодного преобразователя частоты на выходе присутствуют не только продукты преобразования, но и сигнал гетеродина. У идеального перемножителя на выходе не должно быть этой компоненты в выходном спектре сигнала. Для того чтобы убрать эту составляющую выходного сигнала обычно применяют двухтактную схему, называемую балансным смесителем. Схема диодного балансного смесителя приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема диодного балансного смесителя.

В этой схеме токи, вызванные гетеродином (I_г), текут по обмоткам входного и выходного трансформаторов в противоположных направлениях, поэтому компенсируют друг друга на входе и выходе схемы смесителя. В результате выходной ток, вызванный напряжением гетеродина, значительно уменьшается. Точно таким же образом ток гетеродина компенсируется и во входной цепи смесителя. Вместе с током гетеродина в выходном сигнале балансного смесителя одновременно подавляются все его нечетные гармоники.

К сожалению, полностью скомпенсировать ток гетеродина на выходе балансного смесителя не удается из-за неточности амплитуды колебания гетеродина в каждом из плеч диодного смесителя. Кроме того, эти токи немного отличаются по фазе, но ослабление его уровня на 40 дБ позволяет значительно улучшить характеристики преобразователя частоты и приблизить их к характеристикам идеального умножителя сигналов.

На рисунке 2 приведено семейство графиков, позволяющих оценить глубину подавления сигнала гетеродина в зависимости от разбалансировки плеч балансного смесителя по амплитуде и фазе.

Рисунок 2 Семейство зависимостей подавления сигнала гетеродина от разбалансировки плеч балансного смесителя по амплитуде и фазе

Спектр сигнала на выходе диодного балансного смесителя приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 Спектр сигнала на выходе диодного балансного смесителя

В схеме диодного балансного преобразователя частоты, приведенной на рисунке 1, присутствуют два трансформатора с отводом от средней точки. Такие трансформаторы трудно изготавливать конструктивно, поэтому в ряде случаев применяется схема балансного преобразователя частоты, в котором на выходе применяется обычный трансформатор, который просто приводит выходное сопротивление преобразователя частоты к стандартному значению 50 Ом. Подобная схема балансного смесителя частоты приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 Схема диодного балансного смесителя с одним трансформатором с отводом

В данной схеме ток гетеродина замыкается в кольце балансного смесителя и практически не ответвляется в цепь нагрузки. По входу и выходу данная схема несимметрична, а трансформаторы позволяют приводить стандартные сопротивления источника сигнала и нагрузки (равные 50 Ом) к сопротивлению диодного преобразователя, при котором достигается максимальный коэффициент передачи.

В настоящее время смесители чаще всего выполняются в виде готовых интегральных микросхем. Такое решение позволяет обойтись минимумом внешних навесных элементов. Наилучшие качественные параметры микросхемы получаются при использовании поликоровой подложки, на которой монтируются бескорпусные элементы или элементы, предназначенные для поверхностного монтажа (smd-элементы). На рисунке 5 приведена фотография микросхемы-смесителя с удаленной крышкой.

Рисунок 5. Конструктивное исполнение балансного смесителя на полевых транзисторах.

 

Источник: www.digteh.ru