Nghiên cứu và thực hiện mạch trộn hạ tầng sử dụng trong máy thu vô tuyến

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VIỄN THÔNG II
----o0o----

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MẠCH TRỘN
HẠ TẦN SỬ DỤNG TRONG MÁY THU VÔ TUYẾN
Mã số đề tài:

Sinh viên thực hiện:

ĐỖ NGỌC TIỆN

MSSV:

N13DCVT119

Lớp:

D13CQVT02-N

Giáo viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN TẤN NHÂN

TP.HCM – 9/2016


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1

CHƯƠNG I: BỘ TRỘN ............................................................................................ 2
1.1. Tổng quan về bộ trộn : ....................................................................................... 2
1.2. Các tính chất quan trọng của bộ trộn:................................................................. 4
1.2.1. Suy hao, độ lợi chuyển đổi: ......................................................................... 5
1.2.2. Điểm chặn ngõ vào (IIP3)............................................................................ 5
1.2.3. Sản phẩm ký sinh ........................................................................................ 6
1.2.4. Độ cách ly ................................................................................................... 7
1.2.5. Hệ số nhiễu.................................................................................................. 7
1.2.6. Dải tần số hoạt động .................................................................................... 9
1.3. Vấn đề nhiễu ảnh (noise image) và giải pháp loại bỏ nhiễu ảnh. ........................ 9
CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN ......................................................... 11
2.1. Bộ trộn diode đơn ............................................................................................ 11
2.2. Bộ trộn BJT đơn .............................................................................................. 13
2.3. Bộ trộn FET đơn .............................................................................................. 15
2.4. Bộ trộn Dual-G ................................................................................................ 17
CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG.................................................................. 19
3.1. Bộ trộn cân bằng đơn ....................................................................................... 19
3.2. Bộ trộn cân bằng kép ....................................................................................... 20
3.2.1. Bộ trộn JFET ............................................................................................. 25
3.2.2. Bộ trộn Quad MOSFET ............................................................................. 26
3.2.3. Bộ trộn H-Mode ........................................................................................ 27
3.2.4. Bộ trộn loại bỏ ảnh .................................................................................... 28
3.2.5. Bộ trộn đơn biên (SSB) hoặc đồng Pha / vuông pha (IQ) ........................... 28
3.2.6. Bộ trộn hài phụ .......................................................................................... 30
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP ............. 32
4.1. Đầu dò Pha ...................................................................................................... 33
4.2. Bộ nhân kép tần số .......................................................................................... 35
4.3. Điều chỉnh suy hao bằng dòng điện ................................................................. 35
4.4. Bộ điều chế cân bằng (DSB) ............................................................................ 36
4.5. Bộ điều chế biên độ (AM) ............................................................................... 37

4.6. Bộ tách sóng nhân ........................................................................................... 37
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 38
Tài Liệu Tham Khảo: .............................................................................................. 39

i


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc sơ đồ khối ...................................................................................... 2
Hình 1.2: Quá trình hạ tần số ....................................................................................... 2
Hình 1.3: Quá trình nâng tần số ................................................................................... 2
Hình 1.4: Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao với bộ trộn............................................... 3
Hình 1.5: Bộ trộn thụ động ở chế độ áp ....................................................................... 4
Hình 1.6: Điểm chặn bậc ba ......................................................................................... 6
Hình 1.7: Nhiễu ảnh và lọc nhiễu ................................................................................. 7
Hình 1.8: Nhiễu ảnh với tín hiệu RF đi vào bộ trộn ...................................................... 9
Hình 1.9: Miền tấn số của tần số ảnh (image) ............................................................ 10
Hình 1.10: Bộ lọc ảnh trong máy thu ......................................................................... 10
Hình 1.11: Nhiều bộ lọc ảnh được thiết kế với bộ trộn ............................................... 10
Hình 2.1: Bộ trộn diode đơn ...................................................................................... 11
Hình 2.2: Khối phối hợp và bộ lọc tín hiệu ................................................................ 11
Hình 2.3: Kết hợp bằng bộ ghép (coupler) ................................................................. 12
Hình 2.4: Bộ trộn sử dụng BJT .................................................................................. 13
Hình 2.5: Bộ trộn sử dụng FET .................................................................................. 15
Hình 2.6: Hai phương pháp ngõ vào LO .................................................................... 16
Hình 2.7: Bộ trộn Dual-G MOSFET và FET.............................................................. 17
Hình 3.1: Bộ trộn cân bằng đơn ................................................................................. 19
Hình 3.2: Sơ đồ và dạng tín hiệu ................................................................................ 20
Hình 3.3: Bộ trộn cân bằng kép (vòng diode, Gilbert BJT, Gilbert FET) .................... 21
Hình 3.4: Biến áp được thay thế bằng Bộ ghép .......................................................... 22

Hình 3.5: Bộ trộn Gilbert Cell BJT ............................................................................ 22
Hình 3.6: Bộ trộn FET cân bằng kép.......................................................................... 24
Hình 3.7: Mạch bộ trộn Gilbert Quad MOSFET ........................................................ 26
Hình 3.8: So sánh hiệu suất IP3 giữa DMOS (SD8901), JFET (U350), và Diode nhẫn
Mixer ......................................................................................................................... 27
Hình 3.9: Bộ trộn H-Mode sử dụng CMOS high-speed.............................................. 27
Hình 3.10: Bộ trộn loại bỏ ảnh và đồ thị loại bỏ ảnh và lỗi pha .................................. 28
Hình 3.11: Điều chế I/Q ............................................................................................. 29
Hình 4.1: Bộ trộn vòng diode cân bằng kép ............................................................... 32
Hình 4.2: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một đầu dò Pha ......................................... 33
Hình 4.3: Bộ trộn cân bằng kép cũng như bộ nhân kép tần số .................................... 35
Hình 4.4: Bộ trộn cân bằng kép cũng như điều chỉnh suy hao bằng dòng điện ........... 35
Hình 4.5: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ điều chế cân bằng (DSB) .............. 36
Hình 4.6: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ điều chế biên độ (AM) .................. 37
Hình 4.7: Bộ trộn cân bằng kép cũng như một bộ tách sóng nhân .............................. 37

ii


LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thông tin vô tuyến thì thiết
bị vô tuyến điện(VTĐ) đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải tin
tức đi xa. Thiết bị thu phát được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thông
tin như việc phát thanh truyền bá các thông tin đại chúng, các thông tin quân sự…
Thông tin liên lạc trước khi được truyền đi xa nó phải được điều chế để
dịch lên tần số cao để phát đi. Tín hiệu có tần số cao được máy thu thu lại và dịch
xuống tần số thấp. Thiết bị thực hiện quá trình dịch tần số đó là Bộ trộn. Để
nghiên cứu kĩ hơn về tổng quan về Bộ trộn và phân tích một số loại bộ trộn. Vì lí
do này, em đã chọn nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN

MẠCH TRỘN HẠ TẦN SỬ DỤNG TRONG MÁY THU VÔ TUYẾN”, với
mong muốn tìm hiểu về bộ trộn dùng trong máy thu vô tuyến.
Em xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Viễn thông II đã tạo điều kiện cho
sinh viên chúng em có điều kiện tham gia nghiên cứu trong quá trình học tập.
Đặc biệt, em xin đươc gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths.Nguyễn Tấn
Nhân, người đã hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian nghiên cứu.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

1


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
1.1. Tổng quan về bộ trộn :
Bộ trộn là thiết bị thụ động hoặc tích cực, gồm có 3 cổng RF, LO và IF. Bộ
trộn được thiết kế để tạo ra cả hai tần số. Một là tổng hai tần số, hai là hiệu hai tần
số tại ngõ ra của tín hiệu. khi 2 ngõ vào là hai tần số khác nhau.
Ngoài ra, bộ trộn có thể được sử dụng như một bộ tách sóng pha hoặc giải điều
chế.

Hình 1.1: Cấu trúc sơ đồ khối

Hai tín hiệu tại hai ngõ vào, thông thường là tín hiệu dao động nội và tín hiệu
đi vào (đối với máy thu) hoặc tín hiệu đi ra (đối với máy phát). Để tạo ra một tần
số mới yêu cầu phải là thiết bị phi tuyến.
Trong một quá trình trộn tần số, nếu chúng ta muốn tạo ra một tần số ở ngõ ra
nhỏ hơn tần số tín hiệu ngõ vào thì quá trình đó gọi là hạ tần. còn nếu tạo ra tần
số ngõ ra lớn hơn tín hiệu ngõ vào thì quá trình đó gọi là nâng tần.

Hình 1.2: Quá trình hạ tần số

Hình 1.3: Quá trình nâng tần số

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

2


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
Bộ trộn chuyển đổi dưới ngõ vào là tín hiệu RF ngõ ra thu được tín hiệu IF, bộ
chuyển đổi trên ngược lại, ngõ vào là tín hiệu IF ngõ ra là tín hiệu RF
Bộ trộn lý tưởng chuyển đổi có thể là 1 hoặc nhiều sóng mang, tín hiệu nhận
được thường từ tần số RF cao hơn đến tin hiêu IF thấp hơn
Ta giả sử tín hiệu RF và LO có dạng:
= ( ) cos
+ ( )
(1.
1)
=
cos(
) (1.2)
Áp dụng:
cos( + ) =
(1.3)
Ta được:
( )
=
2
=

×
( )
=
2

(

+

) + ( ) +

(

) + ( )
(1.4)

{

(

(
(

) +

+
(

+

) +

(

) )
(

) )}
(1.5)

Ta có thể thấy việc chuyển đổi xuất hiện 2 tần số mới: LO+RF và LO-RF,
chúng ta thường sử dụng bộ lọc để chọn tín dải tín hiệu mong muôn

Hình 1.4: Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao với bộ trộn

 Dễ nhầm lẫn ở đây, bộ trộn chỉ là một thiết bị phi tuyến. Thực ra, về căn bản
bộ trộn là một thiết bị tuyến tính, nó dịch một tần số từ một tần số khác và
giữ nguyên tính chất ban đầu của tín hiệu (pha và biên độ) do đó vẫn có tính
tuyến tính.
 Bộ trộn là thiết bị dịch tần số:
- Chuyển đổi RF thành IF hoặc băng tần gốc để quá trình xử lý tín hiệu trong
máy thu được dễ dàng hơn.
- Chuyển đổi IF (hoặc băng tần gốc) thành RF để truyền dẫn hiệu quả hơn.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

3


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
Bộ trộn có tương đối cao các hiện tượng: sản phẩm điều chế tương hỗ, đáp ứng

ký sinh và các hiện tượng phi tuyến khác.
 Trái ngược với nhân chia tần số, nó cũng làm thay đổi tần số tín hiệu. Về mặt
lý thuyết, bộ trộn giữ nguyên biên độ và pha, không làm ảnh hưởng tính chất
điều chế của tín hiệu.
 Sử dụng bộ trộn tạo ra các hiệu ứng phi thuyến và biến đổi theo thời gian, nó
sẽ gây hại và những điều không mong muốn đối với một hệ thống RF.
 Bộ trộn tạo ra những tần số không có ở đầu vào, cần sử dụng kết hợp với bộ
lọc tương ứng để loại bỏ những tần số không mong muốn đó.
 Bộ trộn sử sụng hai cơ chế hoạt động:
- Hàm truyền phi tuyến, điều chế tương hỗ tạo ra các tần số mong muốn và
tần số không mong muốn.
- Chuyển mạch và lấy mẫu là tiến trình biển đổi theo thời gian. Phương pháp
này được ưu thích bởi vì có thể cung cấp độ tuyến tính cao.
Bộ trộn thực tế không được lái bởi ngõ vào tùy ý, cổng LO được lái từ oscillator
với tín hiệu hình sin có biên độ thích hợp.
Bộ trộn thụ động ở chế độ áp:

Hình 1.5: Bộ trộn thụ động ở chế độ áp

 Ở chu kì +LO chuyển mạch s1 hoạt động tín hiệu RF sẽ đi ra ngoài trực
tiếp
 Ở chu kì –LO chuyển mạch s2 hoạt động tín hiệu RF đảo sẽ đi ra ngoài
 Mạch ở chế độ áp yêu cầu việc chuyển mạch (bật ,tắt) tốt
1.2. Các tính chất quan trọng của bộ trộn:
 Độ lợi chuyển đổi và suy hao( conversion gain or loss ): là tỉ số mức tín
hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào (thường bằng db) ứng với một mức
công suất đầu vào LO.
 Điểm nén (intercerpt point) : ta có điểm nén 1db đối với các mức tín hiệu
đầu vào nhỏ , cường độ tín hiệu đầu ra tăng tuyến tính theo tín hiệu đầu vào
, khi cường độ tín hiêu đầu vào tiếp tục tăng vượt qua điểm nén 1db thì

cường độ tín hiệu ngõ ra không tăng .
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

4


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
 khả năng loại bỏ đáp ứng ký sinh bậc cao.
 Độ cách ly giữa các cổng (port isolation) : các cổng (LO-RF,LO-IF,RF-IF)
một phần tín hiệu của cổng này rò rỉ qua các cổng khác.
 Hệ số nhiễu: tác động đến độ nhạy máy thu.
 Nhiễu ảnh (noise image): nhiễu ảnh hưởng tới độ nhạy máy thu, làm ảnh
hưởng tới tín hiệu chuyển đổi
 Dải tần số hoạt động (operating frequency range) đặc trưng cho mức tín
hiệu ngõ vào mà máy thu nhận được.
1.2.1. Suy hao, độ lợi chuyển đổi:
Suy hao, độ lợi chuyển đổi của bộ trộn phụ thuộc vào loại bộ trộn (tích cực
hay thụ động), phụ thuộc vào tải của mạch RF đầu vào, trở kháng đầu ra ở cổng
IF và cũng phụ thuộc vào cấp độ của LO.
 Suy hao, độ lợi chuyển đổi là tỉ lệ của (điện áp hoặc công suất) ngõ ra IF
mong muốn với giá trị tín hiệu đầu vào.
Nếu trở kháng đầu vào và trở kháng tải của bộ trộn đều bằng với trở kháng
nguồn thì độ lợi chuyển đổi điện áp và công suất sẽ là như nhau (dB).
 Độ lợi chuyển đổi điển hình của một bộ trộn tích cực là xấp xỉ +10dB, trong
khi đó suy hao chuyển đổi của một bộ trộn diode thì xấp xỉ -6dB.
Suy hao, độ lợi chuyển đổi của bộ trộn được tính bằng:
A [dB] = B[dBm] - C[dBm]
(1.6)
Trong đó:
A: Suy hao, độ lợi chuyển đổi.

B: Công suất ngõ ra IF cung cấp cho tải.
C: Công suất đầu vào RF.
1.2.2. Điểm chặn ngõ vào (IIP3)
Là công suất đầu vào RF mà tại đó các mức công suất đầu ra của các sản phẩm
điều chế tương hỗ và ngõ ra IF mong muốn được cân bằng. Vì vậy, độ tuyến tính
của bộ trộn được quan tâm hơn hệ số nhiễu của nó.
 Trong một máy thu, các sản phẩm méo gây hại nhất là bậc lẻ, bởi vì rất có
thể nằm trong dải thông giống với tín hiệu mong muốn. Biên độ cao nhất
sẽ là bậc thấp nhất, tức là các sản phẩm bậc 3. Con số phổ biến nhất cho
méo xuyên điều chế (IMD) là chặn bậc 3 (TOI).
 Điểm chặn bậc 3 (TOI hoặc IP3) trong một bộ trộn là giá trị không có thực
được xác định bởi giao nhau của đáp ứng IF chính và hai tông thứ 3 của sản
phẩm điều chế tương hỗ IF thu được khi tại cổng RF có hai tín hiệu RF.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

5


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN

Hình 1.6: Điểm chặn bậc ba

Bất kỳ ứng dụng nào, IIP3 rất là quan trọng, công suất LO lớn là điều cần
thiết.
 Dao động nội (LO) cho phép chuyển đổi tín hiệu đầu vào, ngắt hoặc chuyển
hướng tín hiệu hiện tại.
 Cả hai, bộ trộn diode và FET đều có thể hưởng lợi từ chuyển đổi LO.
 BJT không chuyển đổi tốt trên Ft/10, do đó làm giảm giá trị IIP3 và hệ số
nhiễu.

 Trong một bộ trộn thụ động được thiết kế tốt sẽ nhận được:
IIP3(dB) ~ LO(dBm) + 9dB
(1.7)
 Bởi vì điện áp LO được đặt vào từ cực G đến S-D và tín hiệu chạy từ S đến
D, sự độc lập cho phép FET có một điểm IIP3 cao hơn so với khi dùng bộ
trộn Diode. Trở kháng trên cực G rất cao, trong khi điện trở từ cực D đến S
nhỏ.
 Trong bộ trộn thụ động FET, ngõ vào cực G được điều khiển bởi LO giống
như tụ điện, sau khi điều chỉnh ra khỏi dung kháng này, công suất cần thiết
của LO để điều khiển bộ trộn với điện áp lớn tại tần số f được giảm bớt
bằng hệ số Gmax.
IIP3[dBm] ~ LO[dBm] + 9dB +20log(Gmax)
(1.8)
Trong đó Gmax là độ lợi lớn nhất tại tần số f.
Điều này cho thấy tại sao FET có một fmax cao thì tốt hơn so với bộ trộn
dùng Diode.
 Phi tuyến trong ngõ vào RF giống như trong trường hợp phi tuyến LNA.
Trong trường hợp của LNA, phi tuyến này có thể được đặc trưng với IIP3
và sử dụng two-test để đo lường.
1.2.3. Sản phẩm ký sinh
 Một cách để giảm các sản phẩm như vậy là làm ngắn mạch các hài bậc cao
hơn của LO tại các thiết bị đầu cuối bộ trộn thực chất là để làm giảm công
suất trong các đáp ứng như vậy.
 Giảm hài thứ 2 hoặc thứ 3 của LO làm giảm các sản phẩm hài của nó từ 20
đến 25 dB và từ 10 đến 15 dB.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

6

CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
1.2.4. Độ cách ly
Là lượng công suất LO bị rò rỉ vào một trong hai cổng IF hoặc RF. Có nhiều
loại cách ly: LO - RF, LO - IF, RF - IF.
 Tự trộn LO bị rò rỉ
- Các thành phần LO trong đầu vào RF có thể trở lại bộ trộn và bị điều chế bởi
tín hiệu LO và một thành phần DC và 2f0 được tạo ra tại ngõ ra IF.
- Điều này không có hậu quả đối với một hệ thống heterodyne, nhưng có thể
gây ra vấn đề cho hệ thông homodyne (zero IF).
 Độ cách ly giữa LO-RF cho đến nay vẫn là nhược điểm lớn nhất.
1.2.5. Hệ số nhiễu
Là thước đo nhiễu được thêm vào bởi bản thân bộ trộn và được chuyển đổi ra IF.
 Đối với bộ trộn thụ động mà không có độ lợi và chỉ có suy hao thì hệ số
nhiễu gần như bằng với suy hao do nối ngoài.
 Trong một bộ trộn, nhiễu được trộn lại nhiều lần và biến dạng từng hài của
LO được gọi là nhiễu gấp.
Ngoài sự làm giảm phẩm chất của hệ thống, hệ số nhiễu còn đưa ra bởi sự suy
hao chuyển đổi của bộ trộn, nguồn nhiễu bên trong bộ trộn cũng làm hệ số nhiễu
giảm xuống.
ví dụ, các tác dụng của nhiễu 1/f trong MESFET có thể nghiêm trọng nếu tần
số IF thấp hơn tần số điểm gãy của tạp âm nhấp nháy (thường ít hơn 1 MHz),
nhiễu như vậy cũng sẽ được thêm vào đầu ra.
 Nhiễu băng rộng từ ngõ vào của bộ trộn sẽ nằm ở cả ảnh và dải mong muốn.
Nhiễu từ ảnh và dải mong muốn sẽ kết hợp trong kênh mong muốn ở ngõ
ra IF.
 Một bộ trộn sẽ chuyển đổi năng lượng trong dải biên trên hoặc dải biên
dưới với hiệu quả như nhau. Do đó, nhiễu trong băng phụ không có tín hiệu
sẽ được thêm vào ngõ ra IF, nó sẽ làm tăng hệ số nhiễu ở ngõ ra IF thêm
3dB.
Thông thường, bộ trộn sẽ nhiễu hơn so với bộ khuếch đại do bản chất nhiễu

gấp của bộ trộn.
Dùng lọc ảnh tại đầu vào RF của bộ trộn có thể ngăn cản nhiễu này.

Hình 1.7: Nhiễu ảnh và lọc nhiễu
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

7


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
Nhiễu băng rộng của LO là một tham số có thể làm tăng mức độ nhiễu của IF,
cũng theo đó mà làm giảm hệ số nhiễu.
 Nhiễu băng rộng ngăn cách với tần số LO bởi +/- fIF bằng một khoảng cách.
sẽ kết hợp và tạo ra nhiễu tại tần số IF.
 Bất kỳ nhiễu nào đó gần một bội số của tần số LO cũng có thể được trộn
xuống IF, giống như nhiễu ở RF.
Quá trình chuyển đổi nhiễu này đều liên quan, nhưng không giống như sự
cô lập LO-RF.
 Nhiễu tại các tần số +/- fIF khoảng cách ở các hài của LO cũng góp phần
làm tăng hệ số nhiễu của toàn hệ thống.
 Nhiễu băng rộng LO được chuyển đổi xuống đến IF với tổn thất chuyển đổi
cao hơn nhiều so với tín hiệu mong muốn và nhiễu ảnh.
 Một bộ lọc thông dải giữa LO và bộ trộn có thể giúp làm giảm nhiễu băng
rộng LO.
 Hệ số nhiễu được xác định cho cả ảnh và đáp ứng RF, nhiễu đầu ra được
sinh ra bởi khi kết thúc đầu vào bao gồm chỉ các nhiễu phát sinh từ sự
chuyển đổi tần số chính của hệ thống.
Khi một hệ số nhiễu dải biên đơn tại đầu vào RF được xác định, nhiễu sinh ra
ở đầu ra từ khi kết thúc đầu vào, không bao gồm tần số ảnh.
Bên cạnh đó, không thể đo trực tiếp hệ số nhiễu vì việc chấm dứt nhiễu ảnh rất

khó để có được. Việc sử dụng bộ lọc để loại bỏ các đáp ứng ảnh (chỉ để đo hệ số
nhiễu chính xác) không giúp được, bởi vì nó làm thay đổi tần số ảnh gắn vào trở
kháng và do đó làm thay đổi nhiệt độ nhiễu.
Vì vậy, định nghĩa khác của hệ số nhiễu bộ trộn SSB đã từng được sử dụng phổ
biến hơn.
Khi một tín hiệu nhiễu LO được áp dụng cho bộ trộn, thành phần nhiễu của nó
tại RF và tần số ảnh được chuyển đổi xuống và xuất hiện ở cổng IF, Một điều
quan trọng là chọn tần số IF đủ cao để nhiễu tại RF và ảnh tần số được tách ra từ
LO và có thể được lọc một cách hiệu quả.
 Giả sử hệ số nhiễu SSB đầu vào tín hiệu chỉ có một dải biên, nhưng nhiễu
đầu vào từ cả hai dải biên. Đo hệ số nhiễu SSB phù hợp cho kiến trúc máy
thu super-heterodyne mà trong đó tần số ảnh được loại bỏ bằng cách lọc
hoặc hủy bỏ. Hệ số nhiễu SSB là tỷ số SNR ở tần số đầu ra mong muốn
(IF) và SNR ở tần số đầu vào (RF) được đo trong một SSB.
 Hệ số nhiễu DSB gồm cả tín hiệu và nhiễu đầu vào từ cả hai dải biên. Đo
lường hệ số nhiễu DSB dễ dàng hơn; nhiễu băng rộng quá lớn được đưa ra
ở cả tín hiệu và ảnh tần số. Đó sẽ là 3dB ít hơn hệ số nhiễu SSB trong hầu
hết các trường hợp.
Đối với chuyển đổi thu trực tiếp (Zero IF) thì không có băng ảnh ( ảnh
không thể bị lọc ra từ tín hiệu), do đó nhiễu từ tần số tích cực và tiêu cực
kết hợp, nhưng các tín hiệu kết hợp càng tốt.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

8


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN
Hệ số nhiễu DSB là tỷ số SNR tại đầu ra (IF) và SNR tại đầu vào đo ở cả
tín hiệu và dải ảnh (phổ tín hiệu đầu vào nằm ở cả hai bên của tần số LO,
một trường hợp phổ biến trong một hệ thống homodyne hoặc zero-IF).

1.2.6. Dải tần số hoạt động
Bộ trộn thường được yêu cầu hoạt động từ tần số thấp lên đến hàng chục GHz.
Dải tần số hoạt động là đặc điểm thiết kế cơ bản mà phần nào đó sẽ quyết định
lựa chọn bộ trộn nào cho phù hợp.

Hình 1.8: Nhiễu ảnh với tín hiệu RF đi vào bộ trộn

1.3. Vấn đề nhiễu ảnh (noise image) và giải pháp loại bỏ nhiễu ảnh.
Tín hiệu thực tế ta nhận được gồm RF và nhiễu ảnh.
=

+2
2

,
,

>
<

(
(

)
)

Ví dụ: một trạm phát sóng AM 580 Khz. máy thu với IF 455 Khz ta sử dụng
tần số dao động nội LO = 580+455=1035 Khz, tuy nhiên có một tín hiệu
580+455+455=1490 Khz cũng được thu và tạo ra tần số IF’ = 1490-1035 = 455
Khz.

Các tần số không mong muốn được gọi là ảnh của tần số mong muốn , một
máy thu với bộ lọc đầy đủ đồng thời sẽ nhận vào 2 tín hiệu tần số khác nhau, tần
số mong muốn và tần số ảnh, bất kì nhiễu hay máy phát ngẫu nhiên không mong
muốn đều ảnh hưởng đến tín hiệu thu được.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

9


CHƯƠNG I: BỘ TRỘN

Hình 1.9: Miền tấn số của tần số ảnh (image)

Một giải pháp cho vấn đề này ta sử dụng them một bộ lọc băng IMAGE

Hình 1.10: Bộ lọc ảnh trong máy thu

Trong thực tế ta dùng thêm một bộ lọc sau tín hiệu LO1:

Hình 1.11: Nhiều bộ lọc ảnh được thiết kế với bộ trộn

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

10


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
Bộ trộn linh kiện đơn là sử dụng một thành phần phi tuyến ( diode, transistor),

nó có những bất lợi của việc không suy hao nhiễu AM dao động nội và luôn yêu
cầu phải có một bộ lọc triệt tiêu.
Bộ trộn linh kiện đơn cần phải tuân theo một số quy tắc thiết kế chung để cho hiệu
suất tốt nhất.
 Để có được độ lợi chuyển đổi lớn nhất, điểm nút LO phải ngắn mạch tại tần
số RF và IF. còn điểm nút RF phải ngắn mạch ở tần số LO để ngăn chặn sự
rò rỉ LO vào cổng RF.
Bộ trộn linh kiện đơn sử dụng một diode thì chủ yếu là một quá trình kết hợp các
diode pumped đầu vào RF và đầu ra IF, diode ngưng dẫn chính xác tại các hài LO
và tần số trộn không mong muốn (khác với RF và IF), cô lập các cổng RF, LO và
IF. Trong một số trường hợp, có thể được cung cấp bằng cách sử dụng các bộ lọc,
một cấu trúc cân bằng, hoặc cả hai. Sự lựa chọn phụ thuộc vào dải tần số và ứng
dụng dự định.
2.1. Bộ trộn diode đơn

Hình 2.1: Bộ trộn diode đơn

Ngõ vào bằng tổng RF , LO cộng với độ lợi DC.
Bộ trộn trên không có độ lợi chuyển đổi, các cổng thì không độc lập với nhau.
Hình 2.2: Khối phối hợp và bộ lọc tín hiệu

 Bộ trộn một diode là cực kỳ hữu dụng tại VHF (dải sóng mm).
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

11


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
 Diode được sử dụng để trộn có thể được mô hình hóa tại tần số RF như một
điện trở và tụ điện song song.

 Điện trở thường có phạm vi từ 50 đến 150 Ω và tụ giữa 1x và 1.5x điện
dung lớp chuyển tiếp.
 Trở kháng đầu ra IF thường là giữa 75Ω và 150Ω.
 Tại tần số thấp IF thì trở kháng đầu ra gần như thuần trở.
 Khi mức LO tăng lên, cả RF và đầu vào LO trở kháng giảm.
RF và IF trở kháng đầu vào nêu trên (cao hoặc thấp hơn phạm vi) đều bị ảnh
hưởng bởi việc ngưng cổng IF về tần số không mong muốn và hài LO. Diode
ngưng tại tần số ảnh là quan trọng nhất.
 Sự ngưng cổng IF trong một điện kháng tại tần số ảnh có thể cải thiện hiệu
suất chuyển đổi của bộ trộn linh kiện đơn.
Bộ trộn linh kiện đơn đặc biệt đơn giản về thiết kế và nó có thể đạt được một
băng thông rộng.
Một cách khác của máy trộn này là kết hợp các tín hiệu RF đầu vào và tín hiệu
LO thông qua một bộ ghép.

Hình 2.3: Kết hợp bằng bộ ghép (coupler)

Có suy hao cho tín hiệu RF cũng như đối với tín hiệu LO. Bằng cách lựa chọn
các chỉ tiêu ghép nối, các suy hao có thể được chuyển dịch giữa các tín hiệu RF
và tín hiệu dao động.
Ví dụ, nếu chọn ghép nối 10 dB, sau đó tín hiệu dao động bị suy hao bởi 10dB
trong khi tín hiệu bị suy hao 0,46 dB.
 Bộ lọc thông cao HP phải cho qua cả tín hiệu tần số cao RF và tín hiệu dao
động nội và ngăn chặn tần số trung gian IF, được giả định là thấp hơn nhiều
so với RF và tần số LO.
 Bộ lọc thấp LP phải cho qua trung gian tần số IF và ngăn chặn các tín hiệu
RF và tần số LO.
 Bộ lọc thông thấp phải có trở kháng cao đối với các thành phần tần số cao
ở phía đầu vào, trong khi bộ lọc thông cao ở phía đầu ra phải có trở kháng
cao tại tần số IF.

Lựa chọn diode trộn cần phải tìm các tần số cắt của diode, cho điện trở nối tiếp
Rs và điện dung lớp chuyển tiếp Cj.
 Kép khi nó giúp để áp dụng một điện áp DC cho một bộ trộn đơn diode, có
thể làm giảm công suất LO yêu cầu và cung cấp một mức tự do để điều
chỉnh trở kháng đầu vào và đầu ra của bộ trộn.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

12


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
 Trong trường hợp thiết kế bằng linh kiện tích cực (ví dụ: một bóng bán
dẫn), để ngăn chặn sự dao động nút IF phải ngắn mạch ở cả LO và tần số
RF và RF nên có trở kháng thấp ở tần số IF. Điều này cũng ngăn chặn các
nhiễu tại tần số IF không được khuếch đại và thêm vào đầu ra.
2.2. Bộ trộn BJT đơn

Hình 2.4: Bộ trộn sử dụng BJT

 Mạch trộn trên sử dụng cuộn cảm cao tầng L1 và L2, tụ C1 và C2 có
nhiệm vụ cộng hưởng với cuộn sơ cấp L1.
 Đầu ra IF gồm tụ C3 cộng hưởng với cuộn cảm L3.
 Tụ có nhiệm vụ đưa dòng AC xuống mass.
=

1+

( )=
=
|

( )

1+
=

=

( )

+

( )
( )

=

+

( )

( )

( )
( )

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

2

( )

( )=

( )

( )

( )

(

( )
( )

)

2

+

(2.1)

( )

(2.2)

+

×

(2.3)
(2.4)

(2.5)

13


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN

Khi LO là tín hiệu lái:
=

( )

1+

+

( )

( )
( )

2

+

(2.6)

|

=

=

,

=

,

( )
( )

=

( )
( )

( )

=

( )

=

(2.7)
( )=

( )

=

+

( )
( )

cos(

±

) +

(2.8)
=

=

(2.9)
Phân tích chung tín hiệu LO, RF ta được:
/

=

(2.10)
=
+

(2.11)
=

/

+

×

×

(2.12)
≈1+
(2.13)
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

14


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
=

( )

1+

+

( )

( )
( )

2

+

× 1+

(2.14)
=

+
(2.15)
/

=

×

×

(2.16)
=
(2.17)

×

× (1 +

+

+() +() +

)

2.3. Bộ trộn FET đơn

Hình 2.5: Bộ trộn sử dụng FET

 Chúng ta xây dựng bộ trộn đơn giản với tín hiệu LO+RF tại cực cổng để khảo
sát (bỏ qua trở kháng ngõ vào)
= ( ) =
1+
(2.18)
|

=

cos(

±

)

(2.19)
=

|

=

(2.20)
=
(2.21)

(

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

)

15


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
=
(2.22)

 Gc độc lập với VA do đó độ lợi được điều khiển bằng biên độ tín hiệu LO
 Mộ bộ trộn dùng FET trong thực tế thì rất phức tap, chúng ta cần phân tích và
mô phỏng kỹ lưỡng
Cấu trúc mạch của một bộ trộn với FET với yếu tố phi tuyến là đặc biệt đơn
giản, bởi vì FET như một sơ đồ ba thành phần đã được cung cấp một cách ly vốn
có giữa RF và cổng LO hoặc G và D tương ứng.
 Thông thường, các FET được hoạt động một cách thụ động, nghĩa là không có
một điện áp phân cực D-S trong omic của đặc tính V-A.
 Đây là loại hình hoạt động có lợi thế mà bộ trộn có tính chất tín hiệu lớn, không
cần ổn định và ở một xấp xỉ đầu tiên không thể hiện nhấp nháy nhiễu. Điện áp
phân cực cùng với biên độ tín hiệu LO thường được lựa chọn sao cho điều chế

của kênh nhận vào khác nhau giữa điều kiện kênh mở và kênh đóng.
 Bộ trộn FET đơn là vốn cân băng nhiễu vì tín hệu ở cổng LO không được chỉnh
lưu, không phải là giá trị cho VHF, Một phần tín hiệu LO vào kênh D-S dẫn
thông qua điện dung G-D và có thể được chỉnh lưu bằng phương tiện V-A phi
tuyến tính. Tại các tần số cao, hiệu ứng cân bằng nhiễu sẽ giảm 20dB / decade
với tần số ngày càng tăng.

Hình 2.6: Hai phương pháp ngõ vào LO

Độ lợi chuyển đổi của một bộ trộn FET đơn xấp xỉ ở nhiệt độ phòng là:
(Icq*VLO)VT2
Trong đó: Icq là dòng hoạt động và VT ~ 0.025V
Các bộ lọc đầu vào, đó là cần thiết để đạt được cô lập RF-LO và ngăn chặn
bức xạ của LO quay trở lại qua ăng ten hoặc đầu vào RF khác, nên cố gắng ngắn
mạch tất cả các tần số không mong muốn (tức là, khác với RF và LO), nên không
có điện áp gây nhiễu xuất hiện ở đầu vào.
Các đầu vào phải được so khớp với RF để tối đa hóa độ lợi chuyển đổi và hệ
số nhiễu và nếu có thể, LO cũng cho truyền công suất LO.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

16


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN
Tần số ảnh nên là ngắn mạch (nếu có thể), cũng như các IF. vì vậy không có
nhiễu cũng như không tín hiệu ký sinh được khuếch đại bởi các thiết bị, Điều quan
trọng là các thiết bị không hoạt động như một bộ khuếch đại tại IF, đặc biệt là nếu
các IF là thấp, tại các linh kiện độ lợi cao.
 Như một quy tắc chung trong thiết kế bộ trộn tích cực, tất cả các tần số không

mong muốn nên ngắn mạch ở cả đầu vào và đầu ra để giảm thiểu méo, nhiễu
và độ ổn định.
 Trở kháng cổng IF tại tần số IF nên tương đối cao để độ lợi chuyển đổi tốt
nhất, nhưng theo cách này làm giảm hiệu suất méo IM.
 Cổng IF nên loại bỏ các tần số LO để không quá tải thêm bộ khuếch đại IF.
 Bộ trộn FET, đặc biệt là Bộ trộn FET G đơn với LO và RF áp dụng cho G,
nghiêm trọng hơn vấn đề cô lập giữa LO-RF bởi vì tín hiệu LO được khuếch
đại bởi FET.
2.4. Bộ trộn Dual-G
Hoặc thường là một bộ khuếch đại nối tầng, có thể được trở thành một bộ trộn
bằng cách áp dụng LO tại G của M2 và tín hiệu RF tại G của M1.
Một MOSFET Dual-G sẽ cung cấp nhiều cải thiện cho cô lập LO-RF (khoảng
20dB).

Hình 2.7: Bộ trộn Dual-G MOSFET và FET

Thiết kế bộ trộn Dual-gate ở tần số cao:
 Cực S sẽ được by-passed (C5 và C6) cho phạm vi tần số rộng. Điều này là rất
quan trọng cho việc duy trì sự ổn định.
 Cực G được kết hợp tới 50 ohms với một cuộn dây song song và tụ mắc nối
tiếp.
Cuộn dây song song sẽ cung cấp ngắn mạch mong muốn tại tần số IF.
 R1 tại S thiết lập dòng D. R2 sẽ giúp cô lập các mạch trộn từ các nguồn cung
cấp công suất và rất ít điện áp rơi trên nó.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

17


CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN

 Cực D là phối hợp tới 50 ohms với một mạch π. Sử dụng một cấu trúc π làm
giảm Q của ghép nối và cũng là như một bộ lọc thông thấp để giảm bớt các
LO xuyên qua. C7 cung cấp ngắn mạch tại các tần số LO và RF.
 Yêu cầu đầu vào LO cho một bộ trộn G kép là khoảng + 3dBm, khi cô lập LORF là khoảng 20dB và sự cô lập LO-IF là khoảng 30dB.
 Liên hợp phức phối hợp trở kháng của tất cả các cổng và điều chỉnh phù hợp
dòng D, mang lại hệ số nhiễu và độ lợi tốt nhất. Trong khi đó, cao IP3 có thể
đạt được bằng cách tăng dòng D. Tuy nhiên, sẽ dẫn đến làm tăng hệ số nhiễu.
- Như ví dụ, điều chỉnh cho hệ số nhiễu tốt nhất có thể có được: F = 5dB, G
= 12dB, P1dB = -1 dBm, IP3 = + 7dBm.
- Và như vậy, điều chỉnh cho IP3 tốt nhất có thể có được: F = 11dB, G =
11dB, P1dB = +4dBm, IP3 = + 14 dBm.
Trở kháng đầu vào và đầu ra của dual-gate FET rất cao. Điều này phù hợp để
có băng hẹp. Trong thu băng hẹp super-heterodyne (băng thông RF là nhỏ hơn 50
MHz) có thể được lợi bởi vì độ lợi chuyển đổi thấp tại tần số ảnh. Vì vậy, việc
thực hiện loại bỏ ảnh của một máy thu (bao gồm cả chống nhiễu ảnh) có thể được
cải thiện bằng nhiều nhất 16 dB mà không cần thêm bất kỳ chi phí để lọc trước
(bộ lọc ảnh).

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

18


CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG
CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG
Bộ trộn cân bằng được chia thành hai lớp, được gọi là bộ trộn cân bằng đơn
(SBM) và bộ trộn cân bằng kép (DBM).
3.1. Bộ trộn cân bằng đơn
Giải quyết những vấn đề của bộ trộn linh kiện đơn bằng cách cung cấp cách ly
giữa đầu vào LO và RF. Nó sử dụng hai linh kiện và thường được thực hiện như

hai bộ trộn linh kiện đơn kết nối thông qua một bộ ghép 1800 hoặc 900.
Bộ trộn cân bằng kép thường bao gồm bốn linh kiện không điều chỉnh kết nối
với nhau bởi nhiều bộ ghép, máy biến áp hoặc bộ làm cân bằng.
Những ưu điểm của bộ trộn cân bằng trên linh kiện đơn là:
- Từ chối đáp ứng tạp âm và các sản phẩm điều chế tương hỗ.
- Sự cô lập LO-RF, RF-IF và LO-IF tốt hơn.
- Loại bỏ nhiễu AM trong LO.
Những bất lợi của bộ trộn cân bằng là cầu công suất LO lớn hơn.
Bộ trộn cân bằng thường được sử dụng để tách các RF và cổng LO khi tần số
của chúng chồng chéo và lọc là không thể. Trong thực tế một bộ trộn cân bằng
kép hoàn thiện cho cô lập 10dB đến 30dB mà không được lọc (phụ thuộc bởi tần
số và cấu trúc).
Một bộ trộn cân bằng đơn gồm hai diode trộn thành phần, trong đó có thể có
hai diode hoặc hai transistors.
 Trong một bộ trộn diode cân bằng đơn, điều quan trọng là dòng DC qua các
diode được liên tục. Nếu các điốt là hở mạch tại DC, bộ trộn sẽ không làm
việc. Thông thường, bộ ghép cung cấp dòng liên tục.

Hình 3.1: Bộ trộn cân bằng đơn

Trong cân bằng đơn bộ ghép cầu phương, công suất LO phản xạ từ các bộ trộn
riêng lẻ không trở lại cổng LO, mà thay vào đó thoát ra khỏi cổng RF; tương tự,
phản xạ công suất RF thoát ra khỏi cổng LO.
Sự cô lập LO-RF và RF-LO bằng suy hao trở lại đầu vào của bộ trộn riêng lẻ
ở tần số LO và RF. Tương ứng, sự cô lập cổng của bộ trộn ghép cầu phương phụ
thuộc chủ yếu vào VSWR đầu vào của hai bộ trộn riêng lẻ, không phải về sự cô
lập của ghép chính nó. Cô lập 10dB là điển hình.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

19


CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG
Nếu ngưng cổng RF có VSWR kém ở tần số LO thì mạch cân bằng có thể bị
đảo lộn và bơm LO của bộ trộn riêng lẻ trở nên bất bình đẳng.
Điều tương tự, một LO kém ngưng ở tần số RF có thể làm đảo lộn cân bằng RF.
Ngay cả hài LO từ chối phụ thuộc, do đó cổng được sử dụng cho LO đầu vào
(Sigma hay Delta). Bất kể đầu vào được sử dụng cho LO, bộ trộn từ chối ngay cả
hài LO đó trộn với ngay cả hài RF.
 Để giảm hệ số nhiễu tổng thể của bộ trộn hai diode sẽ được kết hợp tốt. Diodes
có thể được kết hợp trên các đặc tính RF (suy hao chuyển đổi, trở kháng IF và
VSWR), mà để dễ dàng hơn thì phù hợp trên các thông số DC (điện dung lớp
chuyển tiếp, điện trở nối và chuyển tiếp điện áp) có thể được dễ dàng cho tất
cả các diode phác thảo, bao gồm các loại băng nối ra.
 Đối với bộ trộn thực tế những hiệu ứng cân bằng đơn là theo thứ tự 20dB đến
40dB. Điều này thường là đủ để loại trừ ảnh hưởng của các LO nhiễu biên độ
tín hiệu cho hệ số nhiễu của bộ trộn. Sau đó, hệ số nhiễu của bộ trộn có thể
được xác định bởi nhiễu bản chất của nó.
Bộ trộn diode cân bằng đơn:
 Độ lợi chuyển đổi thấp
 Thích hợp ở tần số cao, các cổng LO-RF và LO-IF thì độc lập với nhau

Hình 3.2: Sơ đồ và dạng tín hiệu

3.2. Bộ trộn cân bằng kép
Có suy hao chuyển đổi cao (hoặc độ lợi chuyển đổi thấp hơn) so với bộ trộn
cân bằng đơn và giới hạn thấp hơn ở tần số tối đa, nhưng có băng thông rộng hơn.
Bộ trộn cân bằng kép hoặc vòng điều chế với bốn diode sắp xếp theo một vòng
cho thấy một hiệu ứng nhiễu cân bằng tương tự như bộ trộn hai diode.

Hai loại phổ biến nhất của bộ trộn cân bằng kép là bộ trộn vòng và bộ trộn sao.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

20


CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG
Bộ trộn vòng là phù hợp hơn cho các ứng dụng tần số thấp, trong đó máy biến
áp có thể được sử dụng, mà nó cũng là thực tế ở tần số cao.

Hình 3.3: Bộ trộn cân bằng kép (vòng diode, Gilbert BJT, Gilbert FET)

Bộ trộn vòng cân bằng kép có thể được mô tả bằng cách xử lý các thành phần
phi tuyến tính của nó (diode hoặc transistor) như công tắc, mà được bật ON và
OFF của LO.
Cách tiếp cận này giả sử rằng các dạng sóng dẫn của diode là một sóng vuông,
xấp xỉ đúng, miễn là mức LO là đủ lớn và tần số của nó không phải là quá cao.
 Những lợi thế của một bộ trộn cân bằng kép so một bộ trộn cân bằng đơn là
được tăng tuyến tính, cải thiện sự ngăn chặn sản phẩm tạp nhiễu (tất cả các sản
phẩm thậm chí của LO hoặc RF bị triệt tiêu) và sự cô lập vốn có giữa tất cả
các cổng.
 Nhược điểm là đòi hỏi một mức tín hiệu LO cao hơn và yêu cầu hai bộ làm
cân bằng biến áp.
 Trong bộ trộn diode cân bằng kép do sự đối xứng, các đáp ứng tạp nhiễu bậc
chẵn bị loại bỏ.
 Hai biến áp gây ra một kích thích cực đất đối xứng trong bốn điốt cho tín hiệu
RF và tín hiệu LO. Các phân nhánh trung tâm của biến áp hoạt động như một
kết nối thuộc về điện trực tiếp đến các diode cho tần số thấp trung gian IF.
 Do điện áp RF được phân chia giữa bốn diode, công suất RF trong mỗi diode

là một phần tư của một bộ trộn diode cân bằng đơn, vì vậy điểm nén 1 dB và
điểm chặn bậc ba là gần 6 dB cao hơn.
 Tuy nhiên, bốn lần so với công suất LO bây giờ cần thiết để bơm các diode
cùng một mức điện áp.
 Suy hao chuyển đổi là như nhau, vì công suất RF được chia bốn cách và công
suất IF kết hợp lại bốn cách; do đó, việc tăng điểm chặn cung cấp một sự gia
tăng thực sự trong phạm vi hoạt động do sự gia tăng đầu ra so với một diode
duy nhất.
 Hiệu suất của bộ trộn diode cân bằng kép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tần
số hoạt động, công suất dao động nội, phối hợp trở kháng và nhiệt độ.
 kết hợp thích hợp của đầu ra IF là điều cần thiết để đạt được hiệu suất tối ưu
từ bộ trộn diode cân bằng kép. Nếu không sẽ dẫn đến suy hao chuyển đổi cao
hơn và tạo ra hài không mong muốn.

SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

21


CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG
Ngoài khoảng công suất + 10dBm LO, sự tăng điểm chặn không tăng nhanh
như công suất LO, bởi vì các diode ON bắt đầu giới hạn điện áp LO qua diode
OFF, mà là song song. Để mỗi diode, dòng RF là không khác gì từ dòng LO, và
do đó tổng swing RF được giới hạn trong điều kiện OFF. Điều này có thể được
cải thiện bằng cách sử dụng hai hoặc nhiều diode trong loạt ở vị trí của diode đơn
thể hiện ra.
Tại các tần số cao hơn, biến áp có thể được thay thế bằng 180 ° - bộ ghép 3dB:

Hình 3.4: Biến áp được thay thế bằng Bộ ghép

Trong hình trên, 180 ° - bộ ghép 3dB được thực hiện bởi bộ ghép 90 ° đường
rẽ nhánh với dịch pha thêm 90 ° (PS). Các bộ lọc thông thấp nên có trở kháng cao
đối với các tín hiệu RF tại phía diode. Các cổng RF và LO bị cô lập.
 Nhiều trong số những ưu điểm của cấu trúc cân bằng, chẳng hạn như cải thiện
sự cô lập, giảm đáp ứng tạp, và nâng cao điểm chặn, có thể đạt được cho bộ
trộn tích cực trong cách tương tự như đối với bộ trộn diode.
Bộ trộn Gilbert Cell
Cơ bản là một bộ khuếch đại theo sau là một chuyển đổi đảo ngược Pha
 Cho hệ số nhiễu và IIP3 tốt nhất, các điện áp LO khiến các transistor nhanh
qua điểm chéo, hoặc đảo ngược pha vùng. Lưu ý rằng, trong một diode bộ trộn
cân bằng các diode đều OFF tại LO không qua, không có nhiễu gia tăng quá
mức. Đầu ra khác biệt loại bỏ ngay bậc chẵn phi tuyến. Ngoài ra, tuyến tính
tổng thể được cải thiện bởi vì một nửa của các tín hiệu được xử lý bởi mỗi bên.
Bộ trộn Gilbert điển hình:
F~10dB, G ~12dB, IIP3~2dBm, DC Current~20mA, LO drive~0dBm.
Hình 3.5: Bộ trộn Gilbert Cell BJT

 Nhiễu do tải trong một bộ trộn Gilbert: mỗi RL góp phần vào nhiễu nhiệt.
Vì không tương quan với lẫn nhau nên công suất nhiễu được gia tăng.
SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN

22