이중 균형 믹서 탐색 : 회로, 이론 및 실제 작동

이중 밸런스 믹서는 주파수 변환 분야에서 뛰어나며 원치 않는 신호를 억제하고 신호 무결성을 향상시키는 능력으로 알려져 있습니다.다이오드 또는 트랜지스터 및 변압기를 사용하는 이러한 유형의 믹서는 로컬 발진기 (LO)와 RF 신호 사이의 간섭을 최소화함으로써 신호 처리에서 높은 충실도를 보장하여 출력 신호 품질을 최적화합니다.

이중 밸런스 믹서의 아키텍처 균형은 신호 품질을 향상시킬뿐만 아니라 통합 된 시스템의 동적 범위를 넓 힙니다.이 기사는 전통적인 다이오드 링에서 고급 FET 기반 모델에 이르기까지 다양한 믹서 유형에 중점을 두는 설계 및 작동에 대한 자세한 탐색과 성능에 영향을 미치는 특정 구성 요소를 제공합니다.이러한 뉘앙스를 고려함으로써 우리는 그들의 역동적 인 역할과 다양한 RF 응용 프로그램에서 그들의 효과를 높이는 기술 혁신에 감사합니다.

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그림 1 : 균형 믹서

균형 잡힌 믹서의 필요성을 탐구합니다

RF (Radio Frequency) 엔지니어링에서 신호 선명도를 유지하고 간섭을 최소화하는 것이 주요 우선 순위입니다.불균형 믹서로 알려진 전통적인 믹서는 종종 로컬 발진기 (LO) 및 RF 신호 모두가 누출되어 원치 않는 간섭을 초래할 수 있습니다.이를 관리하기 위해 엔지니어는 종종 부피가 크고 비효율적 일 수있는 추가 필터를 추가해야합니다.대조적으로 균형 잡힌 믹서는 이러한 문제를 극복하도록 특별히 설계되었습니다.그들은 자연스럽게 원치 않는 신호를 거부하여 과도한 필터링없이 전반적인 시스템 성능을 향상시킵니다.

균형 잡힌 믹서는 단일 균형 및 이중 균형 믹서의 두 가지 주요 유형으로 제공됩니다.단일 밸런스 믹서는 LO 또는 RF 신호를 억제하지만 동시에 차단할 수는 없습니다.대조적으로, 고급 RF 시스템에서보다 널리 사용되는 이중 균형 믹서는 LO 및 RF 신호를 동시에 억제합니다.이로 인해 소음이 적고 원치 않는 신호가 적어 훨씬 깨끗한 출력이 발생합니다.

그림 2 : RF/주파수 믹서 포트 및 연결

RF/주파수 믹서의 해부학

RF 신호 처리의 심각한 구성 요소 인 Double-Balanced Mixer에는 RF 입력, LO 입력 및 출력의 세 가지 주요 포트가 있습니다.이 포트는 RF 응용 프로그램의 궁극적 단계 인 주파수 변환을 가능하게하기 위해 함께 작동합니다.

RF 입력 포트는 변환 해야하는 들어오는 신호를 수신합니다.LO (로컬 발진기) 입력은 로컬 발진기의 주파수를 취하며, 이는 변환 중 RF 신호의 주파수 및 위상에 직접 영향을 미칩니다.마지막으로, IF (중간 주파수) 출력은 RF 및 LO 신호의 원하는 합 및 차이 주파수만을 포함하는 변환 신호를 제공합니다.

균형 잡힌 믹서의 다른 유형

이중 밸런스 믹서는 여러 구성 요소를 사용하여 특정 성능 요구 사항을 충족하도록 설계된 여러 구성으로 제공됩니다.가장 일반적인 유형은입니다 하이브리드 기반 다이오드 믹서, 하이브리드 기반 활성 믹서 및 순수한 활성 믹서.

그림 3 : 하이브리드 기반 다이오드 믹서

하이브리드 기반 다이오드 믹서는 Schottky Diodes와 Baluns의 조합을 사용합니다.이 설정은 신뢰성 때문에 널리 사용되며 대부분의 RF 응용 프로그램에 일관된 성능을 제공합니다.그러나, 이들 믹서의 주파수 응답은 Baluns에 의해 제한 될 수 있으며, 이는 특정 고주파 시나리오에서 전체 효율에 영향을 줄 수있다.

그림 4 : 하이브리드 기반 활성 믹서

하이브리드 기반 활성 믹서는 다이오드를 FETS (Field-Effect Transistors)와 같은 활성 구성 요소로 대체합니다.Balun 구조를 유지하는 동안이 수정은 스위칭 속도를 향상시키고 믹서가 더 높은 전력을보다 효과적으로 처리 할 수 ​​있도록합니다.이를 통해 하이브리드 기반 액티브 믹서는 더 빠른 신호 처리 또는 더 큰 전력 용량을 필요로하는 응용 분야에 더 적합합니다.

순수한 활성 믹서는 발룬을 사용하지 않고 반도체 기판에 전적으로 제작 된보다 현대적인 접근법을 나타냅니다.이 설계는 비용을 크게 줄이고 RF 성능을 향상 시켜이 믹서가 특히 현대적인 RF 시스템에 적합합니다.그들은 더 넓은 대역폭을 제공하며 생산하기에 더 비용 효율적이므로 현대 SMT (Surface Mount Technology) 패키지에서 일반적으로 발견됩니다.훨씬 더 까다로운 환경의 경우, 순수한 활성 믹서는 MMIC (Monolithic Micrrowave Integrated Circuits)에 통합되어 광범위한 응용 분야에서 고성능 주파수 변환을 보장합니다.

그림 5 : 스위치 믹서 역전

믹서에서 스위치를 역전시키는 역할

특수한 유형의 이중 균형 균형 믹서 인 스위치 믹서 역전은 브리지 구성에 배열 된 전자 스위치 네트워크에 의존합니다.이 스위치는 로컬 발진기 (LO) 신호에 의해 동기화되며, 이는 RF 신호의 역전을 제어하여 제곱 파로 작동합니다.이 스위칭 메커니즘은 전통적인 아날로그 믹서와는 별도로 스위치 믹서를 역전시켜 무선 수신기 및 스펙트럼 분석기의 민감한 프론트 엔드와 같은 넓은 동적 범위와 저음이 필요한 환경에서 매우 효과적입니다.

운영의 핵심은 LO 신호의 정확한 제어 및 타이밍으로 RF 신호의 정확한 역전을 보장합니다.이 정확한 스위칭 프로세스는 신호 무결성을 유지하고 원치 않는 노이즈를 줄일 수 있습니다.결과적으로, 역전 스위치 믹서 역전 스위치 믹서는 특히 고성능 시스템에서 복잡한 동적 RF 신호를 처리하는 데 특히 적합하며, 명확성을 유지하고 간섭을 최소화하는 것이 최우선 순위입니다.

그림 6 : 이중 균형 믹서

이중 밸런스 믹서의 기본 사항

이중 밸런스 믹서는 4 개의 다이오드와 2 개의 변압기로 구성된 다이오드 링으로 구성된 간단하지만 매우 효과적인 설계에 의존합니다.이 변압기는 불균형 신호를 균형 잡힌 출력으로 변환 할 책임이 있습니다.개념은 간단하지만, 최고 성능을 달성하려면 특히 IF 출력으로 LO 또는 RF 신호가 누출을 방지하기 위해 정확한 구성과 세부 사항에주의를 기울여야합니다.

주요 설계 목표 중 하나는 RF와 IF 포트 간의 높은 격리를 보장하는 것입니다.이것은 균형 다이오드 스위칭을 통해 달성되며, 이는 이들 포트 사이의 직접 신호 흐름을 방지합니다.이 분리는 간섭이 성능을 쉽게 저하시킬 수있는 RF 시스템에서 신호 무결성을 유지합니다.

이중 밸런스 믹서의 주요 구성 요소

이중 균형 믹서에서, 성능은 사용 된 특정 다이오드와 변압기에 크게 달라집니다.이러한 구성 요소는 IMD (Intermodulation Distasion) 및 동적 범위와 같은 주요 요소에 직접적인 영향을 미칩니다.Schottky Barrier 다이오드는 저항력이 낮고 고주파 성능이 우수하기 때문에 일반적으로 사용됩니다.이러한 품질은 스위칭 중에 LO 신호를 제어하는 ​​데 이상적이므로 IMD를 줄이고 전반적인 신호 선명도를 향상시킵니다.

트랜스포머는 똑같이 중요하며 믹서의 대역폭과 전반적인 효율성을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.코어 및 구리 권선의 손실을 최소화하기 위해 신중하게 설계되어야하며, 그렇지 않으면 믹서의 성능을 줄일 수 있습니다.또한 변압기는 임피던스 불일치를 관리하기 위해 원합니다. 이는 제대로 해결되지 않으면 신호 무결성을 저하시킬 수 있습니다.엔지니어는 종종 성능, 크기 및 비용 제약 사이의 올바른 균형을 유지하는 것을 목표로 특정 응용 프로그램을 기반으로 변압기 특성을 미세 조정합니다.

다이오드와 변압기를 최적화하는 것은 올바른 구성 요소를 선택하는 것이 아닙니다.RF 시스템의 특정 요구에 맞게 디자인을 정제하는 것입니다.신중한 선택과 미세 조정은 믹서가 잠재적으로 최대한 활용하여 고성능, 최소한의 왜곡 및 신뢰할 수있는 신호 무결성을 유지하도록합니다.

그림 7 : 이중 균형 FET 믹서

복잡한 RF 시스템에 이중 균형 믹서를 배포합니다

이중 밸런스 믹서를 RF 시스템에 성공적으로 통합하려면 몇 가지 실제 요인에주의를 기울여야합니다.첫 번째 주요 고려 사항은 다이오드에 대한 올바른 구동 레벨을 선택하는 것입니다.이 드라이브 레벨은 과도하게 드라이브를 피하면서 효율적인 스위칭을 보장하기 위해 정확하게 설정되어야하므로 신호 왜곡과 성능 저하를 유발할 수 있습니다.

또 다른 중대한 요인은 RF, LO 및 IF 포트에서 일치하는 임피던스입니다.동적 범위를 최대화하고 시스템의 노이즈를 최소화하려면 적절한 임피던스 매칭이 필요합니다.여기에는 종종 믹서를 미세 조정하는 것이 포함되며 모든 포트의 임피던스가 올바르게 정렬되도록 추가 일치 네트워크가 필요할 수 있습니다.

또한 RF Balun에서 직접 IF 출력을 추출하면 거부가 크게 향상 될 수 있습니다.이 방법은 LO 경로에서 IF 출력을 분리함으로써 더 깨끗하고 정확한 신호를 생성하여 전체 신호 품질 및 변환 정확도를 향상시킵니다.이러한 기술과 조정을 마스터하는 것은 믹서의 성능에 직접적인 영향을 미치고 결과적으로 전체 RF 시스템의 효율성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 운영자에게 적합합니다.

그림 8 : 다이오드 링 더블 밸런스 믹서

다이오드 링 이중 균형 믹서에 대한 통찰력

더 많은 다이오드를 추가하거나 변압기를 조정하는 것과 같은 전통적인 다이오드 링 이중 균형 믹서의 설계를 수정하면 주파수 응답과 전반적인 성능에 큰 영향을 미칩니다.변압기 권선은 더 낮은 주파수에서 믹서의 성능을 결정하는 데 중요한 역할을하는 반면, 다이오드 커패시턴스는 더 높은 주파수에서 심각 해집니다.

이러한 설계 변경으로 믹서를 정확하게 튜닝 할 수 있도록 특정 작동 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.다이오드 수를 신중하게 선택하고 조정하고 변압기 특성을 최적화함으로써 엔지니어는 넓은 주파수 범위에서 믹서의 성능을 향상시킬 수 있습니다.이 수준의 사용자 정의는 믹서가 최신 RF 시스템의 복잡한 요구를 처리하여 다양한 조건에서 신호 무결성을 보존하면서 정확한 주파수 변환을 제공 할 수 있도록합니다.

최상의 결과를 얻으려면 응용 프로그램의 주파수 범위와 성능 요구에 맞게 구성 요소를 미세 조정합니다.이 다이오드 및 변압기 특성의 신중한 균형을 유지하면 믹서가 RF 환경을 요구하는 데있어 효과적으로 작동하여 정밀도와 신뢰성을 모두 제공합니다.

이중 균형 믹서의 응용

이중 밸런스 믹서는 고성능 RF 시스템에서 동적 역할을 수행합니다. 원치 않는 신호를 억제하고 신호 무결성을 보존하십시오.그들의 선형성이 높기 때문에 정밀도가 심각한 고급 통신 및 신호 처리 장비에 필수적입니다.

이러한 믹서를 구축하려면 전문가 개발과 정확한 제조 기술이 필요합니다.전문가는 신중하게 고품질 구성 요소를 선택하고 모든 편차가 믹서의 성능에 영향을 줄 수 있으므로 어셈블리가 세심한 지 확인합니다.이러한 세부 사항에 대한 관심은 최신 RF 응용 프로그램의 까다로운 요구 사항을 충족시키기 위해서는 믹서가 광범위한 조건에서 효율적으로 작동하도록해야합니다.

이 믹서 설계 및 제조에 관여하는 기술은 신뢰성과 직접 연결되어 있습니다.올바르게 제작되면 이중 균형 믹서는 탁월한 성능을 제공하므로 신호 정확도와 일관성이 협력 할 수없는 필요한 통신 인프라의 초석이됩니다.

결론

구성 요소 기술 및 시스템 설계의 발전에 의해 구동되는 이중 균형 믹서의 지속적인 개선은 RF 통신 시스템의 확대 수요와 보조를 맞추기 위해 사용됩니다.가짜 신호를 억제하고 높은 선형성을 유지하는 그들의 능력은 통신에서 정교한 레이더 시스템에 이르기까지 고위험 응용 분야에서 심각성을 뒷받침합니다.RF 기술이 발전함에 따라, 이중 밸런스 믹서의 지속적인 혁신 및 애플리케이션 별 커스터마이제이션은 최신 RF 응용 프로그램이 요구하는 고성능 및 신뢰성을 달성하는 데 지배적입니다.이것은 성능의 모든 성능이 명확성과 혼란의 차이가 될 수있는 구성 요소뿐만 아니라 현대 의사 소통 및 신호 처리 장비의 초석을 만듭니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 이중 균형 믹서의 장점은 무엇입니까?

이중 밸런스 믹서는 RF 응용 분야에서 포트, 출력 및 로컬 발진기 (LO) 사이의 탁월한 분리를 제공하는 능력으로 인해 선호됩니다.이 분리는 LO 신호의 유출을 출력으로 최소화하는 데 도움이되며, 이는 신호 무결성을 유지하고 시스템의 간섭을 방지하는 데 사용됩니다.또 다른 장점은 출력에서 ​​RF 및 LO 주파수의 억제를 포함하여 가짜 반응의 억제이며, 이는 복잡한 신호 환경의 전반적인 성능을 향상시킵니다.이는 실제로 통신 시스템의 신호 변환과 같은 작업에서 믹서가 신호 선명도와 품질을 향상시켜 왜곡없이 더 높은 신호 레벨을 처리한다는 것을 의미합니다.

2. 단일 밸런스 믹서와 이중 균형 믹서의 차이점은 무엇입니까?

주요 차이점은 각 믹서가 신호를 처리하고 다른 회로 부품을 분리하는 방법에 있습니다.단일 밸런스 믹서는 일반적으로 단일 변압기 또는 Balun을 사용하여 이러한 신호 중 하나만 균형을 유지함으로써 LO와 RF 입력 사이의 분리를 제공합니다.이 설정은 믹싱 제품의 일부를 줄이지 만 이중 밸런스 믹서만큼 효과적이지는 않습니다.반면에, 이중 밸런스 믹서는 2 개의 변압기 또는 Balun을 사용하여 RF와 LO 신호의 균형을 유지하여 더 나은 포트 분리와 원치 않는 혼합 제품의 억제를 제공합니다.이는 실제 응용 분야에서 이중 균형 믹서가 레이더 시스템 또는 고급 통신 수신기와 같이 신호 순도 및 격리가 심각한 환경에서 더 효과적이라는 것을 의미합니다.

3. 주파수 믹서의 원리는 무엇입니까?

주파수 믹서는 입력 신호 (RF)와 로컬로 생성 된 신호 (LO)의 두 가지 신호를 혼합하여 주파수를 변환하는 원리에서 작동합니다.믹서는 이러한 신호를 곱하여 출력에 존재하는 원래 주파수의 합계와 차이를 초래합니다.이 원칙은 주파수 번역이라고합니다.실제로, 믹서는 신호를 다른 주파수 대역으로 전환시키는 데 사용되며, 응용 프로그램에 따라 상향 변환 또는 다운 변환.예를 들어, 수신기에서 믹서는 고주파 수 들어오는 신호를보다 쉽게 ​​처리 할 수 ​​있도록 중간 주파수 (IF)로 하향 전환합니다.

4. RF 믹서의 기능은 무엇입니까?

RF 믹서의 주요 기능은 RF 신호 주파수를 다른 주파수로 변경하는 것입니다. 통신 및 레이더 시스템에서 신호 처리에 적합한 프로세스입니다.이를 통해 시스템 내의 다른 단계에 신호를 적응시켜 신호 처리 및 분석이 더 쉬워집니다.예를 들어, 수신기에서 믹서는 안테나에서 고주파 신호를 필터링 및 증폭에보다 관리하기 쉬운 낮은 주파수로 변환하는 데 사용됩니다.

5. RF 스위치의 기능은 무엇입니까?

RF 스위치는 RF 회로의 다른 경로 사이의 신호를 라우팅하는 데 사용되므로 시스템 내에서 다른 신호 경로를 선택할 수 있습니다.이 기능은 다중 대역 통신 시스템에서 다른 안테나 또는 신호 경로를 전환하는 등 다양한 구성 요소 간의 멀티플렉싱이 필요한 시스템에서 사용됩니다.실제로, RF 스위치는 신호 경로 구성의 동적 변경을 허용하여 수동 재구성 없이도 여러 작동 및 응용 프로그램을 지원하여 작동 효율성 및 시스템 다양성을 향상시킵니다.