Анализ диодных смесителей методом узловых потенциалов в обобщенном матричном виде в частотной области. Часть 1: Коэффициент передачи

Автор(и)

  • Александр Станиславович Коротков Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Russian Federation https://orcid.org/0000-0001-8407-6528
  • Ольга Андреевна Головань Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Russian Federation https://orcid.org/0000-0002-0950-1333

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022020030

Ключові слова:

диодные преобразователи частоты, метод узловых потенциалов, коэффициент передачи, балансные смесители, двойные балансные смесители, тройные балансные смесители

Анотація

В статье представлен метод анализа диодных преобразователей частоты в базисе узловых потенциалов в обобщенном матричном виде в частотной области. На основе данного метода получены теоретические выражения для коэффициентов передачи трех схем диодных преобразователей частоты: балансной, двойной балансной и тройной балансной. Представлены выражения для оценки максимально достижимых значений коэффициентов передачи. Получены зависимости коэффициентов передачи смесителей от сопротивления нагрузки и амплитуды напряжения гетеродина. Показано, что изменение значений сопротивления нагрузки и амплитуды напряжения гетеродина позволяет максимизировать коэффициент передачи смесителя. Представленные результаты моделирования трех схем диодных преобразователей частоты подтверждают высокую точность расчетов. Ошибка не превышает 3 дБ. Результаты расчетов и моделирования представлены для двух режимов работы: гармонического сигнала гетеродина («неинтенсивный» режим), и импульсного сигнала гетеродина («интенсивный» режим).

Посилання

C. Bose, R. Pal, M. K. Mandai, “Design of a wideband down-conversion mixer in X-band,” in 2018 3rd International Conference on Microwave and Photonics (ICMAP), 2018, pp. 1–2, doi: https://doi.org/10.1109/ICMAP.2018.8354596.

S. Pegwal, M. P. Abegaonkar, A. Basu, S. K. Koul, “Single balanced mixer for UWB applications,” in 2018 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2018, pp. 1–3, doi: https://doi.org/10.1109/RFIT.2018.8524103.

M. N. Do, D. Langrez, J.-F. Villemazet, J.-L. Cazaux, “Double and triple balanced wideband mixers integrated in GaAs technology,” in 2010 Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimeter-Wave Circuits, 2010, pp. 85–88, doi: https://doi.org/10.1109/INMMIC.2010.5480129.

S. T. Choi, Y. J. Kim, Y. H. Kim, D. H. Lee, C. T. Choi, “A novel uniplanar ultra-broadband double doubly balanced mixer for high dynamic range applications,” in 2009 European Microwave Conference (EuMC), 2009, pp. 65–68, doi: https://doi.org/10.23919/EUMC.2009.5295994.

K. Pushpa, P. Mondal, A. Singh, “A dual-band subharmonic mixer with high RF-IF isolation,” in 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium - Fall (PIERS - FALL), 2017, pp. 1183–1189, doi: https://doi.org/10.1109/PIERS-FALL.2017.8293312.

J.-C. Kao, K.-Y. Lin, C.-C. Chiong, C.-Y. Peng, H. Wang, “A W-band high LO-to-RF isolation triple cascode mixer with wide IF bandwidth,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 62, no. 7, pp. 1506–1514, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2323020.

W. Mohyuddin, G. H. Lee, D. H. Kim, I. B. Kim, H. C. Choi, K. W. Kim, “A compact double-balanced diode ring mixer for wideband applications,” in 2018 48th European Microwave Conference (EuMC), 2018, pp. 648–651, doi: https://doi.org/10.23919/EuMC.2018.8541547.

M. Hrobak, W. Stein, M. Sterns, M. Schramm, L.-P. Schmidt, “A hybrid broadband microwave triple balanced mixer based on silicon crossed quad diodes,” in 2012 42nd European Microwave Conference, 2012, pp. 5–8, doi: https://doi.org/10.23919/EuMC.2012.6459257.

W. Yun, V. Sundaram, M. Swaminathan, “A triple balanced mixer in multi-layer Liquid Crystalline Polymer (LCP) substrate,” in 2007 Proceedings 57th Electronic Components and Technology Conference, 2007, pp. 2000–2005, doi: https://doi.org/10.1109/ECTC.2007.374076.

А. С. Коротков, “Двойной балансный смеситель на МОП-транзисторах,” Микроэлектроника, vol. 40, no. 2, pp. 128–140, 2011, uri: https://elibrary.ru/item.asp?id=15609297.

H.-K. Chiou, H.-H. Lin, “A miniature MMIC double doubly balanced mixer using lumped dual balun for high dynamic receiver application,” IEEE Microw. Guid. Wave Lett., vol. 7, no. 8, pp. 227–228, 1997, doi: https://doi.org/10.1109/75.605486.

T. N. Ton et al., “An X-band monolithic double double-balanced mixer for high dynamic receiver application,” in IEEE Symposium on Microwave and Millimeter-Wave Monolithic Circuits, 1990, pp. 115–118, doi: https://doi.org/10.1109/MCS.1990.110952.

E. Camargo, B. Henderson, Microwave Mixer Technology and Applications. Boston: Artech House, 2013, uri: https://uk.artechhouse.com/Microwave-Mixer-Technology-and-Applications-P1592.aspx.

Б. М. Богданович, Нелинейные Искажения в Приемно-Усилительных Устройствах. Москва: Связь, 1980.

Б. М. Богданович, Ed., Методы Нелинейных Функционалов в Теории Электрической Связи. Москва: Радио и связь, 1990.

Ю. I. Шаповалов, Д. Р. Бачик, Р. Романюк, І. Шаповалов, “Параметричні матричні моделі лінійних параметричних кіл і їх елементів у частотній області,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 64, no. 8, pp. 476–488, 2021, doi: https://doi.org/10.20535/s0021347021080021.

N. Vitee, H. Ramiah, P.-I. Mak, J. Yin, R. P. Martins, “A 3.15-mW +16.0-dBm IIP3 22-dB CG inductively source degenerated balun-LNA mixer with integrated transformer-based gate inductor and IM2 injection technique,” IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., vol. 28, no. 3, pp. 700–713, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TVLSI.2019.2950961.

M. Mollaalipour, H. Miar-Naimi, “Design and analysis of a highly efficient linearized CMOS subharmonic mixer for zero and low-IF applications,” IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., pp. 1–11, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TVLSI.2015.2504486.

A. Ebrahimi, M. J. Hemmati, A. Hakimi, K. Afrooz, “A new low-power and high-linearity CMOS bulk-injection mixer in 0.13 um technology,” in Electrical Engineering (ICEE), Iranian Conference on, 2018, pp. 108–113, doi: https://doi.org/10.1109/ICEE.2018.8472644.

J. Jiang, D. M. Holburn, “Design and analysis of a low-power highly linear mixer,” in 2009 European Conference on Circuit Theory and Design, 2009, pp. 675–678, doi: https://doi.org/10.1109/ECCTD.2009.5275084.

V. Gutta, T. Fattorini, A. Parker, “Intermodulation nulling in anti-parallel diode pair mixers,” in 2006 Asia-Pacific Microwave Conference, 2006, pp. 461–464, doi: https://doi.org/10.1109/APMC.2006.4429463.

A. Korotkov, O. Golovan, “Theory and analysis of the diode frequency mixers: generalized matrix approach (Part I: transfer function),” in 2021 International Symposium on Signals, Circuits and Systems (ISSCS), 2021, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/ISSCS52333.2021.9497445.

Принципиальная схема балансного диодного смесителя

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-15

Як цитувати

Коротков, А. С., & Головань, О. А. (2022). Анализ диодных смесителей методом узловых потенциалов в обобщенном матричном виде в частотной области. Часть 1: Коэффициент передачи. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(2), 95–109. https://doi.org/10.20535/S0021347022020030

Номер

Том 65 № 2 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.