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, Російська Федерація https://orcid.org/0000-0001-8407-6528
  • Ольга Андреевна Головань Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Російська Федерація 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

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

Розділ

Оригінальні статті