Mengen

Mengen en frequentie vermenigvuldigers

Beide onderwerpen worden hier gezamelijk onder de "loupe" genomen. Beide moeten absoluut van zelfde pricipes "niet lineaire elementen" gebruik maken.

De frequentie vermenigvuldiger :

Waarom zouden we dat nu gaan doen ? Er is natuurlijk een noodzaak. Een voorbeeld zal dat duidelijk maken. De gebruikte frequenties worden steeds maar hoger. U wenst een tranciever (zend-ontvanger) te gebruiken op 432 MHz (70 cm). Volgens het concept heb ik ergens een stabiel signaal van 288 MHz nodig (het is maar een voorbeeld). Dit signaal zal verder bewerkt (gemengd) met 144 MHz.
Meerdere oplossingen bestaan.

Een oscillator die direct dat gewenst signaal levert is moeilijk en zeker niet stabiel werkend.
Een krtistal op deze frequentie, maar U hebt pech, bestaat niet.
Een PLL (phased loked loop of frequentie synthesizer) op deze freq te complex om dit zinnig signaal te leveren.
Dus uiteindelijk een kwarts en een reeks frequentie vermenigvuldigers/omzetters om tot deze hoge frequentie te komen.

Principe :

Zoals meestal is het pricipe eenvoudig. Vertrekkend van een kristal hebben we een signaal dat zeer stabiel is. We mogen stellen dat dit voor een goedkoop type om en rond 5 à 10 ppm bedraagt. PPM = part per million of 1 Hz voor 1 MHz. Een vb: een xtal van 1 MHz kan trillen op 1MHz, + of - 1 Hz. Leggen we dit stabiel en mooi signaal aan een niet lineaire trap dan zie we een groot aantal signalen onstaan die een veelvoud van de basis frequentie (harmonische) bevat en naast deze basis frequentie ontstaan.

Dank zij specifiek afgestemde kringen is het mogelijk om één enkel maar gewenst onderdeel uit deze rim/ram te halen. Naargelang dat het gewenste resultaat hoger ligt kan het mogelijk zijn om meer dan één trap met afgestemde kring te gebruiken. Het volstaat om verder met zorg te versterken tot het niveau dat gewenst wordt. Let, U moet vooral zorgen dat tussen de kringen voldoende scheiding of isolatie bestaat.

Wij, radio amateurs maken veelvuldig gebruik van deze techniek. Het moet wel duidelijk zijn, wanneer we moeten doen (voor zeer hoge frequenties VHF, UHF, SHF of hoger).

Hierboven ziet U een voorbeeld van een systeem"frequentie vermenigvuldiger'. Als vertrekpunt wordt een Xtal (kristal) oscillator gebruikt en U kan op dat schema afleiden dat de derde harmonische uit die 24 MHz door de filtering wordt gehaald. Het verder verloop is duidelijk. Het eindresultaat is 288 MHz. Noot: de blokken moet U hier zien als versterkers om tot het vermenigvuldigtal te komen. Na een eerste filtering wordt via een spoel koppeling naar de verdubbelingstrap gevoerd. Het princiep moet wel duidelijk zijn.

Om het verhaal wat langer te maken, de energie wordt via inductieve koppeling naar de laatste trap (in dit voorbeeld) als verdubbelaar gekoppeld. De bouw van de afgestemde kringen bepaalt de vermenigvuldigings faktor. Faktoren als 5 of 7 maal zijn mogelijk en van het beoogde doel afhankelijk.

De mengtrap :

Elke niet lineaire kring kan als mengtrap aangewend worden. Stel, we voeren twee signalen F1 en F2 aan zo een kring toe.
We zien als resultaat :
F1 , 2F1 , 3F1 , ... nF1
F2 , 2F2 , 3F2 , ... nF2
F1 + F2
F1 - F2

N kan eender wat zijn
En een combinatie van intermodulatie producten als
2F1 - F2 en 2F2 - F1 voor de derde orde
3F1 - 2F2 en 3F2 - 2F1 voor de vijfde orde enz....

Wiskundig kan men dit allemaal perfect bewijzen maar zou ons wel te ver voeren.

Samen gevat: een element actief of niet ontvangt de twee te mengen signalen. Door een geschikt filter voor ons doel levert het gewenste signaal. Zo eenvoudig is dat.

Nog wat meer uitleg over dit onderwerp:
Op de uitgang vinden we harmonische van rang 1, 2, 3... n... van de twee aangelegde signalen terug.
Wat voor ons nu van meer belang is zijn de som en de verschil frequenties.

Een praktijk voorbeeld :

Aan een goed (voor ons doel ) gepolariseerd transistor worden de twee te mengen signalen aangelegd, zijnde F1 = 14 MHz en F2 = 5 Mhz. Wat mogen we uiteindelijk verwachten ? Vooreerst F1 en F2 zelf. De mengresultaten gebonden aan F1 en F2 zijnde 19 MHz (14+5) en 9 MHz (14-5)

Waarom dat gaan mengen ?

Heel wat toepassingen vragen om een menging. Bijna alle zender / ontvangers hebben er nood aan. Sinds minstens 1935 wordt menging toegepast bij de ontvanger. Sommige modulaties kunnen niet zonder dat er menging aan te pas komt. Detectie of demodulatie kan door menging gebeuren. U ziet het, dit alles om te stellen dat mengen een zeer belangrijke toepassing in de electronica is.

De werking van de mening van twee signalen :

Eigenlijk niet zo moeilijk, wel belangrijk. Zie verder... want heden is dit type mengtrap vrij frequent gebruikt in moderne ontvanger en zenders.

Hiernaast ziet U wat men een synoptisch overzicht. Het werkelijke schema ziet U wat verder in dit betoog. Men noemt dit type ook wel de ring modulator. Op het eerste gezicht lijkt dit schema we raar. Eén uitgang en zoveel signaal toevoer? In elk geval de bedoeling is om op de uitgang de som en verschil frequentie te bekomen. Van de ingangs signalen mag niets meer over zijn. Dit kan enkel gebeuren als een zorgvuldig opbouw vooral wat symmetrie betreft gehandhaafd is. Lijkt ingewikkelder dan dat het is. U ziet twee ingangs signalen en VFO maar eigenlijk gaat het om één enkel want er wordt gebruik gemaakt van transfo's met een bijkomende wikkeling zodat dat tweede signaal 180 ° in faze verschoven is.

Wat gebeurt er met deze signalen :

Een korte uitleg vooraf: U weet het nog, van de VFO is dit het oscillator signaal dat U door het draaien van een knop om een andere stations te ontvangen. Ingang en VFO worden in opositie gezet (180 °) maar op vlak van niveaus gelijk blijven (symetrie). Het VFO is een blokvormig signaal. VFO "A" werkt in op signaal "A" eb VFO "B" doet dat voor het andere "B" (bekijk de figuur hieronder). Het RF signaal wordt in twee gesplitst in twee identieke maar in faze opositie (180 °). Het zelfde doen we voor signaal VFO. Bijzonder is dat het signaal VFO vierkant golven zijn die het RF signaal al dan niet zullen doorlaten. De VFO A werkt in op RFA et le VFO B sur le signal RF B. Als het VFO signaal hoog is (1) dan kan RF doorgaan. Anderzijds, als dit VFO laag is (0) dan wordt dat RF tegengehouden. U kan dat blokvormig VFO zien als een soort schakelaar of wissel.
Op de uitgang vinden we natuurlijk de som van beide signalen terug. We kunnen dit grafisch hieronder volgen (hopelijk).

Indien beide signalen VFO en RF van zelfde frequentie EN in faze zijn wordt de uitgang RF + VFO, en dat is de som van beiden.
Het resultaat verschillend aan 0 maar gaat niet verder en is van geen belang.

Het signaal RF en VFO zijn nog steeds van zelfde frequentie maar 90 ° uit faze.
Dit signaal is voor ons van geen belang, het gemiddeld niveau is = 0.

Maar als VFO niet meer gelijk aan het RFdan wordt de toestand anders. We merken hiernaast dat en nog steeds een componente HF en gemoduleerd door een componente die het verschil VFO - RF is. Het volstaat te filteren om de som of verschil in frequentie er uit te halen. Natuurlijk moet het filter goed op de juiste frequentie afgestemd staan.

Dit is alles , maar zeker niet eenvoudig om te begrijpen. Kan het een troost zijn, men kan een uitleg via tal van wiskunde beter doen uitkomen. Een troost, herlees wat we juist zagen en wat volgt.

Een manier van toepassen , menging bij middel van diodes :

Het type menging dat xwe tot nu zagen is van het type dubbel gebalanceerde mengtrap. Vier "Schottky" diodes . Dit type heeft het voordeel dat zeer laag drempel niveau met snelheid gecombineerd zeer geschikt is voor het schakelen van de beide RF signalen (RFa en RFb 180 ° uit faze). Naast voor zijn er ook nadelen:
1 - De ruisfaktor van dit type mengtrap omwille van de diodes mag op 8 à 10 db genomen worden. Wat meer versterking is dan nodig..
2 - Om de beste eigenschappen te bekomen is een fors LO (VFO) signaal noodzakelijk. 10 dbm minimum is een gangbaar niveau maar maar betekent toch een signaal van 10 mW.
3 - Om de beste werking vergt dit type menging een wat zware belasting. meestal volgens constructie een 50 ohm wat dan weer een moeilijkheid betekend voor de productie.

Een schema van zo een diode mixer (menging):

Uiterlijk presenteert zich zo een mixer als een boosje met 8 pinnetjes. De meest Voorkomende types zijn MCL1, SBL1, SRA1 enz. Ze zijn allen pin compatiebel. Het is mogelijk om signalen tot 500 MHz te mengen. Sommige modellen gelabeld met een H (staat voor "high") en zijn beter op het vlak van intermodulatie maar vragen 17 dbm op de poort LO.

Menging door gebruik van transistoren:

De ring modulator is eigenlijk ouder dan het type dat we nu gaan bespreken. Eén transistor en twee signalen en men kan mengen. Zowel in zenders als ontvangers wordt er gebruik van gemaakt. Enkel moet rekening gehouden worden met de intermodulatie welke hier in vergelijking met de ring mixer heel wat minder scoort. Indien dit onvoldoende vinden we op de uitgang signalen F1, F2, F1 + F2, F1 + F2, 2F1 - F2 en 2F2 - F1 (lees het hoofdstuk aangaande dit indien nodig).

Links een voorbeeld. Een FET transistor werd gebruikt. Het signaal F1 (RF van antenne bv) stuurt men op de gate. De source ontvangt F2. Op de drain vinden we alle mogelijke combinaties maar het filter zorgt voor wat gewenst werd. Het gebruik van een gewoon transistor is zeker evident.

Een ander voorbeeld werd om een mosfet gebouwd (links). Op gate G1 staat één rf en G2 krijgt het andere . Dit schema ziet men frequent in de literatuur voor de amateur.

Deze onzetters hebben nadelen maar ook voordelen. De conversie gain is meegenomen. Immers er is een versterkerprap in gebruik. Het voor is minder belanrijk dan het nadeel.

Een flinke brok maar wel belangrijk dit hoofdstuk. U zal er in Uw loopbaan als radio amateur zeker mee te maken hebben. Dus besteed aan dit hoofdstuk de nodige aandacht.

Terug naar RCL Home page.

Bewerking : ON4AWN, Herman Van Meerbeeck

Beide onderwerpen worden hier gezamelijk onder de "loupe" genomen. Beide moeten absoluut van zelfde pricipes "niet lineaire elementen" gebruik maken.

De frequentie vermenigvuldiger :
Waarom zouden we dat nu gaan doen ? Er is natuurlijk een noodzaak. Een voorbeeld zal dat duidelijk maken. De gebruikte frequenties worden steeds maar hoger. U wenst een tranciever (zend-ontvanger) te gebruiken op 432 MHz (70 cm). Volgens het concept heb ik ergens een stabiel signaal van 288 MHz nodig (het is maar een voorbeeld). Dit signaal zal verder bewerkt (gemengd) met 144 MHz. Meerdere oplossingen bestaan.
Een oscillator die direct dat gewenst signaal levert is moeilijk en zeker niet stabiel werkend. Een krtistal op deze frequentie, maar U hebt pech, bestaat niet. Een PLL (phased loked loop of frequentie synthesizer) op deze freq te complex om dit zinnig signaal te leveren. Dus uiteindelijk een kwarts en een reeks frequentie vermenigvuldigers/omzetters om tot deze hoge frequentie te komen.
Principe :
Zoals meestal is het pricipe eenvoudig. Vertrekkend van een kristal hebben we een signaal dat zeer stabiel is. We mogen stellen dat dit voor een goedkoop type om en rond 5 à 10 ppm bedraagt. PPM = part per million of 1 Hz voor 1 MHz. Een vb: een xtal van 1 MHz kan trillen op 1MHz, + of - 1 Hz.	Leggen we dit stabiel en mooi signaal aan een niet lineaire trap dan zie we een groot aantal signalen onstaan die een veelvoud van de basis frequentie (harmonische) bevat en naast deze basis frequentie ontstaan.

Dank zij specifiek afgestemde kringen is het mogelijk om één enkel maar gewenst onderdeel uit deze rim/ram te halen. Naargelang dat het gewenste resultaat hoger ligt kan het mogelijk zijn om meer dan één trap met afgestemde kring te gebruiken.	Het volstaat om verder met zorg te versterken tot het niveau dat gewenst wordt. Let, U moet vooral zorgen dat tussen de kringen voldoende scheiding of isolatie bestaat.

Wij, radio amateurs maken veelvuldig gebruik van deze techniek. Het moet wel duidelijk zijn, wanneer we moeten doen (voor zeer hoge frequenties VHF, UHF, SHF of hoger).


Hierboven ziet U een voorbeeld van een systeem"frequentie vermenigvuldiger'. Als vertrekpunt wordt een Xtal (kristal) oscillator gebruikt en U kan op dat schema afleiden dat de derde harmonische uit die 24 MHz door de filtering wordt gehaald. Het verder verloop is duidelijk. Het eindresultaat is 288 MHz. Noot: de blokken moet U hier zien als versterkers om tot het vermenigvuldigtal te komen.	Na een eerste filtering wordt via een spoel koppeling naar de verdubbelingstrap gevoerd. Het princiep moet wel duidelijk zijn.

Om het verhaal wat langer te maken, de energie wordt via inductieve koppeling naar de laatste trap (in dit voorbeeld) als verdubbelaar gekoppeld.	De bouw van de afgestemde kringen bepaalt de vermenigvuldigings faktor. Faktoren als 5 of 7 maal zijn mogelijk en van het beoogde doel afhankelijk.



De mengtrap :

Elke niet lineaire kring kan als mengtrap aangewend worden. Stel, we voeren twee signalen F1 en F2 aan zo een kring toe. We zien als resultaat : F1 , 2F1 , 3F1 , ... nF1 F2 , 2F2 , 3F2 , ... nF2 F1 + F2 F1 - F2 N kan eender wat zijn En een combinatie van intermodulatie producten als 2F1 - F2 en 2F2 - F1 voor de derde orde 3F1 - 2F2 en 3F2 - 2F1 voor de vijfde orde enz....
Wiskundig kan men dit allemaal perfect bewijzen maar zou ons wel te ver voeren.
Samen gevat: een element actief of niet ontvangt de twee te mengen signalen. Door een geschikt filter voor ons doel levert het gewenste signaal. Zo eenvoudig is dat.
Nog wat meer uitleg over dit onderwerp: Op de uitgang vinden we harmonische van rang 1, 2, 3... n... van de twee aangelegde signalen terug. Wat voor ons nu van meer belang is zijn de som en de verschil frequenties.

Een praktijk voorbeeld :
Aan een goed (voor ons doel ) gepolariseerd transistor worden de twee te mengen signalen aangelegd, zijnde F1 = 14 MHz en F2 = 5 Mhz. Wat mogen we uiteindelijk verwachten ?	Vooreerst F1 en F2 zelf. De mengresultaten gebonden aan F1 en F2 zijnde 19 MHz (14+5) en 9 MHz (14-5)

Waarom dat gaan mengen ?
Heel wat toepassingen vragen om een menging. Bijna alle zender / ontvangers hebben er nood aan. Sinds minstens 1935 wordt menging toegepast bij de ontvanger. Sommige modulaties kunnen niet zonder dat er menging aan te pas komt. Detectie of demodulatie kan door menging gebeuren. U ziet het, dit alles om te stellen dat mengen een zeer belangrijke toepassing in de electronica is.
De werking van de mening van twee signalen :
Eigenlijk niet zo moeilijk, wel belangrijk. Zie verder... want heden is dit type mengtrap vrij frequent gebruikt in moderne ontvanger en zenders.
Hiernaast ziet U wat men een synoptisch overzicht. Het werkelijke schema ziet U wat verder in dit betoog. Men noemt dit type ook wel de ring modulator. Op het eerste gezicht lijkt dit schema we raar. Eén uitgang en zoveel signaal toevoer? In elk geval de bedoeling is om op de uitgang de som en verschil frequentie te bekomen. Van de ingangs signalen mag niets meer over zijn. Dit kan enkel gebeuren als een zorgvuldig opbouw vooral wat symmetrie betreft gehandhaafd is. Lijkt ingewikkelder dan dat het is. U ziet twee ingangs signalen en VFO maar eigenlijk gaat het om één enkel want er wordt gebruik gemaakt van transfo's met een bijkomende wikkeling zodat dat tweede signaal 180 ° in faze verschoven is.
Wat gebeurt er met deze signalen :
Een korte uitleg vooraf: U weet het nog, van de VFO is dit het oscillator signaal dat U door het draaien van een knop om een andere stations te ontvangen. Ingang en VFO worden in opositie gezet (180 °) maar op vlak van niveaus gelijk blijven (symetrie). Het VFO is een blokvormig signaal. VFO "A" werkt in op signaal "A" eb VFO "B" doet dat voor het andere "B" (bekijk de figuur hieronder). Het RF signaal wordt in twee gesplitst in twee identieke maar in faze opositie (180 °). Het zelfde doen we voor signaal VFO. Bijzonder is dat het signaal VFO vierkant golven zijn die het RF signaal al dan niet zullen doorlaten. De VFO A werkt in op RFA et le VFO B sur le signal RF B. Als het VFO signaal hoog is (1) dan kan RF doorgaan. Anderzijds, als dit VFO laag is (0) dan wordt dat RF tegengehouden. U kan dat blokvormig VFO zien als een soort schakelaar of wissel. Op de uitgang vinden we natuurlijk de som van beide signalen terug. We kunnen dit grafisch hieronder volgen (hopelijk).

	Indien beide signalen VFO en RF van zelfde frequentie EN in faze zijn wordt de uitgang RF + VFO, en dat is de som van beiden. Het resultaat verschillend aan 0 maar gaat niet verder en is van geen belang. Het signaal RF en VFO zijn nog steeds van zelfde frequentie maar 90 ° uit faze. Dit signaal is voor ons van geen belang, het gemiddeld niveau is = 0. Maar als VFO niet meer gelijk aan het RFdan wordt de toestand anders. We merken hiernaast dat en nog steeds een componente HF en gemoduleerd door een componente die het verschil VFO - RF is. Het volstaat te filteren om de som of verschil in frequentie er uit te halen. Natuurlijk moet het filter goed op de juiste frequentie afgestemd staan.
Dit is alles , maar zeker niet eenvoudig om te begrijpen. Kan het een troost zijn, men kan een uitleg via tal van wiskunde beter doen uitkomen. Een troost, herlees wat we juist zagen en wat volgt.

Een manier van toepassen , menging bij middel van diodes :
Het type menging dat xwe tot nu zagen is van het type dubbel gebalanceerde mengtrap. Vier "Schottky" diodes . Dit type heeft het voordeel dat zeer laag drempel niveau met snelheid gecombineerd zeer geschikt is voor het schakelen van de beide RF signalen (RFa en RFb 180 ° uit faze). Naast voor zijn er ook nadelen: 1 - De ruisfaktor van dit type mengtrap omwille van de diodes mag op 8 à 10 db genomen worden. Wat meer versterking is dan nodig.. 2 - Om de beste eigenschappen te bekomen is een fors LO (VFO) signaal noodzakelijk. 10 dbm minimum is een gangbaar niveau maar maar betekent toch een signaal van 10 mW. 3 - Om de beste werking vergt dit type menging een wat zware belasting. meestal volgens constructie een 50 ohm wat dan weer een moeilijkheid betekend voor de productie.

Een schema van zo een diode mixer (menging):
	Uiterlijk presenteert zich zo een mixer als een boosje met 8 pinnetjes. De meest Voorkomende types zijn MCL1, SBL1, SRA1 enz. Ze zijn allen pin compatiebel. Het is mogelijk om signalen tot 500 MHz te mengen. Sommige modellen gelabeld met een H (staat voor "high") en zijn beter op het vlak van intermodulatie maar vragen 17 dbm op de poort LO.

Menging door gebruik van transistoren:
De ring modulator is eigenlijk ouder dan het type dat we nu gaan bespreken. Eén transistor en twee signalen en men kan mengen. Zowel in zenders als ontvangers wordt er gebruik van gemaakt. Enkel moet rekening gehouden worden met de intermodulatie welke hier in vergelijking met de ring mixer heel wat minder scoort. Indien dit onvoldoende vinden we op de uitgang signalen F1, F2, F1 + F2, F1 + F2, 2F1 - F2 en 2F2 - F1 (lees het hoofdstuk aangaande dit indien nodig).
	Links een voorbeeld. Een FET transistor werd gebruikt. Het signaal F1 (RF van antenne bv) stuurt men op de gate. De source ontvangt F2. Op de drain vinden we alle mogelijke combinaties maar het filter zorgt voor wat gewenst werd. Het gebruik van een gewoon transistor is zeker evident.
	Een ander voorbeeld werd om een mosfet gebouwd (links). Op gate G1 staat één rf en G2 krijgt het andere . Dit schema ziet men frequent in de literatuur voor de amateur.
Deze onzetters hebben nadelen maar ook voordelen. De conversie gain is meegenomen. Immers er is een versterkerprap in gebruik. Het voor is minder belanrijk dan het nadeel.

Een flinke brok maar wel belangrijk dit hoofdstuk. U zal er in Uw loopbaan als radio amateur zeker mee te maken hebben. Dus besteed aan dit hoofdstuk de nodige aandacht.