يمكن أن يكون أداء خلاط التردد اللاسلكي عنصراً محورياً في العملية الشاملة لتصميم أو نظام دائرة التردد اللاسلكي، حيث أنّ اختيار الخلاط الصحيح هو مفتاح التصميم، وعلى الرغم من أنّ العديد من التصميمات تستخدم خلاطات نشطة صغيرة داخل الدائرة الكلية المصنوعة من مكونات إلكترونية منفصلة، إلّا أنّ العديد من التصميمات الأخرى هي وحدات الخلط عالية الأداء أو الدوائر المتكاملة.
ما هو الخلاط Mixer؟
الخلاط “Mixer”: هو مكون من ثلاثة منافذ يقوم بمهمة تحويل التردد، حيث تقوم بترجمة تردد الإشارة الداخلة إلى تردد مختلف، وهذه الوظيفة حيوية لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الرادار العسكري واتصالات الأقمار الصناعية ومحطات القاعدة الخلوية، كما تستخدم لأداء كل من تحويل التردد إلى أعلى وخفض التحويل.
سواء كان الخلاط مصمماً من مكونات منفصلة أو وحدة نمطية أو دائرة متكاملة يتم شراؤها، فإنّ مواصفات وأداء الخلاط هو المفتاح، حيث يعمل اثنان من منافذ الخلاط الثلاثة كمدخلات، بينما يعمل المنفذ الآخر كمنفذ إنتاج، وينتج الخلاط المثالي ناتجاً يتكون من مجموع ترددات الفرق والإشارات الداخلة الخاصة به.
f out = f in1 ± f in2
كما تُعرف المنافذ الثلاثة للخلاط بمنافذ التردد المتوسط ”IF” والتردد اللاسلكي “RF” والمذبذب المحلي “LO”، وعادةً ما يكون منفذ “LO” منفذ إدخال، كما يمكن استخدام منفذي “RF” و”IF” بالتبادل، اعتماداً على ما إذا كان الخلاط يستخدم لإجراء تحويل أعلى أو تحويل منخفض، وعادةً ما تكون إشارة “LO” هي أقوى إشارة يتم إدخالها في جهاز الخلط، كما يعتمد مستوى محرك “LO” المطلوب على عدة عوامل، بما في ذلك تكوين الخلاط وتقنية الجهاز.
عند استخدام خلاط لإجراء تحويل منخفض، تدخل الإشارة الداخلة إلى منفذ “RF” وتدخل إشارة “LO” إلى منفذ “LO”، حيث تنتج إشارات الإدخال هاتين إشارة ناتج عند منفذ “IF”، كما أنّ تردد إشارة النواتج هذه تساوي اختلاف تردد إشارة الإدخال التردد الراديوي وتردد إشارة “LO”.
أمّا عند استخدام جهاز مزج لإجراء تحويل، تدخل إشارة الإدخال إلى منفذ “IF” وتدخل إشارة “LO” إلى منفذ “LO”، كما تنتج إشارات الإدخال هاتين إشارة ناتج عند منفذ التردد اللاسلكي، وتردد إشارة النواتج هذه تساوي مجموع تردد إشارة إدخال “IF” وتردد إشارة “LO”، حيث عادةً ما يكون التحويل الأعلى جزءاً من جهاز الإرسال، بينما يُستخدم التحويل المنخفض عادةً في جهاز الاستقبال.
- “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.
- “LO” هي اختصار لـ “Local Oscillator”.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.
معلمات أداء الخلاط:
أولاً: خسارة التحويل:
في الخلاطات السلبية، يتم تعريف خسارة التحويل على أنّها الاختلاف في مستوى الإشارة بين سعة إشارة الإدخال وسعة إشارة النواتج المرغوبة، وفي الخلاط المستخدم للتحويل المنخفض تكون خسارة التحويل هي الفرق بين سعة إشارة دخل التردد اللاسلكي وسعة إشارة ناتج “IF”، وفي الخلاط المستخدم للتحويل تكون خسارة التحويل هي الفرق بين سعة إشارة دخل “IF” وسعة إشارة ناتج التردد اللاسلكي.
يتم التعبير عن فقد التحويل كرقم موجب بالديسيبل، والقيم النموذجية لفقد التحويل يمكن أن تتراوح من “4.5 ديسيبل” إلى “9 ديسيبل” اعتماداً على الخلاط، وقيم فقد التحويل من “6 ديسيبل” إلى “8 ديسيبل” شائعة في الخلاطات القياسية مزدوجة التوازن، بينما الخلاطات ثلاثية الموازنة بشكل عام لديها خسارة تحويل أعلى من الخلاطات مزدوجة التوازن، ومن الممكن أيضاً تحقيق كسب تحويل في الخلاطات النشطة.
في الخلاطات ذات التحويل السفلي، سيتم تحويل تردد الصورة مباشرةً إلى موضع “IF” جنباً إلى جنب مع تردد “IF” نفسه، حيث في الخلاطات ذات التحويل الأعلى سيكون تردد الصورة نطاقاً جانبياً غير مرغوب فيه، والذي له اتساع عند نفس مستوى الإشارة المطلوبة، كما يجب تصفية تردد الصورة هذا في التحويل، وهناك خلاطات مصممة خصيصاً لرفض الصور والتي تقوم بوظيفة إزالة ترددات الصور هذه.
ثانياً: نطاق التردد:
تم تحديدها لجميع منافذ جهاز مزج الترددات اللاسلكية، وهي تشمل منافذ “RF” و”LO” و”IF”، وهذا هو النطاق الذي تم تصميم الخلاط من أجله لتوفير الأداء الأمثل حسب الحاجه.
ثالثاً: مستوى الطاقة:
مستوى الطاقة: هو مستوى طاقة الإشارة التي سيتم تغذيتها في منافذ جهاز الخلط، وعادةً ما يتم تحديد مستوى طاقة “LO”، وهذا مطلوب كجزء من القاعدة العامة لاستخدام الخلاطات في تصميم دائرة التردد الراديوي.
يجب أن يكون مستوى قدرة “LO” أعلى بمقدار “15-20 ديسيبل” من طاقة التردد اللاسلكي لتحقيق الأداء الأمثل، كما يساعد هذا في تحديد مستوى الطاقة لمنفذ الإدخال الآخر، إمّا “RF” أو “IF” مقارنةً بمنفذ إدخال “LO”.
رابعاً: ضغط 1 ديسيبل:
ضغط 1 ديسيبل: هو طاقة إدخال مطلوبة لزيادة فقد التحويل بقيمة “1 ديسيبل” من المستوى المثالي، كما تعتبر نقطة الانضغاط مقياساً لخطية خلاط الترددات الراديوية، حيث أثناء تصميم مستويات الطاقة في خط دائرة التردد الراديوي يجب أن تكون طاقة النواتج أقل من نقطة ضغط الإنتاح “1 ديسيبل” لجهاز الخلاط إلى قدر كبير معين، وإذا لم يتم الاهتمام بهذا فسيؤدي ذلك إلى تشبع الجهاز.
بسبب عمل الخلاط العادي، ستكون خسارة التحويل ثابتة بغض النظر عن طاقة الإدخال، حيث إذا زادت طاقة الإدخال بمقدار “1 ديسيبل”، فستزيد طاقة الإنتاج بمقدار “1 ديسيبل” وفقاً لذلك، ومع ذلك عندما تصبح طاقة الإدخال كبيرة جداً من حيث الحجم لن توجد طاقة إنتاج من 1 ديسيبل إلى 1 ديسيبل ويختلف الإنتاج في العلاقة غير الخطية مع المدخلات.
خامساً: العزل:
العزل: هو مقياس مقدار الطاقة التي تتسرب من منفذ خلاط إلى آخر، حيث يتم تحقيق عزل المنفذ المطلوب باستخدام دائرة موازنة الخلاط واستخدام تقاطعات هجينة في الأماكن المناسبة، وعادةً ما يتم تحديد عزل “LO” إلى “RF”، كما تتراوح قيم العزلة النموذجية بين “15 ديسيبل” إلى” 25 ديسيبل”.
عملياً سيكون هناك قدر من تسرب الطاقة في منافذ “LO” و”RF” و”IF”، كما يتم قياس العزل على أنّه اختلاف في إشارة طاقة الإدخال وقوة التسرب المتوفرة في المنافذ الأخرى، فعلى سبيل المثال إذا تم تغذية إشارة الإدخال في منفذ “LO” وتم الحصول على ناتج في منفذ “RF”، فسيتم التعبير عن العزل “dB” بين هذين المنفذين على النحو التالي:
Isolation = Pin LO -Pout RF
تكون العزلة بين المنافذ متبادلة وبالتالي يتم قياسها في اتجاه واحد فقط، وعزل الخلاط من المنفذ 1 إلى المنفذ 2 هو نفسه من المنفذ 2 إلى المنفذ 1، حيث تم تحديد الأنواع الثلاثة لعزل الخلاط كعزل “LI” وعزل “LR” وعزل “RI”.
سادساً: نسبة VSWR:
إذا كان الخلاط “VSWR” مثالياً، فسيكون هناك حد أدنى من الانعكاسات، وعلى الرغم من أنّ “VSWR” أقل أهمية في تصميم دائرة التردد الراديوي، إلّا أنّه يتم استخدامه كمعامل مطابقة للدوائر في المنافذ الثلاثة لجهاز الخلاط.
- “VSWR” هي اختصار لـ “Voltage Standing Wave Ratio”.
سابعاً: رقم الضوضاء:
رقم الضوضاء: هي نسبة “SNR” عند الإدخال إلى “SNR” عند النواتج، حيث يتم تقريبه بقيمة خسارة تحويل الخلاط، وبالنسبة لتطبيقات الطاقة المنخفضة، يجب أن يكون فقدان التحويل والضوضاء ذات قيم منخفضة.
- “SNR” هي اختصار لـ “Signal to Noise Ratio”.
ثامناً: رفض الصورة :
بالنسبة لخلاطات “I / Q” وخلاطات رفض الصور، كما يتم تحديد قيمة الرفض هذه في ورقة بيانات جهاز الخلط.
