Was ist ein Frequenzmischer?
Ein Frequenzmischer ist eine nichtlineare oder multiplizierende elektrische Schaltung, die in der Lage ist, kontinuierliche Summen- und Differenzfrequenzen von zwei oder mehr Eingangssignalen zu erzeugen. Das Gerät ist in Telekommunikationssendern und -empfängern weit verbreitet. Die mathematischen Produkte sinusförmiger Signale wirken sich additiv und subtraktiv auf die resultierenden Frequenzen aus. In dem gemeinsamen Überlagerungsempfänger sind beispielsweise die Frequenzmischereingänge das ankommende Hochfrequenzsignal (RF-Signal) und das Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) und die resultierende Summe oder Differenz der beiden Eingänge ist die Zwischenfrequenz (IF). Neben den Summen- und Differenzfrequenzen gibt es andere Ausgänge mit kleineren Amplituden, einschließlich Oberschwingungen höherer Frequenz oder höherer Ordnung.
Die Verwendung der ZF-Verstärkerstufen vereinfacht die ersten HF-Verstärkerstufen des Empfängers. Normalerweise muss nur eine Front-End-Stufe über das Empfängerband abstimmbar sein. Die übrigen HF-Verstärker nach dem Frequenzmischer sind nur auf die ZF abgestimmt. Ein spezieller Mischer, der als subharmonischer Mischer bezeichnet wird, kann eine LO-Frequenz eingeben, die der Hälfte der erforderlichen Frequenz entspricht, durch ein nichtlineares Gerät laufen und effektiv eine LO mit der doppelten ursprünglichen Frequenz erzeugen.
Bei Verwendung von Vakuumröhren oder -trioden konnte ein Gitter zwischen der Kathode und der Anode den Elektronenfluss steuern. Bei richtiger Auslegung konnte die Triode HF-Signale verstärken und schwingen, wenn die richtigen passiv abgestimmten Tankkreise als Frequenzreferenz verwendet wurden. Die Triode wurde entwickelt, um mehr als ein Steuergitter zu haben. In den frühen 1900er Jahren wurde der Pentagrid-Wandler als Frequenzmischer verwendet, bei dem eine Triode mit vier zusätzlichen Gittern die Verstärker-, Oszillator- und Mischerfunktionen ausführte, was zu einem einzelnen Vakuum-Front-End für Empfänger führte.
Ringmodulation ermöglicht die Verwendung von Transformatoren und einer Brückendiodenkonfiguration, um die gewünschte Multiplikation der Nachricht und der Trägerfrequenz zu erzeugen. Das Ergebnis ist ein Frequenzspektrum mit einer Frequenzverschiebung der Nachricht um einen der Trägerfrequenz entsprechenden Betrag. Auf der Empfängerseite kann der Produktdetektor verwendet werden, um den modulierten Träger und die Trägerreferenzfrequenz einzugeben, um die ursprüngliche Nachricht wiederherzustellen.
Eine Gilbert-Zelle ist eine Bipolartransistorschaltung, die die Stromverstärkung von direkt gekoppelten Bipolartransistorstufen nutzt, um die erforderliche analoge Multiplikation zur Erzeugung von Frequenzmischerausgängen zu erzeugen. Das erste Eingangssignal wird den Basisanschlüssen von zwei als Differenzpaar arbeitenden Transistoren zugeführt, während der zweite Eingang den Basisanschlüssen von zwei Differenzpaaren von Transistoren mit Emittern zugeführt wird, die die Kollektorströme für das Differenzpaar für den ersten Eingang liefern Signal. Der resultierende Ausgang steht an den Kollektoren der Differenzpaare für das zweite Eingangssignal zur Verfügung.
Der Frequenzmischer kann auch als Frequenzvervielfacher arbeiten. Wenn das gleiche Signal dem Eingang eines Frequenzmischers zugeführt wird, enthalten die Ausgangsfrequenzen ganzzahlige Vielfache der Eingangsfrequenz. Die zweite und dritte Harmonische stehen am Ausgang zur Verfügung, wobei die zweite Harmonische einen höheren Pegel als die dritte Harmonische hat.