45 MHz Aufwärtsmischer (Schaltmischer)

    Hallo Praktiker!


    Seit einigen Jahren geistert nun die Verwendung von Schaltmischern in H-Mode Topologie durch diverse Foren oder Web-Sites. Auch hier im Forum wurde immer wieder kurz darüber diskutiert.


    Ebenso lange plane ich ein Projekt bei dem ich einen H-Mode Mixer als Aufwärtsmischer mit 45 MHz ZF einsetzen möchte (siehe auch Bild).
    Leider gibt es dazu recht wenig zu finden.


    Auf der Web-Site von Martein, PA3AKE, findet sich ein Konzept von Colin Horrabin, G3SBI, aber leider ohne Details. Angeblich wird ein FSA3157 (so wie bei Martins Abwärtsmischer) eingesetzt. Aber taugt der tatsächlich für 45 MHz IF ??


    Andere Projekte (auch kommerzielle wie z.B. IC-R9500) verwenden den SD5400 (= 4x DMOS Analog Switch). Der hat traumhafte Schaltzeiten, aber "hohen" Ron und ist kaum verfügbar.


    Meine Fragen zum Thema:
    Experimentiert gerade jemand mit den genannten Bausteinen (oder ähnlichen) als Aufwärtsmischer?
    Kennt jemand neue erschwingliche und verfügbare Schalter wie den FSA3157, aber mit kürzeren Schaltzeiten bei sonst gleichen oder besseren Daten (Ron, crosstalk, isolation)?
    Hat jemand gar ein fertiges Projekt oder kennt eine entsprechende Web-Site?


    Ich werde diesen Herbst einen H-Mode Mixer für 45 MHz aufbauen (Teile nun alle vorhanden), habe aber leider nicht den notwendigen Messgerätepark um wirklich fundierte Messungen durchführen zu können.
    Einen Erfahrungsaustausch würde ich dennoch sehr begrüßen (ev. gleich auf das ganze Front End ausgeweitet: welches Roofingfilter, Post Mixer Amp, Diplexer etc.).


    Die 45 MHz IF kann dann herkömmlich (z.B. 455 kHz Konzept) weiterverarbeitet werden oder z.B. per LT5575 in ein I/Q Signal für SDR Konzepte umgesetzt oder auch direkt digitalisiert werden (DSP-Konzepte).


    Beste Grüße
    Christian

    Hallo Uwe!


    Zitat

    Den H-Mode Mischer habe ich auch schon lange im Blickpunkt, aber nicht bei ZF=45MHz.


    Genau das ist das "Problem". Bei 9 MHz gibt es ja die wunderbaren Versuche von Martein, PA3AKE, aber was ist bei der hochliegenden 45 MHz ZF?


    Die Mischer mit den SD5x00 oder den selektierten Einzel-DMOS würden gehen, aber nur mit doch beträchtlichem Aufwand (Substrat-Spannung, Bias, Hohe LO Spannung).


    Ich hoffe immer noch, dass inzwischen Schalter entwickelt wurden, die eine 45 MHz ZF zulassen (bei HF = 30 MHz max.). Oder schafft das sogar der FSA3157? Das ist die Frage.
    Gibt es Ergebnisse von Experimenten damit?


    Im Hinterkopf behalte ich mir deine SDxxxx Schätze.


    Beste Grüße
    Christian

    73 de Chris, OE3HBW

    Hallo Christian,


    der FSA3157 sollte bei 45 MHz gehen. Ich sehe allerdings das Problem der Streuungen der Schaltzeiten, wodurch die Seitenbandunterdrückung nicht stabil ist. Ich habe noch ein neues IC gefunden, was vielleicht brauchbar ist, der RF2463. Dieses IC ist ein HF Schalter bis 2,5 GHz, kann 30 dBm Input ab und hat ein AusgangsIP3 von 39 dBm. Max verkraftet es 8V DC. Die Dämpfung bei 900 MHz beträgt 1 dB. Dies entspricht etwa 5 Ohm Ron. Leider sind keine Schaltzeiten angegeben. Vielleicht ist es aber eine Alternative. Ansonsten ist der AD831 immer noch eine gute Wahl.


    Beste Grüße
    Gerd

    Zitat

    Original von chirt
    Im Hinterkopf behalte ich mir deine SDxxxx Schätze.


    Chris,


    den SD5000 gibts bei EBay unter Artikelnummer 350214601928 recht gümstig im 4er-Pack für 7 Eu.


    73 Sven


    Edit 7.9. 11:17 Uhr: Und schon gibts keine mehr. Ging ja schnell.

    Einmal editiert, zuletzt von DM1ADM ()

    Hallo Christian,


    ich sehe bei Deinem Schaltplan im Eingangsposting (den ich nebenbei grafisch total klasse finde!) keinen DC-Pfad der Signale im Mischerbereich zur Betriebsmasse der Schalter-IC. Könnte das evtl. zu Potentialproblemen der Schalter führen?


    Gruß
    Uwe


    P.S.: Sorry, jetzt sehe ich ihn doch: über die BIAS-Spannung.

    Einmal editiert, zuletzt von UweR. ()

    Hallo, Christian,


    Zitat

    Original von chirt
    Genau das ist das "Problem". Bei 9 MHz gibt es ja die wunderbaren Versuche von Martein, PA3AKE, aber was ist bei der hochliegenden 45 MHz ZF?


    imo funktionieren diese Schalter bei der hohen ZF tadellos. Selbst ein 74HC4066 läßt sich einsetzen, allerdings steigt die Durchgangsdämpfung von ca. 5dB bei LO=25MHz auf 7dB bei 50MHz und schließlich recht schnell auf 9dB bei 70MHz, der Schalter schließt und öffnet bei den hohen Frequenzen nicht mehr vollständig, was sich wohl in steigendem Ron äußert (?). Höher konnte ich nicht gehen, da der Teiler :2 (74HC74), der die Schalter ansteuert, ab 140MHz den Dienst quitierte. Der FSA3157 u.ä. sind 4...5mal schneller als ein 74HC4066, vom Ron ganz zu schweigen!


    Der Mischer war eine Spar-Gegentaktanordnung, 2 Schalter lagen jeweils parallel und wurden symmetrisch, über jeweils einen 1:1 Leitungsübetrager, betrieben. Der IIP3 betrug nur "magere" 27dBm bei 7V Ub. Ohne Bias-Spannung (!) für die Schalter betrug der IIP3 nur 17-19dBm bei Ub 5...7V. Der LO schlug, im schlechtesten Fall, mit ca. -40dBm auf den RF bzw. IF Port durch.


    In klassischer Ringanordnung mit 1:4 Leitungsübetrager als I/O Baluns stieg der IIP3 auf 31dBm bei einer Ub von 6V, die Durchgangsdämpfung war ähnlich der Gegentaktschaltung.

    Hallo Reinhold!


    Danke für deinen Bericht. Gibt mir die Hoffnung dass die heutigen Analog Schalter auch bei 45 MHz ZF gut verwendbar sein sollten.
    Daraus ist auch zu ersehen wie wichtig die Bias-Spannung eigentlich ist. Dem Isolationsproblem wird wohl nur schwer beizukommen sein (abgesehen von äusserlichem Print-Layout). Ich werde auf jeden Fall zwei FSA3157 (ganz oben im Thread) oder die Schaltung (siehe Bild) mit dem TS5A23157 ausprobieren. Dazu habe ich mir extra auch die T1-6T geleistet.


    Beste Grüße
    Christian

    Hallo Reinhold,


    bin an der Schaltung mit dem HC4066 Mischer interessiert.
    Kannst du sie mir bitte zukommen lassen: uli(at)df5sf-qrp.de


    Danke

    Hallo, Uli,


    hab Dir ein paar Scans von meinen Notizen gemacht:


    Bild 1: Gegentakt-Schaltmischer in Sparschaltung, keine Bias-Spannung.
    Bild 2: Gegentakt-Schaltmischer in Sparschaltung mit Bias-Spannung für die Schalter.
    Bild 3: Ringschaltmischer mit 2 x 1:4 Leitungsübertrager.
    Bild 4: Weitere Schaltmischervarianten.
    Bild 5: Gegentakt-Schaltmischer wie in Bild 1 in voller Beschaltung, es sind 4 aufwändige Trafos zu wickeln! T1 trägt zur besseren LO-IF bzw. RF-IF Isolation bei, ist aber optional. T1,3,4 sind erweiterte 3-Leiter 1:1 Symmetrier-Baluns. Der RF Port geht, insbesondere beim Einsatz eines normalen 1:4 Trafos, ab >0Hz (wie ein Diodenringmischer auch), im Gegensatz zum bekannten H-Mode Mischer der keinen solchen Port hat. Interessant für Empfang bis weit runter in den VLF Bereich.


    Hallo Christian!


    Aus der Bibliothek lieh ich mir per Fernleihe gerade zwei ältere Bücher von Eric T. Red: das
    "HF-Arbeitsbuch" und
    "Funkempfänger-Schaltungstechnik praxisorientiert"
    beide aus dem beam-Verlag und beide Ausgabe 1993.


    In beiden Büchern präsentiert der Autor RX-Frontends bei 45MHz.
    Gemischt wird dort, soweit ich das jetzt überflog, immer mit Diodenringmischern.


    Grüsse aus Berlin
    Dennis
    DL6NVC




    PS: Kubik, ich danke Dir für die interessanten Schaltmischer-Messreihen!

    Hallo Reinhold,


    ebenfalls vielen Dank für die Schaltungen und die ausführlichen Meßreihen. Und dass der HC4066 bis zu so hohen Frequenzen noch funktioniert war mir auch neu.

    Zitat

    Original von DF5SF
    Und dass der HC4066 bis zu so hohen Frequenzen noch funktioniert war mir auch neu.


    Selbstverständlich geht das auch als Abwärtsmischer. RF=150MHz, LO=60MHz gibt dann IF=80MHz. Die Durchgangsdämpfung stieg auf 10dB, hier kommt zusätzlich zu den Schaltern auch noch die Qualität der Übetrager ins Spiel, diese waren nämlich nicht speziell für VHF gedacht bzw. optimiert.


    Idealerweise sollten die Schalter die Trafo-Leitungen auch mit 100Ohm abschließen (ca. 100Ohm Ron oder Ron + xOhm Widerstand in Reihe). In der Praxis findet man aber hauptsächlich Schaltmischer die Busschalter mit möglichst geringem Ron verwenden. Ein korrekter Abschluß der Leitungen würde Reflexionen von Mischprodukten innerhalb des Mischers, die an den RF und ZF Port keinen 50Ohm Abschluß finden, verhindern (sogenannter "Termination Insensitive Mixer"). Interessant für RX/TRX wo am ZF Port direkt das Roofingfilter ansetzt.


    Nachtrag:
    Die Baluns werden alle mit 100Ohm Leitungen bewickelt, das sind jeweils 2x0,3mm CuL Draht parallel geführt und nicht verdrillt. Der optionale Symmetriertrafo am RF Port in Bild 5 hat nur 50Ohm und wird mit nicht verdrillten 0,6...0,8mm oder aber verdrillten 0,5mm CuL Drähten (ca. 3 Schläge/cm) bewickelt.

    vy 72/73, Reinhold.

    Hallo Reinhold!


    Du sprichst hier ein Thema an dem ich gerade rumkaue:

    Zitat

    Ein korrekter Abschluß der Leitungen würde Reflexionen von Mischprodukten innerhalb des Mischers, die an den RF und ZF Port keinen 50Ohm Abschluß finden, verhindern (sogenannter "Termination Insensitive Mixer"). Interessant für RX/TRX wo am ZF Port direkt das Roofingfilter ansetzt.


    Ich überlege statt den Mischer mit einem 50 Ohm Diplexer abzuschliessen, gleich über einen Quadratur-Hybrid zur Anpassung auf das Roofing Filter zu gehen (wie im CDG2000, aber für 45 MHz). Die Frage ist ob ich für 45 MHz die Genauigkeit für die Phasenverschiebung bzw. die Berücksichtigung der Kapazität der bifilaren Hybrid Induktivität schaffe.


    Was sagst Du grundsätzlich zur Quadrature-Hybrid Kopplung?


    Beste Grüße
    Christian

    73 de Chris, OE3HBW

    Hallo Christian,


    ... das mit dem Hybriden und Quarzfiltern ist in der Praxis etwas tückisch. Die beiden Quarzfilter müssen beide den gleichen PHASENverlauf aufweisen. Da nicht alle Quarze/filter gleich sind kann man diese Hybrid Quarzfilter nur richtig aufbauen, wenn man einen Netzwerkanalyser hat. D.h. den PHASENverlauf von Filtern ausmessen kann.


    73 de Günter
    dl5sdc


    P.S.: (Erklärung) Das Signal wird in zwei aufgeteilt, über je einen Filter geleitet und wieder zusammenaddiert. Damit hat jedes Filter nur die halbe Leitstung zu bewältigen, d.h. der IP3 der Gesamtanordnung ist höher. Hat nun ein Filter einen anderen Phasenverlauf ergibt dies beim Zusammenaddieren "Verzerrungen", das will man ja gar nicht.

    2 Mal editiert, zuletzt von dl5sdc ()

    Hallo, Christian,


    Zitat

    Original von chirt
    Ich überlege statt den Mischer mit einem 50 Ohm Diplexer abzuschliessen, gleich über einen Quadratur-Hybrid zur Anpassung auf das Roofing Filter zu gehen (wie im CDG2000, aber für 45 MHz).


    Ein BP-Diplexer wird trotzdem nötig sein, der 90°Hybrid sichert die Anpassung nur über eine begrenzte Bandbreite um die ZF herum. Der Diplexer muß schmalbandiger dimensioniert sein.


    Zitat

    Die Frage ist ob ich für 45 MHz die Genauigkeit für die Phasenverschiebung bzw. die Berücksichtigung der Kapazität der bifilaren Hybrid Induktivität schaffe.


    Die Kapazität der bifilaren Windung ließe sich ja ausmessen und von den 2 C's je zur Hälfte abziehen. Die induktivität kann auch gemessen werden und vor dem Einbau die Windungen auf dem Ringkern passend zurechtgerückt werden. Im Zweifelsfall ließe sich der Hybrid auch kaufen (MCL), wobei hier der recht hohe Preis der Knackpunkt ist. Der Hybrid am Ausgang der Anordnung ist einfacher und viel leichter selbst herzustellen.


    Zitat

    Was sagst Du grundsätzlich zur Quadrature-Hybrid Kopplung?


    Meiner Meinung nach nicht unbedingt nötig wenn man nur auf 30-33dBm IP3 aus ist. Schaltmischer reagieren nicht so "giftig" auf einen reaktiven Abschluß, ganz im Gegensatz zu einem Diodenringmischer. Für 40dBm und höher wird es wohl notwendig werden. Damit gerät man aber automatisch auch in den Zugzwang einen regelrecht fantastischen LO (bei 45-75MHZ!) bereit zu stellen. Ich würde es also abhängig von der Qualität des Lokaloszillators machen. Schon ein paar Gedanken darüber gemacht?


    Als Roofingfilter nimmt man je die Hälfte eines kommerziellen 4 poligen QF, die 2pol Filter sind schon vom Hersteller auf gleiche Daten ausgesucht, da könnte man auch ohne Ausmessen des Phasenverlaufes auskommen. Später folgt dann z.B. eine weitere 2...4 polige Selektionsstufe.
    Eine Simulation gäbe zu Beginn erstmal Klarheit was passiert wenn die 2 QF nicht gleich, der 90°-Hybrid nicht richtig abgestimmt ist und welche Güte der BP-Diplexer, für eine breitbandige Anpassung bei allen Frequenzen, wirklich haben muss.

    vy 72/73, Reinhold.

    Hallo!
    Komme aus beruflichen und familiären Gründen erst jetzt dazu zu antworten, sorry. Vielen Dank für eure Beiträge!


    Günter: Ja ist mir klar, daher zweifle ich ja noch ob ich derartiges schaffe, aber interessant ist es allemal.


    Reinhold: O.K. Diplexer ist nötig und wird gebaut. Ob ich ich mich über den Hybrid drübertraue muss ich mir erst noch gut überlegen. 40 dBm zu schaffen ist mit meinem KnowHow und meinen Mittel natürlich fraglich, allerdings auch eine sehr interessante Herausforderung....
    Als ersten LO verwende ich vorerst zur Ansteuerung des H-Mode Schaltmischers den CMOS Ausgang des AD9912 Moduls von DL7IY / DL7LA (siehe Bild unten). Eine High End PLL ist nicht machbar. Ausgesuchte 45 MHz QF habe ich bereits.


    Beste Grüße
    Christian

    vom Verfasser gelöscht.

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    Hallo Christian,


    Du hast eine interessante Diskussion initiiert. Bis etwa einen IP3 von etwa 30 dB kann man auf einen Diplexer verzichten. Da aber die üblichen Schaltmischer höhere Werte ermöglichen, kommt man um einen Diplexer wohl nicht herum.


    Problematisch ist jedoch die Anpassung, da der Unterschied zwischen Schalter zu und auf doch erheblich ist. Beachten muss man auch, dass der Durchlasswiderstand der Schalter-FET nichtlinear und stromabhängig ist. Problematisch sind auch die Schaltzeiten der Schalter, denn diese sind bei vielen Typen unsymmetrisch, wobei man prinzipiell die Schaltzeit so klein wie möglich machen sollte.


    Anbei eine Schaltung für einen erprobten 45 MHz Diplexer aus dem Buch Funkempfänger-Schaltungstechnik praxisorientiert von Eric T. Read.


    73 Gerd, DM2CDB

    vom Verfasser gelöscht.

    Einmal editiert, zuletzt von dl5sdc ()