Vergleich Diodenringmischer - Schaltmischer

Frank,
die Isolation beim Ringmischer ist m.E. eine Frage der Fertigungspräzision und der Phasenbalance im Mischer. Beim idealen Transformator ist die Unterdrückung unendlich. Beim realen Transformator spielen Kern, Wicklung und Aufbau, sowie die inneren Verkopplungen eine Rolle. Ich denke beim Schaltmischer ist das nicht viel anders, da auch dort der Gegentakttrafo die Isolation bestimmt. Die Isolation ist übrigens Frequenzabhängig und beträgt bei üblichen Mischern bestenfalls um die 40 dB. Wobei passive Mischer gegenüber aktiven Mischern Vorteile haben.
http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/hmode_intro.html
http://www.qsl.net/va3iul/RF%20Mixers/RF_Mixers.pdf

Steuert man einen Mischer mit einem Rechtecksignal als LO Signal an, so kann man mit in gewissen Grenzen durch phasenverschiebung der Rechkteckflanken die Isolation auf Optimum abgleichen. http://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/2t-hmode.html

73, Günter

Hallo,

um die Mixer empirisch, das heißt im eigenen Versuch vergleichen zu können, ist ein gewisser Aufwand erforderlich. Denn um die Leistungsfähigkeit eines Mischers zu testen, sollte man die kritischen Parameter erfassen können. Einfach zu messen ist die Mischdämpfung - aus ihr kann man auch auf die Rauschzahl schließen. Auch Isolation und Verhalten von weiteren Mischprodukten kann man "leicht" messen. In diesen beiden Fällen ist jeweils "nur" ein Messsender für das HF-Signal, einer für das LO-Signal und ein Spektrumanalyzer erforderlich. Sofern man aber Interzeptpunkte erfassen möchte, wird die Sache kritisch. Nicht nur dass man noch einen dritten Generator für ein Doppeltonsignal benötigt, man braucht auch Leistungssummierer, hochwertige Dämpfungsglieder usw. Wobei zu erwähnen ist, dass man mit "üblichen" guten Generatoren von z. B. R&S nur Interzeptpunkte bis max. etwa +20 dBm messen kann ohne zusätzlichen extremen Auwand zu treiben.

Wenn man die Messtechnik nicht zumindest einigermaßen ernsthaft betreiben möchte, wird man die Unterschiede zwischen diesen Mischerkategorien kaum ordentlich klassifizieren können. Denn man kann im Falle schlechter Ergebnisse nicht beurteilen, ob das nun am unzulänglichen (weil z. B. nicht rechteckförmigen) Oszillatorsignal liegt, an dessen zu geringer Amplitude, oder am Schaltverhalten der Mosfets oder Dioden, der Wickeltechnik der Trafos oder am dazu verwendeten Ferritmaterial.

Der Interzeptpunkt ist ein klassisches Qualitätskriterium nicht nur für lineare Schaltungen, sondern auch für Mischer. Insbesondere bei Hochleistungsmischern ist aber der Messaufwand enorm. Wenn der nicht betrieben werden kann, ist es doch am einfachsten, bekannte Schaltungen exakt nach Vorgaben aufzubauen und in einer bestehenden Schaltung, z. B. Konverter oder Empfänger zu testen. Wenn dieser Test allerdings aussagekräftig ausfallen soll landet man wohl oder üblich auch wieder bei der Messtechnik. Also wäre im Prinzip vorab zu klären, was der Funbkamateur an leistungsfähiger Messtechnik bereitstellen kann, bevor eine ernsthafte Untersuchung von Mischern usw. angegangen wird. Sonst treibt man vielleicht viel Aufwand und erreicht nichts oder gwinnt möglicherweise gar falsche Erkenntnisse.

Nichts für ungut! - aber ich habe in meiner Laufbahn als Profi und Funker soviele IM-Messunegn (und natürlich Messungen an Empfangssystemen usw.) gemacht, dass mir schwindlig wird, wenn ich daran denke, was man dabei auch alles richtig falsch machen kann....

73, Uli, DK4SX

Hallo,

deswegen hatte ich vor einiger Zeit danach mehr oder weniger gefragt- wieviel und /oder welche Meßmittel braucht der Funkamateur. Meine Antwort heute: Je mehr Projekte, umso mehr Meßschränke...hi.

vy 73
Andy
DK3JI

Hallo Frank,

dem Beitrag von Uli kann ich nur zustimmen. In deinem letzten Beitrag "VLF-Converter" hatte ich von meinem eigenen Transceiver-Projekt berichtet. Dort habe ich z.B. einen aus meiner Sicht sehr großen Aufwand betrieben um IP3 Werte jenseits der +30dBm messen zu können. Die notwendige Entkopplung gelingt mir auch nur für kleine Frequenzbereiche. Weiterhin darf man dann auch keine Genauigkeit im 0,1dB Schritten erwarten und muss immer versuchen die eigenen Ergebnisse nach Fehler zu überprüfen. Weiterhin fehlt einem als Amateur die Möglichkeit die eigenen Messergebnisse in einem Profi-Labor überprüfen zu lassen.

Um die Schwierigkeiten zu verdeutlichen, möchte ich einige Punkte (unsortiert) nennen, auf die ich gestoßen bin:
Bei Mischern im Kurzwellenbereich kommt hinzu, dass teilweise das Ausgangs-Spektrum des zu untersuchenden Mischers bis in den GHz hinein reicht und so den Dynamikbereich des Spektrum Analysers verringert. Bei meinen Messungen an Schaltmischern habe ich dieses Problem so gelöst, dass ich den Mischer direkt mit einem 10dB Dämpfungsglied abgeschlossen habe. Hierauf folgt dann ein Tiefpass, der bei 4,9MHz (bei mir) scharf abschneidet. Auf diese Weise kann der Messbereich wieder um einige dB erweitert werden. Das Dämpfungsglied hinter dem Mischer ist wichtig, damit der Mischer richtig abgeschlossen ist und um den Pegel zu senken. Wird z.B. der Pegel nicht gesenkt, verfälscht der IP3 Wert des Tiefpasses wiederum die Messwerte. Man kommt vom "Höckchen aufs Stöckchen". Schaltmischer vertragen auch nur einen bestimmten Maximalpegel, damit die FETs im Mischer nicht anfangen durchzuschalten. Um hohe IP3 Werte messen zu können, ist aber ein gewisser Pegel wieder notwendig, weil sonst der Dynamikbereich des Spektrum Analysers nicht ausreicht. Da beißt sich die Katze in den Schwanz. Hier könnte man natürlich einen hochmodernen Spektrum Analyser von R&S einsetzen, die mittlerweile einen gigantischen Dynamikbereich haben. Leider sind diese Geräte nicht zu bezahlen und schenken will mir auch keiner einen. Auch wenn ich unser Familienauto verkaufen würde, könnte ich davon vermutlich gerade das Stromkabel und die Anleitung kaufen hihihi . (Das ist jetzt kein Kaufgesuch)

Die IP3 Messung von hohen Interceptpunkten artet in eine Materialschlacht aus. Damit du dir eine Bild davon machen kannst, hier mal eine Auswahl von Geräten, die bei meinen IP3-Messungen eingesetzt werden: 2 Quarzgeneratoren, 3 DDS Generatoren, 10 getrennte Spannungsversorgungen (tw Akkus), 6 Tiefpässe, sehr guter Combiner, sehr viele Dämpfungsglieder, 1 schaltbares Dämpfungsglied, 4 Verstärker, Semi-rigid Kabel, Spektrum Analyser, Leistungsmesser, VNWA, ... - und wenn ich in anderen Frequenzbereichen messen möchte, muss ich mir erst neue Tiefpässe bauen.
Letztlich wird da alles aufgefahren, was sich so mit der Zeit angesammelt hat und nur mit Selbstbau bleibt es bezahlbar. Genauso wichtig ist aber ein erfahrener OM im Hintergrund, der einem auf die Finger kloppft, wenn ihm etwas komisch vorkommt ;-)). Die langjährigen Erfahrungen von Uli ersetzt das natürlich nicht. Fehler kommen also immer wieder vor und man fällt ist fast jede Fallgrube, die sich einem auftut.

Mir diesem langem Beitrag möchte ich euch warnen. Hoffentlich habe ich deutlich machen können, wo man landet, wenn man einfach mal ganz unschuldig einen IIP3 Wert bestimmen möchte ;-)). Was kommt dann? Wenn man den IP3 Wert eines Mischer, Verstärkers oder Filters bestimmen kann, fängt man an, nach den anderen Kenndaten zu fragen (Rauschzahl, ...). Dann beginnt der ganze gigantische Messaufbau wieder von vorne - arrrrg. Du solltest dir also genau überlegen, welche Messungen du wirklich durchführen möchtest.

Grüße Jörn

P.S. Schmunzeln ist beim Lesen diese Beitrags erlaubt Bitte nicht jedes Wort auf die Goldwaage legen.

Quote from DL3AD

wenn ich bei meinem Converter auf 0KHz abstimme dann empfange ich ja den Trägerdurchschlag vom Mixer - der sehr stark ist.
Der P3 zeigt -20dBm an. Dieser Trägerrest belastet natürlich den K3.

Hast du eine tatsächliche Beeinträchtigung durch Blocking bei deinem K3 feststellen können, oder ist es nur einen "gefühlte Belastung".

Ich habe mir mal die Messdaten des ARRL Labs für den K3 angeschaut.
Demnach hat der K3 ein MDS von -130 dBm und eine Blocking Dynamic Range (Blocking Gain Compression) von typisch 140 dB bei 2kHz Abstand zum ungewollten Träger.
Nach meinem Verständnis heißt das, erst bei einem Trägerpegel von +10dBm würde eine Degradation der Mindestempfindlichkeit auftreten.
(ARRL Lab Definition der BDR: “BDR as a lab measurement normally refers to the point at which the weak (presumed desired) signal is reduced by 1.0 dB (‘blocked’) by the presence of a strong (presumed undesired) signal.”)

Bei derart guten Blocking Werten muss man m.E. keine Angst von einem -20 dBm Träger auf 28 MHz haben. Zumal in der Nähe des 28 MHz LO Signals eine Herabsetzung der Empfindlichkeit durch reziprokes Mischen durch das Phasenrauschen des K3 eher der begrenzende Faktor sein wird.

73, Günter

Hallo,

ich habe 1994 versucht, meinen ersten Eigenbauempfänger mit Aktiv-Vierfach-Fet-Mischer zu modernisieren. Dazu habe ich eine Untersuchung angestellt, ob der Weg mit einerm Super-High-Level-Diodenmischer oder einem Mosfet-Schaltmischer von einem selbstbauenden Funkamateur beschritten werden kann. Dabei habe ich verschiedene Schaltungen aufgebaut, Intermodulationssimulationen angestellt und viel gemessen. Das ganze hat sich in einem Artikel im FUNKTELEGRAMM niedergeschlagen. Diesen Artikel habe ich als Scan auf meine Webseite gestellt. Er ist dort unter

http://www.mydarc.de/dk4sx > Sonstiges > Amateurfunk

zu finden. Viel Spaß beimLesen!

73, Uli, DK4SX

Quote from DL3AD

Macht ein Quarz Notch Filter in der ZF sinn ?

Warum nicht erst einmal ein zuschaltbarer 28MHz Saugkreis hoher Güte. Damit kannst du schnell prüfen, ob der LO-Träger bei 28 MHz überhaupt eine messbare Auswirkung zeigt.

Quote from DL3AD

Die ZF vieleicht auf 7MHz verlegen um die Notchbreite zu verringern.

Das halte ich nicht für empfehlenswert. Du handelst dir damit eine größere Wahrscheinlichkeit von ZF-Durchschlägen ein. Ich würde erst einmal ermitteln, ob eine Absenkung des Rest-LO-Trägers auf 28 MHz überhaupt erforderlich ist. Schließlich sind auch ohne Transverter im normalen Empfangsgetrieb starke Träger vorhanden, insbesondere auf 40m. Das muss ein gescheiter Empfänger aushalten.

In der Simulation zeigt ein Notchfilter mit überschlägig 400 nH und 82 pF eine Sperrtiefe von 20 dB. Angenommen dabei wurde ein Verlustwiderstand der Spule von 0,1 Ohm, entsprechend einer Spulengüte von 70.

73, Günter

Eine Frage die mir schon lange durchs Hirn spukt: Ist es nicht möglich statt einem Spektrumanalyser einen direktsampelnden SDR wie den Perseus für IP Messungen zu verwenden? Vielleicht sogar einen SDR mit Schaltermischer wie den vom Funkamateur als Notfalllösung?

Sven

Das Problem bei der IP3 Messung ist, dass die Messmittel einen viel besseren IP3 haben müssen, als das Messobjekt. Sonst misst das Messgerät sich selbst. Die meisten Spektrumanalysatoren sind damit überfordert.
Ablesen ist halt nicht dasselbe wie messen.

73, Günter

Hallo Günter,

wenn ich falsch liegt, kannst du mich gerne berichtigen.
Da in den meisten Fällen der IIP3 Wert des Spektrum Analysers nicht gut genug ist, muss dem DUT ein gutes Dämpfungsglied nachgeschaltet werden. Diese Dämpfungsglied muss so lange vergrößert werden, bis der Spektrum Analyser keine Intermodulationserscheinungen mehr zeigt.
Hier hat es sich bei mir bewährt, dass man bei Verstärkern im Empfangszweig ein 10-20dB Dämpfungsglied nachschaltet und zusätzlich mit dem Eingangsabschwächer des SAs spielt.
Natürlich muss der IP3 Wert der Pegelerzeugung (direkt nach dem Combiner gemessen) deutlich besser sein, als der zu messende IP3 Wert des DUTs.

Wenn von euch jemand einen Speki hat und in die IP3 Messung einsteigen möchte, empfehle ich die Schaltung von DK4SX (auf seiner Homepage). Will man noch bessere Interzeptpunkte messen, braucht man noch größere Pegel. Hier helfen nur Verstärker, denen Tiefpässe und Dämpfungsglieder zur besseren Entkopplung nachgeschaltet werden. Dies muss alles sehr gut geschirmt aufgebaut werden. Weiterhin muss die Spannungsversorgung wirklich entkoppelt werden. Ein weiterer Punkt ist die Messgenauigkeit des SAs für die Pegel, die auch begrenzt ist.

Die ganze Geschichte ist eben eine Sache für sich.

Grüße Jörn

[EDIT] Rechtschreibfehler beseitigt

Vielleicht ist dieser Link ja von Interesse (FET vs. Diode-ring Demodulator Noise Comparison)?

https://dcc.ligo.org/cgi-bin/DocDB/ShowDocument?docid=6126

bzw. direkt:

https://dcc.ligo.org/public/0006/T0…T0900485-v2.pdf

Gruß, André

Hallo,

der Sachverhalt im genannten Artikel ist sehr sorgfältig im Zusammenhang mit der Anwendung der Mischer zu sehen. Das Rauschmaß eines Diodenringmischers kann man in erster Näherung als Summe aus Mischdämpfung plus Rauschanteil der Dioden kalkulieren, wobei letzterer Anteil etwa 0,5...1 dB beträgt. Dasselbe gilt für Moseft-Schaltmischer, wobei die typische Mischdämpfung von Diodenmischern bei etwa 5,5 ...7 dB liegt, die der Schaltmischer etwa bei 4,5 ...5,5 dB (meine unmaßgeblichen Erfahrungswerte). Anders bei Fet-Mischern. Das sind Mischer mit Junctionfets, entweder halb oder voll balanciert. Sie arbeiten aktiv, also nicht als ausschließliche Schalter wie die Applikation der Mosfets. Das bedeutet, dass diese Mischer üblicherweise eine Mischverstärkung aufweisen. Selbst wenn z. B. das Rauschmaß eines Fet-Rings etwa 9 dB beträgt, so wird das Gesamtsystem eines Empfängers durch die Mischverstärkung vom Rauschen der Folgestufen nach dem Mischer entlastet, sodass sich hieraus nicht unbedingt ein Vorteil des Diodenringmischers ergibt. Letztendlich hat sich gegenüber dem Fetmischer nur die bessere Großsignalfestigkeit der Dioden- bzw. Schaltmischer durchgesetzt.

73, Uli, DK4SX