vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2019-46-3-97-107vdgtu-697Research ArticleИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕCOMPUTER SCIENCE, COMPUTER ENGINEERING AND MANAGEMENTМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СМЕСИТЕЛЯ С ФОРМИРОВАНИЕМ ПРОТИВОФАЗНОГО СИГНАЛА ГЕТЕРОДИНАMATHEMATICAL MIXER MODEL WITH FORMATION OF HETERODYNE ANTIPHASE SIGNALМирзаевЗ. Н.MirzaevZ. N.

кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Cand. Sci., (Technical), Senior Lecturer, Department of Radio Engineering, Telecommunications and Microelectronics

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

zainu73@mail.ruГусейновМ. С.GuseynovM. S.

кандидат технических наук, доцент кафедры радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Cand. Sci., (Technical), Assoc. Prof., Department of Radio Engineering, Telecommunications and Microelectronics

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

murad.gusejnov@mail.ruАйгумовТ. Г.AigumovT. G.

кандидат экономических наук, заведующий кафедрой программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Cand. Sci. (Economics), Head of the Department of Computer Software and Automated Systems

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

915533@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation20192411201946397107Copyright © Мирзаев З.Н., Гусейнов М.С., Айгумов Т.Г., 20192019Мирзаев З.Н., Гусейнов М.С., Айгумов Т.Г.Mirzaev z.N., Guseynov M.S., Aigumov T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/697Цель

Цель. В статье рассматривается процесс расчета и проектирования смесителя с диплексором с формированием противофазного сигнала гетеродина щелевым резонатором.

Метод

Метод. Для расчета и оптимизации характеристик и конструктивно-топологических параметров смесителей использовались результаты проектирования полосового фильтра (ПФ) и фильтра нижних частот (ФНЧ) смесителей проходного типа. Расчет характеристик смесителя  и его конструктивных элементов проведен с помощью пакета программ автоматизированного расчета СВЧ устройств «Serenade». Особенностью проектирования смесителей данной конструкции (с диплексером) является необходимость оптимизации топологии диплексера прежде, чем оптимизировать характеристики смесителя.

Результат

Результат. Характеристики нелинейных искажений показывают, что максимальный уровень мощности на входе смесителя не должен превышать -15 – -20 дБм для ослабления интермодуляционных искажений 3-го порядка не менее 50 дБс. Относительно малый уровень компрессии и подавления гармонических и интермодуляционных искажений связан с минимизацией при расчёте характеристик смесителей требуемого уровня мощности гетеродина (Рг~ 5 – 7 дБм), что продиктовано минимальными затратами при реализации источников гетеродинных сигналов. Заметного улучшения характеристик смесителей по нелинейным искажениям можно достичь за счёт смещения рабочей точки на вольт-амперной характеристике (ВАХ) диодов внешним источником напряжения с одновременным увеличением Рг на несколько дБ (до Рг= 10 дБм).

Вывод

Вывод. Практически режим с повышенным уровнем подавления нелинейных искажений может быть реализован за счёт включения диодов через резистивно-емкостные цепи (автосмещение) или использование диодов с повышенным потенциальным барьером. Расчёт показывает, что возможна реализация достаточно малых потерь преобразования 6,6 – 8,0 дБ при невысоких уровнях Рг ~ 5 – 7 дБм.

 Objectives To carry out calculations involved in the design of a microwave mixer with a diplexer with the formation of the antiphase heterodyne signal using a slot resonator.

Method In order to calculate and optimise the characteristics, design and topological parameters of microwave mixers, the results of the design bandpass filter  PF and low-pass filter (LPF) mixers of through-feed type were used. The characteristics of mixers and their structural elements were calculated using the Serenade software package intended for the automated calculation of microwave devices. A distinct feature of designing mixers (with a diplexer) involves the need to optimise the topology of the diplexer before optimising the mixer characteristics.

Results The characteristics of nonlinear distortions show that the maximum power level at the mixer inlet should not exceed -15 – -20 dBm. In order to attenuate the intermodulation distortions of the 3rd order, this level should be higher that 50 dBs. The relatively low level of compression and suppression of harmonic and intermodulation distortions associated with the minimisation of the heterodyne power level at the calculation of characteristics of mixers of the required heterodyne power level (Rh ~ 5-7 dBm) is due to the minimum expenses at the realisation of sources of heterodyne signals. A noticeable improvement in the characteristics of mixers by nonlinear distortions can be achieved by shifting the operating point at the points on the current-voltage characteristic (VAC) diodes by an external voltage source with a simultaneous increase in Ph by several dB (up to Ph = 10 dBm).

Conclusion A mode of increased nonlinear distortion suppression can be practically realised by switching on diodes through resistive-capacitive circuits (auto-shift) or using diodes with an increased potential barrier. The calculation shows that it is possible to realise sufficiently small conversion losses of 6.6-8.0 dB at low levels of Rh ~ 5-7 dBm. 

смесительгетеродиндиплексормикрополосковыйmixerheterodynediplexermicrostripReferencesЩитов А.М., Мирзаев З.Н., Исаев М.Д. Расчет и проектирование смесителя с диплексором 18-26 ГГц // Вестник Воронежского государственного технического университета . 2010. Т.6, № 11. С. 119-122.. Shchitov A.M., Mirzayev Z.N., Isayev M.D. Raschet i proyektirovaniye smesitelya s dipleksorom 18-26 GGts // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta . – 2010. –T.6, № 11. –S. 119-122. [Shchitov A.M., Mirzaev Z.N., Isaev M.D. Vol.6, No. 11. pp. 119-122. (In Russ)]Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств Под ред. В.И. Вольмана. –М.: Радио и связь, 1982.-328.Spravochnik po raschetu i konstruirovaniyu SVCH poloskovykh ustroystv Pod red. V.I. Vol'mana. –M.: Radio i svyaz', 1982.-328. [Reference for the calculation and design of microwave strip devices Ed. IN AND. Wolman. –M .: Radio and communications, 1982. 328. (In Russ)]Тагилаев А.Р., Исаев М.Д., Мирзаев З.Н. Высокочастотный балансный модулятор с высоким подавлением несущей частоты. Радиотехника, 2011, № 10,C. 45-47.Tagilayev A.R., Isayev M.D., Mirzayev Z.N. Vysokochastotnyy balansnyy modulya-tor s vysokim podavleniyem nesushchey chastoty. Radiotekhnika, 2011, № 10,C. 45-47. [Tagilaev A.R., Isaev M.D., Mirzaev Z.N. High-frequency balanced modulator with high carrier frequency suppression. Radio Engineering, 2011, No. 10, C. 45-47. (In Russ)]Мирзаев З.Н., Щитов А.М., Гусейнов М.С.Широкополосный балансный удвоитель частоты миллиметрового диапазона (26-40ГГц) // Вестник Воронежского государственного технического университета. –Воронеж: ВГТУ, 2011. Т.7, № 11. С. 170-174.Mirzayev Z.N., Shchitov A.M., Guseynov M.S.Shirokopolosnyy balansnyy udvoi-tel' chastoty millimetrovogo diapazona (26-40GGts) // Vestnik Voronezhskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta. –Voronezh: VGTU, 2011. T.7, № 11. S. 170-174. [Mirzaev Z.N., Shchitov A.M., Guseinov M.S. Broadband balanced doubler of frequency of the millimeter range (26-40 GHz) // Bulletin of the Voronezh State Technical University. –Voronezh: VSTU, 2011. Vol.7, No. 11. pp. 170-174. (In Russ)]Щитов А.М., Мирзаев З.Н., Исаев М.Д. Расчет и проектирование смесителя проходного типа 18-26 ГГц // Вестник Воронежского государственного технического университета. Воронеж: ВГТУ, 2010. Т.6, № 11. С. 119122.Shchitov A.M., Mirzayev Z.N., Isayev M.D. Raschet i proyektirovaniye smesitelya pro-khodnogo tipa 18-26 GGts // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo univer-siteta. –Voronezh: VGTU, 2010. –T.6, № 11. – S. 119-122. [Shchitov A.M., Mirzaev Z.N., Isaev M.D. Calculation and design of the mixer of the pass-through type 18-26 GHz // Bulletin of the Voronezh State Technical University. –Voronezh: VSTU, 2010. –T.6, No. 11. –S. 119-122. (In Russ)]Гусейнов М.С., Мирзаев З.Н., Щитов А.М. Расчет широкополосного полосно-пропускающего фильтра (12-19,2 ГГц) с короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ДГТУ, 2011. №21. С. 16–21.Guseynov M.S., Mirzayev Z.N., Shchitov A.M. Raschet shirokopolosnogo polosno-propuskayushchego fil'tra (12-19,2 GGts) s korotkozamknutymi chetvert'volnovymi shleyfami // Vestnik Dagestanskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. –Makhachkala: DGTU, 2011.–№21. – S. 16–21. [Guseinov M.S., Mirzaev Z.N., Shchitov A.M. Calculation of a broadband bandpass filter (12-19.2 GHz) with short-circuited quarter-wave loops // Herald of the Daghestan State Technical University. Technical science. –Makhachkala: DGTU, 2011. №21. pp. 16–21. (In Russ)]Гусейнов М.С., Мирзаев З.Н. Широкополосный балансный умножитель частоты на связанных микрополосковых линиях передачи // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ДГТУ, 2010. №19. С. 7-11.Guseynov M.S., Mirzayev Z.N. Shirokopolosnyy balansnyy umnozhitel' chastoty na svyazannykh mikropoloskovykh liniyakh peredachi // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. - Makhachkala: DGTU, 2010. -№19. - S. 7-11. [Huseynov MS, Mirzaev Z.N. Broadband balanced frequency multiplier on coupled microstrip transmission lines // Herald of the Daghestan State Technical University. Technical science. - Makhachkala: DSTU, 2010. No.19. pp. 7-11(In Russ)]Мирзаев З.Н., Исаев М.Д. Расчет параметров микрополосковых полосовых фильтров на связанных линиях // Сборник научных трудов кафедры микроэлектроники.– Махачкала: тип. ИП Тагиева Р.Х., 2011. Вып.1. С.36-40.Mirzayev Z.N., Isayev M.D. Raschet parametrov mikropoloskovykh polosovykh fil'trov na svyazan-nykh liniyakh // Sbornik nauchnykh trudov kafedry mikroelektroniki.– Makhachkala: tip. IP Tagiyeva R.KH., 2011. – Vyp.1.-S.3640. [Mirzaev Z.N., Isaev M.D. Calculation of the parameters of microstrip bandpass filters on connected lines // Collection of scientific papers of the Department of Microelectronics.– Makhachkala: typ. IP Tagiev R.Kh., 2011. Issue 1, pp. 36-40. (In Russ)]Мирзаев З.Н., Гусейнов М.С. Расчет широкополосных согласующих цепей лестничной структуры (статья) // Исследование, разработка и применение средств радиоэлектроники, телекоммуникаций и информационных систем в промышленности: матер. Всерос. науч.-тех. конф. Махачкала: ДГТУ, 2011. С. 105-108.Mirzayev Z.N., Guseynov M.S. Raschet shirokopolosnykh soglasuyushchikh tsepey lestnichnoy struktury (stat'ya) // Issledovaniye, razrabotka i primeneniye sredstv radioelektroniki, telekommunikatsiy i infor-matsionnykh sistem v promyshlennosti: mater. Vseros. nauch.-tekh. konf. – Makhachkala: DGTU, 2011. – S. 105-108. [Mirzaev Z.N., Huseynov M.S. The calculation of the broadband matching chains of the staircase structure (article) // Research, development and application of radio electronics, telecommunications and information systems in industry: Mater. Vseros. scientific conf. Makhachkala: DGTU, 2011, pp. 105-108. (In Russ)]Мирзаев З.Н., Гусейнов М.С. Расчет элементов широкополосной согласующей цепи в диапазоне 4-6,4 ГГц (статья) // Исследование, разработка и применение средств радиоэлектроники, телекоммуникаций и информационных систем в промышленности: матер. Всерос. науч.-тех. конф. Махачкала: ДГТУ, 2011. С. 90-94.Mirzayev Z.N., Guseynov M.S. Raschet elementov shirokopolosnoy soglasuyushchey tsepi v diapazone 4-6,4 GGts (stat'ya) // Issledovaniye, razrabotka i primeneniye sredstv radioelektroniki, telekommunikatsiy i informatsionnykh sistem v promyshlennosti: mater. Vseros. nauch.-tekh. konf. – Makhachkala: DGTU, 2011.– S. 90-94. [Mirzaev Z.N., Huseynov M.S. Calculation of elements of a broadband matching circuit in the range of 4-6.4 GHz (article) // Research, development and application of radio electronics, telecommunications and information systems in industry: Mater. Vseros. scientific conf. Makhachkala: DSTU, 2011, pp. 90-94(In Russ)]Коаксиальные, волноводные и оптические устройства . Каталог ННИПИ «Кварц», Н. Новгород, 2002 г.Koaksial'nyye, volnovodnyye i opticheskiye ustroystva -Katalog NNIPI «Kvarts», N. Novgorod, 2002 g. [Coaxial, waveguide and optical devices - Catalog of NNIPI “Quartz”, N. Novgorod, 2002 (In Russ)]Харкевич А.А. Нелинейные и параметрические явления в радиотехнике. — М.: Гос-техиздат, 1956. - 184 с.Kharkevich A.A. Nelineynyye i parametricheskiye yavleniya v radiotekhnike. M.: Gos-tekhizdat, 1956. - 184 s. [Kharkevich A.A. Nonlinear and parametric phenomena in radio engineering. M .: Gos-tekhizdat, 1956. 184 p. (In Russ)]Григулевич В.И., Иммореев И.Я. Радиоимпульсное преобразование частоты. М.:Сов.радио, 1966, 335 с.Grigulevich V.I., Immoreyev I.YA. Radioimpul'snoye preobrazovaniye chastoty. M.:Sov.radio, 1966, 335 s. [Grigulevich V.I., Immoreev I.Ya. Radio pulse frequency conversion. M.: Sov.radio, 1966, 335 p. (In Russ)]Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства. - М.: Связь, 1978. - 256с.Khotuntsev YU.L. Poluprovodnikovyye SVCH ustroystva. - M.: Svyaz', 1978. 256s. [Khotuntsev Yu.L. Semiconductor microwave devices. - M.: Communication, 1978. 256p. (In Russ)]Петров Б.Е. Спектральный анализ в применении к нелинейной колебательной системе. - Радиотехника, 1964, т. 19, №7, с.3-12.Petrov B.Ye. Spektral'nyy analiz v primenenii k nelineynoy kolebatel'noy sisteme. Radiotekhnika, 1964, t. 19, №7, s.3-12. [Petrov B.E. Spectral analysis as applied to a nonlinear oscillatory system. Radio engineering, 1964, t. 19, No. 7, pp. 3-12. (In Russ)]Петров Б.Е. КПД варакторрных умножителей частоты с холостым контуром, настроенным на вторую гармонику. - В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение, под ред. Я.А. Федотова, вып.20. М.: Сов радио, 1968, с.356-366.Petrov B.Ye. KPD varaktorrnykh umnozhiteley chastoty s kholostym konturom, nastro¬yennym na vtoruyu garmoniku. - V kn.: Poluprovodnikovyye pribory i ikh primene¬niye, pod red. YA.A. Fedotova, vyp.20. M.: Sov radio, 1968, s.356-366. [Petrov B.E. Efficiency of varactor frequency multipliers with an idle circuit tuned to the second harmonic. - In the book: Semiconductor devices and their use, ed. Ya.A. Fedotova, issue 20. M.: Radio Owls, 1968, p. 356-366. (In Russ)]Пильдон В.И., Визель А.А. Полупроводниковые диоды для умножения частоты. - В кн.: Полупроводноковые приборы и их применение. Под ред. Я.А. Федотова. - М.: Сов.радио, 1970, вып.23, с.82-108.Pil'don V.I., Vizel' A.A. Poluprovodnikovyye diody dlya umnozheniya chastoty. - V kn.: Poluprovodnokovyye pribory i ikh primeneniye. Pod red. YA.A. Fedotova. - M.: Sov.radio, 1970, vyp.23, s.82-108. [Pildon V.I., Wiesel A.A. Semiconductor diodes for frequency multiplication. - In the book: Semiconductor devices and their application. Ed. Ya.A. Fedotova. - M .: Sov.radio, 1970, Issue 23, pp. 82-108. (In Russ)]Жаботинский М.Е., Свердлов Ю.Л. Основы теории и техники умножения частоты. -М.: Сов. радио,. 1964,327 с.Zhabotinskiy M.Ye., Sverdlov YU.L. Osnovy teorii i tekhniki umnozheniya cha-stoty. -M.: Sov. radio,. 1964,327 s. [Jabotinsky M.E., Sverdlov Yu.L. Fundamentals of the theory and techniques of frequency multiplication. M .: Sov. radio,. 1964.327 p. (In Russ)]Ризкин И.Х. Умножители и делители частоты. - М.: Связь, 1976. - 326 с.Rizkin I.KH. Umnozhiteli i deliteli chastoty. - M.: Svyaz', 1976. 326 s. [Rizkin I.Kh. Multipliers and frequency dividers. - M .: Communication, 1976. 326 p. (In Russ)]Буторин E.H., Корж В.И., Крушгаа Е.Б. О времени восстановления обратной проводимости умножительных диодов.- Радиотехника, 1972, т. 27, № 6, с.65-68.Butorin E.H., Korzh V.I., Krushgaa Ye.B. O vremeni vosstanovleniya obratnoy provo¬dimosti umnozhitel'nykh diodov.- Radiotekhnika, 1972, t. 27, № 6, s.65-68. [ Butorin E.H., Korzh V.I., Krushgaa E.B. On the recovery time of the reverse conductivity of multiplier diodes. Radio Engineering, 1972, Vol. 27, No. 6, pp. 65-68. (In Russ)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.