La passione e l’interesse per i ricevitori, prevalentemente di tipo supereterodina, mi hanno portato negli anni a focalizzare la mia attenzione nello stadio mescolatore che è senza dubbio il più critico. La progettazione dei mixer è stata, ed è, un cruccio e una sfida fra i vari progettisti. La supremazia è contesa, soprattutto, a colpi di IP3 o TOIP con valori sempre più alti! A metà/fine anni ottanta provai diversi tipi di mescolatori, alcuni inediti, con risultati che definirei interessanti, ripresi la “ricerca”, anche se saltuariamente, nel 2003. Qui di seguito viene descritto uno di quei mixer.

MIXER RF PASSIVO CON DOPPIO TRIODO

Vincenzo Italia

Fin da quando fu inventata, la supereterodina stuzzicò la fantasia dei progettisti radio nel cercare di ottenere mescolatori sempre più efficienti e performanti.
Ben presto ci si accorse che la mescolazione non produceva soltanto il prodotto trigonometrico del segnale a radiofrequenza con quello dell’oscillatore locale, e quindi la loro somma o differenza, ma anche la generazione di spurie originate prevalentemente da segnali forti in antenna.
Negli anni sessanta, un valente protagonista nel mondo della progettazione dei mixer RF fu senz’altro William K. Squires capo progettista e vice presidente della Squires-Sanders, Inc. Com’è noto a chi, come me, da molti anni bazzica nel mondo della Radio, egli progettò un mescolatore bilanciato a commutazione con una valvola a deflessione elettrostatica che ebbe impiego, con successo, nei ricevitori SS-1R e SS-IBS della summenzionata ditta. Nel 1967 progettò un mixer bilanciato passivo con due FET dalle ottime caratteristiche per quanto riguarda l’intermodulazione e la figura di rumore (Rif.1 e 2), ma forse è poco noto ai più che egli progettò anche un mixer con un doppio triodo, con lo stesso principio di quello con i due FET. Questo mixer fu impiegato nel ricevitore AN/URR-58 per la Guardia Costiera Americana. Le caratteristiche del ricevitore erano e sono eccezionali (Rif.3) e ciò suscitò in me curiosità e interesse. Purtroppo non sono ancora riuscito a procurarmi uno schema elettrico di questo ricevitore ma grazie ad una bozza di principio del circuito mescolatore, apparso su Ham Radio del 1973 (Fig.1 e Rif.4), sono stato in grado di costruire una versione in forma sperimentale, ciò a metà anni ottanta.

Il mixer impiega un doppio triodo tipo 6DJ8 (equivalente ECC88), in una singolare configurazione bilanciata. Il segnale RF è inviato nella presa centrale del primario del primo trasformatore di media frequenza, dove i due segnali sfasati dell’oscillatore locale vengono, teoricamente, annullati. La valvola è polarizzata per il funzionamento in classe C, questo gli permette di agire come interruttore e quindi di commutare alternativamente a massa il segnale RF tramite i due catodi, a seconda della polarità della tensione RF generata dall’oscillatore locale. Il segnale di media frequenza è prelevato nel secondario del trasformatore M.F. Nello AN/URR-58 questo circuito era preceduto da uno stadio amplificatore RF con una valvola.
Lo schema da me ricostruito è quello della figura 2 dove si può notare che il segnale sinusoidale dell’OL è inviato alle due griglie in Push-Pull, tramite un trasformatore a larga banda sbilanciato/bilanciato. La tensione di polarizzazione fissa negativa è inviata alle griglie mediante RV1 che serve a bilanciarla. Si può semplificare eliminando la RV1 e una resistenza, come pure i quattro condensatori (vedi Fig.1). Nel mio caso questi componenti furono necessari perché adoperai, in un primo momento, un oscillatore, con valvola, in Push-Pull. Poi aggiunsi il trasformatore a larga banda (T2), utile non solo per avere il segnale dell’OL sfasato con un oscillatore qualsiasi (o generatore di prova), ma anche per innalzargli il livello. Le prove e misure di valutazione portarono i risultati che appaiono nella Tabella A e come si può notare sono eccellenti! Da precisare che nella versione originale di Squires l’oscillatore ha una forma d’onda quadra e quindi il punto di compressione sarebbe perfino migliore!

FIGURA 2

LISTA COMPONENTI

Successivamente apportai una semplice ma sostanziale modifica al circuito; la rimozione della tensione anodica! Il FET, come ben sappiamo, può funzionare come mixer senza tensione di alimentazione, ma qui si tratta di valvola termoionica! E’pur vero che nel passato furono impiegati dei diodi a valvola come mescolatori (alcuni di tipo speciale come i doppi diodi RD12 o LG12) ma nel circuito in questione abbiamo a che fare con un doppio triodo! In realtà abbiamo a che fare con una valvola che funziona da interruttore (più precisamente da resistore variabile) e non da amplificatore. In aiuto ci viene la tensione di Bias e quella RF dell’oscillatore locale. La versione modificata appare in figura 3 dove si può constatare che la presa intermedia del primario del trasformatore M.F. (e quindi le placche della valvola) viene portata a massa tramite il circuito d’antenna.

FIGURA 3

Variando la tensione di Bias cambiano le performance del mixer, questo ci fa capire che la valvola continua a funzionare come triodo (doppio). Si può tentare di spiegare il funzionamento di questo inusuale mixer, e con queste particolari condizioni di lavoro, nel modo seguente: la placca essendo collegata a massa, è alla stessa polarità del catodo. Gli elettroni, che hanno sempre una carica negativa, vengono espulsi dal catodo essendo anch'esso di polarità negativa. Come di consueto la griglia funziona da regolatore di flusso degli elettroni, e quindi del loro tragitto verso la placca (o anodo), i quali essendo di carica negativa sono attratti dalla griglia, che in questo caso ha una polarizzazione fissa positiva, pertanto li lascia passare per il loro cammino verso l'anodo che, però, tende a respingerli essendo della stessa polarità negativa. Quando la griglia diventa negativa (semionda negativa della tensione oscillatore) è una barriera per gli elettroni che non riescono a superarla per poter raggiungere la placca (che in ogni caso le respingerebbe essendo della stessa polarità). Il flusso viene respinto verso il catodo. Le cose si rovesciano di nuovo quando la griglia assume la polarità positiva. Sta di fatto che questo cambiamento di stato ritmico fa variare la corrente anodica della valvola e quindi anche la sua resistenza interna, di conseguenza le estremità del primario del trasformatore M.F. sono alternativamente connesse a massa dai due triodi. E’ ovvio che un circuito di questo tipo non può che produrre una perdita d’inserzione ma essendo un circuito ad alta impedenza l’innalzamento del segnale RF, per merito dello "step-up" del filtro d’antenna, compensa ampliamente la perdita e dà come risultato un’eccellente sensibilità! Sensibilità che risulta migliore nel circuito modificato che in quello originale, probabilmente l’assenza della tensione anodica, e quindi una bassissima corrente nelle placche, ha diminuito notevolmente il rumore. Con un buon fattore di guadagno in tensione del filtro a radiofrequenza uno stadio amplificatore RF è quasi superfluo. Le differenze nelle prestazioni tra i due circuiti, quello alimentato e quello senza anodica, sono evidenti comparando i risultati della Tabella A con quelli della Tabella B.

TABELLA B

Pertanto si è modificato un eccellente mixer, con una valvola doppio triodo, in un mixer passivo dalle performance superiori. Ma....se togliamo pure il positivo fisso di griglia che succede? Continua a funzionare ma aumenta la perdita d’inserzione di 2dB che quindi si porta da 4 a circa 6dB totali. La tensione RF dell’oscillatore locale è sufficiente a far funzionare la valvola!
Come? Togliere pure la tensione ai filamenti?! No, ciò non è possibile!!
Salvo che non si trovi un altro sistema per riscaldare il filamento e quindi emettere elettroni……
 

NOTA:

Vedi Addendum:  http://www.radiopharos.one/addendum-mixer.htm
 

Riferimenti:
 

1-  William K. Squires - W2PUL
     Mixer circuit employing linear resistive elements 
     Brevetto N° 3.383.601.

2-  Ulrich L. Rohde DJ2LR
     a - Communications receivers for the year 2000 
     Ham Radio magazine - Novembre 1981
     b - Performance capability of active mixers
     Ham Radio magazine - Marzo 1982  

3-  www.radiopharos.it
     Squires-Sanders, Inc. - AN/URR-58 Receiver

4-  Ray Moore - K1DBR
     Designing communications receivers for good strong signals performance
     Ham Radio magazine - Febbraio 1973

5-  www.radiopharos.it
     SEM - Un inedito Mixer passivo a FET con guadagno di conversione
 
6-  www.radiopharos.it
     Guadagno di conversione nel mixer passivo
   

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