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.

SEM - UN INEDITO MIXER PASSIVO A FET CON

 GUADAGNO DI CONVERSIONE

Vincenzo Italia

Il mixer (o mescolatore) a commutazione è solitamente di tipo passivo e quindi senza alimentazione da tensione continua (se non per il Bias) che di conseguenza dà una perdita d’inserzione. Quello che mi accingo a descrivere è della stessa tipologia, però fornisce un guadagno di conversione (positivo) e quindi ha una configurazione inedita.
“L’interruttore”, per la commutazione, può essere inserito tra il filtro d’antenna e il primo trasformatore di media frequenza. Può essere collegato in serie, per interrompere la RF, oppure in parallelo per cortocircuitarla a massa (vedi fig. 1 e 2). Nel circuito qui descritto è posto, come mostrato in fig. 3, in serie al lato “freddo” del trasformatore di media frequenza. Quale interruttore è utilizzato un JFET (vedi fig. 4) che è considerato uno dei migliori interruttori per RF. In realtà il FET funziona come un resistore variabile.

Il funzionamento di questo insolito circuito è il seguente:

Il segnale RF è inviato, tramite il condensatore C1, al primario del primo trasformatore di media frequenza che è parte integrante del mixer. Questo segnale è in serie al primario L/C che non oppone nessuna resistenza o impedenza (la oppone alla frequenza della M.F.), e quindi transita indisturbato presentandosi al piedino 2 dov’è collegato il Drain del FET il quale fungendo da interruttore si apre e si chiude al ritmo della frequenza dell’oscillatore locale. Il segnale di M.F. risultante lo troviamo nel piedino 1 del trasformatore, il quale essendo in parallelo, viene filtrato dal trasformatore stesso. La cosa straordinaria è che, grazie a questa configurazione, questo segnale subisce una “amplificazione”! Ciò è dovuto al meccanismo di miscelazione che nel primario del trasformatore produce una sorta di magnificazione del segnale M.F. alla risonanza, per cui abbiamo un mixer passivo con guadagno in tensione! Semplice, vero?
L’amplificazione che si riesce ad ottenere va da un minimo di 3dB a più di 10dB (!) ed è legata al Q del circuito accordato del trasformatore M.F. Utilizzando anche il secondario si ottiene più selettività ma meno guadagno dovuto alla perdita d’inserzione del filtro. Si può rimediare accoppiando primario e secondario con un condensatore. Pur non essendo un circuito bilanciato, la reiezione dell’oscillatore locale nelle porte RF e M.F. è abbastanza buona ed è prevalentemente dovuta al funzionamento intrinseco del FET. Nella Tabella A vengono mostrati i risultati ottenuti in un prototipo costruito con un JFET a canale N di tipo BF246A e un trasformatore di M.F. a 467 kHz (Geloso tipo 671). Notare il buon valore del punto di compressione a 1 dB. Lo schema elettrico è mostrato nella figura 5. Il filtro RF può produrre un’ulteriore ”amplificazione” dovuta al rapporto spire del trasformatore d’antenna, questo guadagno viene però limitato dal basso valore del condensatore C1 che serve, inoltre, a “isolare” il circuito accordato RF da quello di media frequenza. Quest’ultima va riaggiustata alla frequenza originale perché la capacità del circuito RF tende a spostarla in una più bassa. Nulla vieta di interporre uno stadio amplificatore o separatore (source follower). Anche il valore di reiezione dell’oscillatore locale in antenna è migliorato per merito del filtraggio e dello “step-down” del circuito d’antenna. La tensione di BIAS è necessaria per far funzionare il JFET come interruttore. Questo mixer, come la maggior parte dei mescolatori a commutazione, ha la tendenza a miscelare anche con le armoniche dell’oscillatore locale, di conseguenza un buon filtro RF è strettamente necessario.
Sarà evidente a coloro esperti nell’arte della progettazione dei mixer RF che “l’interruttore” può essere altresì di altro tipo, persino una valvola!
Dimenticavo di dire che SEM è l’acronimo del Latino “Simplex Est Melius” che si traduce in Italiano come “Semplice è meglio”!

TABELLA A
Valori tipici ottenuti dal circuito di fig. 5

FREQUENZA
DI PROVA:                             10 MHz

VALORE M.F.                        467kHz

BIAS:                                     -5,30 Volt

LIVELLO O.L.:                     <1Volt RMS

GUADAGNO:                         12dB

GUADAGNO:                       >10dB
con secondario M.F.
connesso

PUNTO COMPRESSIONE
1dB IN. - con filtro RF:            10dBm                          

REIEZIONE O.L./RF:           >23dB

REIEZIONE O.L./RF:           >30dB
con filtro RF

REIEZIONE O.L./M.F. :        >23dB

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Febbraio 2013
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