Для начинающих. Синус или меандр.

В интернете на радиолюбительских сайтах довольно часто возникает вопрос: какая форма сигнала предпочтительна для смесителя - синусоидальная или прямоугольная?

Для того, чтобы быть в теме, давайте посмотрим, чем же отличаются два этих сигнала.

Рис. 1.

В принципе, сигнал любой формы можно разложить на определенное количество гармонических составляющих, проще говоря, синусоид разной частоты и амплитуды. А вот идеальную синусоиду разложить нельзя - она содержит только одну составляющую. Вот как с помощью синусоидальных сигналов разных частот можно составить меандр.

Рис. 2 (с сайта https://studfile.net)

Как видим, частоты синусоид, составляющих меандр, кратны частоте 50 Гц, а амплитуды их убываю. Этот рисунок можно представить в виде спектрограммы:

Рис. 3.

В спектре синусоидального сигнала только одна составляющая - основная частота (основная или 1-я гармоника). А вот в спектре меандра кроме основной мы видим еще составляющие, частоты которых в три, пять и семь раз выше основной - это нечетные гармоники: третья, пятая, седьмая. На самом деле их гораздо больше, но все они нечетные. А вот четных гармоник в идеальном меандре нет. И еще отметим, что амплитуда гармоник падает с увеличением номера. Но это все для идеальных случаев, в теории, а вот в практике ....

Рис. 4. Генератор в режиме синусоидально сигнала.

Запускаю генератор. устанавливаю частоту 1 МГц. На осциллографе - синус. Теперь подключаю спектроанализатор TinySA, устанавливаю полосу качания 0,1 - 10 МГц. И вот что вижу.

Рис. 5. Спектр синусоидального сигнала генератора.

Сигнал не безгрешный, - ну а что вы хотите от цифрового генератора. Но гармоники по амплитуде в 1000 раз меньше, чем основная гармоника.

Перевожу генератор в режим генерации меандра.

Рис. 6.

Здесь и на глаз видны небольшие искажения - выбросы на вершинах и такой же формы впадины на спадах импульсов. Подключаю спектрометр:

Рис. 7. Спектр меандра с частотой 1 МГц.

Вот вам и отличие идеального от реального - все гармоники - и четные и нечетные в наличии. Только уровень четных гармоник почти постоянен и их амплитуда почти в 100 раз меньше основной частоты. А вот нечетные имеют гораздо бОльший уровень.

А зависит ли уровень гармоник от частоты основного сигнала? Давайте посмотрим. Вот спектр частот меандра с частотой 10 МГц:

Рис. 8. Частота меандра 10 МГц, полоса качания 1 - 60 МГц

Здесь тоже присутствуют четные гармоники, но их уровень быстро падает с частотой. Да и у нечетных - та же тенденция. Увеличиваю частоту до 19 МГц (генератор работает до 9,999 МГц).

Рис. 9. Частота меандра 19 МГц, полоса качания - 1 - 100 МГц.

В этом случае уровень четных гармоник еще меньше, как и у нечетных. Это говорит о том. что сигнал моего генератора и на разных частотах имеет разную форму.

Ну а как с использованием сигналов разной формы в смесителях? Это зависит от того, какой используется смеситель. Если он диодный (балансный) или транзисторный (ячейка Гильберта), то лучше использовать синусоидальный сигнал, так как гармоники гетеродина будут взаимодействовать как с сигналом и помехами, так и между собой, создавая целую кучу продуктов преобразования и снижая динамический диапазон приемника.

В ключевых смесителях в принципе все равно что использовать, так как ключ открывается при определенном уровне сигнала. Ниже этого уровня ключ будет закрыт, а выше - открыт. Но это мое личное мнение и для более подробного рассмотрения нужно ставить соответствующие эксперименты.

Всем здоровья и успехов!