Desplazamiento de fase de 90 grados a pocos MHz

Question

Tengo una pregunta aparentemente simple pero he estado buscando mucho y no puedo encontrar una respuesta.

¿Cuál es una forma simple o estándar de lograr un desplazamiento de fase de 90 grados de una señal de RF en el rango de frecuencia de ~1 MHz hasta unos pocos 10s o 100s de MHz? En el catálogo de minicorrientes veo acopladores híbridos tan bajos como 25 MHz, por lo que diría que se cubren 25 MHz y más (aunque no sé el costo), por lo que la pregunta puede reducirse a cómo lograr un desplazamiento de fase de 90 grados para una señal por debajo de 25 MHz?

En particular, en mi aplicación específica tengo una señal que puede ser fijada en el rango de 1-3 MHz que me gustaría desplazar en 90 grados. El desplazamiento de 90 grados no tiene por qué funcionar necesariamente en un rango de frecuencias muy amplio.

Ideas que creo que funcionarían pero no sé qué tan bien:

• poniendo un retardo de tiempo con una longitud de cable. Esto es un poco incómodo porque es un largo cable (~10 m o más) y no tengo control incremental sobre el cambio de fase.
• Ponga la señal a través de la banda de parada de un filtro. Esto le dará un desplazamiento de fase de 90 grados pero desafortunadamente también suprimirá necesariamente la amplitud de la señal por mucho.. Sólo he pensado en el caso de un simple filtro unipolar
• Digitalizando la señal, de alguna manera implementar el retardo de fase digitalmente, y luego volver a sintetizar una salida analógica.

Parece que esto no debería ser algo demasiado difícil, pero en términos de soluciones comerciales sólo he encontrado productos para rangos de frecuencia más altos. No puedo decir si no puedo encontrar lo que busco porque es algo tan simple que no se vende o si estoy buscando las cosas equivocadas o si hay alguna dificultad genuina con lo que necesito. ¡Se agradece cualquier consejo!

Solicito su posible utilización en un sistema de espectroscopia de transferencia de modulación en el que necesito generar una señal modulada en fase (a ~3 MHz) a 80 MHz y posteriormente demodularla para extraer la cuadratura de fase de una nueva señal generada a la frecuencia de modulación. Tanto la modulación de fase como la detección de la cuadratura de fase podrían hacerse con la ayuda de un desplazador de fase de 90 grados y mezcladores.

edición: Aclaración. NO necesito un desplazador de fase de banda ancha. Tengo curiosidad por una técnica general que podría utilizarse para desplazar la fase de una señal de banda estrecha cuya portadora puede estar en cualquier lugar del rango de 1-100 MHz. Es decir, digamos que tengo una señal de banda estrecha de 3 MHz. ¿Cómo puedo darle un desplazamiento de fase de 90 grados? Digamos que tengo una señal de banda estrecha de 80 MHz. ¿Cómo puedo darle un desplazamiento de fase de 90 grados? No necesito un desfasador de banda ancha. Disculpe la confusión. Si diferentes técnicas son adecuadas para diferentes frecuencias dentro del rango que he indicado, entonces está bien. En este momento estoy muy interesado en una forma de dar un cambio de fase de 90 grados a una señal que es como 3 MHz.

Answer 1

Si te conformas con introducir una señal en un "bloque" y obtener dos señales separadas 90 grados, te recomiendo esto: -

Seleccione R = R1 = R2 = \$\sqrt{\frac{L}{C}}\$ . Esto garantiza que OUT1 y OUT2 tengan un diferencial de fase de 90 grados en todas las frecuencias. La relación de fase entre OUT1 y OUT2 es siempre de 90 grados, pero las amplitudes cambian con la frecuencia, como ocurre con cualquier fliter de paso alto o bajo.

Answer 2

En mi respuesta anterior, sugerí el uso de un PLL para bloquear una señal de tono único; usted comentó, y eso justifica una nueva respuesta, que:

Mi señal no es de banda ancha. Me refiero a suponer que tengo una señal de banda estrecha a una frecuencia determinada en algún lugar del rango de 1-100 MHz. Cómo puedo entonces dar a esa señal de banda estrecha un desplazamiento de fase. Está bien si el dispositivo de desplazamiento de fase necesita ser sintonizado o construido de manera diferente para diferentes frecuencias dentro del rango.

Cualquier cosa que tenga un ancho de banda significativo (es decir, cualquier cosa que no sea un tono que cambie lentamente) no puede tratarse con un PLL; podrías hacer algo como usar un ADC para digitalizar la señal y luego hacer digitalmente el cambio de fase, pero realmente, eso tampoco podría funcionar, debido a las restricciones de latencia: para cambiar una señal de 1 MHz en 90° se requerirá una latencia de al menos la mitad de un período de 1 MHz; en ese tiempo, habrían pasado 50 períodos de tu señal de 100 MHz. Si te parece bien esa latencia, puedes pasar a la tecnología digital (pero es una solución cara).

Si no, detecta la frecuencia central (podría ser absolutamente no trivial), y utiliza desplazadores de fase ajustables (diodos PIN ICs, por ejemplo), y hazlo de manera que el desplazamiento de fase sea aproximadamente 90° alrededor de la frecuencia central.

Vengo de una experiencia de radio definida por software, así que: Utiliza un mezclador para mezclar tu señal de banda limitada hasta una frecuencia fija (una frecuencia intermedia (FI), esto es un superhet, entonces, o hasta banda base compleja, eso es un receptor directo), y luego mézclala de nuevo con un tono único y una versión desplazada 90º de ese tono. (Eso, por cierto, es efectivamente un mezclador de cuadratura, y estarías construyendo una señal que es equivalente a una señal de banda base con \$\Re(s)=\Im(s)\$ . Lo que sea que sirva).

Answer 3

Si necesita un cambio de fase en una banda de frecuencias entonces necesitas un transformador de Hilbert. Si dices, en tu tercer punto, que estás dispuesto a hacerlo, entonces me temo que esa es tu única manera. Cualquier filtro pasivo, o activo, sólo añadirá un desplazamiento de fase de 90 grados a una determinada frecuencia. A menos que tengas la opción de sintonizar esa frecuencia, lo que buscas es un transformador Hilbert.

Este es un ejemplo de cómo serán las tres frecuencias:

En tu caso, necesitarás algún tipo de DSP. De nuevo, si no tienes la posibilidad de sintonizar la frecuencia de forma analógica.

Answer 4

poner un retardo de tiempo con una longitud de cable. Esto es un poco inconveniente porque es una longitud de cable larga (~10 m o más) y no tengo control incremental sobre el cambio de fase.

No se obtiene un desplazamiento de fase constante de esa manera en absoluto - el desplazamiento de fase en \$f_0\$ será \$\frac1{10}\$ de la que en \$10f_0\$ y

¿Cuál es una forma sencilla o estándar de conseguir un desplazamiento de fase de 90 grados de una señal de radiofrecuencia en el rango de frecuencias de ~1 MHz hasta unas decenas o centenas de MHz?

Uhhhhh, eso es más que banda ultraancha, según las definiciones comunes, porque el ancho de banda que se quiere cubrir es mucho mayor que la frecuencia central (de unos 50 MHz).

Por lo tanto, esto es realmente difícil de hacer en el dominio analógico, y no hay una forma general "simple". Sin embargo, Andy mostró la forma adecuada de hacerlo:

Si se combinan dos filtros con gráficos de fase de bode "complementarios", se pueden obtener dos señales desplazadas 90° en una amplia gama de frecuencias.

Las cosas son mucho más fáciles si tu entrada no es realmente de banda ancha, sino un solo tono en cualquier punto del tiempo: En ese caso, podrías usar un PLL para producir una versión desplazada 90º de eso, pero eso no funciona si tu entrada es realmente más que un tono limpio.

Answer 5

El método actual de producción de señales de RF en cuadratura de banda estrecha en el diseño de instrumentos a lo largo de una amplia gama que abarca muchas décadas se realiza a una frecuencia más alta y luego se mezcla hacia abajo. De este modo, el oscilador local (LO) en cuadratura sólo tiene que generarse en una octava con los métodos tradicionales de RF por encima del doble de la frecuencia máxima, en lugar de abarcar muchas décadas.

Resulta que... Acabo de encontrar un instrumento VNA que se ajusta a su rango.

Este artículo describe un analizador vectorial de redes de bajo coste que funciona entre 200 kHz y 100 MHz, y se conecta a un ordenador personal mediante una interfaz USB 1.1.

El Analog Devices AD9854 DDS produce las salidas de cuadratura.

Se sincroniza con una onda sinusoidal de 24 MHz; luego multiplica internamente hasta 288 MHz con un PLL en el chip. Esta señal interna de 288 MHz 288 MHz sincroniza los circuitos de generación de frecuencia DDS y los circuitos de conversión de digital a analógico (DAC) en el en el chip. En un osciloscopio se observa un importante aliasing de la señal de salida osciloscopio incluso a una frecuencia de salida de menos de 100 MHz. Los dos filtros de paso bajo paso bajo, uno en I y otro en Q, eliminan la mayoría de estos artefactos de aliasing y stair-stepping y producen ondas sinusoidales limpias en cuadratura de fase.

Pero le sugiero que busque un VNA comercial usado para obtener resultados calibrados que cumplan con sus requisitos de espectroscopia.