DE10100559B4 - Einfachsymmetrischer Mischer - Google Patents

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Abstract

Einfachsymmetrischer Mischer zur Umwandlung eines HF-Eingangssignals in ein ZF(Zwischenfrequenz)-Signal durch Mischen des HF-Eingangssignals mit einem lokalen Signal, enthaltend:
einen ersten Hybridkoppler (2) zur Erzeugung zweier lokaler Signale (Lo) gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase;
ein Paar Mischelemente (FET3, FFT4), die jeweils eines der beiden lokalen Signale (Lo) empfangen;
ein Paar Streifenleitungen (14, 15) zur Übertragung des HF-Eingangssignals zu den Mischelementen (FET3, FET4);
ein Paar ZF-Filter (8, 9) zum Filtern der durch die Mischelemente (FET3, FET4) erzeugten ZF-Signale entgegengesetzter Phase; und
einen zweiten Hybridkoppler (10) zur Verknüpfung der ZF-Signale der ZF-Filter (8, 9) zur Erzeugung des ZF-Signals gleicher Phase;
wobei jeweils ein Ende der Streifenleitungen (14, 15) miteinander an einem Punkt verbunden sind, wo das HF-Eingangssignal zugeführt wird, und das andere Ende jeder Streifenleitung (14, 15) mit dem entsprechenden Mischelement (FET3, FET4) verbunden ist, und die Länge jeder der Streifenleitungen (14, 15) 1/4 der Wellenlänge des...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen einfachsymmetrischen Mischer zum Mischen eines Eingangssignals mit einem lokalen Signal zur Herstellung eines Zwischenfrequenzsignals, und insbesondere einen einfachsymmetrischen Breitbandmischer mit hoher Signaltrennkapazität und niedrigen Umwandlungsverlusten, der in Prüfgeräten oder Datenübertragungsgeräten im Mikro- und Millimeterwellenband zur Anwendung kommt.
  • Ein Frequenzmischer wird zum Mischen eines Eingangssignals HF hoher Frequenz mit einem lokalen Signal Lo und zur Erzeugung von Zwischenfrequenzsignalen (ZF) zwischen Summen und/oder Differenzen der Frequenzen von Eingangs- und lokalen Signalen verwendet. Ein Frequenzmischer im Mikrowellenband oder im Millimeterwellenband verwendet eine nicht lineare Kennlinie wie beispielsweise bei Dioden und/oder Transistoren. Es gibt verschiedene Arten von Frequenzmischern, wie beispielsweise ein nicht abgeglichener Mischer, ein einfachsymmetrischer Mischer und ein doppelsymmetrischer Mischer. Die vorliegende Erfindung betrifft einen einfachsymmetrischen Mischer.
  • Der Erfinder dieser Anmeldung hat bereits einen einfachsymmetrischen Mischer für das Mikrowellen- und Millimeterwellenband in der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-7252 vorgeschlagen, die am 22.9.1999 vom selben Anmelder eingereicht wurde. Ein wesentlicher Aufbau dieser früheren Erfindung ist in 5 gezeigt. Es ist jedoch zu bemerken, daß diese frühere Erfindung noch nicht veröffentlicht worden ist und daher nicht als Stand der Technik für die vorliegende Erfindung gilt.
  • Im Beispiel gemäß 5 enthält ein einfachsymmetrischer Breitbandmischer Feldeffekttransistoren (FET) als Mischelemente. Im folgenden werden der Aufbau und die Betriebsweise des einfachsymmetrischen Mischers der 5 erläutert. Der einfachsymmetrische Mischer enthält einen 180°-Hybridkoppler 2, Abschlußwiderstände R1 und R2, Feldeffekttransistoren FET3 und FET4 als Mischelemente, HF-λ/4-Mikrostreifenleiter-Koppler 12 und 13, ZF-Filter 8 und 9 und einen 180°-Hybridkoppler 10.
  • Im Betrieb wird ein lokales Signal Lo dem Eingangsanschluß des 180°-Hybridkopplers 2 zugeführt, dessen anderer Eingangsanschluß mit dem Abschlußwiderstand R1 verbunden ist. Der 180°-Hybridkoppler 2 erzeugt an seinen Ausgangsanschlüssen zwei lokale Signale mit der gleichen Amplitude und entgegengesetzten Phasen (0° und 180°). Die zwei lokalen Signale mit entgegengesetzter Phase (0° und 180°) werden jeweils an die Gaterelektrode D der Transistoren FET3 und FET4 angelegt, so daß die Transistoren FET3 und FET4 ein- oder ausgeschaltet werden.
  • Ein HF-Eingangssignal wird an einer T-Verbindungsstelle in der Nähe des HF-Eingangsanschlusses in 5 in zwei Signale gleicher Amplitude und gleicher Phase aufgeteilt. Eines der beiden aufgeteilten HF-Signale wird der Drain-Elektrode D des Transistors FET3 über den λ/4-Mikrostreifenleiter-Koppler 12 zugeführt und das andere aufgeteilte HF-Signal wird an der Drain-Elektrode des Transistors FET4 über den λ/4-Mikrostrei-fenleiter-Koppler 13 angelegt.
  • Dann werden die lokalen Signale Lo mit unterschiedlicher Phase und gleicher Amplitude und die HF-Eingangssignale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude miteinander durch den durch die Transistoren FET3 und FET4 gebildeten Frequenzmischer gemischt, wobei die Frequenz des HF-Eingangssignals in ZF(Zwischenfrequenz)-Signale entgegengesetzter Phase (0° und 180°) und gleicher Amplitude umgewandelt wird, die an den Drain-Elektroden D der Transistoren FET3 und FET4 erzeugt werden.
  • Die ZF-Signale entgegengesetzter Phase (0° und 180°) und gleicher Amplitude werden durch die ZF-Filter 8 und 9 jeweils auf eine gewünschte ZF-Frequenz gefiltert. Üblicherweise werden die ZF-Filter 8 und 9 durch Bandpassfilter gebildet, die nur Signale bestimmter Frequenzen passieren lassen. Außerdem werden die beiden durch die ZF-Filter 8 und 9 gefilterten ZF-Signale durch den 180°-Hybridkoppler 10 in der gleichen Phase miteinander zu einem ZF-Signal verknüpft. Wie aus 5 zu ersehen ist, erzeugt der 180°-Hybridkoppler 10 ein resultierendes ZF-Signal an einem Ausgangsanschluß, während sein anderer Anschluß mit dem Abschlußwiderstand R2 abgeschlossen ist.
  • Im folgenden wird eine genauere Erläuterung der λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 im einfachsymmetrischen Breitbandmischer der früheren Erfindung in 5 gegeben. Die Aufgabe des λ/4-Mikrostreifenleiterkopplers 12 und 13 besteht darin, die HF-Eingangssignale den Mischertransistoren FET3 und FET4 zuzuführen, während das ZF-Signal vom HF-Signal getrennt ist. Hierfür weist jeder λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 eine Länge auf, die 1/4 der Wellenlänge des HF-Eingangssignals beträgt.
  • An jeder Drain-Elektrode der Transistoren FET3 und FET4 liegen durch die Frequenzumwandlung erzeugt ZF-Signale und HF-Signale des λ/4-Mikrostreifenleiterkopplers 12 bzw. 13 an. Um zu vermeiden, daß die frequenzumgewandelten ZF-Signale an jeder Drain-Elektrode D der Transistoren FET3 und FET4 in das HF-Eingangssignal abgeleitet werden, sind die λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 daher so ausgebildet, daß sie eine niedrige Impedanz für die HF-Frequenz und eine hohe Impedanz für die ZF-Frequenz aufweisen.
  • 6 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der auf einem ebenen Substrat gebildeten λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13. Jeder der λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 ist ein Koppler, der aus zwei parallelen Streifenleitern besteht, die eine Strukturlänge von λ/4 der HF-Signalwellenlänge, eine Strukturbreite W und einen Strukturabstand G aufweisen. Die Strukturlänge λ/4 des Kopplers wird ungefähr bestimmt, indem beispielsweise von der Wellenlänge λ der Mittenfrequenz der zu erwartenden Frequenzbandbreite des HF-Signals ausgegangen wird. Sodann wird der optimale Wert der Strukturlänge λ/4 dadurch bestimmt, daß die Länge im Hinblick auf die gewünschten Gesamtfrequenzeigenschaften des einfachsymmetrischen Mischers feinabgestimmt werden.
  • Durch Erhöhung des Strukturabstands G wird die Trennung zwischen ZF-Signal und HF-Signal erhöht, während sich der Kopplungsgrad zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal verringert. Weiterhin erhöht sich die Einfügungsdämpfung bei Vergrößerung des Abstands, wodurch sich die Übertragungseigenschaften des gesamten Mischers verschlechtern. Es ist daher erforderlich, den Strukturabstand G zu optimieren, um der Design-Spezifikation zu genügen. In entsprechender Weise verringert sich die Einfügungsdämpfung, wenn sich die Strukturbandbreite W vergrößert, während sich die Bandbreite des Kopplers verbreitert, wodurch sich die ZF-Signaltrennung verschlechtert. Es ist daher erforderlich, die Strukturbreite W zu optimieren, um der Design-Spezifikation zu genügen.
  • Bei einem einfachsymmetrischen Mischer ist der Grad der Isolation zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal ein wichtiger Faktor für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit des Mischers. 7 zeigt eine Frequenz-(Isolations-)Charakteristik der λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 der 6. In diesem Beispiel ist die Dämpfungs-(Isolations-)Stärke für die Zwischenfrequenz von 30 GHz 15 dB, wenn die Dämpfung (Einfügungsdämpfung) für die HF-Frequenz in einem Bereich von 50 GHz und 80 GHz eins (1) beträgt. Die Frequenzcharakteristik der λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 der 6 zeigen einen besseren Isolationsgrad zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal im Vergleich zu einem konventionellen Kapazitätskoppler, der üblicherweise einen Dämpfungs-(Isolations-)Grad von ungefähr 7 dB aufweist.
  • Bei Anwendungen, wie bei Hochpräzisions-Testgeräten, ist jedoch eine weitere Verbesserung beim einfachsymmetrischen Mischer gewünscht, wie beispielsweise eine Erhöhung der Isolation zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal, eine Verringerung der Einfügungsdämpfung und eine Erhöhung des Umwandlungswirkungsgrades. Wie zuvor beschrieben, ist der einfachsymmetrische Breitbandmi scher der 5 bis 7, der die λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler verwendet, nicht ausreichend, um den Anforderungen bei solchen Anwendungen zu genügen.
  • Die WO 99/18661 A1 beschreibt einen resistiven Gegentaktmischer mit zwei Feldeffekttransistoren. Weiterhin wird in der DE 196 42 900 A1 ein Mischer mit Feldeffekttransistoren, insbesondere zur Verwendung bei einem digitalen Modulations-/Demodulations-Betrieb, beschrieben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfachsymmetrischen Mischer anzugeben, der einen ausgesprochen hohen Isolationsgrad zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal selbst dann aufweist, wenn der Frequenzunterschied zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal klein ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfachsymmetrischen Mischer anzugeben, der eine niedrige Einfügungsdämpfung und einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über einen weiten Frequenzbereich des Eingangssignals aufweist. Der einfachsymmetrische Mischer der vorliegenden Erfindung hat einen hohen Isolationsgrad zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal und einen hohen Umwandlungswirkungsgrad. Nach einem ersten Aspekt der Erfindung. enthält der einfachsymmetrische Mischer Mittel zur Erzeugung von lokalen Signalen mit gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase, ein Paar Mischelemente, welche jeweils eines der beiden Signale empfangen, und ein Paar Streifenleitungen zur Übertragung des HF-Eingangssignals zu den Mischelementen. Jeweils ein Ende der Streifenleitungen ist miteinander an einem Punkt verbunden, wo das HF-Signal zugeführt wird, und das andere Ende jeder Streifenleitung ist mit dem entsprechenden Mischelement verbunden. Die Länge jeder Streifenleitung beträgt 1/4 der Wellenlänge des ZF-Signals.
  • Der einfachsymmetrische Mischer ist auf einer planaren Oberfläche eines Substrats ausgebildet und die lokalen Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase werden über Streifenleitungen zu den Mischelementen übertragen. Die Mischelemente erzeugen die ZF-Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Mischelemente entweder durch Transistoren oder Dioden gebildet.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der einfachsymmetrische Mischer einen ersten Hybridkoppler zur Erzeugung zweier lokaler Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase, nachdem er das lokale Signal empfangen hat, ein Paar Mischelemente, die jeweils eines der beiden lokalen Signale vom ersten Hybridkoppler empfangen, ein Paar λ/4-Streifenleitungen zur Übertragung des HF-Eingangssignals zu den Mischelementen, wobei jeweils ein Ende der λ/4-Streifenleitungen miteinander an einem Punkt verbunden ist, wo das HF-Eingangssignal zugeführt wird, und das andere Ende jeder λ/4-Streifenleitung mit dem zugehörigen Mischelement verbunden ist, ein Paar ZF-Filter zum Filtern der bei den Mischelementen erzeugten ZF-Signale entgegengesetzter Phase; und ein zweiter Hybridkoppler, um die ZF-Signale der ZF-Filter miteinander zu verknüpfen, um das ZF-Signal gleicher Phase zu erzeugen. Die Länge jeder der λ/4-Streifenleitungen beträgt 1/4 der Wellenlänge λ des ZF-Signals.
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild eines einfachsymmetrischen Mischers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Aufsicht eines Beispiels für den Aufbau einer ZF-λ/4-Mikrostreifenleitung, die im erfindungsgemäßen einfachsymmetrischen Mischer enthalten ist;
  • 3 eine graphische Darstellung einer Frequenzcharakteristik (Isolations – grad) der ZF-λ/4-Mikrostreifenleitung der 2;
  • 4 ein Blockschaltbild eines einfachsymmetrischen Mischers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines einfachsymmetrischen Mischers gemäß der früheren Erfindung desselben Erfinders der vorliegenden Anmeldung;
  • 6 eine Aufsicht eines Beispiels für den Aufbau eines λ/4-Mikrostreifenleiterkopplers, die im in 5 gezeigten, einfachsymmetrischen Mischer enthalten ist; und
  • 7 eine graphische Darstellung einer Frequenzcharakteristik (Isolationsgrad) des λ/4-Mikrostreifenleiterkopplers der 6.
  • Im folgenden wird der einfachsymmetrische Breitbandmischer (im folgenden ”einfachsymmetrischer Mischer”) gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthält der einfachsymmetrische Mischer Feldeffekttransistoren (FET) als Mischelemente.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der einfachsymmetrische Mischer mit folgenden Bestandteilen aufgebaut: einem 180°-Hybridkoppler 2, Abschlußwiderständen R1 und R2, Feldeffekttransistoren FET3 und FET4, ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14, 15, ZF-Filter 8 und 9 und einem 180°-Hybridkoppler 10. Der einfachsymmetrische Mischer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 hat nämlich den gleichen Aufbau wie der in 5 gezeigte einfachsymmetrische Mischer, wobei lediglich die λ/4-Mikrostreifenleiterkoppler 12 und 13 durch die ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 ersetzt worden sind. Es ist zu erwähnen, daß der einfachsymmetrische Mischer gemäß 5 eine Erfindung des Erfinders der vorliegenden Anmeldung ist und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und noch nicht veröffentlicht wurde, so daß sie keinen Stand der Technik bezüglich der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Im Betrieb wird das lokale Signal Lo dem Eingangsanschluß des Hybridkopplers 2 zugeführt, dessen anderer Eingangsanschluß an den Abschlußwiderstand R1 angeschlossen ist. Der 180°-Hybridkoppler erzeugt an seinen Ausgangsanschlüssen zwei Lokale Signale mit der gleichen Amplitude und entgegengesetzter Phase (0° und 180°). Die zwei lokalen Signale mit entgegengesetzter Phase (0° und 180°) werden den Gatterelektroden D des Transistors FET3 bzw. FET4 zugeführt, wobei die Transistoren FET3 und FET4 ein- bzw. ausgeschaltet werden.
  • Das HF-Eingangssignal wird an einer T-Verbindung in der Nähe des HF-Eingangsanschlusses der 1 in zwei Signale gleicher Amplitude und gleicher Phase getrennt. Ein HF-Signal wird der Drain-Elektrode D des Transistors FET3 über die ZF-λ/4-Mikrostreifenleitung 14 zugeführt und das andere HF-Signal wird an die Drain-Elektrode D des Transistors FET4 über die ZF-λ/4-Mikrostreifenleitung 15 zugeführt. Anschließend werden die lokalen Signale Lo entgegengesetzter Phase und gleicher Amplitude und die HF-Eingangssignale gleicher Phase und gleicher Amplitude miteinander durch den durch die Feldeffekttransistoren FET3 und FET4 gebildeten Frequenzmischer gemischt.
  • Auf diese Weise findet die Frequenzumwandlung statt, wodurch ZF(Zwischenfrequenz)-Signale entgegengesetzter Phase (0° und 180°) und gleicher Amplitude hervorgebracht werden, die an den Drain-Elektroden D der Transistoren FET3 und FET4 erzeugt werden.
  • Die ZF-Signale unterschiedlicher Phase (0° und 180°) und gleicher Amplitude werden jeweils durch die ZF-Filter 8 und 9 auf eine gewünschte ZF-Frequenz gefiltert. Die ZF-Filter 8 und 9 sind Bandpassfilter, die Signale bestimmter Frequenz passieren lassen. Weiterhin werden die beiden durch die ZF-Filter 8 und 9 gefilterten ZF-Signale durch den 180°-Hybridkoppler 10 in der gleichen Phase miteinander verknüpft, wodurch ein ZF-Signal erzeugt wird. Wie in 1 zu ersehen ist, liefert der 180°-Hybridkoppler 10 an seinem einen Ausgangsanschluß das resultierende ZF-Signal, während sein anderer Anschluß mit dem Widerstand R2 abgeschlossen ist.
  • Die Aufsicht der ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 ist in 2 gezeigt. Die Strukturlänge der ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 ist so bemessen, daß sie 1/4 der Wellenlänge der Zwischenfrequenz (ZF) beträgt. Die ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 sind an eine HF-Signalstruktur (Streifenleitung) angeschlossen.
  • Die Gate-Elektroden G der Transistoren FET3 und FET4 sind jeweils mit dem lokalen Signalstrukturen (Streifenleitungen) verbunden, um die lokalen Signale entgegengesetzter Phase (0° und 180°) zu empfangen. Die Source-Elektroden S der Transistoren FET3 und FET4 sind über Durchkontaktierungen 16 bis 19 mit Masse GND verbunden und die Drain-Elektroden D der Transistoren FET3 und FET4 sind jeweils an die ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 angeschlossen. Die ZF-Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase (0°, 180°) werden von den entsprechenden Drain-Elektroden D der Transistoren FET3 und FET4 über Strukturen (Streifenleitungen) herausgeführt, die in 2 nach oben bzw. unten gerichtet sind.
  • Im Beispiel gemäß 2 sind die durch Feldeffekttransistoren FET3 und FET4 gebildeten Mischelemente in Form von Halbleiterchips ausgebildet, die durch Drahtbondung auf die entsprechenden Strukturen (Streifenleiter) aufgebracht sind. Es sind aber auch andere Formen von Feldeffekttransistoren denkbar, wie beispielsweise ein Flip-Chip oder eine MMIC-Schaltung.
  • Die Betriebsweise der ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 wird nun erläutert. Das HF-Eingangssignal wird durch die T-Verbindung der ZF-λ/4-Mjkrostrei-fenleitun gen getrennt und die HF-Signale gleicher Amplitude und gleicher Phase werden den entsprechenden Drain-Elektroden der Transistoren FET3 und FET4 zugeführt. Nachdem jede Drain-Elektrode der Transistoren FET3 und FET4 mit dem HF-Eingangsanschluß über eine elektrische Länge von λ/4 der ZF-Signalwellenlänge angeschlossen ist und die ZF-Signale der Transistoren FET3 und FET4 in entgegengesetzter Phase (0°, 180°) sind, heben sich die ZF-Signale am HF-Eingangsanschluß auf.
  • Für die ZF-Signale bedeutet dies, daß der HF-Eingangsanschluß einer kurzen Stichleitung entspricht, d. h., mit anderen Worten, mit Masse verbunden ist. Dadurch ist die von den Transistoren FET3 und FET4 bei der Zwischenfrequenz gesehene Impedanz unendlich. Die ZF-Signale an den Drain-Elektroden D der Transistoren FET3 und FET4 kommen daher nicht am HF-Anschluß heraus, sondern werden lediglich an den ZF-Signalstrukturen (nach oben und unten gerichtete Strukturen der 2) ausgegeben. Dadurch wird die Isolation zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal im erfindungsgemäßen einfachsymmetrischen Mischer bedeutend verbessert.
  • 3 zeigt die Wirkungen des erfindungsgemäßen einfachsymmetrischen Mischers, wie beispielsweise die Verbesserung der Isolation zwischen den ZF-Signal und dem HF-Signal im Vergleich zum einfachsymmetrischen Mischer der vorhergehenden Erfindung. Wie aus 3 zu ersehen ist, weist die Frequenzcharakteristik der ZF-λ/4-Mikrostreifenleitung eine Einfügungsdämpfung von 1 dB bei einem HF-Signalfrequenzbereich von 50 GHz bis 80 GHz auf und der Isolations-(Dämpfungs-)Grad von 30 dB wird bei der ZF-Frequenz 30 GHz erreicht. Bei der ZF-Frequenz von 30 GHz erhöht sich daher bei den ZF-λ/4- Mikrostreifenleitungen 14 und 15 der Isolationsgrad zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal dramatisch um 15 dB, d. h. von 15 dB (7) auf 30 dB (3). Weiterhin wird ein Übertreten oder Verlust des ZF-Signals zum HF-Signalanschluß deutlich reduziert und der Frequenzumwandlungswirkungsgrad des erfindungsgemäßen Mischers wird ebenfalls signifikant verbessert.
  • Beim vorhergehenden Beispiel enthält der erfindungsgemäße einfachsymmetrische Breitbandmischer zwei 180°-Hybridkoppler 2 und 10, um Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase zu erzeugen. Solche 180°-Hybridkoppler können durch andere Komponenten mit der gleichen Funktion, wie beispielsweise Transformatoren oder Impedanzanpassungstransformatoren, ersetzt werden. Weiterhin können andere Transistoren als Feldeffekttransistoren FET als Mischelemente verwendet werden, wie beispielsweise BJT oder HBT.
  • 4 zeigt einen einfachsymmetrischen Mischer gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Der einfachsymmetrische Mischer gemäß 4 enthält 180°-Hybridkoppler 2 und 10, Abschlußwiderstände R1 und R2, Dioden D1 und D2, ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen 14 und 15 und ZF-Filter 8 und 9. Der einzige Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht daher in den Mischelementen, die in 4 durch Dioden D1 und D2 anstelle von Transistoren FET3 und FET4 gemäß 1 gebildet werden.
  • Nachdem jede der Dioden D1 und D2 miteinander im Abstand von λ/4 der ZF-Frequenz vom HF-Eingangsanschluß verbunden sind und die ZF-Signale der Dioden D1 und D2. eine entgegengesetzte Phase (0°, 180°) aufweisen, heben sich die ZF-Signale im Aufbau gemäß 4 am HF-Eingangsanschluß auf. Dies bedeutet bezüglich der ZF-Signale, daß der HF-Eingangsanschluß so aufgebaut ist, als hätte er eine kurze Stichleitung, d. h. als ob er mit Masse verbunden wäre. Dadurch wird die von den Mischerdioden D1 und D2 bei der ZF-Frequenz gesehene Impedanz unendlich. Die ZF-Signale der Dioden D1 und D2 kommen daher nicht am HF-Anschluß heraus, sondern stehen an den ZF-Signalstrukturen an. Dadurch wird die Isolation zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal beim erfindungsgemäßen einfachsymmetrischen Mischer signifikant verbessert. Weiterhin ist der Umwandlungswirkungsgrad des Mischers deutlich verbessert, weil das ZF-Signal nicht zum HF-Anschluß übertritt.
  • Wie oben erwähnt, ist der erfindungsgemäße einfachsymmetrische Breitbandmischer in der Lage, einen hohen Isolationsgrad zwischen ZF-Signal und HF-Signal zu erreichen, indem er ZF-λ/4-Mikrostreifenleitungen aufweist, wobei der hohe Isolationsgrad selbst dann gegeben ist, wenn die Frequenzdifferenz zwischen dem ZF-Signal und dem HF-Signal klein ist. Nachdem das Übertreten des ZF-Signals zum HF-Anschluß deutlich reduziert ist, ist der Umwandlungswirkungsgrad des erfindungsgemäßen einfachsymmetrischen Mischers ebenfalls signifikant verbessert. Weiterhin reduziert der erfindungsgemäße einfachsymmetrische Mischer die Einfügungsdämpfung, weil das übertreten des ZF-Signals reduziert wird.
  • Auch wenn nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im besonderen dargestellt und beschrieben wurde, ist anzuerkennen, daß Veränderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren und inner halb des Rahmens der angehängten Ansprüche möglich sind, ohne den Gedanken und beabsichtigten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

  1. Einfachsymmetrischer Mischer zur Umwandlung eines HF-Eingangssignals in ein ZF(Zwischenfrequenz)-Signal durch Mischen des HF-Eingangssignals mit einem lokalen Signal, enthaltend: einen ersten Hybridkoppler (2) zur Erzeugung zweier lokaler Signale (Lo) gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase; ein Paar Mischelemente (FET3, FFT4), die jeweils eines der beiden lokalen Signale (Lo) empfangen; ein Paar Streifenleitungen (14, 15) zur Übertragung des HF-Eingangssignals zu den Mischelementen (FET3, FET4); ein Paar ZF-Filter (8, 9) zum Filtern der durch die Mischelemente (FET3, FET4) erzeugten ZF-Signale entgegengesetzter Phase; und einen zweiten Hybridkoppler (10) zur Verknüpfung der ZF-Signale der ZF-Filter (8, 9) zur Erzeugung des ZF-Signals gleicher Phase; wobei jeweils ein Ende der Streifenleitungen (14, 15) miteinander an einem Punkt verbunden sind, wo das HF-Eingangssignal zugeführt wird, und das andere Ende jeder Streifenleitung (14, 15) mit dem entsprechenden Mischelement (FET3, FET4) verbunden ist, und die Länge jeder der Streifenleitungen (14, 15) 1/4 der Wellenlänge des ZF-Signals beträgt.
  2. Einfachsymmetrischer Mischer nach Anspruch 1, wobei der einfachsymmetrische Mischer auf einer planaren Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist und die lokalen Signale (Lo) gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase über Streifenleitungen zu den Mischelementen (FET3, FET4) übertragen werden.
  3. Einfachsymmetrischer Mischer nach Anspruch 1, wobei die Mischelemente (FET3, FET4) ZF-Signale gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase erzeugen.
  4. Einfachsymmetrischer Mischer nach Anspruch 1, wobei jedes Mischelement (FET3, FET4) durch einen Transistor gebildet wird.
  5. Einfachsymmetrischer Mischer nach Anspruch 1, wobei jedes Mischelement (FET3, FBT4) durch eine Diode gebildet wird.
  6. Einfachsymmetrischer Mischer nach Anspruch 1, wobei die ZF-Signale entgegengesetzter Phase von den Mischelementen (FET3, FET4) zu den ZF-Filtern (8, 9) über Streifenleitungen geführt werden.
DE10100559A 2000-01-13 2001-01-09 Einfachsymmetrischer Mischer Expired - Fee Related DE10100559B4 (de)

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