DE10154995A1 - Mischerschaltung mit Vorverstärker - Google Patents

Mischerschaltung mit Vorverstärker

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DE10154995A1
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mixer
preamplifier
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mix
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DE10154995A
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Klaus Solbach
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/12Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/16Circuits
    • H04B1/26Circuits for superheterodyne receivers
    • H04B1/28Circuits for superheterodyne receivers the receiver comprising at least one semiconductor device having three or more electrodes

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischerschaltung, umfassend einen Mischer (MIX) zur Mischung des dem Mischer (MIX) zugeführten, in einem Vorverstärker (LNA) verstärkten RF-Signals mit einem dem Mischer (MIX) zugeführten LO-Signal. Gemäß der Erfindung ist eine für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung (L1) vorhanden, welche mit dem Eingang des Vorverstärkers (LNA) verbunde ist. Außerdem ist eine weitere für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung (L2) vorhanden, welche den Ausgang des Vorverstärkers (LNA) mit dem Eingang des Mischers (MIX) verbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischerschaltung mit Vorverstärker gemäß den Oberbegriffen von Patentanspruch 1.
  • In der Hochfrequenztechnik werden Empfangssignale, z. B. aus Empfangsantennen kommend, aus ihrem ursprünglichen Frequenzbereich, z. B. radio frequency (RF) oder Hochfrequenz (HF) in einen anderen Frequenzbereich, auch als intermediate frequency (IF) oder Zwischenfrequenz bezeichnet, umgesetzt, um weiterverarbeitet zu werden. Diese Umsetzung erfolgt in einem Mischer, der das RF-Signal und ein Lokaloszillatorsignal (LO-Signal) zusammenführt. Das dabei erzeugte Zwischenfrequenzsignal weist dabei zwei Komponenten mit den Frequenzen fLO + fRF und fLO - fRF auf.
  • Solche Mischer werden üblicherweise als passive Mischer oder aktive Mischer betrieben, wobei in den Schaltungen Halbleiter-Bauelemente (Dioden und Transistoren) eingesetzt werden.
  • In bekannten Mischerschaltungen werden das RF-Signal und das LO-Signal auf unterschiedlichen Pfaden dem Mischer zugeführt, wobei das RF-Sigal in einem Vorverstärker, üblicherweise ein Low Noise Amplifier (LNA), verstärkt wird (Fig. 1). Das LO- Signal weist dabei einen für den Betrieb des Mischers nötigen Pegel auf.
  • Bei einer Ausführung des Mischers als sogenannten unbalancierten Mischer, ist der Mischer üblicherweise derart ausgelegt, dass das LO-Signal und das RF-Signal auf eine gemeinsame Leitung zusammengeführt werden und dem Halbleiter-Bauelement zugeführt werden (Fig. 2). Hierbei werden üblicherweise Richtkoppler oder Netzwerkelemente ohne Frequenzfilterung (Diplexer-Filter) verwendet. Hierbei kann das RF- Signal mit geringer Dämpfung nur dann durch den Mischer geleitet werden, wenn die Kopplung des LO-Signals schwach ist, d. h. der Richtkoppler RK (Netzwerkelement) weist eine hohe Koppeldämpfung auf. Es ist somit am Eingang des Richtkopplers oder Netzwerkelements eine hohe LO-Signalleistung nötig. Diese Erhöhung der Leistungsanforderung wird üblicherweise durch zusätzliche Verstärkerstufen erfüllt, die üblicherweise in den LO-Baugruppen integriert sind.
  • In Gruppenantennen mit mehreren Empfängerkanälen und mehreren Mischerschaltungen erweist es sich hierbei als nachteilig, dass aufgrund des hohen Signalleistungsbedarfs weitere Verstärkerstufen benötigt werden, was einen erheblichen baulichen Aufwand bedeutet und sehr kostenintensiv ist.
  • Es sind weitere Schaltungen mit Mischern bekannt, wobei die Mischer abgesetzt von einer Versorgungsstation über Leitungen mit RF- und LO-Signalen versorgt werden. Solche Mischerschaltungen werden z. B. in Phased Array-Gruppenantennen- Systemen mit Sende-Empfangs-Modulen und optischer Übertragung (Glasfaserleitung) der Signale eingesetzt. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass entweder zwei getrennte Leitungen für LO- und RF-Signal geführt werden müssen oder bei Verwendung einer gemeinsamen Leitung ein Frequenz-Diplexer zur Trennung benutzt werden muß, was vor allem bei geringem Frequenzabstand sehr schwierig und aufwendig ist (Fig. 3). Außerdem müssen vor allem in faseroptischen Übertragungssystemen die Pegel beider Signale durch jeweils einen Vorverstärker angehoben werden, was ebenso einen erheblichen baulichen Aufwand bedeutet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Mischerschaltung mit einem geringen baulichen Aufwand und einer reduzierten Zahl von benötigten Verstärkerstufen anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird mit der Mischerschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist eine für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung vorhanden, welche mit dem Eingang des Vorverstärkers verbunden ist. Des weiteren ist erfindungsgemäß eine weitere für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung vorhanden, welche den Ausgang des Vorverstärkers mit dem Eingang des Mischers verbindet.
  • Am Ausgang des vorteilhaft rauscharmen Vorverstärkers ist der LO-Signalpegel somit auf den für den Betrieb des Mischers, welcher vorteilhaft ein aktiver Mischer ist, nötigen Pegel angehoben. Der Mischer wird in diesem Fall auch als ein unbalancierter Mischer bezeichnet. Der Vorteil hierbei ist, dass der am Eingang des Vorverstärkers benötigte Pegel um den Faktor der Leistungsverstärkung des Vorverstärkers niedriger liegt. Hierdurch wird der bauliche Aufwand erheblich reduziert. Somit werden weniger Verstärkerstufen benötigt, wodurch die baulichen Kosten erheblich gesenkt werden. Auch bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mischerschaltung in Gruppenantennen mit mehreren Mischerschaltungen mit entsprechendem Leistungsbedarf kann die Zahl der benötigten Verstärkerstufen reduziert werden.
  • Das RF- und das LO-Signal werden in dem gemeinsamen Vorverstärker ohne gravierende Einbußen in der Verstärkung, Rauschzahl und im Dynamikbereich verstärkt. Vorteilhaft liegt der Pegel des LO-Signals, welches üblicherweise einen größeren Pegel als das RF-Signal aufweist, deutlich unterhalb des Kompressionspunktes des Vorvestärkers. Am Eingang des Vorverstärkers liegt der Rauschpegel des LO-Signals vorteilhaft unterhalb des Rauschpegels des RF-Signals.
  • Die erfindungsgemäße Verstärkung des RF- und LO-Signals in einem gemeinsamen Vorverstärker ist aufgrund der niedrigen benötigten LO-Signalleistung insbesondere für die Verwendung in aktiven Mischern geeignet. Es ist aber auch möglich, dass das erfindungsgemäße Konzept in anderen Mischerschaltungen, z. B. passive Mischern verwendbar ist.
  • In geeigneten Schaltungen ist es möglich, durch Filterung des LO-Signals den Rauschpegel des LO-Signals zu reduzieren.
  • Es ist ferner möglich, mittels im Signalverlauf vor und/oder hinter dem Vorverstärker befindlicher Filter, insbesondere steilflankige Filter, die Spiegelfrequenz-Signale zu unterdrücken.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Mischer mit Vorverstärker gemäß dem Stand der Technik,
  • Fig. 2 einen beispielhaften unbalancierten aktiven Mischer mit Richtkoppler als RF/LO-Diplexer gemäß dem Stand der Technik,
  • Fig. 3 einen abgesetzten Mischer mit einer Versorgungsstation und Frequenz- Diplexer gemäß dem Stand der Technik,
  • Fig. 4 eine erfindungsgemäße Mischerschaltung mit einem Vorverstärker zur Verstärkung des LO-Signals und des RF-Signals,
  • Fig. 5 eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Mischerschaltung mit einem Vorverstärker zur Verstärkung des LO-Signals und des RF-Signals,
  • Fig. 6 eine vorteilhafte Mischerschaltung mit Versorgungsstation und abgesetztem Mischer.
  • Fig. 1 zeigt einen Mischer mit Vorverstärkung gemäß dem Stand der Technik. Der Mischer MIX besitzt dabei zwei Eingänge, durch welche dem Mischer das RF-Signal und das LO-Signal zugeführt werden. Am Ausgang des Mischers MIX wird das Zwischensignal IF erzeugt. Ein Eingang des Mischers MIX für das RF-Signal ist dabei mit dem Ausgang des Vorverstärkers LNA verbunden, dessen Eingang mit dem RF- Signal der Empfangsantenne (nicht dargestellt) gespeist wird. Der andere Eingang des Mischers MIX wird mit dem LO-Signal gespeist.
  • In Fig. 2 ist ein beispielhafter unbalancierter aktiver Mischer mit Richtkoppler als RF/LO-Diplexer gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Hierbei wird ein Transistor T über einen Richtkoppler RK, der das RF- und das LO-Signal auf eine gemeinsame Leitung zusammenführt (Diplexer) an seiner Basis B gespeist. Dieses Schaltungsprinzip wird auch als additive Mischung bezeichnet.
  • Fig. 3 zeigt eine Mischerschaltung mit einem von einer Versorgungsstation abgesetztem Mischer gemäß dem Stand der Technik. In der Versorgungsstation VS werden das LO- und RF-Signal mit den Frequenzen f1 und f2 zusammengeführt und über eine Leitung L in einen Frequenz-Diplexer FD gespeist. In dem Frequenz-Diplexer erfolgt eine Trennung der Signale und somit der Frequenzen f1 und f2 auf zwei Leitungen. Jedes Signal wird in je einer Leitung geführt und je einer Verstärkerstufe zugeführt, in der das jeweilige Signal verstärkt wird. Anschließend werden die verstärkten Signale jeweils einem eigenen Eingang im Mischer MIX zugeführt.
  • Eine erfindungsgemäße Mischerschaltung mit einem Vorverstärker, welchem das RF- und LO-Signal auf einer gemeinsamen Leitung zugeführt werden, ist in Fig. 4 dargestellt. Der Eingang des Vorverstärkers LNA wird über eine einzelne Leitung L1 mit dem RF- und LO-Signal gespeist. Der Ausgang des Vorverstärkers LNA ist durch die Leitung L2 mit einem Eingang des Mischers MIX verbunden. Der Ausgang des Mischers MIX liefert das Zwischensignal IF. Aus der erfindungsgemäßen Schaltung wird deutlich, dass hierbei zur Verstärkung des RF- und LO-Signals lediglich ein einziger Vorverstärker LNA notwendig ist. Außerdem werden die beiden Signale auf einer jeweils gemeinsamen Leitung L1 und L2 dem Vorverstärker LNA und dem Mixer MIX zugeführt.
  • In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Empfängerschaltung mit einem einzigen Vorverstärker zur Verstärkung des RF- und LO-Signals gezeigt. Ein Richtkoppler RK befindet sich im Signalverlauf vor dem einzigen Vorverstärker LNA. In dem Richtkoppler RK werden das RF-Signal, welches z. B. von einer Empfangsantenne EA kommt, und das LO-Signal auf eine gemeinsame Leitung L1 zusammengeführt. Diese Leitung L1 wird dem Eingang des Vorverstärkers LNA zugeführt. Der Ausgang des Vorverstärkers LNA ist über eine weitere Leitung L2 mit dem Eingang des Mischers MIX verbunden, an dessen Ausgang die Zwischenfrequenz IF erzeugt wird.
  • Der Richtkoppler dient in dieser Ausführung als Diplexer. Es können allerdings auch andere vorteilhafte Diplexer-Ausführung verwendet werden, z. B. kapazitive Koppler, Leitungsverzweigungen, Brückenschaltungen, Übertrager oder Filterdiplexer.
  • Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Mischerschaltung mit Versorgungsstation und abgesetztem Mischer. In der Versorgungsstation VS werden wie bei Fig. 3 bereits erläutert, das RF- und das LO-Signal auf eine gemeinsame Leitung L zusammengeführt. Diese Leitung L1 wird mit einem Eingang eines Vorverstärkers LNA verbunden, welcher das RF- und das LO-Signal verstärkt. Eine weitere Leitung L2 verbindet den Ausgang des Vorverstärkers LNA mit einem Eingang des Mischers MIX. Am Ausgang des Mischers MIX wird die Zwischenfrequenz IF erzeugt.

Claims (8)

1. Mischerschaltung umfassend einen Mischer (MIX) zur Mischung des dem Mischer (MIX) zugeführten, in einem Vorverstärker (LNA) verstärkten RF-Signals mit einem dem Mischer (MIX) zugeführten LO-Signal, dadurch gekennzeichnet, dass eine für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung (L1) vorhanden ist, welche mit dem Eingang des Vorverstärkers (LNA) verbunden ist und dass eine weitere für das RF-Signal und das LO-Signal gemeinsame Leitung (L2) vorhanden ist, welche den Ausgang des Vorverstärkers (LNA) mit dem Eingang des Mischers (MIX) verbindet.
2. Mischerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diplexer (RK) vorhanden ist, welcher das RF-Signal und das LO-Signal auf die gemeinsame Leitung (L1) zusammenführt und mit dem Eingang des Vorverstärkers (LNA) verbunden ist.
3. Mischerschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Mischer (MIX) abgesetzte Versorgungsstation (VS) vorhanden ist, welche das RF-Signal und das LO-Signal in eine gemeinsame Leitung (L1) zusammenführt, wobei diese Leitung (L1) mit dem Eingang des Vorverstärkers (LNA) verbunden ist.
4. Mischerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diplexer (RK) ein Richtkoppler, ein kapazitiver Koppler, eine Leitungsverzweigung, eine Brückenschaltung, ein Übertrager oder ein Filterdiplexer ist.
5. Mischerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverstärker (LNA) ein rauscharmer Verstärker ist.
6. Mischerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (MIX) ein unbalancierter Mischer ist.
7. Mischerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel des LO-Signals unterhalb des Kompressionspunktes des Vorverstärkers (LNA) liegt.
8. Mischerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingang des Vorverstärkers (LNA) der Rauschpegel des LO-Signals niedriger als der Rauschpegel des RF-Signals ist.
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