-
Gegentaktmischanordnung zur Mischung zweier elektromagnetischer Mikrowellen
Die Erfindung betrifft eine Gegentaktmischanordnung zur Mischung zweier elektromagnetischer
Mikrowellen unter Verwendung zweier sich axial gegenüberstehender Dioden, die über
zwei rechteckige Hohlleiter von zwei H"-Wellen ausgesteuert werden, wobei der Innenleiter
einer koaxialen Leitung, der zu dem Berührungspunkt beider Dioden führt, durch Umbiegen
der Feldlinien der einen Hl.- Welle zugleich die Aussteuerung der Dioden ermöglicht
und die beiden Hohlleiter derart zweinanderstehen, daß sie gegenseitig entkoppelt
sind.
-
In der Hohlleitertechnik verwendet man häufig und bevorzugt Gegentaktmischanordnungen,
deren besonderer Vorteil darin liegt, daß sich mit ihnen das Lokaloszillatorrauschen
erheblich herabsetzen läßt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Lokaloszillatorwelle
nicht über die Empfangsantenne ausgestrahlt werden kann, weil die Gegenphasigkeit
zweier Halbwellen des Lokaloszillators eine Weiterleitung der Lokaloszillatorwelle
in Richtung Empfangsantenne unterbindet.
-
Derartige Gegentaktmischanordnungen im Mikrowellengebiet bestehen
aus Koaxialleitungen, Hohlleitern oder auch aus Kombinationen beider Leitertypen.
-
Eine bekannte HohlleiterrGegentaktmischanordnung ist das sogenannte
»magische T« (»Microwave Mixers« von Robert V. P o u n d , McGraw-Hill Book Company,
Inc., New York und London, 1948). Bei diesem sind zwei Mischdioden getrennt an den
Enden zweier Hohlleiterzweige angeordnet. Die Aussteuerung beider Dioden erfolgt
durch zwei gegenphasige Hohlleiterwellen. Die Gegenphasigkeit wird durch die besondere
Ankopplung der beiden die aussteuernden Wellen führenden Hohlleiter erreicht. Zugleich
hat diese Ankopplung eine Entkopplung der aussteuernden Hohlleiterzweige zur Folge.
Im Prinzip besteht das »magische T« also aus vier Hohlleiterzweigen: Zwei Zweige
mit je einer Mischdiode, dem Zweig für die Empfangswelle und dem Lokaloszillatorzweig.
Daraus ist ersichtlich, daß diese Mischanordnung räumlich und konstruktiv sehr aufwendig
ist.
-
An weiteren Anordnungen sind bekannt, z. B. solche, bei denen zwei
in einem Punkt zusammenliegende Dioden in einem Falle von einer Hohlleiterwelle
und einer Koaxialwelle, in einem andern Falle von zwei Hohlleiterwellen ausgesteuert
werden.
-
Im ersten Falle wird die Empfangswelle den Mischdioden über einen
Hohlleiter zugeführt. Die Lokaloszillatorwelle hingegen wird als Hohlleiterwelle
bis an den Mischraum herangeführt und dann zur Aussteuerung der Diode in eine koaxiale
Welle umgewandelt (deutsche Auslegeschrift 1065 026).
-
Im zweiten Falle, bei dem beide aussteuernden Wellen den Mischdioden
zugeführt werden, ist die Konstruktion einfacher (F i g. 1). Hier sind beide axial
in einem Punkt zusammengeführten Dioden 5 und 6, in einem Mischraum quadratischen
Querschnitts (d. h. würfelartigen Volumens 1) untergebracht, in dem zwei rechteckige
Hohlleiter an den den Dioden entgegengesetzten Seiten und zueinander um 90° verdreht
münden. Für einen Hohlleiter 2 liegen also die Achsen beider Dioden in Richtung
der längeren Hohlleiterseite, für den anderen Hohlleiter 3 in Richtung der kürzeren
Hohlleiterseite. Die Herausführung der Zwischenfrequenz aus dem Mischraum erfolgt
seitlich über einen Koaxialleiter 4.
-
Auch diese Mischanordnung ist in ihren räumlichen Abmessungen aufwendig.
-
Bei einer weiteren bekannten Mischanordnung ähnlich F i g. 1 (USA.-Patent
2 514 67$) entfällt der kubische Mischraum. Beide Hohlleiterzweige sind, um 90°
verdreht, direkt miteinander verbunden. An der Übergangsstelle sind vier koaxiale
Leitungen angekoppelt, die zu vier Dioden führen. Diese sind in einer Brückenschaltung
zusammengefa.ßt und an der Übergangsstelle beider Hohlleiter im Hohlleiterinneren
angeordnet. Die Dioden werden von einem Hohlleiter aus durch die Trägerfrequenz
über die Koaxialleitung von der Signalfrequenz ausgesteuert. Das dabei entstehende
,Seitenband wird über den
zweiten Hohlleiter weitergeleitet. Beide
Hohlleiter sind dabei entkoppelt.
-
Gegenüber allen diesen bekannten sowohl räumlich als auch konstruktiv
aufwendigen Anordnungen zeichnet sich der Mischer gemäß der Erfindung dadurch aus,
daß er außerordentlich platzsparend ist, daß z. B. der Mischraum in dem Hohlleiterzweig
untergebracht ist, der die Lokaloszillatorwelle führt, während er beim »magischen
T« aus zwei Hohlleiterzweigen besteht.
-
Gegenüber dem Mischer gemäß USA.-Patent 2 514 678 weist der Mischer
gemäß der Erfindung nur eine einzige koaxiale Leitung auf. Ein weiterer Vorteil
besteht in der Art der Kopplung der Hohl-Ieiterwellen auf die Dioden. Während die
angeführte Anordnung hierfür nur eine kleine rechteckige öffnung freiläßt, sind
bei dem Mischer gemäß der Erfindung beide Hohlleiter durch eine Öffnung verbunden,
die dem Hohlleiterquerschnitt entspricht. Auf diese Weise wird eine bessere Aussteuerung
der Dioden erreicht.
-
Die Kennzeichen der Anordnung gemäß der Erfindung bestehen darin,
daß die Mischdioden unmittelbar in dem einen rechteckigen Hohlleiter parallel zur
längeren Querschnittseite angeordnet sind, daß ihre Achse senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
der in diesem Hohlleiter fortschreitenden Wellen und senkrecht zu deren elektrischen
Feldlinien liegen und daß rechtwinklig zu diesen Hohlleitern und den Dioden gegenüber
achssymmetrisch, jedoch um 90° verdreht, ein weiterer rechteckiger Hohlleiter gleichen
Querschnitts angekoppelt ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entspricht
die Größe des Koppelloches den vollen Innenmaßen der Hohlleiter, so daß die Aussteuerung
der Dioden vom Hohlleiter 1 über das Koppelloch durch ein aus dem Hlö Typ entstehendes
verzerrtes Feld erfolgt, und liegt der zur Herausführung der Zwischenfrequenz notwendige
Innen-Leiter einer Koaxialleitung in Ausbreitungsrichtung der im angekoppelten Hohlleiter
fortschreitenden Hohlleiterwelle und senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung der im
anderen Hohlleiter fortschreitenden Hohlleiterwelle fo.
-
An Hand der F i g. 2 sollen Aufbau und Wirkungsweise der Mischanordnung
näher erläutert werden. Der Rechteck-Hohlleiter 1 ist über die Öffnung 9 seiner
Innenmaße an den Rechteck-Hohlleiter 2 angekoppelt. Die Dioden 3 und 4 sind in letzterem
in der verlängerten Achsrichtung des Hohlleiters 1 symmetrisch derart angeordnet,
daß sie über ein Kontaktstück 6 miteinander Verbindung haben. Das Ende des Hohlleiters
2 ist durch eine Kurzschlußplatte 5 abgeschlossen.
-
Mit dem Kontaktstück 6 und damit mit den Dioden ist der Innenleiter
einer Koaxialleitung 7 verbunden, der nach außen geführt wird. Der andere Pol der
Dioden läßt sich entweder über den Zwischenring 8 auf Hohlleiterpotential legen
oder er kann über Isolierringe getrennt herausgeführt werden, so daß wahlweise die
Zwischenfrequenz im Eintakt-oder im Gegentaktbetrieb abgenommen werden kann.
-
Der Mischvorgang sowohl für Eintakt- als auch für Gegentaktbetrieb
vollzieht sich in folgendem Ablauf: Die Empfangswelle fE gelangt über den Hohlleiter
1 in den Mischraum. Die geometrische Zuordnung der Hohlleiter 1 und 2 schließt eine
Kopplung zwischen beiden aus, da jede H" -Welle in einem der beiden Hohlleiter zwangläufig
im anderen Hohlleiter zwei gegenphasig wirkende H" -Wellen erregt. Im Mischraum
kommt jedoch beim Übergang der Feldlinien aus dem Hohlleiter 1 in den Hohlleiter
2 von der Empfangswelle fE her ein verzerrtes Feld zustande, das zur Aussteuerung
der beiden Dioden ausreicht. Ein geringer Leistungsanteil von der Empfangswelle
f l. (die Entkopplung ist 20 db) gelangt infolge der unvermeidbaren Diodenunsymmetrien
in den Lokaloszillatorzweig und geht damit für den Mischvorgang verloren.
-
Die Lokaloszillatorwelle f" gelangt über den Hohlleiter 2 an den Mischort.
Da ihre elektrischen Feldknien senkrecht zu den Diodenachsen stehen, wäre normalerweise
eine Aussteuerung der Dioden von dieser Stelle aus nicht möglich. Durch den Innenleiter
des Koaxialkabels 7 werden die Feldlinien jedoch nach beiden Seiten in Richtung
der Diodenachsen umgebogen, so daß hiermit durch die in Diodenrichtung auftretenden
Feldstärkekomponenten eine Aussteuerung der Dioden stattfindet (für die Empfangswelle
bleibt der Koaxialinnenleiter ohne Wirekung, da er senkrecht zu den elektrischen
Feldlinien verläuft). Die Kurzschlußplatte 5 reflektiert den über die Dioden hinaus
gelangenden Teil der Lokaloszillatorwelle.
-
Auch hier ist, wie in umgekehrter Richtung; der ih den Empfangszweig
eingekoppelte Anteil der Lokaloszillatorwelle gering (Entkopplung 20 db). Die an
den Dioden entstehende Zwischenfrequenz wird über die Koaxialleitung 7 abgenommen.