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Parametrische Mischanordnung für verzerrungsarme Umsetzung
Um
im Mikrowellenbereich Leistungen mit annehmbarem Wirkungsgrad ausschließlich mit
Halbleiteranordnungen zu erreichen, ist es bekannt, diese Leistungen, ausgehend
von niedrigen Frequenzen, bei denen ausreichend hohe Leistungen von Transistorsendern
aufgebracht werden können, durch Vervielfachen mit Hilfe sogenannter Kapazitäts-Variationsdioden
zu erzielen. Ebenso ist es bekannt, Leistungen durch sogenanntes parametrisches
Mischen zu erzielen, d.h. durch Frequenzumsetzung an nichtlinearen Blindwiderständen,
vorzugsweise ebenfalls realisiert durch Kapazitäts-Variationsdioden, sogenannte
Varaktoren. Das letztgenannte Verfahren ist besonders zweckmäßig bei
Vielkanal-
oder Fernseh-Richtfunk-Systemen, wo das breitbandige Signal (z.B. Video-Signal)
direkt aus einer ZF-Lage im Bereich von einigen 10 bis 100 MHz verzerrungsarm in
die Mikrowellentrequenzlage umgesetzt wird, wobei bei entsprechend hoher "Pumpfrequenz"
und bei Verwendung geeigneter Varaktor-Dioden Ausgangsleistungen im Bereich von
einigen Milliwatt bis zu mehreren Watt, je nach Endfrequenz, erreichbar sind. Hierfür
lässt sich vorteilhaft eine bekannte Überlagerungsanordnung mit vierarmiger Richtungsgabel
verwenden. Die hier eingesetzte Richtungsgabel oder der Zirkulator dient zur Trennung
der einzelnen Energieanteile und zur Entkopplung der Bauteile untereinander, er
ist ein sehr aufwendiges Bauelement, dessen meist erhebliches Eigengewicht bei transportablen
Geräten von Nachteil ist. Es besteht aus diesem Grund ein Interesse daran, eine
Umsetzung mit kleinerem Aufwand zu erreichen. In der üb-_l.I.c.her)"Anordnung mit
Zirkulator, die Fig. 1 zeigt, wird
die mit Hilfe der beispielsweise
über ein Filter 1 am Eingang E über den Zirkulator 2 und gegebenenfalls über ein
.@eze-i-chneee Transformationsglied 3 dem Mischer 4 zugeführte Pumpleistung mit
dem vom Signaleingang 5 zur Verfügung stehenden vorzugsweise in ZF-Lage befindlichen
Nutzsignal fs in. eine höher frequente Endfrequenz umgesetzt und .über den Zirkulator
2 und das Ausgangsfilter 6 dem Ausgang A zugeführt, wo es zur weiteren Verarbeitung,
z.B. zur Abstrahlung über eine Antenne zur Verfügung steht. Die vom Ausgangsfilter
6 nicht durchgelassenen Mischprodukte sowie evtl. noch vorhandene Reste der Mischleistung
werden durch den Zirkulator weitergekoppelt und im Abschlußwiderstand 7 absorbiert.
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Eine Möglichkeit der Vereinfachung, z.B. den Zirkulator einzusparen,
wäre dadurch erreichbar, die Trennung der Frequenzanteile nur durch Filter zu bewerkstelligen,
was beispielsweise mit einer Anordnung nach Fig. 2 erreicht werden kann.
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Die hier über den Eingang E und das Filter 1 zugeführte Pumpleistung
fp kann nicht über das Filter 6 abfliessen, da dies auf die Ausgangsfrequenz z.B.
fp + fs abgestimmt ist; *die Pumpleistung gelangt daher - falls erforderlich wieder*
über ein Transformationsglied - zum Mischer 4, in dem zusammen mit der Signalfrequenz
fs die Mischprodukte fp + fs bzw.
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fp - fs gebildet werden. Das erwünschte Mischprodukt (z.B. fp + fs)
kann nun seinerseits nicht über das auf die Pumpfrequenz fp abgestimmte Filter 1
abfliessen, sondern es gelangt über das Filter 6 zum Ausgang A. So lange der Mischer
4 breitbandig einwandfrei angepasst ist, ist dieses Verfahren ohne Schwierigkeiten
anwendbar.
Da nun aber beim Auswechseln der Varaktor-Dioden, ja
. selbst bei ein und derselben Diode aber unterschiedlicher Aussteuerung, erhebliche
Streuungen der Impedanz am Mischer 4 auftreten können, wird im praktischen Betriebsfalle
immer eine gewinse Fehlanpassung vorhanden sein, durch die nun die Filter 1 und
6 mehr oder weniger stark beeinflußt werden. Eine Beeinflußung des Filters 1 bezüglich
seiner Übertragungseigenschaften durch Fehlanpassung bleibt in weiten Grenzen ohne
Folgen, da hiermit nur eine einzige Frequenz, die Pumpfrequenz fp, übertragen wird
und Fehlanpassung durch geeignetes Verstimmen des Filters weitgehend weggestimmt
werden kann.
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Anders verhält es sich aber beim Filter 6, über das nun das umgesetzte
Signal, also im Beispiel fp + fs, übertragen werden soll. Veränderungen der Filtereigenschaften
(Dämpfungsverlauf, Phasengang) durch Fehlanpassung führen zu Verzerrungen des zu
übertragenden Signals,. dies um so mehr, je breitbandiger das Signal ist und um
so höher die Selektionsanforderungen an das Filter sind, speziell.bei Frequenzmodulation.
Hierdurch wird das beschriebene Verfahren gemäß Fig. 2 in seinem Anwendungsbereich
nur auf einfache schmalbandige Systeme mit wenigen Übertragungseigenschaften beschränkt.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung bezweckt.diese Nachteile zu vermeiden
und dennoch den Zirkulator einzusparen, ihre Kennzeichen bestehen darin, daß die
Pumpfrequenz fp über ein schmalbandiges Filter 1 direkt dem Piischer 4 zugeführt
wird, in dem zusammen mit der Signalfrequenz fs die Mischprodukte (fp + fs) bzw.(fp
- fs) gebildet werden und über eine Richtungsleitung 8 dem Ausgangsfilter 6 entkoppelt
zugeführt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele sind dadurch gekennzeichnet,
. daß zwischen dem Mischer 4 und der Richtungsleitung 8 ein . Bauelement 9, z.B.
ein-Sperrfilter, angeordnet ist, das so dimensioniert ist, daß nur für die Pumpfrequenz
fp eine starke Fehlanpassung gegeben ist, während es für alle anderen Frequenzen,,speziell
für die Ausgangsfrequenz fp + fs weit-, gehendst reflexiionsfrei durchlässig ist
oder daß das zwischen dem Mischer 4 und der Richtungsleitung 8 angeordnete Bau-
' element-9 ein einfaches-breitbandiges Filter, vorzugsweise ein breitbandiger Einzelresonator
ist, der-für die Ausgangsfrequent fp + fs weitgehendst verlustlos durchlässig ist,
während er für alle anderen Frequenzen, insbesondere für die Pumpfrequenz fp,eine
ausreichend große Fehlanpassung darstellt und bei dem die völlige Trennung des Ausgangssignals
von . Mischprodukten und Resten der Pumpleistung erst nach der Richtungsleitung
8 erfolgt.
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Die Anordnungen gemäß der Erfindung und ihre Wirkungsweise werden
im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert: Gemäß Fig. 3 wird die Pumpleistung
fp über den Eingang E und ein einfaches, vorzugsweise"e'inkreisiges, Filter 1, z.B.
über geeignete Koppelblenden des Filters, direkt dem Mischer 4 'zugeführt. Kleinere
Fehlanpassungen können hierbei, wie bereits erläutert, weggestimmt werden, wodurch
bei ausreichend schmalausgelegtem Filter 1 das frequenzmäßi@g entfernt liegende
breitbandige Ausgangssignal nicht beeinflußt wird. Das Ausgangssignal fp + fs selbst
gelangt über die Richtungsleitung 8, an die keine allzu hohen Ansprüche gestellt
werden müssen, über .das Ausgangsfilter 6 zum Ausgang A. Das Ausgangsfilter 6@ist
damit ausreichend vom Mischer 4 entkoppelt, .so daß dort auftretende Fehlanpassungen
auf die Übertragungseigenschaften des
Filters keinen Einfluß nehmen
können. Da sich Richtungsleitungen mittlerer Sperrdämpfungen, z.B. um 30 dB, über
sehr breite Frequenzbereiche betreiben.lassen und sie in ihrem Arbeitsbereich sehr
kleine Eigenreflexflonen aufweisen, führen kleinere Fehlanpassungen des Mischers
4 auf Grund streuender Impedanzen der verwendeten Varaktoren nur zu verringertem
Wirkungsgrad, nicht aber zu Signalverzerrungen, so daß nun auch einer Verwendung
in breitbandigen Systemen nichts mehr im Wege steht.
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Als Nachteil wird bei dieser einfachen@Anordnung in Kauf genommen,
daß auch bei günstiger Anpassung nur die Hälfte der Pumpleistung fp für die Aussteuerung
des Varaktors zur Verfügung steht, während die andere Hälfte über die Richtungsleitung
abfließt, vom Filter 6 reflextiert wird und nun von der Sperrichtung her in die
Richtungsleitung 8 gelangt und absorbiert wird.
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Dieser Nachteil wird verringert oder völlig vermieden durch ein gemäß
Fig. 4 im Leitungszug zwischen Mischer 4 und Richtungsleitung 8 angeordnetes Bauelement
9, z.B. ein Sperrfilter, das in der Lage ist schmalbandig, d.h. nur für die Pumpfrequenz
fp, eine Fehlanpassung zu erzeugen und damit die Pumpleistung am Abfliessen über
die Richtungsleitung 8 hindert, wobei auch diese Anordnung so auszulegen ist, daß
das Soll-Signal fp + fs nicht gestört wird.
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Eine weitere Möglichkeit das Abfliessen der Pumpleistung fp über die
Richtungsleitung 8 zu verhindern, andererseits aber das Ausgangssignal fp + fs ungehindert
durchzulassen, ist dadurch gegeben, als Bauelement 9 ein einfaches breitbandiges
Pilter, z.b. einen breitbandigen EInzelresonator, zu verwenden. Dieser ist so auszulegen,
daß er für die Ausgangsfrequenz
fp + fs weitgehendst verlustlos
durchlässig ist, aber für die Pumpfrequenz fp eine ausreichend große Fehlanpassung
darstellt. Die völlige Trennung des Ausgangssignals von Itischprodukten und eventuellen
Resten .der Pumpleistung wird erst nach der Richtungsleitung 8 vollzogen. Diese
Anordnung hat sich bewährt, da einfache und gleichzeitig ziemlich breitbandig ausgelegte
Filter (z.8. Einzelkreise) durch kleinere Fehlanpassungen nur geringfügig beeinflußt
werden. Der Abstand zwischen Mischer 4 und Bauelement (Filter) 9 ist dabei_so zu
wählen, daß die vom Bauelement 9 reflektierten Energieanteile in geeigneter Phasenlage
so zum Mischer 4 zurückkehren, daß z.B. ein optimaler Wirkungsgrad oder ein gewünschter
Frequenzgang erzielt wird.