DE1491938A1 - Parametrische Mischanordnung fuer verzerrungsarme Umsetzung - Google Patents

Parametrische Mischanordnung fuer verzerrungsarme Umsetzung

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DE1491938A1
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DE19661491938
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English (en)
Inventor
Vogel Dipl-Ing Klaus
Eckart Schmitzer
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Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Original Assignee
Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F7/00Parametric amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • H03D9/06Transference of modulation using distributed inductance and capacitance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. P a t e n t a n s --p r ü c h e r Parametrische Mischanordnung für verzerrungsarme Umsetzung, dadurch gekennzeichnet, daß die -Pumpfrequenz (fp) über ein schmalbandiges Filter (1) direkt dem Mischer (4) zugeführt wird, in dem zusammen mit der Signalfrequenz (fs) die Mischprodukte (fp + fs) bzw. (fp - fs) gebildet werden fand über eine Richtungsleitung (8) dem Ausgangsfilter (6) entkoppelt zugeführt werden (Fig. 3).
  2. 2. Parametrische_ Mischanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mischer Mund der Richtungsleitung (8) ein Bauelement (9), z.B. ein Sperrfilier, 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, z.B. (fp + fs), weitgehendst reflexiionsfrei durchlässig ist@Fig.4).
  3. 3. Parametrische Mischanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen dem Mischer (4) und der Richtungsleitung (8)-angeordnete Bauelement (9) ein einfaches breitbandiges Filter, vorzugsweise ein breit-. bandiger Einzelresonator, ist, der für die Ausgangsfrequenz (fp + fs) weitgehendst verlustlos durchlässig ist, während er z.B. 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(Fig.4)..
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