DE19629059A1

DE19629059A1 - Harmonic mixer circuit

Info

Publication number: DE19629059A1
Application number: DE1996129059
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Junghans
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-01-29
Also published as: WO1998004033A1

Abstract

The mixer circuit for send and receive modes, with conversion of IF into radio frequency (RF) using a harmonic of the local oscillator (LO) or mixing of the RF signal by means of a harmonic of the LO, is created in printed circuit boards. Thus, the radio-frequency signal is coupled to a slotline (3) and the LO signal is conveyed via a slotline-centered microstrip line (4) to two antiparallel diodes (D1-D4), which in turn are on a microwave short circuit (5, 6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine harmonische Mischerschal tung für den Sende- und Empfangsbetrieb, bei der die Umset zung der Zwischenfrequenz mittels einer Harmonischen des Lokalsoszillators in die Hochfrequenzlage erfolgt bzw. ein zu empfangendes RF-Signal mittels einer Harmonischen des Lokal oszillators gemischt wird.The invention relates to a harmonic mixer scarf device for transmission and reception mode, in which the implementation tion of the intermediate frequency by means of a harmonic of the Local oscillator is in the high frequency position or on receiving RF signal by means of a harmonic of the local oscillator is mixed.

Bei bekannten Konfigurationen mit harmonischen Mischern wer den die verschiedenen Frequenzen mit Filtern separiert, was wegen widersprüchlicher Anpaßbedingungen breitbandige harmo nischer Mischerkonfigurationen ausschließt.In known configurations with harmonic mixers who which separates the different frequencies with filters, what due to contradictory matching conditions broadband harmo niche mixer configurations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zu empfangendes RF-Signal mittels der Harmonischen des Lokaloszillators zu mischen und in eine Zwischenfrequenz umzusetzen und bei der Konfiguration als harmonischer Sendemischer die Umsetzung der Zwischenfrequenz mittels einer Harmonischen des Lokaloszilla tors in die Hochfrequenzlage vorzunehmen.The invention has for its object to be received RF signal using the harmonics of the local oscillator mix and convert into an intermediate frequency and at the Configuration as a harmonic transmitter mixer the implementation of the Intermediate frequency using a harmonic of the local oscilla tors in the high frequency position.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch den Auf bau der harmonischen Mischerschaltung in gedruckter Schal tungstechnik derart, daß das hochfrequente Signal auf eine Schlitzleitung gekoppelt und das Lokaloszillator-Signal über eine Mikrostripleitung, die mittig auf einer Schlitzleitung liegt, an zwei Antiparalleldioden geführt wird, die ihrer seits auf einem Mikrowellen-Kurzschluß liegen.This object is achieved according to the invention by the construction of the harmonic mixer circuit in printed scarf tion technology such that the high-frequency signal on a Slot line coupled and the local oscillator signal over a microstrip line that is centered on a slot line is connected to two anti-parallel diodes, theirs are lying on a microwave short circuit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfin dungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the Erfin subject matter are specified in the subclaims.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention based on in the drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine harmonische Mischerschaltung für den Sende- und Empfangsbetrieb, Fig. 1 is a harmonic mixer circuit for the transmitting and receiving operation,

Fig. 2 eine Mischerschaltung gemäß Fig. 1, kombiniert mit einem Image-RF-Filter, Fig. 2 is a mixer circuit according to Fig. 1, combined with an image-RF-filter,

Fig. 3 zwei RF- und ZF-seitig mit 3dB/90°-Kopplern zusammen geschaltete harmonische Mischer, und Fig. 3 two RF and IF side with 3dB / 90 ° couplers connected harmonic mixer, and

Fig. 4 einen mit einem Hohlleiter-Schlitzleitungsübergang kombinierten harmonischen Mischer. Fig. 4 is a combined with a waveguide slot line transition harmonic mixer.

Bei der erfindungsgemäßen harmonischen Mischerschaltung wer den Radiofrequenz RF und Lokaloszillator LO und dessen Harmo nische durch eine Schlitzleitungs-/Mikrostripanordnung ent koppelt. Dabei wird zunächst das hochfrequente Signal auf eine Schlitzleitung gekoppelt. Der Lokaloszillator wird über eine Mikrostripleitung, die mittig über dem Ende der Schlitz leitung liegt, auf zwei Antiparalleldioden gelegt, welche ih rerseits auf einem Mikrowellenkurzschluß liegen. Dieser Auf bau wird anhand von Fig. 1 näher beschrieben.In the harmonic mixer circuit according to the invention who decouples the radio frequency RF and local oscillator LO and its harmonic niche by a slot line / microstrip arrangement ent. The high-frequency signal is first coupled to a slot line. The local oscillator is placed on a microstrip line, which is centrally above the end of the slot line, on two anti-parallel diodes, which in turn are on a microwave short circuit. This construction is described with reference to FIG. 1.

Der harmonische Mischer gemäß Fig. 1 ist in gedruckter Schal tungstechnik aufgebaut, wobei die Leiterbahnen und Metalli sierungen auf einer beidseitig kaschierten Leiterplatte 1 aufgebracht sind. Der Anschluß für das hochfrequente Signal (RF-Signal) für die Funktion als Sendemischer bzw. Empfangs mischer erfolgt über eine Mikrostripleitung 2, die mit einer auf der gegenüberliegenden Plattenseite angeordneten, senk recht zur Mikrostripleitung 2 verlaufenden Schlitzleitung 3 gekoppelt ist. RF-Signal und Lokaloszillator LO und dessen Harmonische werden durch die Schlitzleitungs/Mikrostripan ordnung entkoppelt. Dabei wird zunächst das hochfrequente Signal von der Mikrostripleitung 2 auf die Schlitzleitung 3 gekoppelt. Der Lokaloszillator LO wird über eine Mikrostrip leitung 4, die mittig über dem anderen Ende der Schlitzlei tung 3 liegt, auf zwei Antiparalleldioden D1 bis D4 gelegt, die ihrerseits auf einem Mikrowellenkurzschluß 5 bzw. 6 lie gen.The harmonic mixer shown in FIG. 1 is constructed using printed circuit technology, the conductor tracks and metallizations being applied to a printed circuit board 1 laminated on both sides. The connection for the high-frequency signal (RF signal) for the function as a transmitter mixer or receiver mixer is made via a microstrip line 2 , which is coupled to a slot line 3 arranged on the opposite side of the plate, perpendicular to the microstrip line 2 . RF signal and local oscillator LO and its harmonics are decoupled by the slot line / Mikrostripan arrangement. First, the high-frequency signal is coupled from the microstrip line 2 to the slot line 3 . The local oscillator LO is via a microstrip line 4 , which is centered over the other end of the slot line 3 , placed on two anti-parallel diodes D1 to D4, which in turn lie on a microwave short circuit 5 and 6 respectively.

Die beiden virtuellen Mikrowellenkurzschlüsse 5, 6 erlauben die Ankopplung an die Schlitzleitung 3. Da jedoch der Lokal oszillator LO und dessen in den Antiparalleldioden D1 bis D4 generierte Harmonische mit gleicher Amplitude genau gegenpha sig auf die virtuellen Kurzschlüsse 5, 6 geführt werden, ist die resultierende Spannung über der Schlitzleitung 3 gleich Null. Damit ist der Lokaloszillator LO vom RF-Ein/Ausgang wegen der Symmetrie der Anordnung entkoppelt. Die über der Schlitzleitung 3 liegende Wechselspannung liegt wegen der An kopplung mittels der virtuellen Kurzschlüsse 5, 6 auch auf den Antiparalleldioden D1 bis D4. Vom Standpunkt der Mikro stripleitung sind die Spannungen von den beiden Antiparallel dioden gleich, jedoch gegensinnig. Damit liegen 0 Volt Radio frequenz an der Mikrostripleitung, wiederum aus Gründen der Symmetrie. Wegen der Entkopplung von Lokaloszillator LO (und dessen Harmonische) und Radiofrequenz RF lassen sich diese unabhängig voneinander anpassen.The two virtual microwave short-circuits 5 , 6 allow coupling to the slot line 3 . However, since the local oscillator LO and its harmonics generated in the antiparallel diodes D1 to D4 with the same amplitude are precisely counter-phased to the virtual short circuits 5 , 6 , the resulting voltage across the slot line 3 is zero. The local oscillator LO is thus decoupled from the RF input / output because of the symmetry of the arrangement. The AC voltage lying across the slot line 3 is due to the coupling by means of the virtual short circuits 5 , 6 also on the anti-parallel diodes D1 to D4. From the point of view of the micro strip line, the voltages from the two anti-parallel diodes are the same, but in opposite directions. So there is 0 volt radio frequency on the microstrip line, again for reasons of symmetry. Because of the decoupling of the local oscillator LO (and its harmonic) and radio frequency RF, these can be adjusted independently of one another.

Bei der gewählten Konfiguration liegt die Zwischenfrequenz ZF in Serie über den Antiparalleldioden D1 bis D4. Die Grenzfre quenz der Schlitzleitung 3 läßt sich vorteilhaft so wählen, daß die Zwischenfrequenz ZF nicht mehr übertragen werden kann. Damit sind die ZF- und RF-Tore breitbandig entkoppelt. Die Entkopplung von Zwischenfrequenz und Lokaloszillator wird vorteilhaft durch einen Interdigitalkoppler auf der Mikro stripleitung vorgenommen. Die Entkopplung Radiofrequenz-Zwi schenfrequenz und Lokaloszillator-Zwischenfrequenz-Toren wird in erster Linie durch eine hochohmig/niederohmig Leitungs trafo-Anordnung erreicht.With the selected configuration, the intermediate frequency IF is in series above the anti-parallel diodes D1 to D4. The Grenzfre frequency of the slot line 3 can advantageously be chosen so that the intermediate frequency IF can no longer be transmitted. This means that the ZF and RF gates are broadband decoupled. The decoupling of intermediate frequency and local oscillator is advantageously carried out by an interdigital coupler on the micro strip line. The decoupling of radio frequency intermediate frequency and local oscillator intermediate frequency gates is achieved primarily by a high-resistance / low-resistance line transformer arrangement.

Bei der Dimensionierung der virtuellen RF-Kurzschlüsse wird von folgenden Überlegungen ausgegangen: Einerseits soll der Lokaloszillator über die Dioden angekoppelt werden. Dies legt die Wahl eines λ/4-Streifenleitungselementes nahe, welches den Antiparalleldioden einen virtuellen Kurzschluß bei der Lokaloszillatorfrequenz bietet. Andererseits soll die um die ZF versetzte Harmonische des Lokaloszillators von der Schlitzleitung auf die Dioden gekoppelt werden. Hierdurch wird die Wahl eines λ/4-Streifenleitungselementes etwa bei der 2n-fachen Lokaloszillatorfrequenz nahegelegt. Diese widersprüchlichen Anpaßbedingungen werden dadurch vermieden, daß die virtuellen Kurzschlüsse 5, 6 bei etwa λ/4 der 2n-fa chen Harmonischen der Lokaloszillatorfrequenz beim harmoni schen Mischer liegen. Eine fehlende Lokaloszillator-Anpassung läßt sich in die Lokaloszillator-Zuführung auf der Mikro stripzuführung transformieren.When dimensioning the virtual RF short circuits, the following considerations are assumed: On the one hand, the local oscillator is to be coupled via the diodes. This suggests the choice of a λ / 4 stripline element which offers the anti-parallel diodes a virtual short circuit at the local oscillator frequency. On the other hand, the harmonic of the local oscillator offset by the IF is to be coupled from the slot line to the diodes. This suggests the choice of a λ / 4 stripline element at approximately 2n times the local oscillator frequency. These contradictory matching conditions are avoided in that the virtual short circuits 5 , 6 are approximately λ / 4 of the 2n-fold harmonics of the local oscillator frequency in the harmonic mixer. A missing local oscillator adaptation can be transformed into the local oscillator feed on the micro strip feed.

Fig. 2 zeigt eine Konfiguration eines harmonischen Mischers gemäß Fig. 1, der mit einem Image-RF-Filter 7 kombiniert ist. Man erhält so einen Einseitenband-Harmonischen-Mischer mit unterdrücktem Lokaloszillator. FIG. 2 shows a configuration of a harmonic mixer according to FIG. 1, which is combined with an image RF filter 7 . A single-sideband harmonic mixer with suppressed local oscillator is thus obtained.

In der Konfiguration von Fig. 3 sind zwei harmonische Mischer gemäß Fig. 1 RF- und ZF-seitig mit 3dB/90°-Kopplern 8, 9 zu sammengeschaltet. Der Lokaloszillator LO wird über einen 3dB/0°-Koppler 10 auf den harmonischen Mischer gegeben. Man erhält auf diese Weise einen Image-unterdrückenden Mischer. Die Selektion oberes oder unteres Seitenband ergibt sich durch Wahl des Ein-/Ausganges bei den 3dB/90°-Kopplern 8, 9. Diese Ausführungsform ist dann von Vorteil, wenn die ZF so niedrig ist, daß das RF-Imagefilter zu aufwendig würde.In the configuration of FIG. 3, two harmonic mixers according to FIG. 1 are connected together on the RF and IF sides with 3dB / 90 ° couplers 8, 9 . The local oscillator LO is applied to the harmonic mixer via a 3dB / 0 ° coupler 10 . An image-suppressing mixer is obtained in this way. The upper or lower sideband is selected by selecting the input / output for the 3dB / 90 ° couplers 8, 9 . This embodiment is advantageous if the IF is so low that the RF image filter would be too expensive.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der harmonische Mischer gemäß Fig. 1 mit einem Hohlleiter-Schlitzleitungs übergang kombiniert ist. Hohlleiterübergang und harmonischer Mischer liegen hierbei auf einem Mikrostripsubstrat 11. Das RF-Signal wird über den Hohlleiter 12 zugeführt bzw. abgenom men. Der auf λ/4-Elementen basierende Schlitzleitungstrafo ermöglicht einen extrem breitbandigen Hohlleiterübergang, bei dem ein Abgleich entfällt. Fig. 4 shows an embodiment in which the harmonic mixer of FIG. 1 is combined with a waveguide-slot line transition. Waveguide transition and harmonic mixer lie on a microstrip substrate 11 . The RF signal is supplied or removed via the waveguide 12 . The slot line transformer based on λ / 4 elements enables an extremely broadband waveguide transition, in which adjustment is not necessary.

Claims

1. Harmonic mixer circuit for the transmit and receive operation, in which the implementation of the intermediate frequency (IF) by means of a harmonic of the local oscillator (LO) in the high frequency position (RF) or an RF signal to be received by means of a harmonic of the Local oscillator is mixed, characterized by the structure in printed circuit technology such that the high-frequency signal is coupled to a slot line and the LO signal via a microstrip line, which is centered on a slot line, is led to two antiparallel diodes, which in turn is on a microwave Short circuit (virtual short circuit).

2. Mixer circuit according to claim 1, characterized ge indicates that the cutoff frequency of the Slot line is chosen so that the IF is no longer is transferable.

3. Mixer circuit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that for the decoupling of Zwi frequency and local oscillator on an interdigital coupler the microstrip line is provided.

4. Mixer circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Ent coupling of high frequency and intermediate frequency as well as local oscillator and intermediate frequency ports through a high impedance or low-resistance line transformer arrangement.

5. Mixer circuit according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the virtual shorts a length of approx. λ / 4 of a harmony the local oscillator frequency.

6. Mixer circuit according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that a missing LO adjustment in the LO feeder on the Microstrip line is transformed.

7. Mixer circuit according to one or more of claims 1 to 6, characterized by the station wagon nation of configuring a harmonic mixer with egg an image (image frequency) RF filter to form a Single sideband harmonic mixer with suppressed locomotive oscillator.

8. Mixer circuit according to one or more of claims 1 to 7, characterized by the RF-IF side Interconnection of two harmonic mixers with 3dB / 90 ° couplers.

9. Mixer circuit according to one or more of claims 1 to 8, characterized by the station wagon nation of the harmonic mixer with a waveguide Slot line transition.

10. Mixer circuit according to claim 9, characterized ge features that waveguide transition and harmoni shear mixer on a microstrip substrate.