DE19810617B4

DE19810617B4 - Hybrid-Übertrager für HF-Mischer in gedruckter Schaltung

Info

Publication number: DE19810617B4
Application number: DE19810617A
Authority: DE
Inventors: Pierre North Riverside Dobrovolny
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: KR19980080178A; CN1146927C; US5917386A; KR100261818B1; CN1199910A; DE19810617A1; CA2231825A1; CA2231825C

Abstract

Hochfrequenz-Hybrid-Übertrager, umfassend:
ein erstes ringförmiges, leitfähiges Element, unterteilt in einen ersten und einen zweiten Abschnitt;
eine Nase an jeweils einem Ende des ersten und des zweiten Abschnittes;
einen Anschlußpfad an jedem jeweils anderen Ende des ersten und des zweiten Abschnittes;
ein zweites ringförmiges, geteiltes, leitfähiges Element, das neben dem ersten Element liegt und Anschlußpfade an den offenen Enden des geteilten Elementes und eine mittig angeordnete Nase umfaßt;
ein isoliertes Substrat, das zwischen das erste und das zweite Element gelegt ist und diese hält;
ein drittes ringförmiges, durchlaufend leitfähiges Element mit offenen Enden;
eine Nase an jedem der offenen Enden des dritten ringförmigen Elements; und
ein zusätzliches isolierendes Substrat, welches das dritte Element hält und zwischen das zweite und das dritte Element gelegt ist; und
eine Vorrichtung für die elektrische Verbindung der Anschlußpfade des ersten und zweiten Elementes.

Description

Diese Erfindung betrifft Hybrid-Übertrager (transformer hybrids), die in HF-Mischern verwendet werden, und insbesondere solche Geräte in Breitband-HF-Mischern (wie sie in Fernseh- und Satellitenempfängern verwendet werden), die bis in den Gigahertz-Frequenzbereich arbeiten.
Wie allgemein bekannt ist, werden die Konfiguration der Bauelemente, die Schaltungsauslegung, die Kabellänge und die Anordnung bei Betrieb mit solchen Frequenzen extrem kritisch. Dies ist einer der Gründe, warum herkömmliche Ferritkernspulen und Hybrid-Übertrager in Hochfrequenz-Breitband-HF-Mischerschaltungen schwierig anzuwenden sind. Ein weiterer Grund liegt in dem mit dem Ferritmaterial im Zusammenhang stehenden Verlust.
Übertrager und Transformatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.

So zeigt die JP 3-21003 A einen Leitungstransformator, der aus zwei im wesentlichen rechteckförmigen Metallleiterstrukturen besteht, die auf der Vorder- und Rückseite eines Substrates aufgebracht sind.

Die US 3,729,694 offenbart einen Leitungstransformator zur Impedanztransformation, bei dem auf der Vorder- und Rückseite eines Substrats jeweils ein im wesentlichen U-förmiges Metallleiterelement aufgebracht ist und teilweise durch das Substrat hindurch kontaktiert ist.

Schließlich zeigt die DE-AS 1 263 880 einen Breitbandtransformator mit einer Anzahl von auf den gleichen Kern gewickelten, in Sparschaltung betriebenen Teilwicklungen gleicher Windungszahl.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Konstruktionstechnik, die präzise geregelte Hybrid-Übertragerkonfigurationen erzeugt, die Probleme mit der Kabellänge auf ein Mindestmaß verringert, Verluste verringert und viel kostspielige und zeitaufwendige Arbeit vermeidet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, neuartige Hybrid-Übertragerkonstruktionen, insbesondere für Hochfrequenz, in gedruckter Schaltung und einen verbesserten Breitband-HF-Mischer für den Betrieb im Gigahertz-Frequenzbereich zu schaffen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte, schematische Darstellung eines HF-Mischers ist, der gemäß der Erfindung konstruiert wurde;

2 eine Explosionsansicht eines Teil-Hybrid-Übertragers in gedruckter Schaltung ist;

3 eine Explosionsansicht eines Hybrid-Übertragers in gedruckter Schaltung ist, der gemäß der Erfindung konstruiert wurde;

4 eine Vorderansicht des Hybrid-Übertragers in gedruckter Schaltung von 3 ist;

5 ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 des Hybrid-Übertragers von 4 ist; und

6 ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 des Hybrid-Übertragers von 5 ist.

Der Begriff „Hybrid-Übertrager" ist entstanden für das Gerät in 7.2 von „MIKROWELLENMISCHER" von Stephan A. Mass, Copyright 1986. Der Begriff „Teil-Hybrid-Übertrager" wird hierin verwendet, um einen Hybrid-Übertrager ohne dritte Transformatorwindung zu beschreiben.
Bezugnehmend auf 1 umfaßt eine HF-Mischerschaltung 10 einen symmetrischen Verstärker 12, der die Endklemmen A, B eines Teil-Hybrid-Übertragers 14 antreibt, bestehend aus einer zweischichtigen, gedruckten Spule, die in zwei Hälften 13 und 15 unterteilt ist. Eine mittlere Klemmennase C verbindet die Verbindung der Spulenhälften 13 und 15 mit der Erde über einen Kondensator 16. Eine Gleichspannungsquelle +V ist an die Klemmennase C angeschlossen. Ein Hybrid-Übertrager 26 mit den Endklemmennasen D und E besitzt eine zweischichtige gedruckte Spule, die durch eine mittlere Klemmennase F in zwei Hälften 25 und 27 unterteilt wird. Der Hybrid-Übertrager 26 kann die selbe Spulenkonstruktionsart aufweisen wie der Teil-Hybrid-Übertrager 14, umfaßt aber eine dritte zusätzliche Schicht mit einer gedruckten Spule mit Endklemmennasen G und H. Es ist leicht zu erkennen, daß der Hybrid-Übertrager 26 eine Konstruktion umfaßt, die ähnlich ist wie jene des Teil-Hybrid-Übertragers 14, wobei jedoch zusätzlich eine gedruckte ZF-Aufnehmerspule vorhanden ist. Das HF-Signal wird der mittleren Klemmennase F des Hybrid-Übertragers 26 zugeführt, und das ZF-Signal wird von der Klemmennase G und der geerdeten Klemmennase H genommen. Wie allgemein bekannt ist, verursacht das symmetrische örtliche Oszillator- (LO) Signal vom Verstärker 12 eine EIN-/AUS-Kommutierung der Diodenpaare 18, 22 und 20, 24.
Das LO-Signal wird von der „Ungleich"-Betriebsart der Hochimpedanz des Teil-Hybrid-Übertragers 14 nicht parallelgeschaltet. Das HF-Signal der „Gleich"-Betriebsart wird danach an den Klemmen D, E an die Dioden 18, 20, 22 und 24 an der oberen Seite der Diodenbrücke angekoppelt und an der unteren Seite mittels des Teil-Hybrid-Übertragers an die Wechselstrom-Masse angekoppelt. Sowohl der Teil-Hybrid-Übertrager 14 als auch der Hybrid-Übertrager 26 verhalten sich wie kurze Übertragungsleitungen (Kennwiderstand etwa 50–75 Ohm) für das HF-Signal, das sich durch den Teil-Hybrid-Übertrager 14 und den Hybrid-Übertrager 26 fortpflanzt (Fortpflanzung in „Gleich"-Betriebsart).
Gemäß der Erfindung sind der Teil-Hybrid-Übertrager 14 und der Hybrid-Übertrager 26 des Mischers 10 als gedruckte Schaltung ausgeführt. In 2 umfaßt der Teil-Hybrid-Übertrager 14 die Spulenhälften 13a und 13b sowie die Spulenhälften 15a und 15b, die einander an entgegengesetzten Seiten eines isolierten Substrates 30 gegenüberliegen. In der Praxis handelt es sich bei den Spulenelementen um leitfähige Folien an beiden Seiten einer dünnen Leiterplatte (Substrat 30), die über zwei „durchkontaktierte" Löcher 36, 46 beziehungsweise 38, 48 in den jeweiligen der zwei eingelegten Anschlußpfade an den entgegengesetzten Enden der Spulenelemente miteinander verbunden sind. Der „Gleich"-Betriebsartstrom fließt über die Klemme A durch das Spulenelement 13a, das durchkontaktierte Loch 36, 46, das Spulenelement 13b zur Klemmennase C. Der Stromfluß in der anderen Spulenhälfte verläuft über die Klemmennase B, durch das Spulenelement 15a, durch das durchkontaktierte Loch 38, 48, das Spulenelement 15b zur Klemmennase C. Der Stromfluß erfolgt somit in entgegengesetzten Richtungen in den darüberliegenden Spulenelementen, und der Hybrid-Übertrager verhält sich daher wie eine kurze (50–75 Ohm) Übertragungsleitung für die Signalfortpflanzung in der „Gleich"-Betriebsart.
In 3 umfaßt der Hybrid-Übertrager 26 ein Substrat 40, mit gedruckten Spulenelementen 25a, 25b, 27a und 27b, die in einer ähnlichen Anordnung angeordnet sind wie jene für den Teil-Hybrid-Übertrager 14 in 2, und ein Substrat 50, welches eine gedruckte ZF-Aufnehmerspule 28 trägt. Das isolierte Substrat 50 trägt die ZF-Spule 28 in nebeneinanderliegender, ausgerichteter Position zu den Spulenelementen 25a, 27a und 25b, 27b. Die isolierten Substrate 40 und 50 umfassen vorzugsweise gedruckte Leiterplatten aus dünnem Glas oder Teflon-gefüllte Leiterplatten, auf denen die leitfähigen Folienelemente durch herkömmliche Leiterplattentechnik gebildet werden. Im fertigen Hybrid-Übertrager 26 werden die Spulenelemente 25a und 27a und 25b und 27b an gegenüberliegenden Seiten des Substrates 40 nebeneinanderliegend ausgebildet, und die Spulenelemente 28 werden an der fernabliegenden Seite des Substrates 50 gebildet, die an das Substrat 40 angebunden ist, um ein „Sandwich" zu bilden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Substrate 50 einen kleinen plattierten Bereich 54 mit einem durchkontaktierten Loch 66 aufweisen, das an der Klemmennase F ausgerichtet ist, die ein durchkontaktiertes Loch 64 aufweist. Somit ist der plattierte Bereich 54 elektrisch mit der Klemmennase F über die durchkontaktierten Löcher 64, 66 verbunden.
Bezugnehmend auf 4, 5 und 6 sind die Substrate 40 und 50 etwa quadratisch geformt und umfassen kleine Eckausschnitte 31, 33 und 51, 53. Diese Ausschnitte arbeiten mit einer rechtwinkeligen Öffnung 60 in einer gedruckten Leiterplatte 56 zusammen, um die Substrate und leitfähigen Elemente in einer senkrechten Lage zu halten, so daß die leitfähigen Streifen 58 an der gedruckten Leiterplatte 56 elektrisch an die Klemmennasen angeschlossen werden können.
Die leitfähigen Streifen 58 und die Klemmennasen sind elektrisch so miteinander verbunden, wie dies durch die Lötkehlen 68 und 70 in 5 dargestellt ist. Fachleute dieses Bereiches werden leicht erkennen, daß es in bestimmten Situationen wünschenswert sein kann, leitfähige Streifen 58 an der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte 56 anzuordnen und die Substrate 40 und 50 durch die gedruckte Leiterplatte erstrecken zu lassen. Das Löten der verschiedenen Klemmennasen würde dann an der unteren Seite der gezeigten gedruckten Leiterplatte erfolgen.
Es ist anzuerkennen, daß die Dickenabmessungen der Substrate und der Folienelemente in 4–6 stark vergrößert wurden, um die Einzelheiten der Konstruktion darzustellen. In der Praxis sind die Substrate etwa 0,01 Inch dick, und die Folienelemente weisen sogar eine noch geringere Dicke auf. Die tatsächliche Größe der Elemente hängt natürlich von den Konstruktionskriterien für die dazugehörigen Geräte und vom Frequenzbereich ab. Herstellungs- und Installationstechniken für Komponenten dieser Größe sind gut bekannt. Es reicht, zu sagen, daß die Arbeit und Unsicherheit der Betriebsweise im Zusammenhang mit Symmetrierübertragern und Transformatoren des Standes der Technik, die im Gigahertz-Frequenzbereich arbeiten, durch die Erfindung wesentlich verringert werden.
Es wurde eine neuartige Leiterplattenkonstruktion für Hochfrequenz-Hybrid-Übertrager für HF-Mischer, die solche Hybrid-Übertrager verwenden, beschrieben.

Claims

Hochfrequenz-Hybrid-Übertrager, umfassend: ein erstes ringförmiges, leitfähiges Element, unterteilt in einen ersten und einen zweiten Abschnitt; eine Nase an jeweils einem Ende des ersten und des zweiten Abschnittes; einen Anschlußpfad an jedem jeweils anderen Ende des ersten und des zweiten Abschnittes; ein zweites ringförmiges, geteiltes, leitfähiges Element, das neben dem ersten Element liegt und Anschlußpfade an den offenen Enden des geteilten Elementes und eine mittig angeordnete Nase umfaßt; ein isoliertes Substrat, das zwischen das erste und das zweite Element gelegt ist und diese hält; ein drittes ringförmiges, durchlaufend leitfähiges Element mit offenen Enden; eine Nase an jedem der offenen Enden des dritten ringförmigen Elements; und ein zusätzliches isolierendes Substrat, welches das dritte Element hält und zwischen das zweite und das dritte Element gelegt ist; und eine Vorrichtung für die elektrische Verbindung der Anschlußpfade des ersten und zweiten Elementes.
Hybrid-Übertrager gemäß Anspruch 1, wobei die ringförmigen Elemente Metallfolien umfassen.
Hybrid-Übertrager gemäß Anspruch 2, wobei die ringförmigen Elemente im wesentlichen kreisförmig sind, und wobei die elektrisch verbindende Vorrichtung durchkontaktierte Löcher im Substrat und in den Anschlußpfaden enthält.
Hybrid-Übertrager gemäß Anspruch 3, weiters umfassend: eine gedruckte Leiterplatte; eine im wesentlichen rechteckige Öffnung in der gedruckten Leiterplatte zum senkrechten Halten der Nasen und der Substrate; und Leiter an der gedruckten Leiterplatte zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit den Nasen.
Breitband-HF-Mischer mit symmetrischen induktiven Mitteln, umfassend: erste, zweite und dritte Windungen; eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines symmetrischen Breitband-HF-Signals an die ersten und zweiten Windungen; und Mitteln zum Ableiten eines ZF-Signals von den dritten Windungen, wobei die ersten und zweiten Windungen ein erstes ringförmiges, leitfähiges Element, das in erste und zweite Abschnitte unterteilt ist, und ein zweites ringförmiges, geteiltes leitfähiges Element, das neben dem ersten Element liegt und von diesem durch ein isolierendes Substrat getrennt ist, umfassen; und wobei der erste und zweite Abschnitt elektrisch mit dem zweiten Element verbunden sind.
Mischer gemäß Anspruch 5, weiters umfassend: ein drittes ringförmiges, durchlaufend leitfähiges Element für die dritte Windung; und ein zusätzliches isolierendes Substrat, das zwischen das zweite Element und das dritte Element gelegt ist.
Mischer gemäß Anspruch 6, weiters umfassend: eine gedruckte Leiterplatte (Platine); Verbindungsnasen an den Elementen zur Herstellung elektrischer Verbindungen damit; eine rechteckige Öffnung in der gedruckten Leiterplatte zum senkrechten Halten der Substrate und der Nasen; und Leiter auf der gedruckten Leiterplatte zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit den Nasen.
Breitband-Mischer, umfassend: einen Hybrid-Übertrager mit ersten, zweiten und dritten Windungen in gedruckter Schaltung; wobei die ersten und zweiten Windungen geteilte, ringförmige, leitfähige Elemente umfassen, die durch ein erstes Substrat getrennt sind; wobei die dritte Windung ein durchgehendes, ringförmiges Element umfaßt, das durch ein zweites Substrat von der zweiten Windung getrennt ist; einen Teil-Hybrid-Übertrager mit vierten und fünften Windungen in gedruckter Schaltung, umfassend geteilte ringförmige, leitfähige Elemente, die durch ein drittes Substrat getrennt sind; und Mittel zum Ankoppeln eines symmetrischen Breitband-HF-Signals an die erste und zweite und vierte und fünfte Windung zum Ableiten eines ZF-Signals von der dritten Windung.