DE19901751B4

DE19901751B4 - Mehrfachüberlagerungsstufe für einen Empfänger oder Spektrumanalysator

Info

Publication number: DE19901751B4
Application number: DE19901751A
Authority: DE
Inventors: Alexander Roth
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP4611449B2; JP2000216697A; US6662001B1; DE19901751A1; JP2010136436A

Abstract

Mehrfachüberlagerungsstufe mit einem ersten Mischer (2), in dem die Eingangsfrequenz (RF) durch die einstellbare Ausgangsfrequenz (1.LO) eines ersten Überlagerungsoszillators (12) in ein erstes Zwischenfrequenzsignal (ZF) umgesetzt wird, das nach Durchlaufen eines Zwischenfrequenzfilters in einem zweiten Mischer (10) mit der festen Ausgangsfrequenz (2.LO) eines zweiten Überlagerungsoszillators (13) in ein zweites Zwischenfrequenzsignal (IF) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mischer (2) einen symmetrischen Ausgang (16) aufweist, der zwei gleichgroße, gegenphasige, aus der Eingangsfrequenz (AF) gebildete, erste Zwischenfrequenzsignale (ZF+, ZF–) abgibt, die nach Durchlaufen des Zwischenfrequenzfilters (9) in dem zweiten Mischer (10) mit symmetrischem Eingang (17) zur zweiten Zwischenfrequenz (IF) zusammengeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft und geht aus von einer Mehrfachüberlagerungsstufe laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
Mehrfachüberlagerungsstufen dieser Art mit meist zwei, in manchen Fällen sogar drei aufeinanderfolgenden Zwischenfrequenzstufen sind bekannt (Meinke-Grundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 5. Auflage, Seiten Q12 bis Q22). Um bei solchen Doppel- oder Mehrfachüberlagerungsstufen ein Übersprechen des ersten Überlagerungsoszillators auf den zweiten Mischer zu reduzieren, ist es auch schon bekannt, einen Teil der Leistung des ersten Überlagerungsoszillators auszukoppeln und über einen in der ersten Zwischenfrequenzstufe angeordneten Addierer dem ersten Zwischenfrequenzsignal im kompensierenden Sinne hinzuzuaddieren. Diese bekannte Kompensation des Übersprechens des ersten Überlagerungsoszillators ist nur in einem sehr schmalen Frequenzbereich wirksam, da Phase und Amplitude des Kompensationssignals genau zum ersten Zwischenfrequenzsignal passen muß. Bei geringfügigen Frequenzänderungen kann die Kompensation das Rauschen sogar noch verschlechtern.

Das Dokument DE 30 15 680 A1 offenbart einen Breitband-Doppelüberlagerungsempfänger, mit einem ersten Mischer, welcher aus einem Eingangssignal und einem symmetrisch zugeführten ersten Oszillatorsignal ein erstes Zwischenfrequenzsignal bildet. Das erste Zwischenfrequenzsignal wird über einen Abschnitt, bestehend aus unsymmetrischen Schaltungen, einem zweiten Mischer unsymmetrisch zugeführt, wobei der zweite Mischer daraus mit Hilfe eines symmetrisch zugeführten zweiten Oszillatorsignals ein zweites Zwischenfrequenzsignal bildet. Die Nachteile durch die unsymmetrische Signalführungen bei der DE 30 15 680 A1 zwischen erstem und zweitem Mischer sind erheblich. So wirken von außen einwirkende, elektromagnetische Einflüsse, beispielsweise ausgehenden von dem ersten Überlagerungsoszillator, unsymmetrisch auf das erste Zwischenfrequenzsignal und führen zu nicht korrigierbaren Störungen oder zu Übersprecheffekten. In umgekehrter Weise wirkt das unsymmetrisch geführte Zwischenfrequenzsignal störend auf andere Bauteile und kann so zu weiteren Störungen führen. Ein Übersprechen des ersten Oszillatorsignals wird somit nicht vermieden und führt, insbesondere bei frequenzmäßig nahe an der ersten Zwischenfrequenz liegender erster Oszillatorfrequenz, zu nicht filterbaren störenden Einflüssen auf das erste Zwischenfrequenzsignal. Insbesondere bei sehr breitbandig empfangenden Mehrfachüberlagerungsstufen mit veränderlicher erster Oszillatorfrequenz ergeben sich hier entscheidende Nachteile.

Die Entgegenhaltung US 4,677,691 beschreibt einen Mikrowellenempfänger dessen erster Mischer mit zwei Oszillatorfrequenzen versorgt wird, wobei die beiden Oszillatorfrequenzen gegenphasig verlaufen. Eine symmetrische Signalführung zweier genau gegenphasiger und gleichgroßer Zwischenfrequenzsignale zwischen ersten und zweitem Mischer ist auch hier nicht offenbart.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mehrfachüberlagerungsstufe der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß diese Nachteile vermieden sind und mit einfachen Mitteln breitbandig ein Übersprechen des ersten Überlagerungsoszillators auf den zweiten Mischer vermieden wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Mehrfachüberlagerungsstufe laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird die gesamte Aufbereitung des ersten Zwischenfrequenzsignals symmetrisch durchgeführt, dadurch werden am Ausgang des ersten Mischers und am Eingang des zweiten Mischers entsprechende Übertrager überflüssig, die erste Zwischenfrequenzstufe wird dadurch sehr dämpfungsarm und besitzt verbesserte Rauscheigenschaften. Durch Abgleich der beiden Zwischenfrequenzsignale in den beiden parallelen Zweigen der ersten Zwischenfrequenzstufe auf exakt gleichen Pegel und Gegenphase, der auch elektronisch während des Betriebes durchgeführt werden kann, wird die Empfindlichkeit bei kleinen Empfangsfrequenzen optimiert und das Übersprechen des ersten Überlagerungsoszillators breitbandig unterdrückt. Dieser Symmetrieabgleich verbessert außerdem die Intermodulationsprodukte gerader Ordnung, da diese jeweils gleichphasig an den beiden Mischerausgängen anliegen und somit keinen Beitrag zum Nutzsignal liefern, sondern durch das symmetrische Zwischenfrequenzfilter unterdrückt werden. Die in den beiden Verstärkern eventuell entstehenden Intermodulationsprodukte dritter Ordnung werden ebenfalls verringert, da die Verstärkung auf zwei Einzelverstärker aufgeteilt wird. Durch die symmetrische Einspeisung des zweiten Mischers wird auch hier ein Übertrager überflüssig.

Die Erfindung ist nicht nur bei den am häufigsten benutzten Doppelüberlagerungsstufen anwendbar, sondern auch bei Mehrfachüberlagerungsstufen, bei denen zwei oder mehr solche aufeinanderfolgende ZF-Selektionsstufen in Kaskade geschaltet sind.

Als Mischer sind alle üblichen Schaltungen geeignet, die einen symmetrischen Ausgang bzw. symmetrischen Eingang aufweisen. Als besonders vorteilhaft haben sich hierfür übliche Dioden-Ringmischer (siehe beispielsweise Meinke-Grundfach, Seite Q21) erwiesen, die an der Dioden-Diagonalen unmittelbar einen symmetrischen Signalabgriff bzw. eine symmetrische Signaleinspeisung ohne zusätzlichen Übertrager ermöglichen. Daraus resultiert der zusätzliche erfindungsgemäße Vorteil, daß solche bisher bei Diodenringmischern erforderliche Übertrager überflüssig werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Doppelüberlagerungsstufe, wie sie bei einem Hochfrequenzempfänger oder Spektrumanalysator einsetzbar ist. Das beispielsweise im Frequenzbereich zwischen 0 und 3 GHz zu empfangende Eingangssignal RF wird nach Vorselektion in einem Tiefpaß 1 einem ersten Mischer 2 zugeführt und dort mit der im Beispiel zwischen 3,5 und 6,5 GHz einstellbaren Überlagerungsfrequenz 1.LO eines ersten Überlagerungsoszillators 12 in zwei gleichgroße gegenphasige Zwischenfrequenzsignale ZF+ und ZF– umgesetzt, die jeweils getrennt in Zwischenfrequenzverstärkern 3 und 4 verstärkt über einstellbare Phasenschieber 5 und 6 und einstellbare Dämpfungsglieder 7 und 8 sowie ein Zwischenfrequenzfilter 9 dem symmetrischen Eingang eines zweiten Mischers 10 zugeführt werden, in welchem sie mit der festen Zwischenfrequenz 2.LO von im Beispiel 3 GHz eines zweiten Überlagerungsoszillators 13 auf eine niedrigere Ausgangszwischenfrequenz von im Beispiel 500 MHz umgesetzt werden.
Die 2 und 3 zeigen Beispiele für die Ausbildung der beiden Mischer 2 und 10 als Diodenringmischer. Die erste Überlagerungsfrequenz 1.LO und die Eingangsfrequenz RF wird über einen Symmetrierübertrager 14 der einen Diagonale des Diodenringes zugeführt, die entstehende Zwischenfrequenz ZF+ und ZF– wird unmittelbar an der anderen Diodenringdiagonale abgegriffen. Da an dieser Diodenringdiagonale die Spannung gegenphasig ist, entstehen so gleichgroße und gegenphasige Zwischenfrequenzsignale ZF+ und ZF–, die unmittelbar dem Eingang der Verstärker 3 und 4 zugeführt werden. In gleicher Weise ist der zweite Mischer 10 ausgebildet, die am Ausgang des ZF-Filters 9 entstehenden gleichgroßen gegenphasigen Zwischenfrequenzsignale ZF+ und ZF– werden einer Diagonale des Diodenringes zugeführt, die andere Diodendiagonale ist wieder mit einem Übertrager 15 verbunden, über welchen die zweite Überlagerungsfrequenz 2.LO unsymmetrisch zugeführt und die entstehende Ausgangszwischenfrequenz IF abgegriffen wird.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch das Zwischenfrequenzfilter 9 im Sinne der 4 als Filter mit symmetrischem Eingang E und symmetrischem Ausgang A ausgebildet, so daß für beide Zwischenfrequenzsignale nur ein einziges Filter erforderlich ist. Anstelle eines solchen einzigen symmetrischen Filters könnten natürlich auch in jedem Zweig jeweils gesonderte, jeweils unsymmetrische Filter vorgesehen sein. Als symmetrische Filter eignen sich alle bekannten Filterschaltungen dieser Art, jedes übliche unsymmetrische Bandpaßfilter kann durch einen symmetrischen Aufbau in ein symmetrisches Bandpaßfilter gemäß 4 geändert werden. In dem Beispiel nach 4 ist ein übliches aus drei magnetisch gekoppelten Resonatoren aufgebautes unsymmetrisches Bandpaßfilter durch symmetrischen Aufbau des Ein- und Ausganges in ein insgesamt symmetrisches Filter abgeändert.
Durch Abgleich der Phasenschieber 5 und 6 und der variablen Dämpfungsglieder 7 und 8 bzw. der Verstärkung der Verstärker 3 und 4 werden die Zwischenfrequenzsignale ZF+ und ZF– in den beiden Zweigen so eingestellt, daß sie exakt gleichen Pegel besitzen und exakt gegenphasig sind. Dieser Abgleich könnte gegebenenfalls auch elektronisch und automatisch über eine entsprechende Stelleinrichtung beispielsweise auch während des Betriebes durchgeführt werden.

Claims

Mehrfachüberlagerungsstufe mit einem ersten Mischer (2), in dem die Eingangsfrequenz (RF) durch die einstellbare Ausgangsfrequenz (1.LO) eines ersten Überlagerungsoszillators (12) in ein erstes Zwischenfrequenzsignal (ZF) umgesetzt wird, das nach Durchlaufen eines Zwischenfrequenzfilters in einem zweiten Mischer (10) mit der festen Ausgangsfrequenz (2.LO) eines zweiten Überlagerungsoszillators (13) in ein zweites Zwischenfrequenzsignal (IF) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mischer (2) einen symmetrischen Ausgang (16) aufweist, der zwei gleichgroße, gegenphasige, aus der Eingangsfrequenz (AF) gebildete, erste Zwischenfrequenzsignale (ZF+, ZF–) abgibt, die nach Durchlaufen des Zwischenfrequenzfilters (9) in dem zweiten Mischer (10) mit symmetrischem Eingang (17) zur zweiten Zwischenfrequenz (IF) zusammengeführt werden.
Mehrfachüberlagerungsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Mischer (2) als Diodenringmischer ausgebildet ist und die beiden ersten Zwischenfrequenzsignale (ZF+, ZF–) unmittelbar an der einen Diodendiagonale gegenphasig abgegriffen werden (2).
Mehrfachüberlagerungsstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Mischer (10) als Diodenringmischer ausgebildet ist und die beiden ersten Zwischenfrequenzsignale (ZF+, ZF–) unmittelbar der einen Diodendiagonale zugeführt werden und die andere Diodendiagonale mit einem Symmetrierübertrager (15) verbunden ist (3).
Mehrfachüberlagerungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Zwischenfrequenzzweige ein gemeinsames Zwischenfrequenzfilter (9) mit symmetrischem Eingang (E) und symmetrischem Ausgang (A) vorgesehen ist (4).
Mehrfachüberlagerungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Zwischenfrequenzzweigen jeweils ein Zwischenfrequenzverstärker (3, 4) angeordnet ist.
Mehrfachüberlagerungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem der beiden Zwischenfrequenzzweige jeweils ein einstellbarer Phasenschieber (5, 6) und/oder ein einstellbares Dämpfungsglied (7, 8) angeordnet ist.
Mehrfachüberlagerungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum automatischen Abgleich der beiden ersten Zwischenfrequenzsignale (ZF+, ZF–) auf gleichen Pegel und Gegenphasigkeit.