DE19921921A1 - Einseitenbandmischer - Google Patents

Abstract

Ein zur platzsparenden Integration auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat geeigneter Einseitenbandmischer für Radiofrequenzsignale umfaßt zwei Zweiseitenbandmischer (3), die mit identischen ersten Signalen und mit um 90 DEG gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen geschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und ein Addierglied (7) zum Überlagern der zwei Produktsignale zu einem Ausgangssignal mit einem Seitenband. Zum Erzeugen des ersten Signals ist jedem Mischer (3) ein Verstärker (1) vorgeschaltet, und die Verstärker (1) haben über eine gegabelte Leitung (11) mit der gleichen Signalquelle verbundene Eingänge. Die Signalquelle der Verstärker (1) kann ein Vorverstärker (9) oder auch direkt ein Eingang des Einseitenbandmischers sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale. Derartige Mischer dienen in der Hochfrequenztechnik dazu, aus einem höherfrequenten Signal (Radiofrequenz, RF) ein niederfrequentes Signal (Zwischenfrequenz, ZF) zu erzeugen (Abwärtsmischer oder Demodulator) oder aus einem niederfrequenten Signal ein höherfrequentes (Aufwärtsmischer beziehungsweise Modulator). Beim Abwärtsmischer ergibt sich durch Mischen des RF- Signals mit dem LO-Signal (lokaler Oszillator, LO) das ZF-Signal. Beim Aufwärtsmischer ergibt sich durch Mischen des ZF-Signals mit dem LO-Signal das RF-Signal. Eine einfache Multiplikation eines Eingangssignals (RF oder ZF) mit dem LO-Signal liefert jeweils in den Zwischen- oder Radiofrequenzbereich verschobene Ausgangssignale mit zwei Seitenbändern. Ein Einseitenbandmischer erzeugt im Ausgangssignal nur eines dieser zwei Seitenbänder. Er entsteht durch geeignetes Zusammenschalten von zwei einzelnen Zweiseitenbandmischern, im folgenden einfach als Mischer bezeichnet. Deren Funktion kann als eine Multiplikation ihrer zwei Eingangssignale verstanden werden.

Es sind Einseitenbandmischer für Hochfrequenz­ signale bekannt, die zwei Mischer, die jeweils mit identischen ersten Signalen und mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen beschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und ein Addierglied zum Überlagern der zwei Produktsignale zu einem Ausgangssignal mit nur einem Seitenband umfassen. Ein typischer solcher Demodulator ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird das RF-Signal von einem Eingang 4 über einen oder mehrere Verstärker 1 und einen 0°-Leistungsteiler, zum Beispiel einen sogenannten Wilkinson-Teiler, an zwei Mischer 3 herangeführt. Ein mit einem Lokaloszillator-Eingang 5 verbundener 90°-Koppler 6 liefert jeweils um 90° zueinander phasenversetzte Lokaloszillatorsignale an entsprechende Eingänge der Mischer 3. Hierdurch ergeben sich an den Ausgängen der Mischer um 90° zueinander phasenverschobene Zwischenfrequenz­ signale mit jeweils beiden Seitenbändern. Diese werden als In-Phase- (ZF/I) beziehungsweise Quadraturphase-Signale (ZF/Q) bezeichnet. Diese beiden Zwischenfrequenzsignale werden über einen zweiten 90°-Koppler 7 zusammengefügt beziehungsweise überlagert und ergeben das Ausgangs-Zwischenfrequenzsignal. Aufgrund der phasenversetzten Zuführung des Lokaloszillatorsignals zu den zwei Mischern überlagern sich von den zwei Seitenbändern des In- Phase-Zweigs und des Quadraturzweigs hinter dem zweiten 90°-Koppler 7 jeweils eines gleichphasig und das andere gegenphasig. So werden zwei Ausgangssignale, die jeweils nur eines der zwei Seitenbänder enthalten, an den zwei Ausgangsanschlüssen des zweiten 90°-Kopplers 7 erhalten. Einer dieser Anschlüsse bildet einen Ausgangsanschluß 8 des Einseitenbandmischers; der andere Ausgang ist mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen, um Störsignale und Rauschen an der Stelle des unerwünschten Seitenbandes (Spiegelfrequenz) zu unterdrücken.

Der Leistungsteiler 2 dieses herkömmlichen Einseitenbandmischers ist erforderlich, um den In- Phase-Zweig und den Quadraturzweig des Einseitenbandmischers zu entkoppeln, das heißt zu verhindern, daß die zwei Mischer 3 sich über ihre RF-Eingänge gegenseitig beeinflussen. Ein solcher Leistungsteiler 2 umfaßt gekoppelte Leitungen mit einer Länge von λ/4, wobei λ die Wellenlänge der Radiofrequenz in den Leitungen ist. Bei technisch relevanten Frequenzen entspricht diese Länge mindestens 1 mm. Der Leistungsteiler ist damit im Vergleich zu anderen Komponenten der Schaltung ein sehr ausgedehntes Teil, das sich aus Kostengründen nur schlecht zur Integration auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat zusammen mit Verstärkern, Mischern oder anderen Komponenten des Einseitenbandmischers eignet. Er wird daher in Form eines diskreten Bauteils verwendet, dessen Ausgangsanschlüsse über Bonddrähte mit zu den Mischern 3 führenden Leiterbahnen verbunden sind. Um eine gute Unterdrückung des unerwünschten Seitenbands am Ausgang des Einseitenbandmischers zu erhalten, müssen die Signallaufzeiten in den zwei Zweigen mit Mikrometer-Genauigkeit aufeinander abgestimmt sein, um zu gewährleisten, daß die Produktsignale der zwei Mischer in geeigneter Phasenlage am zweiten 90°-Koppler 7 ankommen. Dies ist mit Drahtbondtechnik nur schwer zu gewährleisten.

Vorteile der Erfindung

Durch die Erfindung wird ein Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale der eingangs definierten Art geschaffen, der sich gut zur vollständigen Integration auf einem Halbleitersubstrat eignet. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß jedem Mischer jeweils ein Verstärker vorgeschaltet ist, und daß diese Verstärker über eine gegabelte Leitung mit einer gleichen Signalquelle verbundene Eingänge haben. Der sperrige Leistungsteiler kann bei dieser Schaltungstopologie entfallen, da die Verstärker bereits eine ausreichende Entkopplung der zwei Zweige des Einseitenbandmischers gewährleisten, indem sie von den Mischern auf ihrer Eingangsleitung abgegebene Störsignale abblocken.

Die Signalquelle, von der die Verstärker ihr Eingangssignal beziehen, kann ein an einem Eingang angeschlossener gemeinsamer Vorverstärker sein. In diesem Fall ist vorzugsweise das erste Signal ein RF-Signal und, das zweite Signal ein LO-Signal, und ein erster 90°-Koppler zum Erzeugen der zweiten Signale ist an einen LO-Eingang des Einseitenbandmischers angeschlossen.

Die Signalquelle kann auch ein Signaleingang des Einseitenbandmischers sein. In diesem Fall kann zum Beispiel das erste Signal ein LO-Signal und das zweite Signal ein ZF-Signal sein, und ein erster 90°-Koppler zum Erzeugen der zweiten Signale ist an einen ZF-Eingang des Seitenbandmischers angeschlossen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren.

Es zeigen

Fig. 1 einen Abwärtsmischer als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Aufwärtsmischer als zweites Ausführungsbeispiel; und

Fig. 3, die bereits oben beschrieben wurde, einen herkömmlichen Einseiten­ bandmischer.

Der in Fig. 1 dargestellte Abwärtsmischer ist komplett auf einem Halbleitersubstrat aus Galliumarsenid integriert. Er umfaßt einen an einen Radiofrequenz-(RF)-Eingang 4 angeschlossenen Vorverstärker 9, dessen Ausgang über eine einfache gegabelte Leitung 11 an zwei Verstärker 1 angeschlossen ist, die jeweils einem In-Phase- und einem Quadraturzweig des Einseitenbandmischers angehören. Diese Verstärker 1 basieren auf schnellen Feldeffekttransistoren, deren Platzbedarf auf einem Halbleitersubstrat mit ca. 100 × 200 µm erheblich kleiner ist als der eines Leistungsteilers. Da die Verstärker und der Vorverstärker auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind, entfallen Bondverbindungen, so daß die Leitungslängen zwischen dem Vorverstärker 9 und den Verstärkern 1 einerseits sowie zwischen den Verstärkern 1 und den an ihre Ausgänge angeschlossenen Mischern 3 ohne Schwierigkeiten bei der Fertigung mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern vorgegeben werden kann. Obwohl also In- Phase- und Quadraturzweig des Einseitenbandmischers jeweils ein Bauteil mehr enthalten, als bei dem herkömmlichen Einseitenbandmischer, ist es daher bei dem Einseitenbandmischer nach Fig. 1 einfacher, ein gewünschtes Phasenverhältnis zwischen den Signalen auf den zwei Zweigen bei der Fertigung einzuhalten.

Die an die Ausgänge der Verstärker 1 angeschlossenen Mischer 3 haben ferner einen Eingang für ein Lokaloszillatorsignal, das sie, jeweils um 90° phasenverschoben, von einem 90°- Phasenkoppler 6 erhalten, dem wiederum das Lokaloszillatorsignal über einen Eingang 5 von außen zugeführt wird. Ein zweiter Eingang des Kopplers 6 ist mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen.

Die zwei Mischer 3 liefern jeweils ein In-Phase­ beziehungsweise Quadratur-Zwischenfrequenzsignal an Eingänge eines zweiten 90°-Kopplers 7, von dem ein Ausgang den Zwischenfrequenzausgang des Einseitenbandmischers bildet, und ein zweiter Ausgang mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist.

Die 90°-Koppler 6 und 7 können jeweils als Hybridelemente mit auf dem Galliumarsenidsubstrat integriert werden.

Fig. 2 zeigt die Anwendung des Prinzips der vorliegenden Erfindung auf einen Aufwärtsmischer. Auch dieser Einseitenbandmischer ist auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat integriert. Die Eingänge von zwei Verstärkern 1 sind über eine einfache gegabelte Leitung 11 mit einem Eingang 5 für ein Lokaloszillatorsignal verbunden.

Das mit dem Lokaloszillator zu mischende Zwischenfrequenzsignal wird von einem Eingang 4 über einen 90°-Koppler 6 den zwei Mischern 4 jeweils um 90° phasenverschoben zugeführt. Die beiden Mischer 3 erzeugen daraus Radiofrequenzsignale mit zwei Seitenbändern. Diese Radiofrequenzsignale mit zwei Seitenbändern werden wiederum einem 90°-Mischer 7 zugeführt, der diese zu zwei Radiofrequenzsignalen mit jeweils einem Seitenband überlagert, die an Ausgängen 8A, 8B ausgegeben werden.

Auch bei diesem Aufwärtsmischer erlaubt die Verwendung der zwei Verstärker 1 den Verzicht auf einen Leistungsteiler und damit die Integration des gesamten Einseitenbandmischers auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat.

Die Linearität des RF-Pfades an den Mischer- Ausgängen wird durch zusätzliche Verstärker 10 vor dem 90°-Koppler 7 verbessert.

Claims (8)

1. Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale mit zwei Zweiseitenbandmischern (3), die jeweils mit identischen ersten Signalen und mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen beschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und einem Addierglied (7) zum Überlagern der zwei Produktsignale zu einem Ausgangssignal mit einem Seitenband, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Verstärker (1) zum Erzeugen des ersten Signals jedem Mischer (3) vorgeschaltet ist, und daß die Verstärker (1) über eine gegabelte Leitung (11) mit einer gleichen Signalquelle (5, 9) verbundene Eingänge haben.

2. Einseitenbandmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein Vorverstärker (9) ist.

3. Einseitenbandmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Radiofrequenzsignal und das zweite Signal ein Lokaloszillatorsignal ist, und daß ein erster 90°- Koppler (6) zum Erzeugen der zweiten Signale an einen Lokaloszillatoreingang (5) des Einseitenbandmischers angeschlossen ist.

4. Einseitenbandmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein Signaleingang (5) des Einseitenbandmischers ist.

5. Einseitenbandmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Lokaloszillatorsignal und das zweite Signal ein Zwischenfrequenzsignal ist, und daß ein erster 90°- Koppler (6) zum Erzeugen der zweiten Signale an einen Zwischenfrequenzeingang (4) des Einseitenbandmischers angeschlossen ist.

6. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Nachverstärker (10) für das Produktsignal zwischen dem Ausgang eines Zweiseitenbandmischers (3) und dem Addierglied (7) angeordnet ist.

7. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiseitenbandmischer (3), die Verstärker (1), das Addierglied (7) und gegebenenfalls der Vorverstärker (9), der erste 90°-Koppler (6) oder die Nachverstärker (10) auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat integriert sind.

8. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Addierglied ein zweiter 90°-Koppler (7) ist.