DE2230536A1

DE2230536A1 - Eingangsschaltung fuer mikrowellen

Info

Publication number: DE2230536A1
Application number: DE2230536A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Prof Dr I Loecherer; Robert Prof Dr Ing Maurer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2189934B1; SE391846B; DE2230536B2; FR2189934A1; GB1425492A; CA1018604A; US3991373A; DE2230536C3; JPS4985908A; JPS5915402B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. ΡΤ-ΒΚ/Sch/kö

BK 72/50

Eingangsschaltung für Mikrowellen

Die Erfindung befaßt sich mit einer Eingangsschaltung für Mikrowellen, die einen parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzengleichlage mit Spiegelabschluß enthält.

Ziel der Erfindung ist es, eine Eingangsschaltung aufzuzeigen, die sehr rauscharm ist und die sich mit geringem technischen Aufwand verwirklichen läßt.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Schaltung wird hierfür erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Mischer bei der Signal- und Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenwiderstand abgeschlossen wird und folgende Bedingungen erfüllt

P » ζ (l)

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R 4-R

p+z ρ+ζ D

a — · *

p-z R +R_n * p-z D

beim Serientyp entsprechend Bild 1 bzw.

p+z G +G₇, p-z D

beim Paralleltyp entsprechend Bild 2. In (l) - (3) be deuten

ρ ' Pump-

Zwischen-

p+z =s s die / Signalp-z j Spiegel-

Kreisfrequenz

R den Signalkreis-Widerstand (= Antennenwiderstand bei p+z) p+z

R den Spiegelkreis-Widerstand (= Antennenwiderstand bei p-z) p-z

bzw.

G den Signalkreis-Leitwert (= Antennen-Leitwert bei p+z) p+z

G den Spiegelkreis-Leitwert (= Antennen-Leitwert bei p-z) p-z

sowie

R_ bzw. G_n den Verlust-Widerstand bzw. -Leitwert der Reaktanzdioden.

Die Bedingungen (l) - (3) folgen aus hier nicht wiedergegebenen theoretischen Überlegungen; danach gilt bei kleinen Diodenverlusten (R-. —» ο bzw. G_n-*o) für den verfügbaren Konversionsgewinn des Mischers

L - -Ξ- . J

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und für seine Rauschtemperatur

T ₌ 2±2l _a τ (5)

m p-z sp

■wobei T die Temperatur des Spiegelabschlusses bedeutet. Aus den Gl. (4) und (5) ist zu entnehmen, daß für a-*l und ρ» ζ der parametrische Abwartsmischer in Frequenzengleichlage mit reellem Spiegelabschluß einen sehr hohen verfügbaren Konversionsgewinn und eine Rauschtemperatur in der Nähe der Temperatur des Spiegelabschlusses erhalten kann.

Durch Nachschalten eines geeigneten ZF-Verstärkers kann in Weiterbildung der Erfindung eine rauscharme Eingangsschaltung gebildet wejrden, wenn durch Rauschanpassung des ZF-Verstärkers dessen Rauschtemperatur auf ihren Minimalwert (T_„) . gebracht wird. Hierzu muß die Bedingung

Zip min

R. = R_e . ü² bzw. G. = G_e . /ü² (6)

A S, mm A S, mm'

erfüllt sein (R„ . bzw. G_ . ist der Eingangs-Wider-

51min 5 j min

stand bzw. -Leitwert des ZF-Verstarkers für minimales Rauschen; ü ist das Übersetzungsverhältnis des Übertragers zwischen Abwärtsmischer und ZF-Verstärker, siehe die Figuren 3 und 4).

Diese Eingangsschaltung hat dann nach der Friis sehen. Formel

^BK72/5° 309883/0677 " * "

die Rauschtemperatur

(T )

d.h. unter den Bedingungen (l) - (3) nach (k) und (5)

T >T (7)

ges sp

Um gleichzeitig Rauschanpassung des ZF-Verstärkers und Leistungsanpassung am Eingang des Abwärtsmischers zu erhalten, müssen erfindungsgemäß folgende Zusammenschaltungen gewählt werden.

Wenn man für den Abwärtsmischer einen parametrischen Mischer vom Paralleltyp entsprechend Figur 2 wählt, so muß der nachgeschaltete ZF-Verstärker die Bedingung

G_ . 1-a S, mm

erfüllen; hierin ist G„ = ü ZF-Verstärkers.

2 ü

¹ der Eingangsleitwert des

Ein derartiger ZF-Verstärker kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß als aktives Element eine Röhre Verwendung findet, die in Gitter-Basis-Schaltung betrieben wird. Bei Verwendung eines Transistors muß dieser in Basis-Schaltung

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betrieben werden. Ferner ist es möglich, für den ZF-Verstärker einen Feldeffekttransistor in Gate-Schaltung zu benutzen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung erhält man dadurch, daß man für den nachgeschalteten ZF-Verstärker einen parametrischen Mischerkettenverstärker verwendet, der vom Serientyp ist (Figur 3)· Dieser Verstärker besteht aus der Ketten-Schaltung eines parametrischen Auf- und Abwärtsmischers, dessen Dioden von einem gemeinsamen Pumposzillator verschiedenphasig durchgepumpt werden. Derartige Mischerkettenverstärker sind beispielsweise in der DT-PS 1 952 135 beschrieben worden.

Wird dagegen ein Serientyp als Abwärtsmischer (Figur l) verwendet, so muß der ZF-Verstärker die Bedingung

S, min

einhalten, wobei R„ der Eingangswiderstand des ZF-Verstärker s ist.

Dieser ZF-Verstärker läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, daß man eine Röhre in Kathoden-Basis-Schaltung benutzt. Wird als aktives Element ein Transistor verwendet, so ist dieser in Emitter-Schaltung bzw. Source-Schaltung zu betreiben.

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Besonders vorteilhaft ist wieder die Verwendung eines Mischerkettenverstärkers als ZF-Verstärker, da ein derartiger Verstärker nichtreziprok ist und eine sehr gute Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang ermöglicht, durch geeignete Neutralisation seines Rückwirkungsleitwertes, wie dies beispielsweise durch die DT-PS 1 112 1^0 beschrieben wird. Da der Abwärtsmischer vom Serientyp ist, muß zur Erzielung der gewünschten Leistungsanpassung am Mischer-Eingang der nachgeschaltete Mischerkettenverstärker vom Paralleltyp sein (Figur k).

Anhand des in Figur k dargestellten schematischen Ausführungsbeispieles soll die Erfindung kurz erläutert werden.

Als Abwärtsmischer ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Mischer M vom Serientyp verwendet. Seine Mischdiode ist mit Cl bezeichnet. Z bedeutet den komplexen Widerstand des

—-p+z

Signalkreises, wobei p+z die Signalkreisfrequenz ist.

Der komplexe Widerstand des Zwischenfrequenzkreises bei der Zwischenfrequenz ζ ist mit Z bezeichnet. Die Spiegelfrequenz ist p-z, der komplexe Widerstand des Spiegelkreises ist Z Unter der Voraussetzung (l), daß die Pumpkreisfrequenz wesentlich größer als die Zwischenfrequenz ist, liegen die beiden Frequenzen p+z und p-z relativ dicht beieinander. Dann kann der Antennenwiderstand R , welcher sich auf der Antennen-

p+z"

temperatur T befindet, gleichzeitig für die Bedämpfung des

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Spiegelfrequenzkreises benutzt werden, d.h.. R "^ ₊

bzw. G -G - T = T_A. Die Bedingung (l) liefert p-z p+z^f sp A * ο

dann automatisch (2) bzw. (3)· - Für diese Schaltung gilt

nach (7)

p+z p-z

Danach ist F„ = 1 für T. = T , jedoch F_ < 1 für ^T _A<^T » letztere ist bei Satelliten-Bodenstationen der Fall. Die Mikrowellenantenne, an welcher der Abwärtsmischer M angeschlossen ist, wurde in der Figur 4 durch die mit S bezeichnete Signalquelle dargestellt- Dem als Serientyp ausgebildeten Abwärtsmischer M ist in der Figur ein Mischerkettenverstärker V nachgeschaltet, der vom Paralleltyp ist. Seine beiden Reaktanzdioden sind mit C2 und C3 bezeichnet. Eingangs- und ausgangsseitig hat dieser ZF-Verstärker einen auf die Zwischenfrequenz ζ abgestimmten Parallelschwingkreis mit dem komplexen Widerstand Y . Die beiden Reaktanzdioden C2 und C3 sind über einen gemeinsamen Hilfskreis miteinander verkoppelt, welcher durch Y dargestellt ist. Die An-

"~Pi^z

kopplung des ZF-Verstärkers V an den Abwärtsmischer M er-

2 folgt durch einen Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis ü , Der Ausgangswiderstand des Abwärtsmischers ist mit R.. der

A*

Eingangsleitwert des ZF-Verstärkers V ist mit G_ bezeichnet.

Et

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Unter den angegebenen Voraussetzungen können mit einer derartigen Eingangsschaltung bei Leistungsanpassung am Ein- und Ausgang und gleichzeitig großer Leistungsverstärkung Rauschtemperaturen erzielt -werden» die in der Nähe der Rauschtemperatur der angeschlossenen Antenne liegen. Handelt es sich um ein Satelliten-Empfangssystem_t so ist die Antenne auf den Satelliten ausgerichtet und weist bei k GHz beispielsweise eine Rauschtemperatur von ungefähr 50 auf. Die erfindungsgemäße Eingangsschaltung hat dann ungefähr die gleiche Rauschtemperatur, ohne daß hierfür eine Kühlung der Schaltung erforderlich ist.

Für die Eingangsschaltung verwendet man vorzugsweise einen gemeinsamen Pumposzillator P, der sowohl Abwärtsmischer als auch parametrischen ZF-Verstärker pumpt.

Besonders vorteilhaft ist bei der Schaltung, daß die Pump·^ frequenz unterhalb der Signalfrequenz liegt. Ferner ist die Schaltung leicht in integrierter Bauweise ausführbar»

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Claims

Patentansprüche

\ l) Parametrischer Abwärtsmischer in Frequenzenkehrlage zum direkten Anschluß an eine Mikrowellenantenne, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenleitwert abgeschlossene Mischer folgende Bedingungen erfüllt

ρ »z, a =

p-z
p+z

G +Q_n p+z D

G +Q_n p-z D

1 beim Paralleltyp

p+z

^+R

^beim Serxentyp

wobei ρ die Pumpkreisfrequenz
ζ die Zwischenfrequenz

R bzw. G der Signalkreiswiderstand bzw. -leitwert p+z p+z

R bzw. G der Spiegelkreiswiderstand bzw.-leitwert ρ—ζ ρ—ζ

R_n bzw. G_ der Verlustwiderstand der Reaktanzdiode bedeutet.

2) Mischer nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß er durch Nachschaltung eines dualen, rauschangepaßten ZF-Verstärkers zu einer Eingangsschaltung ergänzt wird.

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3) Eingangsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwärtsmischer vom Paralleltyp ist und daß für den nachgeschalteten ZF-Verstärker

^GE 1 + a

ist,

G_ 1 - a S ι ram

wobei G-, der Eingangsleitwert des ZF-Verstärkers und G_ . Cj O) min

der Leitwert der Signalquelle des ZF-Verstärkers für minimalesRauschen ist.

k) Eingangsschaltung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker eine Röhre in Gitter-Basis-Schaltung
dient.

5) Eingangsschaltung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Transistor in Basis-Schaltung ist.

6) Eingangsschaltung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß als verstärkendes Element ein Feldeffekttransistor in
Gate-Schaltung dient.

7) Eingangsschaltung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß der ZF-Verstärker ein Mischerkettenverstärker vom
Serientyp ist.

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8) Eingangsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwärtsmischer vom Serientyp ist und der nachgeschaltete ZF-Verstärker die Bedingung

R G

E S ,min 1 + a

R_c . ⁼ G₁, ⁼ 1 - a

S,mm E

erfüllt, -wobei R_ der Eingangswiderstand des Verstärkers und R_ . der Widerstand der Signalquelle des ZF-Ver-

ο «nun

stärk'ers für minimales Rauschen ist,

9) Eingangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker durch eine Röhre in Kathoden-Basis-Schaltung verwendet wird. «

10) Eingangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor in Emitter-Schaltung als Verstärker dient.

11) Eingangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekt-Transistor in Source-Schaltung als Verstärker dient,.

12) Eingangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeschaltete ZF-Verstärker ein Mischerkettenverstärker vom Paralleltyp ist·

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13) Eingangsschaltung nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abwärtsmischer und für den
Mischerkettenverstärker ein gemeinsamer Pumposzillator Verwendung findet.

14) Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in integrierter Bauweise ausgeführt ist.

15) Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung für Satelliten-Empfangssysteme .

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