DE2230536B2

DE2230536B2 - Mikrowellen-Eingangsschaltung mit einem parametrischen Abwärtsmischer

Info

Publication number: DE2230536B2
Application number: DE2230536A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Prof.Dr.Ing. 3012 Langenhagen Loecherer; Robert Prof.Dr.-Ing. 3011 Laatzen Maurer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1972-06-22
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2189934B1; CA1018604A; DE2230536A1; JPS5915402B2; US3991373A; DE2230536C3; SE391846B; GB1425492A; FR2189934A1; JPS4985908A

Description

15

geht gegen 1,

wobei/>die Pumpfrequenz, rdieZwischenfrequenz, G_Pr. der Signalkreisleilwert, G₁,.. der Spiegelkreisleitwei'., G_n der Verlustleitwert der Reaktanzdiode ist.

2. Eingangsschaltung mil einem parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzenkehrlage zum direkten Anschluß an eine Mikrowellenantenne, der bei der Signalfrequenz mit dem reellen Antennenwiderstand abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer bei der Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenleitwert abgeschlossen ist und daß bei Verwendungeines Abwärtsmischers vom Serientyp folgend.- Bedingungen gelten:

P ⁺S . Pp

P-= R_n

~ ueht treeen

35

wobei/? die Pumpfrequenz, r die Zwischenfrequenz. R_pt. der Signalkreiswiderstand, R₁, . der Spiegelkreiswiderstand, R_n der Verlustwiderstand der Reaktanzdiode ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischer ein an sich bekannier dualer, rauschangepaßter ZF-Verstärker nachgeschaltet ist. für den folgende Bedingung gilt:

40

45

wobei G;. der Eingangsleitwcrt des ZF-Verstärkers. G_{s min} der Leitwert der Signalquelle des ZF-Verstärkers für minimales Rauschen ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß dem Mischer ein an sich bekannter dualer rauschangepaßter ZF-Verstärker nachgeschaltct ist. für den folgende Bedingung gilt:

_A ₌ Gs, min ₌..l+fl

Rs. min G K I -θ'

wobei R, der Hingangswiderstand des ZF-Vcrstärkers. /?<,·. _nijn der Widerstand der Signalquelle des ZF-Verstärkers für minimales Rauschen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß als ZF-Verstärker eine Röhre in (iittcr-Basis-.Schaltung verwendet wird.

6. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß als ZI-Verstärker ein Transistor in Basisschaltung verwendet wird.

7. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als ZF-Verstärker ein Feldeffekttransistor in Gate-Schaltung dient.

8. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als ZF-Verstärker ein an sich bekannter parametrischer Mischerkettenversiärker vom Serientyp dient. .... . .

9. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ZF-Verstärker eine Röhre in Kaihoden-Basis-Schaltung dient.

10. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor in Emitter-Schaltung als ZF-Verstärker dient.

11. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekttransistor in Source schaltung als ZF-Verstärker dient.

12. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ZF-Verstärker ein an sich bekannter parametrischer Mischerkettenverstärker vom Paralleltvp dient.

13. Schallung nach Anspruch 8 oder 12. dadurch aekennzeichnet. daß für den Abwärtsmischer und für den Mischerkettenverstärker ein gemeinsamer Pumposzillator Verwendung findet.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Eingangsschaltung mit einem parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzenkehrlage zum direkten Anschluß an eine Mikrowellenantenne, der bei der Signalfrequenz mit dem reellen Antennenwiderstand abgeschlossen ist.

Parametrischc Verstärker sind an sich bekannt, beispielsweise durch »Electronic Engineering« Dez. 1961, S.783. Ferner ist es bekannt, bei Mikrowellen der Empfangsantenne einen Abwärtsmischer nachzuschalten.

Ziel der Erfindung ist es. eine Eingangsschaltung für Mikrowellen aufzuzeigen, die sehr rauscharm ist. was durch eine besondere Dimensionierung bewirkt wird.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Schaltung je nach Mischertyp durch folgende Dimensionierung erfindungsgemäß gelöst:

I. Der Mischer ist bei der Spiegel frequenz mit dem reellen Antennenleitwert abgeschlossen und bei Verwendung eines Abwärtsmischcrs vom Parallcltyp gelten folgende Bedingungen:

■ ζ Gj,,. + G_n ■'=' G. _Z+G_B

geht gegen

wobei ρ die Pumpfrequenz, r die Zwischenfrequenz. G₁,,. der Signalkrcisleitwert. G_{n z} der Spiegel krcislcitwcrt. G_n der Verlustleitwert der Reaktanzdiode ist.

II. Der Mischer ist bei der Spiegelfrcquenz mil dem reellen Anlcnncnleitwert abgeschlossen und bei Verwendung eines Abwärtsmischers vom Scrientyp gelten folgende Bedingungen:

P + ζ

(J₁,

wobei ρ die Pumpfrequenz, ζ die Zwischcnfrctjuenz.

^,.derSignalkreiswiderstand, R₁, . der Spiegelkreiswiderstand, R,_} der Verlustwiderstand der Reaktanzdiode ist.

Die Bedingungen

und
bzw.

P-= R

₁, _:

PSJ

P + - G_n^G₁₁

(D (2)

(3)

L --

und für seine Rauschtemperatur

T =^{P + :} i,7
'" p-z

(4)

P)

P
■ λ Jit:

Pump-Zwischen-
Signal-Spiegel-

Kreist'requcn/.

d.h. unter den Bedingungen (I ι bis (3) nach (4ι und (5)

I ')

Um gleichzeitig Rauschanpassung des /!■'-Verstärkers und LeistiDigsanpassung des Mr.viirtsmischcrs zu erhalten, können folgende Zusammenschaltungen gewühlt werde ι ■

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

IO

folgen aus hier nicht, wiedergegebenen theoretischen Überlegungen. Danach gilt bei kleinen Diodenverlusten (R_n-*o bzw. G_t)—>o) für den verfügbaren Konversionsgewinn des Mischers

wobei T_sp die Temperatur des Spicgelabschkisses bedeutet. Aus den Gleichungen (4) und (5) ist zu entnehmen, daß für a —> 1 und /1 s> r der parametrische Abwärtsmischer in Frequenzengleichlage mit reellem Spiegelabschluß einen sehr hohen verfügbaren Koinersionsgcwinn und eine Rauschtemperatur in der Nähe der Temperatur des Spiegelabschlusscs erhalten kann.

In Fig. 1 ist das bekannte Schaltprinzip eines Abwärtsmischers vom Serientyp und in Fig. 2 das bekannte Schaltprinzip eines Abwärtsmischers vom Paralleltyp dargestellt.

Es bedeuten

40

Bei Nachschalten eines geeigneten an sich bekannten ZF-Verstärkers kann in Weiterbildung der Erfindung ein rauscharmer ZF-Vers'ärkergebildet weiden. Durch Rauschai/passung des nachgeschalleten ZF-Verstärkers wird dessen Rauschtemperatur auf ihren Minimalwert (7"/,.-J₁₁₁J_n gebracht. Hierzu muß die Bedingung

R_A = Rs.mu, ^J'² bzw. G₁ = G_{s mi}„_:ir (6)

erfüllt sein {R_Sm,„ bzw. ('s.,,,,,, ist der Eingangs-Widerstand bzw. -Leitwert des ZF-Verstärkers für minimales Rauschen: /7 ist das Übersetzungsverhältnis des Übertragers zwischen Abwärtsmischer und /.!-"-Verstärker. s. die Fig. 3 und 4).

Diese Eingangsschaltung hat dann nach der Friisschen Formel die Rauschtemperatur

60 G,

I +ti

(8)

erfüllen, hierin ist G_f=i'r ■ G_L' der Eingangsleitwert des ZF-Verstärkers.

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

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung erhält man dadurch, daß man für den nachgeschaltcten ZF-Verstärker einen parametriichen Mischerkettenverstärker verwendet, der vom Se./eniyp ist (Fig.3). Dieser Ve^rstärker besteht aus der Ke'ten-Schaltung eines parametrischen Auf- und Abwärismischers. dessen Dioden versehiedenphasig durchgepumpt werden. Vorzugsweise dient hierfür ein gemeinsamer Pumposznlator. Derartige MischerkcUenverstärker sind bekannt durch deutsche Patentschrift 1952135.

Wird dagegen ein Serientyp ais Abwärtsmischer (Fiii. 1) verwendet, so muß der ZF-Verstärker die Bedincune

•Vs.min

1 +a

(9)

35 einhalten, wobei R_F der Eingangswiderstand des ZF-Verstärkers ist.

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

Besonders vorteilhaft ist wieder die Verwendung eines an sich bekannten parametrischen Mischerkettemerstärkers als ZF-Verstärker. da ein derartiger Verstärker nichtreziprok ist und eine sehr gute Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang ermöglicht, durch geeignete Neutralisation seines Rückwirkungslcilwerts. wie dies beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 1 112 140 beschrieben wird. Da der Abwärlsmischcr vom Scrientyp ist. wird zur Erzielung der gewünschten Leistungsanpassung des Mischers ein nachgeschalteter Mischcrketteinerstärker vom Paralleltyp gewählt (Fig.4).

An Hand eines in Fig. 4 dargestellten schcm !tischen Ausführiingsbeispiels soll die Erfindung kurz erläutert werden.

Als Abwartsmischer ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Mischer M \om Scrientyp verwendet, Seine Mischdiode ist mit C I bezeichnet. Z_p ,. bedeutet den komplexen Widerstand des Signaikreises. wobei /' t- ζ die Signalkreisfrcquenz ist.

Der ko;np':xc Widerstand des Zwischenfrcquenzkreises bei der /uischenfrequen/ ζ ist mil Z. bezeichnet. Die Sniegelfrequenz ist ρ ■- ζ. der komplexe Wi !erstand des Spicgclkreises ist Z₁. .. Unter der Voraussetzung (I). daß die Pumpkreisl'requcnz wesentlich größer als di,: Zwischenfrequenz ist. liegen die

beiden Frequenzen /»fr und ρ — ζ relativ dicht beieinander. Dann kann der Antennenwiderstand R₁,,-. welcher sich auf der Antennenteinperatur T_A befindet, gleichzeitig für die Bcdämpfung des Spicgelfrequenzkreises benutzt werden, d.h. R_n .^R₁... bzw. G_n-. * G_p,.. T,_p = Τ_Λ . Die Bedingung (1) liefert dann automatisch (2) bzw. (3). Für "diese Schallung gilt nach (7)

•r _ τ· _ T-

* ges ' sp ' _A *

Fz-^P=S mit

IO

?---=■■ bzw.

ρ-1

'5

Danach ist F₇- 1 für Ta = 7"₀. jedoch F₇ < 1 für T_A < T₀; das letztere ist bei Satelliten-Bodenstationen der Fall. Die Mikrowellenantenne, an welcher der Abwärtsmischer M angeschlossen ist. wurde in der Fig.4 durch die mit S bezeichnete Signalquelle dargestellt. Dem als Serientyp ausgebildeten Abwärtsmischer M ist in der Figur ein Miseherkettenverstärker I' nachgeschaltet, der vom Paralleltyp ist. Seine beiden Reaktanzdioden sind mit Cl und C3 bezeichnet. Eingangs- und ausgangsseitig hat dieser ZF-Verstärker einen auf die Zwischenfrequenz r abgestimmten Parallelschwingkreis mit dem komplexen Widerstand )'.. Die beiden Rcaklanzdioden C'2 und C'3 sind über einen gemeinsamen Hilfskrcis miteinander verkoppelt, welcher durch )',,.. dargestellt ist. Die Ankopplung des Zl-'-Verstärkcrs Γ an den Abwärtsmischcr Λ/ erfolgt durch einen Übertrager mil dem Übersetzungsverhältnis ic. Der Ausgangswiderstand des Abwärtsmischcrs ist mil R ,. der Eingangsleitwcrt des ZF-Versüirkers Γ ist mit O_f bezeichnet.

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, so ist die Antenne auf den Satelliten ausgerichtet und weist bei 4 GHz beispielsweise eine Rauschtemperatur von ungefähr 5Cf auf. Die erfindungsgcmäßc 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 Pumpfrequenz unterhalb der Signalfrequenz liegt Ferner ist die Schaltung leicht in integrierter Bauweise ausführbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Eingangsschaltung mit einem parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzenkehrlage zum direkten Anschluß an eine Mikrowellenantenne, der bei der Signalfrequenz mil dem reellen Antennenwiderstand abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer bei der Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenleitwert abgeschlossen ist und daß bei Verwendung eines Abwärtsmischers vom Paralleltyp folgende Bedingungen gelten: