DE2230536C3

DE2230536C3 - Mikrowellen-Eingangsschaltung mit einem para metrischen Abwärtsmischer

Info

Publication number: DE2230536C3
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: 1975-07-24
Also published as: CA1018604A; SE391846B; FR2189934A1; DE2230536B2; US3991373A; DE2230536A1; FR2189934B1; GB1425492A; JPS5915402B2; JPS4985908A

Description

'5

geht gegen 1.

wobei pdk Pumpfrequenz, ζ die Zwischenfrequenz, Gp _t_. der Signalkreisleitwert, G_{p z} der Spiegelkreisleitwert, G_n der Verlustleitwert der Reaktanzdiode ist.

2. Eingangsschaltung mit einem parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzengleichlage zum direkten Anschluß an eine Mikrowellenantenne, der bei der Signaltrequenz mit 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 Serientyp folgende Bedingungen gelten:

ppz

P-: ~R„

, + Ri + R- geht gegen 1,

35

wobei ρ die Pumpfrequenz, ζ die Zwischenfrequenz, R₁,_tz der Signalkreiswiderstand, R_p._z der Spiegelkreiswiderstand, A₀ der Verlustwiderstand der Reaktanzdiode ist.

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

G_E _ 1 +f

⁴⁵

wobei G_E der Eingangsleitwert des ZF-Verstärkers, Gs.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 nachgeschaltet ist, für den folgende Bedingung gilt:

J?

£ _ ^WS. min _

Gf

Eingangswiderstand des ZF-Ver- _s,_min der Widerstand der Signalquelle f

wobei R_K der

stärkers, R, gq

des ZF-Verstärkers für minimales Rauschen ist.

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

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

65

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 Mischerkettenverstärker vom Serientyp dient.

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

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

11. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekttransistor in Sourceschaltung als Zl⁷-Verstärker dient.

12. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ah; ZF-Verstärker ein an sich bekannter parametrischer Mischerketten verstärker vom Paralleltyp dient.

13. Schaltung nach Anspruch 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß für den Abwärtsmischer und für den Mischerkettenverstärker ein gemeinsamer Pumpes/illator Verwendung findet.

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

Parametrische 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 Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenleiiwert abgeschlossen und bei Verwendung eines Abwärtsinischers vom Paralleltyp gelten folgende Bediungungen:

a —

p-z G_p,. +G₀ P + ':' G. _: + G₀

geht gegen 1,

wobei ρ die Pumpfrequenz, ζ die Zwischenfrequenz, G„,- der Signalkreisleitwert. G₁, . der Spiegelkreisleitwert, G_n der Verlustleitwert der Reaktanzdiode ist.

II. Der Mischer ist bei der Spiegelfrequenz mit dem reellen Antennenleitwert abgeschlossen und bei Verwendung eines Abwärtsmischers vom Serientyp gelten folgende Bedingungen:

P+ Z Rp*z + Rl) ■ , .

^a-¹F=Tz-Τ;-+R- SSht gegen 1,
wobei ρ die Pumpfrequenz, ζ die Zwischenfrequenz,

je_? . der Signalkreiswiderstand, R_p .. der Spiegelkreiswiderstand, R_D der Verlustwiderstand der Reaktanzdiode ist.
Die Bedingungen

ppz

(D

und
bzw.

P-z

•1

und für seine Rauschtemperatur
T = ^ΡΛ ^Γ η Ί

' Mt ^^ L/ J

(4)

(5)

p+r =

P s die

Pump-Zwischen-
Signal-Spiegel-

Kreisfrequenz.

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

folgen aus hier nicht wiedergegebenen theoretischen Überlegungen. Danach gilt bei kleinen Dioden Verlusten (R_D—>o bzw. G_D-*o) für den verfügbaren Konversionsgewinn des Mischers

20

wobei T_sp die Temperatur des Spiegelabschlusses bedeutet. Aus den Gleichungen (4) und (5) ist zu entnehmen, daß für a —> 1 und ρ $> ζ der parametrische Abwärtsmischer in Frequenzengleichlage mit reellem Spiegelabschluß einen sehr hohen verfügbaren Konversionsgewinn und eine Rauschtemperatur in der Nähe der Temperatur des Spiegelabschlusses 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 F-Verstärkers kann in Weiterbildung der Erfindung ein rauscharmer ZF-Verstärker gebildci α orden. Durch Rauschanpassung des nachgeschaltetew ZF-Verstärkers wird dessen Rauschtemperatur auf ihren Minimalwert (T_XF)_mia gebracht. Hierzu muß die Bedingung

Ra = ßs.min »² bzw. G₄ = G_SmJü² (6)

erfüllt sein (R_s__min bzw. G_s„,_in ist der Eingangs-Widerstand bzw. -Leitwert des ZF-Verstärkers für minimales Rauschen; ii ist das Übersetzungsverhältnis des Übertragers zwischen Abwärtsmischer und ZF-Verstärker, s. die Fig. 3 und 4).

Diese Eingangsschaltung hat dann nach der Friisschen Formel die Rauschtemperatur

60

d.h. unter den Bedingungen (1) bis (3) nach (4) und (5) T_9n-* V (7)

Um gleichzeitig Rauschanpassung des ZF-Verstärkers und Leistungsanpassung des Abwärtsmischers zu erhalten, können folgende Zusammenschaltungen gewählt werden:

+ a

(8)

erfüllen, hierin ist G_E = ir ■ G_E 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-Schakung betrieben wird.

Bei Verwendung eines Transistors muß dieser in Basis-Schaltung betrieben werden. Ferner ist es möglich, für den ZF-Verstärker einen Feldeffekttransistor in Gate-Schaltung zu benutzen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung erhält man dadurch, daß man für den nachgeschalteten ZF-Verstärker einen parametrischen Mischerketten verstärker verwendet, der vom Serientyp ist (Fig. 3). Dieser Verstärker besteht aus der Ketten-Schaltung eines parametrischen Auf- und Abwärtsmischers, dessen Dioden verschiedenphasig durchgepumpt werden. Vorzugsweise dient hierfür ein gemeinsamer Pumposzillator. Derartige Mischerkettenverstärker sind bekannt durch deutsche Patentschrift 1952 135.

Wird dagegen ein Serientyp als Abwärtsmischer (Fig. 1) verwendet, so muß der ZF-Verstärker die Bedingung

"S. min

1 -~a

(9)

einhalten, wobei R_t der Eingangswiderstand des ZF"-Verstärkers ist.

Dieser ZF-Verstärkcr laßt sich beispielsweise dadurch \ erwirklichen, 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.

Besonders vorteilhaft ist wieder die Verwendung eines an sich bekannten parametrischen Mischerkettenverstärkers als ZF-Vcrstärker, da ein derartiger Verstärker nichlreziprok ist und eine sehr gute Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang ermöglicht, durch geeignete Neutralisation seines Rückwirkungsleitwerts. wie dies beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 1112140 beschrieben wird. Da der \bwärtsmischer vom Serientyp ist, wird zur Erzielung der gewünschten Leistungsanpassung des Mischers ein nachgeschalteter Mischerketlenverstärker \om Paralleltyp gewählt (Fig. 4).

An Hand eines in F i g. 4 dargestellten schematischen Ausführungsbcispiels 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_{p f}. bedeutet den komplexen Widerstand des Signalkreises, wobei ρ + ζ die Signalkreisfrequenz ist.

Der komplexe Widerstand des Zwischenfrequenzkreises bei der Zwischenfrequenz ζ ist mit Z₂ bezeichnet. Die Spiegelfrequenz ist ρ — 2, der komplexe Widersland des Spiegelkreises ist Z_p_.. Unter der Voraussetzung (1), daß die Pumpkreisfrequenz wesentlich größer als die Zwischenfrequenz ist, liegen die

beiden Frequenzen ρ + ζ und ρ —σ relativ dicht beieinander. Dann kann der Antennenwiderstand R₁,₄ ., welcher sich auf der Anlennentemperatur T_A befindet, gleichzeitig für die Bedämpfung des Spiegelfrequenzkreises benutzt werden, d.h. /?_p_- =t R_n^. bzw. (Jp_₂ % G_{p + Z}, T_sp = T_A ■ Die Bedingung (1) liefert dann automatisch (2) bzw. (3). — Für diese Schaltung gilt nach (7)

' ges sp~ ' .4 ·

F_x = TjP- = ⁷C mit
β-— —» - :-z bzw.

Danach ist F_z — 1 für Τ_Λ - T₀, jedoch F₇ < 1 für Τ_Λ <T_o; 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 5 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 Υ_ρλ. dargestellt ist. Die

Ankopplung des ZF-Verstärkers V an den Abwärtsmischer M erfolgt durch einen Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis ü². Der Ausgangswiderstand des Abwärtsmischers ist mit R_A, der Eingangsleilwert des ZF-Verstärkers V ist mit G_F bezeichnet.

ίο 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 Satcllilen-Empfangssystem, so ist die Antenne auf den Satelliten ausgerichtet und weist bei 4 GHz beispielsweise eine Rauschtemperatur von ungefähr 50^c Kelvin auf. Die erfindungsgemäße Eingangs-

schaltung 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

χ.

Claims

Patentansprüche: 2 536

1. Eingangsschaltung mit einem parametrischen Abwärtsmischer in Frequenzengleichlage 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 Verwendung eines Abwärtsmischers vom Paralleltyp folgende Bedingungen gelten: