DE2454058B2

DE2454058B2 - Ringmodulator

Info

Publication number: DE2454058B2
Application number: DE19742454058
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl -Ing 8031 Grobenzell Sedlmair
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-14
Filing date: 1974-11-14
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2454058C3; DE2454058A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringmodulator für den Mikrowellenbereich, bestehend aus vier vorzugsweise paarweise angeordneten Dioden, einem Signal- und einem Oszillatoreingang, deren Spannungen an die Dioden geführt sind und einer Ausgangsklemme für die Mischfrequenz und der in gedruckter Schaltungstechnik aufgebaut ist, derart, daß auf einem einseitig ganzflächig metallisierten isolierenden Substrat unter Bildung von Schlitzleitungen und/oder Kopianarleitungen Ausätzungen vorgesehen sind.

Ringmodulatoren dieser Art finden in der Trägerfrequenztechnik vor allem in der Drahtnachrichtentechnik für trägerfrequentes Mehrtachausnutzen von Übertragungswegen, vielfach Anwendung. Es wurde daher zur Veranschaulichung und zum Verständnis eine übliche Ringmodulatorschaltiing in Fig. 1 dargestellt. Am Eingang 1 der Schaltung liegt die Signalspannung der Frequenz fs, am Eingang II die Oszillatorspannung der Frequenz /bund am Ausgang III die Ausgsngsspannung der Frequenz f_ZF. Die an den beiden Brückei.diagonalen anliegende Signalspannung einerseits und Oszillatorspannung andererseits sind mit Lfebzw. Uobezeichnet.

Durch die US-PS 36 78 395 ist eine Mischerschaltung der eingangs genannten Art bekannt. Dabei sind die Eingänge für das Signal und die Oszillatorfrequenz an Schlitzleitungen bzw. Kopianarleitungen angeschlossen, während für die Zwischenfrequenz Verbindungsleitungen vorgesehen sind, durch die der ZF-Bereich auf einige hundert MHz begrenzt ist. Außerdem benötigt eine solche Schaltung Drosseln und Kondensatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringmodulator der eingangs genannten Art für den Mikrowellenbereich zu schaffen, der einfach in seiner Herstellung und gut reproduzierbar ist und der es vor allem ermöglicht, auch den Zwischenfrequenzbereich bis in den Mikrowellenbereich auszudehnen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß auf der den Schlitz- und/oder Koplanarleitungen gegenüberliegenden Seite des Substrats mit den Schlitz- und/oder Kopianarleitungen verkoppelte, einseitig mit den Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme verbundene Microstripleitungen aufgebracht sind.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen gestatten den Aufbau von Ringmodulatoren, d.h. Doppelgegentaktmischern, im Mikrowellenbereich, wobei auch der Zwischenfrequenzbereich bis in den Mikrowellenbereich (GHz-Bereich) ausgedehnt wird, so daß alle Eingänge des Ringmodi'.lators für Mikrowellen geeignet sind und damit beliebige Frequenzumsetzungen möglich werden. Doppelgegentaktmischer haben gegenüber einfachen Gegentaktmischern den Vorteil, daß sie drei entkoppelte Eingänge haben, keinerlei Verblockung der

Mischerdioden benötigen, weshalb sie für hohe Zwischenfrequenzen geeignet sind, und weniger störende Mischprodukte erzeugen. Die erfimiungsgemäße planare Anordnung auf einem isolierenden Substrat, beispielsweise Aluminiumoxykeramik, ist mittels Photomaske einfach in der Herstellung und gut reproduzierbar. Die Genauigkeit ist sehr groß, so daß sehr gute Entkopplungen der drei Eingänge erreicht werden.

Bei einer vorteilhaften Äusführungsform eines Ringmodulators, bei dem die Dioden in einer Brücke angeordnet sind und die Signal- und die Oszillatorspannung an die Diagonalen der Brücke geführt sind, ist vorgesehen, daß auf der metallisierten Seite des Substrats am Diodenort eine Schlitzleitung und eine beiderseits sich daran anschließende Koplanarlettung angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Substratseite eine senkrecht zur Srhlitzleitung verlaufende, zur metallisierten Seite durchkontaktierte Microstripleitung für die Signalspannungszuführung an die senkrechte Brückendiagonale, daß ferner die einander gegenüberliegenden Verbindungspunkte der Diodcnbrücke mit der Metallisierung beiderseits der Schlitzleiuing bzw. mit den Innenleitern der Koplanarleitungen verbunden sind und daß zur Oszillatorspannungszuführung an die horizontale Brückendiagonale von den 2^ durchkontaktierten Enden der Koplanarinnenleiter fortgeführte Microstripleitungen vorgesehen sind, die in die Arme eines Magischen Tübergehen, zu dessen vom Verzweigungspunkt zum ZF-Ausgang geführter Leiterbahn gegenüberliegend an der metallisierten Seite des Substrats die eine Hälfte einer ca. λ/2-langen Schlitzleitung zur Einspeisung der über eine Koaxialleitung herangeführten Oszillatorspannung angeordnet ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Dioden auf der die Microstripleiter tragenden Seite des Substrats jeweils paarweise in Serie am Ende eines Magischen T angeordnet und mit ihrem Verbindungspunkt jeweils mit dem Magischen T kontaktiert und mit ihrem zweiten Anschluß an die metallisierte Seite des Substrats durchkontaktiert sind an die beiden Seiten einer bogenförmig ausgebildeten Schlitzleitung, die den auf der Microstripseite angeordneten Leiterbahnen der beiden Magischen T mit einem jeweils ca. λ/4-langen Bereich der Schenkelenden gegenüberliegend auf der metallisierten Seite des Substrats angeordnet ist und in deren mittleren Bereich die nach der metallisierten Seite hin durchkontaktierte Microstripleitung für die Signalspannungszuführung, die Schlitzleitung senkrecht kreuzend, angeordnet ist und daß zur Oszillatorspannungszuführung eine weitere, ca. λ/2-lange, an den Enden kurzgeschlossene Schlitzleitung vorgesehen ist, in deren Mitte an ihren beiden Seiten der Innen- und Außenleiter einer an den Oszillatorspannungseingang geführten Koaxialleitung mit der metallisierten Seite des Substrats kontaktiert sind und zu der gegenüberliegend auf der die Microstripleitungen tragenden Seite eine mit dem ZF-Ausgang verbundene Leiterbahn angeordnet ist, die in ihrem Verzweigunsspunkt in die Arme der beiden Magischen T übergeht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläii.ert.

Es zeig!

F i jj. 2 eine Äusführungsform mit einer Diodenbrücke (15 und mit Koplanarleitungen und

Fig. 3 eine Ausführungsform mit paarweise getrennt angeordneten Dioden und Magischen T anstelle von

Koplanarleitungen,

Der Mikrowellenringmodulator in Planartechnik gemäß Fig.2 ist in folgender Weise aufgebaut: Auf einem isolierenden Substrat S, beispielsweise einem Keramikplättchen aus Aluminiumoxyd (AbOa), ist auf einer Seite eine ganzflächige Metallisierung aufgeibracht, in der lediglich einige Schlitze ausgeätzt sind, die Koplanarleitungen und Schlitzleitungen bilden, während auf der gegenüberliegenden Seite Microstripleitungen aufgebracht sind. In der F i g. 2 ist die ganzflächig metallisierte Seite obenlitgend dargestellt. Die auf der Oberseite befindlichen Koplanarleitungen und Schlitz leitungen sowie die Dioden sind mit ausgezogenen Linien dargestellt, die auf der Unterseite des Substrats angeordneten Leiterbahnen sind strichliert eingezeichnet.

Die vier Dioden Dl, D2, D3 und £>4 des Ringmodulators sind auf der metallisierten Oberseite des Substrats S in Brückenschahung angeordnet. Als Dioden können, dabei Einzeldioden, Doppeldioden oder ganze Diodenquartette verwendet werden. Doppeldioden oder Quartette in monolttischer Herstellung sind, wenn es auf hohe Symmetrie ankommt, vorzuziehen. Die Verbindungspunkte der Dioden Dl, D 2, D 3 und D 4 sind an den Mittelleitern 4,5 der Koplanarleitungen 6, 7 und an der Metallfläche angelötet oder gebondet. Die Koplanarleitungen 6, 7 sind vom Diodenort mit einer Länge von ca. λ/4 in entgegengesetzte Richtungen wegführend angeordnet und in ihrem einander zugekehrten Endbereich über einen Schlitzleitungsabschnitt 8 miteinander verbunden. Das heißt, die Schlitzleitung teilt sich im Koplanarleitungsbereich in zwei in Serie geschaltete Schlitzleitungen auf und findet am Ende der Koplanarleitungen, also außen, einen Kurzschluß vor. Das Koplanarleitungsende wird deshalb zweckmäßig für die Signalfrequenz ca. λ/4 vom Diodenort entfernt gelegt, um am Diodenort einen Leerlauf zu erreichen. Die Schlitzwelle ist bei symmetrischer Lage des Koplanarinnenleiters nicht mit der Koplanarleitung verkoppelt.

Einander gegenüberliegende Verbindungspunkte der Dioden Dl, D2, D 3 und D4 sind, wie vorstehend bereits erwähnt, an die Innenleiter 4, 5 der Koplanarleitungen 6, 7 bzw. die Metallisierung beiderseits der Schlitzleitung 8 geführt und kontaktiert. Durch die Schlitzleitung 8 werden somit die betreffenden Anschlußpunkte der senkrechten Brückendiagonalen getrennt, an die die Signalspannung fsgebracht wird. Dies erfolgt in der Weise, daß an der Unterseite des Substrats 5 eine mit dem Signaleingang I verbundene Microstripleitung 10 senkrecht zur Schlitzleitung 8 geführt und somit mit dieser verkoppelt ist. Dies stellt also den Übergang von der Microstripleitung zur Schlitzleitung dar. Die Microstripieitung 10 ist nach der metallisierten Oberseite des Substrats 5 hin durchkontaktiert. Die Durchkontaktierung 11 ist, wie alle anderen Durchkontaktierungen, durch einen Kreis dargestellt.

Die Oszillatorspanndng Uo wird über die Koplanarleitungen 6. 7 an die horizontale Brückendiagonale gebracht. Die Koplanarleitungen 6, 7 werden in ihrem Endbereich mit ihren Innenleitern 4, 5 nach der Unterseite des Substrats .S'durehkontaktiert und setzen sich dort als Microstnpleitungen 16, 17 (strichliert dargestellt) bis zu einem Magischen T fort. Dem mit dem ZF-Ausgang 111 verbundenen Arm des Magischen T auf ihrer halben Länge gegenüberliegend ist auf der Oberseite des Substrats S die ca. λ/2-lange, an den Enden kurzgeschlossene Schlitzleitung 13 angeordnet.

Etwa in Höhe der Abzweigung der beiden Arme 1 und 2 des Magischen T ist an den beiden Seiten der Schlitzleitung der Außenleiter und der Innenleiter einer Koaxialleitung 14 mit der Metallisierung des Substrats S kontaktiert. Die Einspeisung der Oszillatorspannung Uo über den Schlitz 13 des Magischen T 12 ergibt die nötige gegenphasige Anregung der beiden Arme 1 und 2 des Magischen T 12. Das andere Ende der Koaxialleitung 14 ist mit seinem Außenleiter mit dem Massebelag kontaktiert, während der Innenleiter nach der Unterseite des Substrats Shin durchkontaktiert ist und damit der an den Oszillatoreingang Il geführten Microstripleitung 15 verbunden ist. Am ZF-Ausgang II erscheint keine Oszillatorspannung. Die durch Mischen entstehende Zwischenfrequenz fzF liegt dagegen in Gleichphase an den Koplanarleitungen und gelangt deshalb an den Parallelausgang de^r Magischen T 12.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform eines Ringmodulators, bei der die Schlitzleitung wesentlich langer ist und die Koplanarleitungen durch Magische T ersetzt sind. Diese Ausführungsform ergibt eine bessere Oszillator- und ZF-Anpassung, jedoch ist die Entkopplung nicht so günstig, da die Ober- und Unterseite bei der Herstellung nicht immer beliebig genau übereinanderliegen. Die beste Entkopplung erhält man mit Koplanarleitungen, die ja auf ei.ier Seite liegen. Je nach Anwendungsfall und dementsprechend gestellten Anforderungen sind natürlich Kombinationen beider Schaltungen möglich und vorteilhaft.

Unterschiedlich zur Darstellung nach Fig. 2 ist bei dieser Ausführungsform das Substrat 5 so angeordnet, daß die ganzflächig metallisierte Seite in der Zeichnung unten liegt, während sich die Microstripleitungen auf der Oberseite befinden. Die Dioden DU, D 12, D 13 und D14 sind hierbei paarweise in Serie liegend angeordnet, wobei ihr Verbindungspunkt jeweils mit einem Magischen T 23, 24 in dessen Endbereich kontaktierl ist, während der jeweils zweite Anschluß der Dioden nach der Unterseite des Substrats Sdurchkontaktiert ist und dort mit der Metallisierung verbunden ist. Die Kontaktierung mit der Metallisierung erfolgt dabei jeweils beiderseits der Schlitzleitung 18, die den Leiterbahnen des Magischen T 23, 24 auf der Microstripseite des Substrats 5 gegenüberliegend auf dessen metallisierten Unterseite angeordnet ist und einen etwa U-förmigen Verlauf aufweist, wobei die Endbereiche der U-Schenkel jeweils über eine Länge von ca. λ/4 den Leiterbahnen auf der Microstripseite gegenüberliegend angeordnet sind. Im mittleren Bereich der Schlitzleitung 18 ist auf der Oberseite diese senkrecht kreuzend die Microstripleitung 20 aufgebracht, die mit dem Signaleingang I verbunden ist und deren anderes Ende zur metallisierten Unterseite des Substrats S durchkontaktiert ist. Über die mit der Microstripleitung 20 verkoppelte Schlitzleitung 18 wird die Signalspannur.g Us an die beiden Diodenpaare DU, D12 und D13, D14 gebracht.

Die Zuführung der Oszillatorspannung Uo erfolgt in

_2<j gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig.2, nämlich vom Oszillatoreingang II aus über die nach der metallisierten Unterseite des Substrats S durchkontaktierte Microstripleitung 19 und die Koaxialleitung 21, deren Innen- und Außenleiter mit der Metallisierung beiderseits der Schlitzleitung 25 des Magischen T 22 kontaktiert sind, und zwar in Höhe der Abzweigung seiner beiden Arme, die mit den beider erstgenannten Magischen T23 und 24 verbunden sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ringmodulator für den Mikrowellenbereich, bestehend aus vier vorzugsweise paarweise an- s geordneten Dioden, einem Signal- und einem Oszillatoreingang, dessen Spannungen an die Dioden geführt sind und einer Ausgangsklemme für die Mischfrequenz und der in gedrückter Schaltungstechnik aufgebaut ist derart, daß auf einem einseitig ganzflächig metallisierten isolierenden Substrat unter Bildung von Schlitzleitungen und/oder Koplanarleitungen Ausätzungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Schlitz- und/oder Kopianarleitungen gegenüberliegenden Seite des Substrats (S) mit den Schlitz- und/oder Kopianarleitungen verkoppelte, einseitig mit den Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme verbundene Microstripleitungen aufgebracht sind.

2. Ringmodulator, bei dem die Dioden in einer Brücke angeordnet sind und die Signal- und die Oszillatorspannung an die Diagonalen der Brücke geführt sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal) auf der metallisierten Seite des Substrats (S) am Diodenort eine Schlitzleitung (8) und eine beiderseits sich daran anschließende Koplanarleitung (6,7) angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Substratseite eine senkrecht zur Schlitzleit.ung (8) verlaufende, zur metallisierten Seite durchkontaktierte Microstripleitung (10) für die Signalspannungszuführung an die senkrechte Brükkendiagonale, daß ferner die einander gegenüberliegenden Verbindungspunkte der Diodenbrücke mit der Metallisierung beiderseits der Schlitzleitung bzw. mit den Innenleitern (4,5) der Kopianarleitungen (6, 7) verbunden sind und daß zur Oszillatorspannungszuführung an die horizontale Brückendiagonale von den durchkontaktierten Enden der Koplanarinnenleiter (4, 5) fortgeführte Microstripleitungen (16, 17) vorgesehen sind, die in die Arme eines Magischen T (T 12) übergehen, zu dessen vom. Verzweigungspunkt zum ZF-Ausgang geführter Leiterbahn gegenüberliegend an der metallisierten Seite des Substrats (S) die eine Hälfte einer ca. λ/2-langen Schlitzleitung (13) zur Einspeisung der über eine Koaxialleitung (14) herangeführten Oszillatorspannung (U₀)angeordnet ist (F i g. 2).

3. Ringmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (DU, D12, D13, D14) auf der die Microstripleiter tragenden Seite des Substrats (^jeweils paarweise in Serie am Ende eines Magischen T (T23, Γ24) angeordnet und mit ihrem Verbindungspunkt jeweils mit dem Magischen T kontaktiert und mit ihrem zweiten Anschluß an die metallisierte Seite des Substrats (Sjdurchkontaktiert sind an die beiden Seiter, einer bogenförmig ausgebildeten Schlitzleitung (18), die den auf der Microstripseite angeordneten Leiterbahnen der beiden Magischen T (Ύ23, Γ24) mit einem jeweils ca. λ/4-langen Bereich der Schenkelenden gegenüberliegend auf der metallisierten Seite des Substrats (S) angeordnet ist und in deren mittleren Bereich die nach der metallisierten Seite hin durchkontaktierte Microstripleitung (20) fur die Signalspannungszuführung, die Schützleitung (18) senkrecht kreuzend, angeordnet ist und daß zur Oszillatorspannungszuführung eine weitere, ca. λ/2 lange, an den Enden kurzgeschlossene Schlitzleitung (25) vorgesehen ist, in deren Mitte an ihren beiden Seiten der Innen- und Außenleiter einer an den Oszillatorspannungseingang geführten Koaxialleitung (21) mit der metallisierten Seite des Substrats (S) kontaktiert sind und zu der gegenüberliegend auf der die Microstripleitungen (19,20) tragenden Seite eine mit dem ZF-Ausgang (III) verbundene Leiterbahn angeordnet ist, die in ihrem Verzweigungspunkt in die Arme der beiden Magischen T (7'23, Γ24) übergeht.