DE2525468A1 - Breitbandiger mischer fuer sehr hohe frequenzen in streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

• Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen in Streifenleitungstechnik Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem breitbandigen Mischer für sehr hohe Frequenzen in Streifenleitungstechnik in der Schaltung als Ringmodulator, bestehend aus einer beidseitig mit Leitungszügen versehenen dielektrischen Trägerplatte, die den Diodenring des Ringmodulators und eine erste ankommende Leitung für das Eingangssignal, eine zweite ankommende Leitung für das Oszillatorsignal und eine abgehende Leitung für das Mischprodukt trägt.
• Um zu einer optimalen Zahl an Nachrichtenkanälen in Satelliten und Bodenstationen zu gelangen, müssen die Zwischenfrequenzen grosse Bandbreiten besitzen und damit in ihrer Frequenzlage sehr hoch gewählt werden. Weiterhin bestehen sehr hohe Anforderungen bezüglich der Unterdrückung von Störsignalen, wie unersünschte Mischprodukte oder Rauschen, die durch die Verwendung von Bauteilen mit nichtlinearer Strom-Spannungs Charakteristik zwangsläufig entstehen.
• Der dargestellte Sachverhalt stellt auch die Entwicklung von Frequenzumsetzern (sog. Mischern) vor neue Probleme. Dabei sollten auch moderne Techniken angewendet werden, die eine Raumeinsparung erbringen und zuverlässig und kostengünstig hergestellt werden können. Dies ist durch die Anwendung der Streifenleitungstechnik möglich.
• Ein Mischertyp, der die genannten Anforderungen, wie Unterdrückung von Oberwellen und amplitudenmoduliertes Rauschen besonders gut unterdrückt und gute Mischwirkungsgrade hat, ist der Doppelgegentaktmischer.
• Dieser wird üblicherweise in folgenden Schaltungsanordnungen und -techniken ausgeführt: Bei Frequenzen bis 2 GHz verwendet man Übertrager aus Ferritkernen und Spulen mit Mittenanschlüssen. Für noch höhere Frequenzen etwa ab 210 GlIz werden Sternmischer und umständliche Ringleitungsschaltungen benutzt, die nicht für alle beliebigen Frequenzlagen oder nur unter der Hinnahme schlechter Mischwirwirkungsgrade dimensioniert werden können.
• Es besteht also die Aufgabe, einen Mischer zu schaffen, der die obigen Bedingungen erfüllt, sehr einfach herzustellen ist und sehr geringen Raumbedarf hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die vier Dioden des Ringmodulators auf einer symmetrischen Bandleitung angeordnet sind, die an ihren Leitungsenden mit je einem Leitungstransformator und je einem kurzgeschlossenen h/4-langen Leitungsstück, jeweils ihrer Betriebswellenlänge entsprechend beschaltet ist.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht darin, wenn ein Übergang vorgesehen ist, der das Signal der anderen Frequenz f2 auf zwei parallele, durch je eine Durchplattierung aufgespaltene Leitungen dem Diodenring zuführt. Die Anwendung dieser Mischer wird vielseitig dadurch, dass die Eingänge und der Ausgang untereinander vertauschbar sind. Die Aufnahme des Mischers in einem Gehäuse oder einer Halterung wird dadurch begünstigt, dass der Mischer auf der Unterseite der Trägerplatte von einem auf Bezugspotential liegenden Rahmen umgeben ist. Der Leitungsübergang soll so ausgebildet sein, dass seine elektrisch wirksame Leitungslänge k/2 der Frequenz f2 beträgt.
• Die zwei /4 Leiterpaare sind im /4 Abstand der jeweiligen Frequenz von den Einspeisungspunkten kurzgeschlossen und liegen elektrisch hoch (das heisst nicht auf Masse). Durch einen Übergang, der ein Hochfrequenzsymmetrieglied hat, das eine ungeradzahlige Vielfache von k/2 Leiterlängen der Oszillatorfrequenz enthält, wird das Oszillatorsignal, das vom Oszillatoreingang über ein Zweileitersystem ankommt, auf das Vierleitersystem geführt, über das die vier Dioden durchgeschaltet werden.
• Die Unterseite der Platte enthält einen rundumlaufenden Masseleiter.
• Dieser Aufbau des erfindungsgemässen Mischers ist sehr einfach, beim heutigen Stand der Technik billig herstellbar und lässt sich leicht in einem Gehäuse unterbringen oder auf einen Substrathalter auflöten. Ausserdem werden durch diesen Mischer der Filteraufhand reduziert, das Amplitudenmodulationsrauschen aus der Oszillatorsignalquelle unterdrückt und die Mischer luste gegenüber üblichen Mischern auf ein Minimum beschränkt.
• Im folgenden wird die Erfindung an einem Abwärtsmischer als Ausführungsbeispiel erläutert.
• In der Fig. 1 der Zeichnung ist das Prinzipschaltbild dargestellt, die Fig. 2 der Zeichnung stellt die Oberseite der Trägerplatte des Mischers und die Fig. 3 die Unterseite der Trägerplatte des wischers dar.
• Der ideale Doppelgegentaktmischer ist ein Umkehrschalter, der im Rhythmus einer Schaltfrequenz, der Oszillatorfruqtenz, eine ankommende Doppelleitung und eine abgehende Doppelleitung verwindet und umpolt. Ein solcher Mischer ist in der Fig. 1 dar--estellt. Mit der vorliegenden Erfindung ist ein derartiger Umkehrschalter in Streifenleitertechnik realisiert.
• Aus der Fig. 1 ist sowohl die Funktion des Mischers als auch die Anordnung der einzelnen Leiter auf der Leiterplatte ersichtlich. hierbei entsprechen die eingestrichenen kleinen Buchstaben Leitern auf der Unterseite und kleine Buchstaben ohne Zusatz Leitern auf der Oberseite der Trägerplatte. Doppelt ausgezogene Striche bezeichnen Verbindungen (Durchplwttierungen) durch die Trägerplatte und stellen somit eine Verbindung zweier Leiter von der Oberseite zur Unterseite dar. Sie sind mit D1 bis D5 bezeichnet. Besondere Punkte auf den Leitern, z.B.
• Klemmpunkte, sind mit grossen buchstaben gekennzeichnet.
• Eingestrichüne grosse Buchstaben sind Punkte auf der Unterseite und grosse buchstaben ohne Zusatz sind Punkte auf der Oberseite der Platte.
• Fig. 2 zeigt wie Oberseite und Fig. 3 die Unterseite der Leiterplatte des Ausfuhrungsbeispieles. L'ie Bezeichnungen sind identisch mit denen des rrinzipschnlthildes auf Fig. 1.
• Das ankommende Signal fl (siehe Fig. 1, 2 und 3) befindet sich zunächst auf e#iner MIC-Leitung (MIC-Microwave Integrated Circuit).
• Dieser Leitungstyp besteht aus einem breiten Leiter auf der Unterseite der Trägerplatte, der sich meist über die gesamte Platte erstreckt und bei dem sich auf der Oberseite der Trägerplatte der schmale Leiter befindet. Die elektrischen Vorgänge spielen sich im wesentlichen zwischen dem schmalen und dem breiten Leiter in unmittelbarer Nähe des schmalen ab. Das ermöglicht die auf Fig. 3 gezeigte Masse-Auftrennung M ohne dass das Signal dadurch wesentlich beeinflusst wird.
• Durch das folgende Leitungsstück der Länge T wird erstens der Übergang auf eine folgende Bandleitung S' und eine gleichzeitige Transformation auf die symmetrische Leitung der Diodenanordnung S bewirkt.
• Das für das ankommende Signal fl und der Leitung a/a' bis zu den Punkten A/A' Gesagte gilt sinngemäss auch für das Mischprodukt, das abgehende Signal f3 und für die Leitung b/b', ausgehend von den Punkten B/B'.
• Der Gleichrichterring befindet sich auf einer Bandleitungsanordnung zwischen den Punktpaaren A/A' und B/fl'. Um die im Takt der Oszillatorfrequenz erfolgende Umpolung der ankommenden Leitung a/a' mit der abgehenden Leitung b/b' zu erreichen, sird der Oszillator durch ein Hinleiterpaar c/c' an die Klemmen A/A' und ein Rückleiterpaar d/d' von den Klemmen B/B' gebracht.
• Eine eventuell durch das Leiterpaar c/c' entstehende Störung des Signales fl wird dadurch kompensiert, dass im Abstand von ungeradzahligen Vielfachen von Viertelwellenlängen von fl von den Klemmpunkten A/A' entfernt die Leiter c und c' durch die Verbindung D3 kurzgeschlossen werden. Gleichzeitig wird damit eine Entkopplung von fl zum Oszillatoreingang erreicht.
• Eine weitere eventuell durch das Leiterpaar d/d' verursachte Störung des Signales f3 wird dadurch aufgehoben, dass im Abstand von ungeradzahligen Vielfachen von Viertelwellenlängen von f3 von den Punkten B/B' entfernt die Leitung d/d' durch die Durchverbindung D4 kurzgeschlossen wird. Damit wird ausserdem eine Entkopplung von f3 zum Oszillatoreingang erreicht.
• Das Oszillatorsignal, das am Eingang EO (siehe Fig. 2) ebenfalls auf einer MIC-Leitung g/g' liegt, wird durch den Leitungsübergang Ü auf das Vierleitersystem geschaltet, das von den Durchführungen D3 und D4 zu den Klemmenpaaren A/A' und B/B' führt. Der Übergang enthält eine Symmetrierschaltung, bestehend aus einem Leiterstück mit ungeradzahligen Vielfachen von Halbwellenlängen der Oszillatorfrequenz f2, um eine elektrisch einwandfreie Verbindung von der MIC-Leitung, deren breiter Leiter auf Masse liegt, zu dem elektrisch hoch liegenden Vierleitersystem herzustellen.
• Die im Ausführungsbeispiel festgelegten Schaltungsanschlüsse wie Signaleingang, Signalausgang und Oszillatoreingang sind hier willkürlich gewählt.
• Die drei Eingangstore in der Schaltung der Fig. 1 sind nur frequenzabhängig und unabhängig davon, an welches Tor Oszillatorfrequenz, Ein- und Ausgangsfrequenz gelegt werden.
• Im Ausführungsbeispiel ist die Anordnung aller Leiter auf der Trägerplatte so durchgeführt, dass alle Masseanschlüsse der drei Tore auf der gleichen Seite der Trägerplatte liegen.
• Das vereinfacht den Einbau in ein mechanisches Gehäuse und das ist für den Einsatz in Satelliten deshalb wichtig, weil die Trägerplatte aus einem keramischen Material besteht und auf einen vergoldeten oder versilberten Stahlrahmen gelötet werden muss, der im Gehäuse befestigt, die Leiterplatte vor mechanischen Belastungen schützt.

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen in Streifenleitungstechnik in der Schaltung als Ringmodulator, bestehend aus einer beidseitig mit Leitungszügen versehenen dielektrischen Trägerplatte, die den Diodenring des Ringmodulators und eine erste ankommende Leitung für das Eingangssignal, eine zweite ankommende Leitung für das Oszillatorsignal und eine abgehende Leitung für das Mischprodukt trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Dioden (Grl, Gr2, Gr3, Gr4) des Ringmodulators auf einer symmetrischen Bandleitung (s) angeordnet sind, die an ihren Leitungsenden mit je einem Leitungstransformator (T) und je einem kurzgeschlossenen A/4-langen Leitungsstück (c/c', d/d') jeweils ihrer Betriebswellenlänge (#) entsprechend beschaltet ist.
2. 2. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (E) vorgesehen ist, der das Signal der anderen Frequenz f2 auf zwei parallele, durch je eine Durchplattierung (D3 bzw. D4) aufgespaltene Leitungen (c/d) bzw. (c'/d') dem Diodenring (Grl, Gr2, Gr3, Gr4) zuführt.
3. 3. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge und der Ausgang untereinander vertauschbar sind.
4. 4. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer auf der Unterseite der Trägerplatte von einem auf Bezugspotential liegenden Rahmen (R) ungeben ist.
5. 5. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsüber gang (Ü') aus einer Leitungslänge einer ungeradzahligen Vielfachen von A/2 (A2/2) der Frequenz f2 besteht.