DE2525468C3 - Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen in Streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

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, wobei die Dioden des Ringmodulators auf einer symmetrischen Bandleitung angeordnet sind, deren Leitungsenden mit je einem Leitungstransformator beschaltet sind.

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 unerwünschte 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 Mischtyp, der die genannten Anforderungen, wie

i· Unterdrückung von Oberwellen und amplitudenmoduliertes Rauschen besonders gut unterdrückt und gute Mischwirkungsgrade hat, ist der Doppelgegentaktmischer.

Dieser wird üblicherweise in folgenden Schaltungsan-

• Ordnungen und -techniken ausgeführt:

Bei Frequenzen bis 2 GHz verwendet man Übertrager aus Ferritkernen und Spulen mit Mittenanschlüssen. Für noch höhere Frequenzen etwa ab 2,0 GHz werden Sternmischer — wie aus der US-PS 38 18 385 bekannt

ι — und umständliche Ringleitungsschaltungen benutzt, die nicht für alle beliebigen Frequenzlagen oder nur unter der Hinnahme schlechter Mischwirkungsgrade dimensioniert werden können.

Es besteht also die Aufgabe, einen Mischer mit gutem

. Wirkungsgrad zu schaffen, der einen geringen Raumbedarf hat.

- In der US-PS 34 92 603 wird ein Ringmodulator beschrieben, bei dem die Dioden auf einer dielektrischen Träferplatte symmetrisch angeordnet sind. Die Dioden

ι sind auf der Oberseite der Trägerplatte mit Streifenleitern verlötet, die ihrerseits mit Koaxialleitern verbunden sind. Außerhalb dieser Trägerplatte, auf der sich nur der Ringmodulator befindet, sind an die Koaxialleiter Transformationsnetzwerke angeschlossen. Die Transformationsnetzwerke bestehen aus mehreren miteinander verschalteten Koaxialleitern.

Ein Mischer mit einem oben beschriebenen Ringmodulator, der über Koaxialleiter an Transformationsnetzwerke, die ebenfalls aus Koaxialleitungen bestehen,

ι angeschlossen ist, löst aber nicht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Mischer mit geringem Raumbedarf zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitungstransformatoren aus Leitungsstücken

■ bestehen, die sich an den Leitungsenden der symmetrischen Bandleitung fortsetzen, und daß je ein kurzgeschlossenes λ/4 langes Leitungsstück jeweils der Betriebswellenlänge entsprechend an den Leitungsenden der symmetrischen Bandleitung angeschlossen ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht darin, wenn ein Übergang vorgesehen ist, der das Signal der anderen Frequenz /"2 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

ι liegenden Rahmen umgeben ist. Der Leitungsübergang soll so ausgebildet sein, daß seine elektrisch wirksame Leitungslänge A/2 der Frequenz f2 beträgt.

Die zwei λ/4 Leiterpaare sind im λ/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 λ/2 Leiterlängen der Oszillatorfre-

quenz 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 erfindungsgernäßen Mischers ist sehr einfach, beim heutigen Stand der Technik billig herstellbar und läßt sich leicht in einem Gehäuse unterbringen oder auf einen Substrathalter aul löten. Außerdem werden durch diesen Mischer der Filteraufwand reduziert, das Amplitudenmodulationsrauschen aus der Oszillatorsignalquelle unterdrückt und die Mischverluste 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 Mischers dar.

Der ideale Doppelgegentaktmischer ist ein Umkehrschalter, der im Rhythmus einer Schaltfrequenz, der Oszillatorfrequenz, eine ankommende Doppelleitung und eine abgehende Doppelieitung verbindet und umpolt. Ein solcher Mischer ist in der F i g. 1 dargestellt. 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 (Durchplattierungen) durch die Trägerp'ätte und stellen somit eine Verbindung zweier leite¹" von der Oberseite zur Unterseite dar. Sie sind mit *3l bis D 5 bezeichnet. Besondere Punkte auf den Leitern, z. B. Klemmpunkte, sind mit großen Buchstaben¹ gekennzeichnet.

Eingestrichene g^r(jße Buchstaben sind Punkte auf der Unterseite und grPÖe Buchstaben ohne Zusatz sind Punkte auf der ObC^seite der Platte.

F i g. 2 zeigt die C'berseite und F i g. 3 die Unterseite der Leiterplatte d^ Ausführungsbeispieles. Die Bezeichnungen sind identisch mit denen des Prinzipschaltbildes auf F ig. 1.

Das ankommende Signal f\ (siehe Fig. 1, 2 und 3) befindet sich zunächst auf einer 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 sclimalen ab. Das ermöglicht die auf F i g. 3 gezeigte Mass e-Auftrennung Mohne 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 Sbewirkt

Das für das ankommende Signal /1 und der Leitung a/a' bis zu den Punkten A/A' Gesagte gilt sinngemäß auch für das Mischprodukt das abgehende Signal /3 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/B'. Um die im Takt der Oszillatorfrequenz erfolgende Umpolung der ankommenden Leitung a/a' mit der abgehenden Leitung b/b' zu erreichen, wird der Oszillator durch ein Hinleiterpaar c/c' an die Klemmen A/A' und ein Rückleiterpaar d/d' von den Klemmen ß'ß'gebracht

Eine eventuell durch das Leiterpaar c/c' entstehende Störung des Signales f\ wird dadurch kompensiert daß im Abstand von ungeradzahligen Vielfachen von Viertelwellenlängen von /1 von den Klemmpunkten A/A'entfernt die Leiter cund c'durch die Verbindung D 3 kurzgeschlossen werden. Gleichzeitig wird damit eine Entkoppelung von f\ zum Oszillatoreingang erreicht.

Eine weitere eventuell durch das Leiterpaar d/d' verursachte Störung des Signales fi wird dadurch aufgehoben, daß im Abstand von ungeradzahligen Vielfachen von Viertelwellenlängen von /"3 von den Punkten B/B' entfernt die Leitung d/d' durch die Durchverbindung D 4 kurzgeschlossen wird. Damit wird außerdem eine Entkoppelung von /3 zum Oszillatoreingang erreicht

Das Oszillatorsignal, das am Eingang EO (siehe F i g. 2) ebenfalls auf einer MIC-Leitung g/g' liegt, wird durch den Leitungsübergang Üauf das Vierleitersystem geschaltet, das von den Durchführungen D 3 und D4 zu den Klemmenpaaren A/A' und B/B' führt Der Übergang enthält eine Symmetrierschaltung, bestehend auf einem Leiterstück mit geradgzahligen Vielfachen von Halbwellenlängen der Oszillatorfrequenz /2, 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 F i g. 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 Massenanschlüsse 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. 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, wobei die Dioden des Ringmodulators auf einer symmetrischen Bandleitung angeordnet sind, deren Leitungsenden mit je einem Leitungstransformator beschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungstransformatoren aus Leitungsstücken (T) bestehen, die sich an den Leitungsenden der symmetrischen Bandleitung φ> fortsetzen, und daß je eins kurzgeschlossenes λ/4 langes Leitungsstück (c/c', d/d') jeweils der Betriebswellenlänge (A) entsprechend an den Leitungsenden der symmetrischen Bandleitung (S) angeschlossen ist.

2. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übergang (0) vorgesehen ist, der das Signal der anderen Frequenz F2 auf zwei parallele, durch je eine Durchplattierung (D 3 bzw. D 4) aufgespaltene Leitungen (c/d) bzw. (c'/d¹) dem Diodenring (GrI, GrXCrXGrA) zuführt.

3. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge und der Ausgang untereinander vertauschbar sind.

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) umgeben ist.

5. Breitbandiger Mischer für sehr hohe Frequenzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsübergang (U') aus einer Leitungslänge einer ungeradzahligen Vielfachen von λ/2 (λ2/2 der Frequenz (2 besteht.