DE2547993A1 - Mischer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischer für Nachrichtenübertragung, insbesondere mit einem Dxfferentialringübertrager aus Mxkrostreifenleitungen (engl.: microstrip-lines).

Ein 3-dB-Leistungsverteiler wird oft in einem Mischer verwendet, der zur Frequenzumsetzung eines Signales sehr hoher Frequenz vorgesehen ist. Ein Dxfferentialringübertrager oder eine Ringhybride wird gewöhnlich für diesen 3-dB-Leistungsverteiler verwendet, da der Dxfferentialringübertrager stabil über einem breiten Frequenzbereich im Vergleich zu herkömmlichen Zweigleitungskopplern arbeiten kann. Dieser Dxfferentialringübertrager hat z. B. einen Aufbau, wie er von W. H. Leighton, Jr. u. a. (vgl.: Junction Reactance and Dimensional Tolerance Effects on X-Band 3-dB Directional Couplers" in IEEE TRANSACTION ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol. MTT-19, No. 10, Oktober 1971, Seiten 818 - 824) beschrieben ist. Dieser Differentialringüber-

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trager ist so aufgebaut, daß eine geschlossene Schleife durch eine Mikrostreifenleitung gebildet wird, die 3/2 Λ. der zu verarbeitenden Hochfrequenz (HF) lang ist, und vier Mikrostreifenleitungen mit 1/ \fliacher Impedanz der die geschlossene Schleife bildenden Mikrostreifenleitung sind mit der geschlossenen 'Schleife in Abständen von A/4 ausgehend von jedem gewünschten Punkt auf der geschlossenen Schleife verbunden. Dieser Differentialringübertrager ist so aufgebaut, daß bei Einwirkung eines Signales über die erste dieser vier Leitungen eine Hälfte der eingespeisten Leistung zu (jeder) zweiten und vierten Leitung übertragen wird, während kein Signal zur dritten Leitung geführt wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen grundsätzliche Teile von Mischern mit einem derartigen Dxfferentialrxngübertrager. Diese sind Beispiele von Mischern mit sog. Mikrostreifenleitungen, die durch Anordnung eines Leiters in einem gewünschten Schaltungsmuster auf einer Fläche eines Substrates aus einem elektrischen Isolierstoff gebildet werden, der eine Leiterschicht über dem gesamten Bereich der anderen Fläche aufweist. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Mischer bilden Mikrostreifenleitungen 1, 2, 3, 4 und 5 den Dxfferentialrxngübertrager. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel haben die Leitungen 3 und 5 die gleiche Länge und sind an ihrem einen Ende mit der Leitung 1 und an ihrem anderen Ende jeweils mit dem einen Anschluß von Dioden 6 und 7 verbunden. Tiefpaßfilter 8 und 9 sind jeweils mit den anderen Anschlüssen der Dioden 6 und 7 verbunden, um Zwischenfrequenzsignale (ZF-Signale) von den Dioden 6 und 7 abzuleiten. Diese Dioden 6 und 7 sind entgegengesetzt zueinander gepolt, so daß ZF-Signale gleicher Phase durch Drehung der Phase eines HF-Eingangssignales durch den Differentialringübertrager erhalten werden können. Damit die ZF-Signale von den Tiefpaßfiltern 8 und 9 abgeführt werden können, muß die Impedanz des Differentialringübertragers

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von den Dioden 6 und 7 aus gesehen gegenüber der Frequenz der ZF-Signale kurzgeschlossen sein. Wenn deshalb die Leitungen 4 und 2 jeweils als HF-Signal-Eingangsleitung und als Überlagerungssignal-(überlagerungssicherungssignal-) Eingangsleitung verwendet werden, ist es erforderlich, mit der Leitung 2 ein Stichleitungsfilter 10 zu verbinden, das gegenüber der überlagerungsschwingungsfrequenz geöffnet und gegenüber der Zwischenfrequenz kurzgeschlossen ist. Der Mischer mit dem in der Fig. 1 gezeigten Aufbau hat jedoch den Nachteil, daß ein (nicht dargestelltes) Signal-Vereinigungsglied zum Zusammenfassen der ZF-Ausgangssignale der Tiefpaßfilter 8 und 9 so angeordnet werden muß, daß es sich über die HF-Signal-Eingangsleitung 4 im Raum über der Ebene des Mischers erstreckt, oder es muß ein derartiges Signal-Vereinigungsglied gebildet werden, bei dem sich ein Leitungsdraht zum Bereich außerhalb des Mischers ausdehnt.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Mischer bilden Mikrostreifenleitungen 1, 2, 3, 4 und 5 auf ähnliche Weise den Differentialringübertrager, und Dioden 6 und 7 sind auf ähnliche Weise mit ihrem einen Anschluß jeweils mit dem einen Ende der Leitungen 3 und 5 verbunden. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel sind die Dioden 6 und 7 über ihrem anderen Anschluß mit Masse kurzgeschlossen, und ein Tiefpaßfilter 13 ist mit der Überlagerungsschwingungssignal-Eingangsleitung 2 verbunden, um einen unerwünschten Leistungsverlust eines über die Leitung 4 eingespeisten HF-Eingangssignales zu vermeiden. Damit ein ZF-Signal über dieses Ausgangsfilter 13 erhalten werden kann, müssen die Schaltungsteile mit Ausnahme des Filters 13 gegenüber der Zwischenfrequenz von den Dioden 6 und 7 aus geöffnet sein. Deshalb sind kapazitive Bauelemente 11 und 12, die gegenüber einer hohen Frequenz kurzgeschlossen und gegenüber einer niederen Frequenz geöffnet sind, in Reihe jeweils mit den Eingangsleitungen 2 und 4 vorgesehen. Derartige kapa-

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zitive Bauelemente 11 und 12 werden gebildet, indem ein Teil geeigneter Länge von den jeweiligen Leitungen 2 und 4 abgeschnitten wird. Bei dem Mischer mit dem in der Fig. 2 gezeigten Aufbau werden die von den Dioden 6 und 7 austretenden ZP'-Signale durch das Ausgangsfilter 13 in dem Zustand zusammengefaßt, in dem eine Phasendifferenz dazwischen vorliegt, und es tritt eine unerwünschte Verringerung in der Leistung des Ausgangssignales auf, da der Abstand zwischen der Diode 6 und dem Ausgangsfilter 13 vom Abstand zwischen der Diode 7 und dem Ausgangsfilter 13 abweicht. Dieser ungünstige Einfluß wird mit zunehmender Frequenz des ZF-Signales immer gr33er. Da weiterhin das Ausgangsfilter 13 mit der Leitung 2 verbunden ist, in die das Überlagerungsschwingungs-Eingangssignal großer Leistung eingespeist wird, ist es erforderlich, mehrere Filter vorzusehen, um ein Auftreten einer überlagerungsschwingungsfrequenz am Ausgangsanschluß aufgrund einer Streuung zu vermeiden.

Mischer mit dem Differentialringübertrager haben den Vorteil, daß das überlagerungsschwinqungssignal großer Leistung, das durch die Dioden reflektiert werden kann, nicht in der HF-Signal-Eingangsleitunq auftritt, zusätzlich zum dem Differentialringübertrager anhaftenden Vorteil, daß er stabil über einem breiten Frequenzbereich arbeiten kann. Jedoch haben die bereits entwickelten und oben beschriebenen Mischer den Nachteil, daß die ZF-Signal-Ausgangseinrichtung nicht in der gleichen Ebene wie diejenige des Differentialringübertragers angeordnet werden kann, und es muß zusätzlich eine äußere Schaltung vorgesehen werden, oder der Ausgangsleistungsverlust nimmt mit zunehmender Frequenz des ZF-3ignales zu.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Mischer anzugeben, der vollständig die den Differentialringübertragern

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- eigentümlichen Vorteile ausnutzt; der Mischer soll einfach aufgebaut sein, wobei eine Ausgangsschaltung in der Ebene der den Differentialringübertrager bildenden Mikrostreifenleitungen angeordnet werden kann, und wobei keine spezielle Verdrahtung erforderlich ist, die sich über die Mikrostreifenleitungen im Raum oberhalb der Ebene des Differentialringübertragers erstreckt, der durch diese Leitungen gebildet wird; der Mischer soll schließlich das gewünschte Ausgangssignal mit erhöhtem Wirkungsgrad trotz kleinen Abmessungen liefern.

Der erfindungsgemäße Mischer, der diese Aufgabe löst, ist gebildet durch einen Differentialringübertrager aus einer eine kreisförmige geschlossene Schleife bildenden Mikrostreifenleitung auf einer Fläche eines Substrates aus einem elektrischen Isolierstoff und aus vier Mikrostreifenleitungen, die mit dieser geschlossenen Schleife verbunden sind, und zeichnet sich dadurch aus, daß sich zwei der vier Mikrostreifenleitungen, die mit der geschlossenen Schleife verbunden sind, radial nach innen zur Mitte der geschlossenen Schleife erstrecken, um an ihrem inneren Ende mit jeweiligen Detektordioden verbunden zu sein, daß ein Tiefpaßfilter zur Überbrückung eines HF-Signales in eine öffnung eingeführt ist, die im Substrat im wesentlichen in der Mitte der geschlossenen Schleife vorgesehen (gebohrt) ist, und daß die Detektordioden jeweils zwischen dem Tiefpaßfilter und dem inneren Ende der sich radial nach innen erstreckenden Mikrostreifenleitungen vorgesehen sind. Das Ausgangssignal wird von der anderen Oberflächenseite des Substrates über das Tiefpaßfilter abgeführt.

Die Erfindung sieht also einen Mischer mit einem Differentialringübertrager aus Mikrostreifenleitungen auf einer Fläche eines Substrates zur Bildung einer schleifenförmigen Übertragungsleitung und aus vier Übertragungsleitungen

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vor, die mit der Schleife verbunden sind. Im Differentialringübertrager sind zwei der vier übertragungsleitungen innerhalb der Schleife der schleifenförmigen Übertragungsleitung vorgesehen. Ein Leiter durchsetzt das Substrat in der Mitte der Schleife der schleifenförmigen übertragungsleitung, und zwei Dioden sind jeweils zwischen diesen Leiter und den beiden Übertragungsleitungen in der Schleife vorgesehen, so daß ein ZF-Signal, das erhalten wird, wenn ein HF-Signal einer Frequenzumsetzung ausgesetzt wird, vom Leiter an der anderen Oberflächenseite des Substrates abgeführt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Schaltungen eines Mischers mit einem Differentialringübertrager,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Tiefpaßfilter, das bei der Erfindung eingesetzt wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 3 näher erläutert.

Die Fig. 3 zeigt die wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Mischers. Dieser Mischer gleicht insoweit dem Mischer der Fig. 1 und 2, als Mikrostreifenleitungen, die einen Differentialringübertrager bilden, durch Anordnung eines Leiters in einem gewünschten Schaltungsmuster auf einer Fläche eines Substrates eines elektrischen Isolators gebildet sind, der eine Leiterschicht über dem gesamten Bereich der anderen Fläche aufweist.

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In der Fig. 3 hat der auf einer Fläche des Substrates aus elektrischem Isolierstoff gebildete Differentialringübertrager eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung 1, die eine kreisförmige geschlossene Schleife bildet, und vier Mikrostreifen-Übertragungsleitungen 2, 3, 4 und 5, die jeweils an ihrem einen Ende mit der geschlossenen Schleife 1 verbunden sind. Die übertragungsleitungen 3 und 5 erstrekken sich im Gegensatz zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen radial nach innen zur Mitte der geschlossenen Schleife 1. Eine vertikale öffnung ist eingebracht und erstreckt sich durch das Substrat im wesentlichen in der Mitte der geschlossenen Schleife 1, um in sich ein Tiefpaßfilter 14 mit einer Impedanz aufzunehmen, die-gegenüber einer Hochfrequenz kurzgeschlossen ist. Dioden 6 und" 7 sind in entgegengesetzten Richtungen zueinander angeordnet und jeweils zwischen diesem Tiefpaßfilter 14 und den Übertragungsleitungen 3 und 5 vorgesehen. Ein überlagerungsschwingungssignal wird von einem (nicht dargestellten) überlagerungsoszillator in die übertragungsleitung 2 eingespeist, und ein empfangenes HF-Signal wird in die übertragungsleitung 4 in der bereits- beschriebenen Weise gespeist. Mit der überlagerungsschwingungssignal-Eingangsleitung 2 ist ein Stichleitungsfilter 10 verbunden, das gegenüber dem ZF-Signal kurzgeschlossen und gegenüber dem überlagerungsschwingungssignal geöffnet ist.

Im Betrieb werden das HF-Eingangssignal μηά das überlagerungsschwingungs-Eingangssignal, die jeweils mittels der Leitungen 4 und 2 des Differentialringübertragers übertragen werden, entsprechend der Leistungsverteilungskennlinie des Differentialringübertragers verteilt, und die geteilten Hälften von jeweils -3 dB werden in die Dioden 6 und 7 eingespeist. ZF-Signale der gleichen Phase mit einer die Frequenzdifferenz zwischen dem HF-Signal und dem überlagerungsschwingungssignal darstellenden Frequenz treten an den

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Dioden 6 und 7 auf, da diese Dioden 6 und 7, wie oben beschrieben, entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die Impedanz des Differentialringübertragers ist von den Dioden 6 und 7 aus gegenüber der Frequenz der ZF-Signale durch das Stichleitungsfilter 10 kurzgeschlossen. Daher können die ZF-Signale gleicher Phase, die durch die Dioden 6 und 7 erzeugt werden, wirkungsvoll durch das Tiefpaßfilter 14 zusammengefaßt werden, um ein zusammengesetztes Ausqangssignal zu erzeugen, das nach außen abgeführt wird. Weiterhin wird bei diesem Aufbau nicht die bisher erforderliche Anordnung einer Ausgangssignalleitung benötigt, die sich über die Leitung 2 oder 4 im Raum oberhalb der Ebene des Mischers erstreckt. Die wesentliche Wirkung der Erfindung tritt auch dann ein, wenn die relativen Funktionen der übertragungsleitungen 2 und 4 umgekehrt und das HF-Signal und das überlagerungsschwingungssignal jeweils in die übertragungsleitungen 2 und 4 eingespeist werden.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Tiefpaßfilters 14, das das Ausgangssignal des Mischers erzeugt. In der Fig. 4 hat ein Substrat 16 aus einem Dielektrikum eine vorbestimmte Dicke und eine vorbestiiamte Dielektrizitätskonstante und ist jeweils mit einem oberen Leiter 5a und einem unteren Leiter 17 auf der oberen und unteren Fläche versehen. Ein Gehäuse 22 aus leitendem Material ist neben diesem Substrat 16 angeordnet (wie in der Zeichnung dargestellt). Ausgerichtete vertikale öffnungen erstrecken sich durch das Substrat 16 und das Gehäuse 22. Ein stabförmiger Leiter 14a ist in diese ausgerichteten Öffnungen eingefügt, wobei sein oberes Ende auf der Oberfläche des Substrates 16 freiliegt. Eine Diode 7 ist zwischen dem oberen Leiter 5a und dem oberen Ende des stabförmigen Leiters 14a vorgesehen. Dieser stabförmige Leiter 14a ist mit einer Rippe (vgl. die Fig. 4) in der Form einer ringförmigen Scheibe im Zwischenteil zwischen dem Substrat 16

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und dem Gehäuse 22 ausgestattet, und eine Schicht 14b aus einem elektrischen Isolierstoff ist zwischen dem unteren Leiter 17 und der sich vom stabtörmigen Leiter erstreckenden Rippe vorgesehen, um eine Kapazität zu erzeugen, die gegenüber einer Hochfrequenz kurzgeschlossen ist. Der untere Teil des stabförmigen Leiters 14a ist elektrisch vom Gehäuse 22 durch Schichten 14c und 23 aus elektrischem Isolierstoff elektrisch isoliert, und das untere Ende des 3tabfön.iigen Leiters 14a ist mit einer äußeren Schaltung verbunden, uri als Tiefpaßfilter 14 zu dienen, das gegenüber der Hochfrequenz kurzgeschlossen ist. Jedoch ist der Aufbau des Tiefpaßfilters in keiner Weise auf las Beispiel der Fig. 4 beschränkt, und es können andere geeignete Anordnungen anstelle des beschriebenen Beispieles verwendet warden.

der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfindunj einen Mischer mit einem Differentialringübertrager vorsieht, dar aus einer eine kreisförmige geschlossene Schleife bildenden Mikrostreifenleitung und aus vier mit dieser geschlossenen Schleife verbundenen Mikrostreitenleitungen auf einer Fläche eines Substrates aus einem elektrischen Isolierstoff besteht, und daß sich die Erfindung dadurch auszeichnet, daß sich zwei der letzteren vier Mikrostreifenleitungen, die mit der geschlossenen Schleife verbunden sind, radial nach innen zur Mitte der geschlossenen Schleife erstrecken, um an ihrem inneren Ende mit jeweiligen Mischerdioden verbunden zu sein, daß eine öffnung im Substrat im wesentlichen in der Mitte der geschlossenen Schleife'vorgesehen ist, um in sich ein TiefpaSfilter aufzunehmen, das gegenüber einer Hochfrequenz kurzgeschlossen ist, und daß die Mischerdioden jeweils zwischen dem Tiefpaßfilter und dem inneren Ende der sich radial nach innen erstreckenden Mikrostreifenleitungen angeordnet sind. Daher ist bei der Erfindung im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Mischern keine spezielle Einrichtung einer getrennten Schal-

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tung erforderlich, die sich über der Ebene des Differentialringübertragers erstreckt, was zu einem komplizierten Schaltungsaufbau führt. Weiterhin überwindet die Erfindung Nachteile bereits beschriebener Mischer einschließlich einer unerwünschten Verringerung des Wirkungsgrades der Signalzusammenfassung aufgrund der Phasendifferenz der ZF-Ausgangssignale der Dioden. Weiterhin hat der erfindungsgemäße Mischer im Vergleich zu herkömmlichen Mischern kleine Abmessungen.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   I 1./Mischer zum Umsetzen eines HF-Signales in ein ZF-Signal, mit einem Differentialringübertrager aus Mikrostreifenleitungen, die in einem gewünschten Schaltungsmuster auf einer Seite eines Substrates aus einem elektrischen Isolierstoff vorgesehen sind, um eine schleifenförmige übertragungsleitung und vier Übertragungsleitungen zu bilden, die an ihrem einen Ende mit der schleifenförmigen übertragungsleitung verbunden sind, mit einer Einrichtung zur Einspeisung des HF-Signales in die eine der vier Übertragungsleitungen und eines überlagerungsschwingungssignales in die andere übertragungsleitung, in der das HF-Signal nicht auftritt, und mit zwei Dioden, die jeweils mit dem anderen Ende der übrigen beiden der vier übertragungsleitungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit den Dioden (6, 7) verbundenen beiden Übertragungsleitungen (3, 5) radial nach innen zur Mitte der Schleife der schleifenförmigen übertragungsleitung (1) erstrecken, daß ein Leiter (14a) das Substrat (16) im wesentlichen in der Mitte der Schleife der schleifenförmigen übertragungsleitung (1) durchsetzt, und daß die Dioden (6, 7) jeweils zwischen dem Leiter (14a) und dem anderen oder inneren Ende der beiden übertragungsleitungen (3, 5) vorgesehen sind, um das ZF-Signal vom Leiter (14a) auf der anderen Seite des Substrates (16) abzuleiten.
2. 2. Mischer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter (14), auf dem das Substrat (16) durchsetzenden Leiter (14a), um das HF-Signal zur Masse kurzzuschließen.

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