DE2611712C3

DE2611712C3 - Breitband-Wellenführungs-Mischstufe

Info

Publication number: DE2611712C3
Application number: DE2611712A
Authority: DE
Inventors: Jack Sei Palos Verdes Peninsula Honda; Lloyd Tanwai Hacienda Heights Yuan
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2611712B2; FR2305057A1; JPS51120113A; US3932815A; DE2611712A1; IL49256A0; IL49256A; GB1493793A; FR2305057B1

Description

Es sind bereits verschiedene Mischstufen für Hochfre qucnzbetrieb bekannt, beispielsweise im Mikrowellen- und Millimeter-Wellenbereich, in dem Artikel von Dickens u.a. in der Druckschrift IEEE-GMTT Mikrowellen-Symposium auf Seiten 188 bis 190, vom 19. 5. 71 ist eine Mischstufe beschrieben, welche im Mikrowellenbereich arbeitet, und zwar etwa von 1 bis 300GHz. Die Mischstufe ist mit Rücken-an-Rücken angeordneten Dioden an einer Querschiene versehen, d. h. an einem Element, welches sich in Längsrichtung durch das Gebilde erstreckt. Jedoch sind die beiden Dioden in Rücken-an-Rücken-Anordnung verbunden und arbeiten als eine Einfachende-Mischstufe.

Weiterhin beschreibt der Artikel von M ο u w in IEEE Transactions, Band MTT-16, Nr. U, November 1968, Seiten 911 bis 918, einen Sternmodulator, wobei insbesondere Fig.8 (a) dieses Artikels eine doppelt ausgeglichene, vier Dioden umfassende Sternmischstufe oder einen Modulator veranschaulicht. Dieses Gebilde besteht aus zwei Paaren von Rücken-an-Rücken angeordneten Dioden, von denen jedes Paar eine Poiung entgegengesetzt zu derjenigen des anderen Paares aufweist. Jedoch sind die Eingangsverbindungen zu dieser Sternmischstufe ziemlich kompliziert, wobei die vorgeschlagene Hybridverbindung nicht leicht auf einen Betrieb im Millimeter-Wellenbereich anpaßbar ist. Die US-PS 35 12 090 beschreibt die gleiche Art einer Vier-Stern-Mischstufe (vgl. insbesondere F i g. 6).

Darüber hinaus zeigt die US-PS 35 32 989 in Fig. 2 eine Mischstufe, weiche nicht das zweckmäßige Querschienengebilde aufweist und drei Hybridelemente für seine Eingänge erfordert. Zusätzlich arbeitet das Gebilde nicht im GHz-Bereich. Eine ähnliche Mischstufe ergibt sich aus der US-PS 37 06 042.

Die US-PS 36 65 508 zeigt eine ausgeglichene Dioden-Mischstufe, die jedoch mehr als zwei Eingangstransformatoren erfordert. Auch ist das Gebilde nicht für den Mikrowellenbereich ausgelegt. Die US-PS 35 53 504 zeigt einen Aufwärts-Wandler und einen Modulator für Anwendungsfälle bei verhältnismäßig niedriger Frequenz. Für den Aufwärts-Wandler von F i g. 6 ist lediglich eine Diode erfordert, wobei Paare von Dioden, wie sie in Fig.4 dieser Druckschrift veranschaulicht sind, keine umgekehrte Polung aufweisen. Die US-PS 35 84 306 und 36 39 126 beziehen sich auf Hochfrequenz-Wandler mit einer Querschiene, jedoch lediglich einem einzigen Paar von Dioden, die in Reihe geschaltet sind.

Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ist die Schaffung einer Breitband- Wellenführungs-Mischstufe, die zur Anwendung im Mikrowellen- und Millimeter-Wellenbereich geeignet ist und eine besonders gestaltete Doppelführungs-Mischstufen-Anordnung umfaßt.

Eine Koaxialleitung, beispielsweise in Form eines Kabels, ist mit den benachbarten Elementen der Querschienen verbunden, um ein Ausgangssignal entsprechend der Differenzfrequenz der beiden Eingangswellen zu gewinnen, die an den beiden Wellenführungen aufgegeben werden.

Um die beiden Eingangswellen zu der Mischstufe zu führen, kann ein gefaltetes Hybrid-T-Glied oder ein kurzes Schlitz-Hybrid-Kopplungsglied und ein Anpassungsglied vorgesehen sein. Das Anpassungsglied besteht aus zwei nach außen divergierenden Wellenführungen, um die Wellenführungen der Mischstufen-Anbringung anzupassen. Ein solches Anpassungsglied ist bisweilen auch als Seitenwand-Panty-Anpassungsglied bezeichnet.

Die Erfindung schaft also eine Breitband-Wellenfüh-

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rungs-Mischstufe, welche für den Mikrowellen- und sen ist; dieser Abgriff liegt über eine Drossel 43 an dem

Millimeter-Wellenbereich geeignet ist Die Mischstufe freien Ende der Querschiene 16, um ein Bezugspotential

weist einen geringen Störpegel und Breitband-Cha- zu schaffen. Ein beweglicher Abgriff 44 an den

rakteristik auf. Widerstand 41 ist mit dem Stab 31 der Diode 2£

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung 5 verbunden. Daher kann durch Bewegung des Abgriffes

näher erläutert. Es zeigt 44 das Potential zwischen der Querschiene 16 und der

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Breitband-WeI- Diode 28 verändert oder justiert werden. Es versteht

lenführungs-Mischstufe in Seitenansicht, sich, daß eine ähnliche Vorspannunfesschaltung der

Fig.2die Mischstufe von Fig. 1 entsprechend emem Diode 27 zugeordnet sein kann, was jedoch aus

Schnitt längs der Linie H-II von Fig. 1 in Draufsicht, io Gründen der besseren Klarheit nicht veranschaulicht ist

Fig.3 die Mischstufe von Fig. 1, 2 in Ersatzschalt- Die Drossel 43 sol! verhindern, daß Hochfrequenz- und

bilddarstellung. Zwischenfrequenzsignale zu der Vorspannungsschal-

Die in der Zeichnung gemäß F i g. 1,2 veranschaulich- tung hin austreten. Die Kondensatoren 25 wirken als te Mischstufe umfaßt eine Mischstufenanbringung 10, Block-Kondensatoren, um zu verhindern, daß Gleichweiche aus zwei identischen Mischstufenteilen 11, 12 15 ströme die Ausgangsschaltung erreichen.
besteht oder auch in einer einzigen Einheit hergestellt tine ähnliche Vorspannungsschaltung ist für die werden kann. Die Mischstufenanbringung 12 kann aus Diode 34 vorgesehen und umfaßt eine Batterie 46, einem geeigneten leitenden Material, beispielsweise welche über einen Widerstand 47 angeschlossen ist. Ein Metall, bestehen. Durch den Anbringungst^'il 11 verläuft fester Abgriff 48 an dem Widerstand 46 liegt über eine eine erste Wellenführung 14. Eine zweise Wellenfüh- 20 Drossel 50 an dem äußeren Ende der Querschiene 20. rung 15 verläuft durch den zweiten Anbringungsteil 12 Ein veränderlicher Abgriff 51 ist mit dem Stab 36 der in solcher Weise, daß die beiden Wellenführungen Diode 34 verbunden. Eine ähnliche Vorspannungsschalzueinander parallel und im Abstand verlaufen. tung kann auch für die Diode 33 vorgesehen sein.

Ein leitender Stab oder eine Querschiene 16 verläuft Der Zweck der Vorspannungsschaltungen liegt in der

in Querrichtung durch die Wellenführung 14 und durch 25 Schaffung einer feinen Abstimmung der Dioden, um

die Wandungen des Anbringungsteiles 11. Die Quer- jede Diode auf ihren richtigen Arbeitspunkt einzustel-

schiene 16 kann von den beiden Wandur gen der len. Der gleiche Zweck könnte durch Anhebung der

Wellenführungsanbringung durch eine keramische örtlichen Oszillatorleistung erzielt werden, jedoch wäre

Büchse oder einen Sockel 17 und 18 isoliert sein. In dies unwirtschaftlich hinsichtlich der örtlichen Oszilla-

ähnlicher Weise verläuft ein zweiter leitender Stab oder 30 tor-Energie.

eine Querschiene 20 quer durch die zweite Wellenfüh- Die beiden Paare von Dioden 27, 28 und 33, 34 sind

rung 15. Dieses Element 20 ist wiederum von den vorzugsweise Schottky-Schranken-Dioden. Sie können

Wandungen des Anbringungsteiles 12 durch Isolier- entweder als Silizium- oder Galliumarsenid-Dioden

büchsen 21, 22 isoliert, die beispielsweise ebenfalls aus ausgeführt sein.

einem isolierenden Keramikmaterial bestehen können. 35 Das Ausgangssignal, welches das gemischte oder

Die beiden benachbarten Enden der Querschienen 16 Differenzsignal darstellt, wird von einer Koaxialleitung

und 20 verlaufen in eine gemeinsame Öffnung 24, welche oder einem Kabel 53 mit einer Mittelleitung 54 erhalten,

in der Wellentührungsanbringung 10 vorgesehen ist. die mit den beiden Kondensatoren 25 verbunden ist.

Wahlweise Kondensatoren 25 können mit den benach- oder bei deren Fehlen, mit den benachbarten Enden der

barten Enden der Querschienen 16, 20 für einen 40 beiden Querschienen 16,20.

nachfolgend zu beschreibenden Zweck verbunden sein. Beide zu mischende Signale liegen an den beiden

Jedoch können die Kondensatoren auch weggelassen Wellenführungen 14, 15. Beispielsweise können die

werden. beiden Signale aus einer Hochfrequenz und einer

Ein erstes Paar von Dioden 27, 2ii ist in Rücken-an- örtlichen Oszillatorfrequenz bestehen, wobei die Aus-Rücken-Anordnung sowie in Verbindung mit der 45 gangsfrequenz die Zwischenfrequenz oder Differenz-Querschiene 16 vorgesehen. Jede Diode 27, 28 kann frequenz darstellt. Die beiden Eingangsfrequenzen wiederum an einem leitenden Stab 30, 31 angebracht können auf ein gefaltetes Hybrid-T-Stück oder einen sein, welcher durch geeignete öffnungen in dem kurzen Schlitz-Hybrid-Koppler oder irgendeine andere Anbringungsteil Il verläuft und hiervon durch eine Ausführungsform eines Hybrid-T-Stückes gegeben Isolierbuchse 32 isoliert ist. 50 werden.

In ähnlicher Weise ist ein zweites Paar von Dioden 33, Ein solches Hybrid-T-Stück liefert zwei Ausgangsfre-

34 in Rücken-an-Rücken-Anordnung, jedoch mit entge- quenzen, welche um 180° außer Phase in Phase sind,

gengesetzter Polung zu derjenigen des ersien Paares wobei eine Frequenz das Hochfrequenzsignal und die

von Dioden 27, 28 vorgesehen. Jede der Dioden 33, 34 andere Frequenz das Signal des örtlichen Oszillators

befindet sich in Berührung mit der ihr zugeordneten 55 darstellt. Die beiden Frequenzen können den beiden

Querschiene 20. Ferner ist jede der Dioden 33, 34 an Wellenführungen 14, 15 durch ein Anpassungselement

einem leitenden Stab 35 bzw. 36 angeordnet, welcher 56 zugeführt werden. Das Anpassungsele.Tient weist

durch geeignete Durchtritte in der Wellcnführungsan- zwei nach außen divergierende Wellenführungsab-

bringung 12 verläuft. Jeder der Stäbe 35, 36 ist von der schnitte 57,58 auf und ist zuweilen als Seitenwandungs-

Wellenführungsanbringung durch eine geeignete Iso- 60 Panty-Anpassungselement bezeichnet,

lierbüchse 37 isoliert. Auf diese Weise sind die Im Betrieb werden die beiden Frequenzen oder

Anschlüsse (cat whiskers) Dioden 33, 34 mit ihrer Wellen getrennt zu den beiden Wellenführungen 14,15

zugeordneten Querschiene 20 verbunden. gel-itet. Wie vorangehend erwähnt wurde, können sie

Es sind Elemente vorgesehen, um jedes der beiden sich entweder in Phase oder um 180° außer Phase

Diodenpaare, d. h. die Dioden 27, 28 sowie die Dioden 65 befinden. Vorzugsweise liegen die Frequenzen im

33, 34, gesondert vorzuspannen. Zu diesem Zweck kann Mikrowellen- und Millimeter-Bereich, welcher angenä-

eine Batterie 40 vorgesehen sein, die über einen hert von 1 bis etwa 300 GHz reicht. Insbesondere wurde

Widerstand 41 mit einem festen Abg^riff 42 angeschlos- die Mischstufe gemäß Fig. 1, 2 in dem Ka-Band

betrieben, welches von 26,5 bis 40GHz reicht. Die Dioden 27, 28 oder 33, 34 werden nun auf die Impedanz der Wellenführung angepaßt. Die Impedanz der Wcllenführung liegt in der Größenordnung von 400 bis 500 Ohm, während diejenige der Diode bei etwa 100 Ohm liegt. Jedoch wird das Paar von Dioden, beispielsweise die Dioden 27, 28, in Reihe gegenüber dem Signal verbunden, welches an jeder der Wellenführungen liegt; somit ergeben die beiden reihengeschalteten Dioden einen Zustand verbesserter Impedanzanpassung gegenüber der Wellenführungsimpedanz.

Nunmehr wird das Ausgangssignal von der Koaxialleitung 53 erhalten, welche eine Impedanz von beispielsweise etwa 50 Ohm aufweist. Jedoch sind, bei Betrachtung jedes Paares der Dioden von der Ausgangsleitung 54 aus, diese Dioden parallel geschaltet, so daß wiederum ihre Impedanz auf diejenige der Ausgangsleitung angepaßt ist.

Das Ausgangssignal wird durch die Seitenwandung jeder Wellenführung 14 oder 15 erhalten. An dieser physikalischen Stelle liegt das Hochfrequenzfeld bei einem Minimum, was im wesentlichen ein Austreten des Hochfrequenzsignals oder der Energie des örtlichen Oszillators vermeidet. Dies ist der Grund, warum es nicht notwendig ist, Hochfrequenz-Drosseln an der ₂$ Ausgangs-Koaxialleitung 53 zu verwenden. Eine solche Drossel würde die Störungen steigern und die Breitband-Charakteristik beeinträchtigen.

Da die Polung jedes Paares von Dioden gegenüber dem jeweils anderen Paar umgekehrt ist und weil ferner das Eingangssignal sich um 180° außer Phase befindet, ist die Differenzfrequenz, betrachtet von der Koaxialleitung 53, in Phase. Die Drosseln 43,50 können so gewählt sein, daß eine Antiresonanz-Schaltung zusammen mit der verteilten Kapazität des Gebildes hergestellt wird.

In dem Ersatzschaltbild von F i g. 3 zeigt eine Eingangsleitung 60, wie das Hochfrequenzsignal aufgegeben wird, während die Leitung 61 zur Aufgabe der örtlichen Oszillator-Frequenz dient. Das Gebilde 62 stellt allgemein den Hybrid-Koppler dar. Demzufolge wird das Hochfrequenzsignal durch die Leitung 64 und die örtliche Oszillatorfrequenz 65 um 180° außer Phase geliefert. Der Transformator 66 stellt schematisch dar, wie die örtliche Oszillatorfrequenz auf die beiden Dioden 27,28 aufgegeben wird. In ähnlicher Weise stellt der Transformator 67 dar, wie das Hochfrequenzsignal auf die Dioden 33, 34 übertragen wird. Die Kondensatoren 25 liegen entsprechend zwischen den Verbindungspunkten der beiden Paare von Dioden 27, 28 und 33, 34 sowie der Ausgangsieitung 70, von welcher die Zwischenfrequenz abgenommen wird.

Die Mischstufe von Fig. 1, 2 wurde in dem Ka-Band von 26,5 bis 40 GHz betrieben, wie bereits vorangehend erwähnt wurde. Bei einer Bandbreite von 6 GHz ist das stehende Spannnngs-Wellenverhältnis des Hochfrequenzsignals 2 :1, wobei die Zwischen-Mittel-Frequcnz 600MHz beträgt. Die Zwischenfrequenz-Bandbreite beträgt 400 MHz, wobei die Doppelseitenband-Störungsfigur bei 38GHz einen Wert von 5,9 db hat. Die Mischstufe arbeitet jedoch genausogut in anderen Frequenzbereichen.

Infolge der Tatsache, daß die vier Mischstufen-Dioden symmetrisch in einer Doppel-Wellenführungs-Anbringung angeordnet sind, erreicht man geringe Störungen und eine Breitband-Mischstufen-Charakteristik. Das Gebilde ermöglicht die Verwendung eines gefalteten magischen T-Stückes oder eines kurzen Schlitz-Hybrid-Kopplers, was die Eingangs-Schaltungs-Anordnung und die Probleme der Auslegung von Bauelementen sehr vereinfacht. Das Ausgangssignal wird durch die gemeinsame Wandung der Wellenführungsanbringung erhalten, wobei die Notwendigkeit einer Ausgangsdrossel vermieden wird, die Nachteile mit sich bringt. Die Dioden können einzeln mit geeigneter Vorspannung zum Zwecke der Feinabstimmung versehen werden, um Verluste der Energie des örtlichen Oszillators zu reduzieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Breitband-Wellenführungs-Mischstufe zur Anwendung in Mikrowellen- und Millimeter-Wellenbereichen, gekennzeichnet durch eine erste Wellenführung (14) sowie eine zweite Wellenführung (15), welche im wesentlichen parallel sowie im Abstand zueinander angeordnet sind, ein erstes leitendes Element (Querschiene 16), welches quer durch die erste Wellenführung verläuft, ein zweites leitendes Element (Querschiene 20), das quer durch die zweite Wellenführung verläuft, wobei die Elemente (16, 20) im wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse liegen und einen Abstand voneinander aufweisen, ein erstes Paar von Dioden (27, 28) in Rücken-an-Rücken-Anordnung in der ersten Wellenführung sowie in Berührung mit dem ersten Element, ein zweites Paar von Dioden (33,34) in Rücken-an-Rücken-Anordnung in der zweiten Wellenführung sowie in Berührung mit dem zweiten Element, wobei das erste Paar von Dioden eine entgegengesetzte Polung zu derjenigen des zweiten Paares von Dioden aufweist, und durch eine Koaxialleitung (S3) in Verbindung mit den benachharten Enden der Elemente (16,20).

2. Mischstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der leitenden Elemente (16, 20) von seiner entsprechenden Wellenführung (14, 15) isoliert ist.

3. Mischstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (25) mit den benachbarten Enden jedes der leitenden Elemente (16, 20) verbunden ist, um eine Kopplung und Gleichstromisolation herbeizuführen.

4. Mischstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element zur gesonderten Vorspannung der Dioden vorgesehen ist.

5. Mischstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellenführungs-Anpassungsglied (56) mit den Wellenführungen (14,15) verbunden ist.

6. Mischstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Mischstufenanbringung, durch welche sich die erste und zweite Wellenführung (14, 15) erstrecken, wobei die benachbarten Enden der länglich ausgebildeten leitenden Elemente (16, 20) voneinander einen Abstand aufweisen.

7. Mischstufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Dioden ein leitendes Glied (Stäbe 30,31; 35,36) vorgesehen ist, von denen jedes durch die Mischstufenanbringungen verläuft, und daß Elemente (Isolierbüchsen 32, 37) zur Isolation jedes der Glieder von der Anbringung vorgesehen sind.

8. Mischstufe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (Widerstand 41) zwischen jedem der leitenden Elemente (16, 20) und einem zugeordneten leitenden Glied (30, 31; 35, 36) zum individuellen Einstellen der Dioden (27, 28; 33, 34) liegen.

9. Mischstufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine öffnung (24) durch die Mischstufenanbringung vorgesehen ist, durch welche die Koaxialleitung (53) verläuft.

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