DE2612091B2 - Gegentaktfrequenzumsetzer in streifenleitungstechnik - Google Patents
Gegentaktfrequenzumsetzer in streifenleitungstechnikInfo
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Description
geringen Unterschiedes zwischen der Signal- und Oszillatorfrequenz (die Zwischenfrequenz liegt im
MHz-Bereich, die Signalfrequenz im GHz-Bereich) auch annähernd der Wellenlänge der Oszillatorwelle
entspricht.
Die Stichleitung 5 und 5a haben die Form eines Kreissegments. Gegenüber einer normalen Leitung mit
parallelen Begrenzungslinien ergibt sich dabei am Ort des Halbleiterelementes ein günstigerer Impedanzverlauf.
Durch die Stichleitungen wird der Stromfluß durch die Halbleiterelemente für die Oberwelle des Oszillators
bzw. die Summenfrequenz unterbunden, weil diese Leitung für die genannten Frequenzen einen unendlich
großen Widerstand am Ort der Halbleiterelemente zeigt. Am Fußpunkt der Stichleitungen 5 und 5a, d.h.
jeweils an dem mit dem Halbleiterelement verbundenen Ende, sind die Tore III bzw. IHa für die Zwischenfrequenz
angeschlossen.
Nachfolgend wird die Funktion des Gegentaktfrequenzumsetzers,
beispielsweise bei der Veru endung als Empfangsumsetzer, beschrieben:
Wird die RF-Empfangsenergie z. B. am Tor I (Eingang der Microstripleitung) eingespeist, dann verteilt sich
diese auf die Halbleiterelemente 3 und 3a. Die elektrischen Feldlinien E haben, von der Leiterbahn 4
gegen Masse, die gleiche Richtung, es handelt sich also um eine Parallelschaltung der Halbleiterelemente für
das Empfangssignal. Die Oszillatorenergie wird am Tor II der Schaltung zugeführt. Über dem Spalt der
Schlitzleitung 2 entsteht das elektrische Feld Es. Dieses Feld koppelt am Ort der Halbleiterelemente 3 und 3a,
ähnlich einem Übergang von einem Hohlleiter auf ein Koaxialkabel, die in der Schlitzleitung 2 transportierte
Energie vollständig, unter Beibehaltung der Feldlinienrichtung, in die Halbleiterelemente 3 und 3a über. Von
der Schlitzleitung aus gesehen, liegen die Halbleiterelemente 3 und 3a in Serie. Die elektrischen Feldlinien Eo
und Es sind bei dem Halbleiterelement 3 in Phase, bei
dem Halbleiterelement 3a gegenphasig, also um 180° gedreht. Die dadurch bedingten RF-Ströme in den
Halbleiterelementen finden über die Stichleitungen 5 und 5a den Rückweg. Diese Anordnung wirkt wie ein
aus einer Ringgabel und zwei Eintaktumsetzer aufgebauter Gegentaktumsetzer, ohne jedoch dessen bandbreitebegrenzende
Elemente zu enthalten. An den Toren III und IHa kann die ZF-Spannung entnommen
werden.
Die vorstehend beschriebene Schaltung weist über einen relativ großen Frequenzbereich eine hohe
Entkopplung zwischen Tor II, an das der Oszillator angeschlossen ist, und dem als Signaleingang dienenden
Tor I auf, da die Symmetrie der Schaltung nur noch von der Gleichheit der Halbleiterelemente abhängt, da sich
keine transformierende Vierpole zwischen den Halbleiterelementen und der koppelnden Stelle Schlitzleitung-Microstripleitung
befinden und da ferner die Kopplung an der genannten Stelle, abgesehen von den Stichleitungen 5 und 5a, wenig frequenzabhängig ist.
Gleichzeitig läßt sich diese Schaltung hinsichtlich Rauschmaß und Anpassung optimieren. Dazu dienen die e,o
Stichleitungen 5 und 5a, die für einige, in den Halbleiterelementen erzeugte Frequenzen, nämlich
Harmonische des Oszillators und die Summenfrequenz, den gewünschten Leerlauf darstellen. Ferner kann
hierfür ein in der Figur nicht dargestelltes Anpassungs- t,-> netzwerk am Tor I und gegebenenfalls auch am Tor II
vorgesehen werden. Dieses Netzwerk kann direkt an den Halbleiterelementen angeordnet werden, so daß
eine breitbandige Anpassung der Halbleiterelemente möglich ist.
F i g. 2 zeigt einen Doppelgegentaktfrequenzumsetzer, der aus zwei Gegentaktfrequenzumsetzern gemäß
F i g. 1 aufgebaut ist. Als Träger ist hierbei eine gemeinsame Platte 1 aus dielektrischem Material
vorgesehen, auf der die beiden Gegentaktfrequenzumsetzer spiegelbildlich angeordnet sind. Die Spiegelachse
bildet dabei eine weitere streifenförmige Leiterbahn 6, die auf der die Schlitzleitung 2 tragenden, ganzflächig
metallisierten Seite gegenüberliegenden Seite der Platte 1 aufgebracht ist und senkrecht zur Schlitzleitung, diese
kreuzend, verläuft. Die Leiterbahn 6 der Microstripleitung mit dem Tor I als Eingang für das Signal ist in ihrem
Endbereich über eine durchkontaktierte Bohrung 7 mit der Metallisierung auf der Plattenunterseite galvanisch
leitend verbunden.
Der Aufbau der einzelnen Gegentakttrequenzumsetzer entspricht dem in Fig. 1 dargestellten und
vorstehend beschriebenen Gegentaktfrequenzumsetzer. Das heißt, es ist jeweils eine streifenförmige
Leiterbahn 4 bzw. 4a (Microstripleitung) vorgesehen, über die an den Toren II und Ha die Oszillatorenergie an
die Halbleiterelemente 3 und 3a bzw. 3b und 3c geführt wird. Die Halbleiterelemente 3 und 3a einerseits und 3b
und 3c andererseits sind jeweils zwischen dem Endbereich der Leiterbahn 4 und 4a und den
Stichleitungen 5 und 5a bzw. 5b und 5c galvanisch leitend montiert. Fußpunktseitig der Stichleitungen sind
Anschlüsse zur Entnahme der Zwischenfrequenz (ZF) vorgesehen.
Die gemeinsame Schlitzleitung 2 des Doppelgegentaktfrequenzumsetzers,
die von einer streifenförmigen Aussparung in der ganzfiächigen Metallisierung der in
der Figur unten liegenden Plattenseite gebildet wird, wird durch die Microstripleitung 6 angeregt.
Ein jeweils für den Oszillator- und ZF-Anschluß vorgesehener 90°-Hybrid ist in der Figur nicht mit
dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Gegentaktfrequenzumsetzers, mit dem eine noch
geringere Frequenzabhängigkeit erreicht werden kann. Diese Anordnung stellt eine Abwandlung der Ausführungsform
nach F i g. 1 dar, und zwar in der Weise, daß anstelle der Stichleitungen zwei Schlitze 6 und 6a oder
Bohrungen vorgesehen sind, die zu der ganzflächig metallisierten Seite der Platte 1 durchkontaktiert sind
und für die Rückführung der Ströme durch die Halbleiterelemente 3 und 3a verwendet werden. Die
Zuführung der Oszillatorenergie O erfolgt hierbei am Tor II über die Leiterbahn 4 (Microstripleitung). Am Tor
I wird außerdem die Zwischenfrequenz entnommen; die in den Halbleiterelementen 3,3a entstehende Zwischenfrequenz
kann an der Leiterbahn 4 über eine in der Figur nicht dargestellte Drossel abgenommen werden. Die
vorstehend beschriebene Anordnung kann insbesondere dann an die Stelle der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung treten, wenn das Rauschmaß einer Mischerschaltung nicht von so entscheidender Bedeutung ist.
F i g. 4 zeigt ein auf eine Schlitzleitung aufgesetztes Dämpfungsglied. Die ganzflächig metallisierte Seite der
Platte 1 gemäß den F i g. 1 bis 3 ist hierbei obenliegend dargestellt. Mit 7 und 7' sind die Metallisierungen
beiderseits des die Schlitzleitung bildenden Schlitzes 2 bezeichnet. Auf der Schlitzleitung ist ein Dämpfungsglied
aufgesetzt, bestehend aus einem Plättchen 8 aus dämpfendem Material, z.B. Siemens-Rundfunkeisen
(Sirufer) und einer auf der der Schlitzleitung zugekehr-
ten Seite aufgebrachten Kunststoff-Folie 9.
Bei der Schlitzleitung verläuft ein großer Teil des Feldes in Luft bzw. im Schlitz. Dadurch ist es möglich,
beispielsweise mit einem ca. 7 mm langen Dämpfungsglied aus Sirufer im X-Band Dämpfungen von 10 dB und
mehr zu erreichen. Durch eine spezielle Formgebung des Dämpfungsmaterials kann eine sehr gute Anpassung
des Dämpfungsgliedes (r + 5% im X-Band) erreicht werden. Durch Verschiebung bzw. Abstandsänderung
des Dämpfungsgliedes zum Substrat ist es möglich, den Dämpfungswert von OdB stetig zu verändern. Die
untergelegte Kunststoff-Folie 9 gestattet eine besonders feine Einstellung der Dämpfungsänderung.
Ein Dämpfungsglied der vorstehend beschriebenen Art kann in einer Schaltung verwendet werden, bei der,
wie im vorliegenden Fall des Frequenzumsetzers, bereits eine Schlitzleitung vorgesehen ist, wie auch bei
Schaltungen, die Microstripleitungen und Koaxialleitungen verwenden. Im Fall der Microstripleitungen werden
zur Realisierung des Dämpfungsgliedes Übergänge von der Microstripleitung auf eine Schlitzleitung eingebaut,
bei Koaxialleitungen wird eine Schlitzleitung in einem besonderen Gehäuse mit Koaxialstecker eingebaut.
Mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied für Mikrowellen werden in einfacher Weise die Schwierigkeiten
behoben, die beim Aufbau von festen oder variablen Dämpfungsgliedern in Mikrowellenschaltungen
in Streifenleitungstechnik auftreten. Bei einer Microstripleitung, besonders auf einem Keramiksubstrat,
ist es nämlich schwierig, durch ein auf die Leiterbahn aufgebrachtes Dämpfungsmaterial nennenswerte
Dämpfungen bei erträglichem Platzbedarf zu erreichen, da der größte Teil des Feldes unterhalb der
Leiterbahn, nämlich im Dielektrikum konzentriert ist.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Gegentaktfrequenzmuster in Steifenleitungstechnik mit einem Signal- und Oszillatoreingang,
zwei nichtlinearen Halbleiterelementen und wenigstens einem ZF-Ausgang, dadurch gekennzeichnet,
daß eine beidseitig metallisierte Isolierstoffplatte auf einer Seite eine ganzflächige, mit
einer streifenförmigen, eine Schlitzleitung bildenden iu
Aussparung versehene Metallisierung und auf der gegenüberliegenden Seite eine parallel zur Schlitzleitung
verlaufende, diese auf einer Länge von etwa As/4 überlappende streifenförmige Leiterbahn trägt,
an deren Endbereich die beiden, jeweils zwischen der Leiterbahn und einer etwa As/4-langen Stichleitung
mit einem fußpunktseitisen ZF-Anschluß angeordneten, mit der Schlitzleitung elektrisch
gekoppelten nichtlinearen Halbleiterelemente angeschlossen sind.
2. Gegentaktfrequenzumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung die
Form eines Kreissegments aufweist.
3. Doppelgegentaktfrequenzumsetzer aus zwei Gegentaktfrequenzumsetzern nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gegentaktfrequenzumsetzer gemeinsam auf einer
metallisierten Isolierstoffplatte derart spiegelbildlich angeordnet sind, daß die Spiegelachse von einer auf
der Seite der streifenförmigen Leiterbahnen aufgebrachten weiteren streifenförmigen Leiterbahn
gebildet wird, die senkrecht zu der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten gemeinsamen
Schlitzleitung, diese kreuzend, verläuft und in ihrem Endbereich zur ganzflächigen Metallisierung
durchkontaktiert ist.
4. Doppelgegentaktfrequenzumsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Oszillator-
und ZF-Anschluß jeweils ein 90°-Hybrid angeordnet ist.
5. Gegentaktfrequenzumsetzer in Streifenleitungstechnik mit einem Signal- und Oszillatoreingang,
zwei nichtlinearen Halbleiterelementen und wenigstens einem ZF-Ausgang, dadurch gekennzeichnet,
daß eine beidseitig metallisierte Isolierstoffplatte auf einer Seite eine ganzflächige, mit
einer streifenförmigen, eine Schlitzleitung bildenden Aussparung versehene Metallisierung und auf der
gegenüberliegenden Seite eine parallel zur Schlitzleitung verlaufende, diese auf einer Länge von etwa
As/4 überlappende streifenförmige Leiterbahn trägt, an deren Endbereich die beiden, jeweils zwischen
der Leiterbahn und einer mit der ganzflächigen Metallisierung galvanisch verbundenen Durchkontaktierung
angeordneten, mit der Schlitzleitung elektrisch gekoppelten nichtlinearen Halbleiterelemente
angeschlossen sind.
6. Gegentaktfrequenzumsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Schlitzleitung ein Dämpfungsglied aufgesetzt ist, bestehend aus einem Plättchen aus
dämpfendem Material, auf dessen der Schlitzleitung zugekehrten Seite eine Kunststoff-Folie aufgebracht
ist.
Durch den Aufsatz »A Microwave Integrated Circuit Balanced Mixer With Broad-Bandwidth« von Hunton,
Kelly und Takeuchi, in »G-M'lT 1970 International Microwave Symposium, Digest of Technical
Papers« May 11-14,1970 ist ein Gegentaktfrequenzumsetzer
mit Leiterbahnanordnung mit symmetrischen und unsymmetrischen Feldverteilungen bekannt. Dabei
ist auf einem einseitigen metallisierten dielektrischen Substrat eine Schlitzleitung und eine Coplanarleitung
aufgebracht, über die die Signalwelle bzw. die Oszillatorwelle zugeführt werden. An der Stoßstelle
dieser beiden Leitungstypen sind Dioden angeordnet. Es ist bei dieser Anordnung schwierig, neben einer guten
Entkopplung zwischen den einzelnen Toren ein gutes Rauschmaß zu erzielen, da dann die beiden Dioden
zumindest für die Signalfrequenz angepaßt und die in den Dioden entstehenden Mischprodukte definiert
abgeschlossen werden müssen. Die dafür erforderlichen Anpassungs- und Filternetzwerke können nicht mit der
Coplanar- oder Schlitzleitung realisiert werden, weil diese Leitungstypen die elektromagnetische Energie in
einem schmalen Schlitz führen. In diesen Schlitz können z. B. Stichleitungen, Serienspulen oder dergleichen
kaum eingefügt werden.
Den in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Erfindungen liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gegentaktfrequenzumsetzer
zu schaffen, der neben einem geringen Rauschmaß eine sehr gute Entkopplung zwischen Oszillator- und Signaleingang über einen
größeren Frequenzbereich aufweist und der außerdem geeignet ist für den Aufbau eines Doppelgegentaktfrequenzumsetzers.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 einen Gegentaktfrequenzumsetzer mit As/4-langen Stichleitungen,
F i g. 2 einen Doppelgegentaktfrequenzumsetzer aus zwei Gegentaktfrequenzumsetzern nach Fig. 1,
F i g. 3 einen Gegentaktfrequenzumsetzer mit Durchkontaktierungen
zur ganzflächigen Metallisierung und
Fig.4 ein auf eine Schlitzleitung aufgesetztes Dämpfungsglied.
F i g. 1 zeigt einen Gegentaktfrequenzumsetzer in Streifenleitungstechnik, bei dem eine Leiterbahnanordnung
mit symmetrischer und unsymmetrischer Feldverteilung verwendet wird. Als Träger für die Streifenleitung
ist eine Platte 1 aus dielektrischem Material vorgesehen, die auf beiden Seiten eine Metallisierung
trägt. Die in der Figur unten liegende, ganzflächig metallisierte Seite der Platte 1 weist'eine streifenförmige,
eine Schlitzleitung bildende Aussparung 2 auf, über die am Tor II die Oszillatorenergie zugeführt wird. Auf
der in der Figur oben liegenden Seite der Platte 1 ist, parallel zur Schlitzleitung 2 verlaufend und diese in
ihrem Endbereich auf einer Länge von etwa As/4 überlappend, die streifenförmige Leiterbahn 4 einer
Microstripleitung aufgebracht. Im Endbereich der Leiterbahn 4 sind zwei, mit der Schlitzleitung 2
elektrisch gekoppelte, nichtlineare Halbleiterelemente 3 und 3a, nachfolgend kurz als Halbleiterelemente
bezeichnet, angeschlossen, die mit ihrem zweiten Anschluß mit jeweils einer etwa As/4-langen Stichleitung
5 bzw. 5a galvanisch leitend verbunden sind. As ist dabei die Wellenlänge der Signalwelle, die wegen des
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DE3021654A1 (de) * | 1980-06-10 | 1981-12-17 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Planarer gegentaktmischer |
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- 1976-03-22 DE DE19762612091 patent/DE2612091C3/de not_active Expired
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