DE2612091C3

DE2612091C3 - Gegentaktfrequenzumsetzer in Streifenleitungstechnik

Info

Publication number: DE2612091C3
Application number: DE19762612091
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Otremba
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-22
Filing date: 1976-03-22
Publication date: 1978-09-07
Also published as: DE2612091B2; DE2612091A1

Description

geringen Unterschiedes zwischen der Signal- und Oszillatorfrequenz (die Zwischenfrequenz liegt im MHz-Bereich, die Signalfrequenz im GHz-Bereich) auoh 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 Suminenfrequenz 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 Verwendung 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 Cs. 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 Schl^:tzleitung-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 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 Anpassungsnetzwerk am Tor I und gegebenenfalls auch am Tor Il vorgesehen werden. Dieses Netzwerk kann direkt an den Halbleiterelementen angeordnet werden, so daß eine breitbandige Anpassung der Halbleiterelemente möglich ist

Fig.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,

ίο 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 Gegentaktfrequenzumsetzer entspricht dem in F i g. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Gegentaktfrequenzumsetzer. Das heißt, es ist jeweils eine streifenförmige Leiterbahn 4 bzw. 4a (Microstripleitung) vorgesehen, über die an den Toren Hund Ha die Oszillatorenergie an die Halbleiterelemente 3 und 3a bzw. Zb 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 s'.reifenförmigen Aussparung in der ganzflächigen 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.

4(i 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 11 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 ir 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.

bo Fig.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

b) 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!).

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 0 dB 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 Faii des Frequenzumsetzers, bereits eine Schlitzleitung vorgesehen ist, wie auch bei Schaltungen, die Microstripleitungen und Koaxialleitun gen verwenden. Im Fall der Microstripleitungen werder zur Realisierung des Dämpfungsgliedes Übergänge vor der Microstripleitung auf eine Schlitzleitung eingebaut bei Koaxialleitungen wird eine Schlitzleitung in einerr besonderen Gehäuse mit Koaxialstecker eingebaut.

Mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungsglied füi Mikrowellen werden in einfacher Weise die Schwierig keiten behoben, die beim Aufbau von festen odei variablen Dämpfungsgliedern in Mikrowellenschaltun gen in Streifenleitungstechnik auftreten. Bei einei Microstripleitung, besonders auf einem Keramiksub strat, ist es nämlich schwierig, durch ein auf dit Leiterbahn aufgebrachtes Dämpfungsmaterial nennens werte Dämpfungen bei erträglichem Platzbedarf zi erreichen, da der größte Teil des Feldes unterhalb dei Leiterbahn, nämlich im Dielektrikum konzentriert ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 ι ο Aussparung versehene Metallisierung und auf der gegenüberliegenden Seite eine parallel zur Schlitzleitung verlaufende, diese auf einer Länge vcn 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 fußpunktseitigen 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 ω 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 Hun-, ton, Kelly und Takeuchi, in »G-MTT 1970 International Microwave Symposium.. Digest of Technical Papers« May 11-14,1970 ist ein Gegentaktfrequenzumsetzer mit Leiterbahnanordnung mit symmetrischen und unsymmetrischen Feldverteilungen bekannt. Dabei iit 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 F i g. 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