DE2632141C3 - Diodenmischstufe - Google Patents
DiodenmischstufeInfo
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- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D9/00—Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
- H03D9/06—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance
- H03D9/0608—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance by means of diodes
- H03D9/0616—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance by means of diodes mounted in a hollow waveguide
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Description
Für Mischstufen in Millimeterwellen-Übertragungssystemen werden gewöhnlich Halbleiterdioden verwendet.
Bekanntlich werden bei diesen Frequenzen als Übertragungsleitungen gewöhnlich Hohlleiter verwendet.
Für die Diode muß daher eine Diodenhalterung vorgesehen sein, weiche die Montage der Diode im
Hohlleiter ermöglicht In der Zeitschrift »IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques«, Vol. 16,
Nr. 5, Mai 1968, ist eine Diodenhalterung beschrieben, die in einer Mischstufe verwendet wird, deren Träger
eine Frequenz /o = 51,7 GHz hat und deren Zwischenfrequenz
f, gleich 13 GHz ist. Fig. 1 der Zeichnung zeigt
die in diesem Aufsatz dargestellte Diodenhalterung. Sie besteht aus einer Metallplatte 1 mit einem rechteckigen
Ausschnitt 2, dessen kleinste Abmessung gleich der kleinsten Abmessung des Hohlleiters RG 97IU ist,
während die größere Abmessung größer als diejenige des entsprechenden Hohlleiters ist Die Diodenhalterung
hat außerdem eine kreisrunde Öffnung 3 und eine
Kerbe 4, in der sich der Mittelleiter 5 eines genormten Ausgangs-Koaxiajsteckers für die Zwischenfrequenz
befindet Der Mittelleiter 5 ist durch einen Stift 6 verlängert, der um 90° abgewinkelt ist und durch
Bohrungen 7 und 8 hindurchgeht, die im Innern der Metallplatte 1 angebracht sind- Der Stift 6 ist in den
Bohrungen 7 und 8 durch ein Dielektrikum festgelegt Das mit der Wand des Ausschnitts 2 abschneidende
Ende des Stiftes 6 trägt das Plättchen der Schottky-Diode, das in F i g. 1 nicht sichtbar ist
Um den besten Modulationswirkungsgrad der Diode zu erhalten, ist es bekanntlich erforderlich, zu
verhindern, daß die vom Überlagerungsoszillator gelieferte Trägerfrequenz /o nicht in den Verstärker für
die Zwischenfrequenz fj gelangt, wie auf Seite 1291 der
ίο Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«,
September 1968 erläutert ist
Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ist die Schaffung einer Diodenmischstufe, weiche die
Sperrung der Trägerfrequenz und die Anpassung bei der Zwischenfrequenz gewährleistet
Die Diodenmischstufe nach der Erfindung ergibt die folgenden Vorteile:
— Die bei der Zwischenfrequenz f, gewährleistete Anpassung erhöht den Umwandlungsgrad um etwa
1 dß gegenüber demjenigen, der mit der bekannten Diodenmischstufe erzielt wird;
— die vom Eingang der Diodenhalterung her gesehene Diode hat eine Impedanz, die gleich dem Wellenwiderstand
der Koaxialleitung ist; die individuelle Anpassung der Diodenhalterung in Abhängigkeit
von der Impedanz der verwendeten Diode ist möglich.
Vorteilhafte Weite/bildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 5 erläutert Es zeigt
F i g. 1 die bereits erläuterte Diodenhalterung bekannterArt
Fig.2 die Diodenhalterung der Diodenmischstufe
nach der Erfindung,
F i g. 3 das Ersatzschaltbild der Anpassungsschaltung bei der Zwischenfrequenz,
Fig.4 das Leitwertdiagramm der Diode bei der Zwischenfrequenz und
Fig.5 das Leitwertdiagramm der Diode mit zwischengeschalteter
Anpassungsschaltung.
F i g. 1 zeigt die bereits zuvor erläuterte Diodenhalterung
bekannter Art.
F i g. 2 zeigt einen S'*' nitt durch eine abgeänderte
Diodenhalterung in einer Schnittansicht, die der Schnittebene ABC von Fig. 1 entspricht, wobei zur
Bezeichnung gleicher Teile die gleichen Bezugszeichen wie dort verwendet sind. Die Löcher 7 und 8 haben eine
Länge, die unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante des die Leiter 10 und 11 umgebenden
Materials gleich einer Viertelwellenlänge ist. Der Stift 6 ist in der Öffnung 3 durch ein Golddrähtchen 9 ersetzt,
das durch Thermokompression, Kleben oder Schweißen am Ende der Koaxialleitungsabschnitte 10 und M
befestigt ist Die Koaxialleitungsabschnitte sind durch einen Mittelleiter gebildet, der dem Leiter 6 von Fig. 1
entspricht. Die Länge des zwischen die beiden Koaxialleitungsabschnitte eingefügten Drähtchens beträgt
drei Viertel der Wellenlänge Ao in Luft bei der
Trägerfrequenz & Der Ausschnitt 2, die Öffnung 3 und
die Kerbe 4 haben die gleichen Abmessungen wie die entsprechenden Bestandteile der Diodenhalterung von
Fig. 1. Die Diode weist in bekannter Weise ein Halbleiterplättchen 12 auf, das in Verlängerung des
Leiters 11 befestigt und in eine Breitseite des Ausschnittes 2 (Hohlleiter) eingefügt ist, Ein Haardräht-
ohen 13 vervollständigt die Diode.
F i g. 3 zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung von Fig.2 bei der Zwischenfrequenz £ Die bei 30
dargestellte Diode ist mit dem Ausgang eines Tiefpaß-Filterglieds verbunden, das aus Kondensatoren
34 und 36 und einer Induktivität 35 besteht Die Kapazität 34 stellt den Koaxialleitungsabschnitt 8—11
dar, der parallel zur Diode 12—13 liegt Die Induktivität
35 stellt die Induktivität des Drähtchens 9 dar, und die
Kapazität 36 stellt den Koaxialleitungsabschnitt 7—10
dar. Zwei KJemmen 37 und 38 stellen den Eingang der Diodenhalteirung bei der Zwischenfrequenz in der
Ausgangsebene des Koaxialleitungsabschnitts 7—10 dar.
Bei der Trägerfrequenz bildet der Koaxiaüeitungsabschnitt
8— Hl1 der an seinem oberen Ende infolge der öffnung 3 mit einer großen Impedanz belastet ist, die
Rolle eines Kurzschlusses in der Ebene der die Diode tragenden Wand des Ausschnitts Z Die Kondensatoren
34, 36 und die Induktivität 35 bilden ei:i Tiefpaß-Filterglied,
dessen Grenzfrequenz zwischen der Zwischenfrequenz /,und der Trägerfrequenz f0 liegt
F i g. 4 zeigt das Leitwertdiagramm der Diode bei der Zwischenfrequenz /» wenn die Diodenhalterung in den
Hohlleiter (angebaut ist Die Lage der Diode im Hohlleiter, die Länge des Haardrähtchens und der
Durchmesser des Halbleiterplättchens sind in an sich bekannter Weise so bemessen, daß die Diode bei der
Trägerfrequenz an den Hohlleiter angepaßt ist Zur Anpassung tier Diode an die für die Übertragung der
Zwischenfrequenz /",bestimmte Koaxialleitung wird eine
Impedanzmessung zwischen den Klemmen 37 und 38 vorgenommen oder, was auf das gleiche hinauskommt
in der Trennebene zwischen der genormten Koaxialleitung (beispielsweise einer 50-Ohm-KoaxialIeitung) und
dem Koaxialleitungsabschnitt 7—11; da der Wellenwiderstand der Koaxialleitungsabschnitte 7 und 8 und
der Durchmesser des Drähtchens 9 bekannt sind, kann man daraus die Impedanz der Diode in der Nähe der
Frequenz /, berechnen. Messungen, die an Diodenhalterungen bei verschiedenen Trägerfrequenzen und bei
konstanter Zwischenfrequenz durchgeführt worden sind, haben gezeigt daß sich diese Impedanz wenig
ändert; F i g. 4 zeigt die Impedanz einer Schottky-Diode bei 1,45 GH?.
Die verschiedenen Bestandteile 34,35 und 36 werden
nach der Erfindung beispielsweise wie folgt definiert.
Jedes durch einen Koaxialleitungsabschnitt gebildete Element ist durch zwei Parameter definiert nämlich
durch seinen Wellenwiderstand und seine elektrische Länge. Die elektrischen Längen sind durch die
erfindungsgemäße Bedingung festgelegt daß die beiden Koaxialleitungsabschnitte eine Viertelwellenlänge und
der Leiter 9 eine Dreiviertelwellenlänge haben. Technologische Erwägungen (die insbesondere durch
die Drahtherstellung bedingt sind) begrenzen die Möglichkeiten der Wahl des WeÜenwiderstands des
vom Leiter 9 gebildeten Leitungsabschniits. Es sind daher noch die Wellenwiderstände der den Kapazitäten
36 und 34 entsprechenden Koaxialleitungsabschnitte festzulegen. Die Kapazität 34 wirkt sich auf den
Hohlleiter 2; und die bei der Frequenz /o arbeitende
Übertragungsleitung aus. Es ist daher vorzuziehen, den entsprechenden Wellenwiderstand unter Berücksichti·
gtirtg ihres Verhaltens bei der Frequenz /J>
zu wählen. Somit verbleibt nur ein einziger Parameter.
In den folgenden Gleichungen ist die elektrische Länge jedes Elements durch den Buchstaben /
50 | C |
z» ' | /35 |
50 | C |
/35 | |
C | |
50 | |
bezeichnet, dem das Bezugszeichen des Elements als
Index hinzugefügt ist Die Wellenwiderstände sind mit dem Buchstaben Zund dem gleichen Index bezeichnet
c ist die Lichtgeschwindigkeit Da die elektrischen s Längen klein gegen die Wellenlängen in Luft bei der
Zwischenfrequenz sind, kann man schreiben:
L35 =
Fig.4 zeigt in einem normierten .mith-Diagramm
des komplexen Leitwerts RsZq+jX/Zo, -./obei Zo der
Wellenwiderstand ist wie Z3b bei dem obigen Beispiel
graphisch bestimmt werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können aber praktische Erwägungen
daz-" führen, daß Za, fest vorgegeben und ein
anderer veränderlicher Parameter gewählt wird. Ausgehend von dem Punkt 1 (Impedanz der Diode; siehe
F i g. 3) entspricht der Bogen 41 der Auswirkung der Kapazität 34, die in bezug auf die Impedanz Zy, normiert
worden ist; der Bogen 42 entspricht der Auswirkung der Induktivität 35, normiert in bezug auf Z35; und der
Bogen 43 entspricht der Auswirkung der Kapazität 36, normiert in bezug auf Z-^ Da der Endpunkt des Bogens
43 notwendigerweise mit dem Punkt zusammenfallen muß, der die normierte Impedanz darstellt definiert die
Verschiebung zwischen dem Bogen 42 und dem Bogen 43 die normierte Impedanz Z36 der Kapazität 36.
Als Beispiel soll die Halterung für eine Schottky- Diode
beschrieben werden, die als Mischstufe zwischen einer Trägerfrequenz /0 = 44 GHz und einer Zwischenfrequenz
/,= 1,450 GHz verwendet wird.
Die Anode der Siliciumdiode hat einen Durchmesser von 3 μπι.
Die beiden Koaxialleitungsabschnitte 7—10 und 8—11 haben eine Länge von 0,9 mm, was einer
Viertelwellenlänge in einer Koaxialleitung entspricht die ein Epoxydharz als Dielektrikum aufweist.
Die Innenleiter der beiden Koaxialleitungsabschnitte haben einen Durchmesser von 0,9 mm.
Das Golddrähtchen 9 hat einen Durchmesser von 12 μίτι und eine Länge von 5 mm, was einer
Dreiviertelwellenlänge in Luft entspricht.
Die r>clialtungselemente haben die folgenden Werte:
Die r>clialtungselemente haben die folgenden Werte:
— Der Kondensator 34 hat eine Kapazität von 1,38
Picofarad;
— der Kondensator 36 hat eine Kapazität von 0,45 Picofarad;
— die Induktivität 35 hat einen Wert von 5500 Nanohenry.
Die experimentell aufgenommene äquivalente Impe*
danz der Diode beträgt 170 Ohm.
Fig.5 zeigt das am Ausgang des Koaxialleitungsab-Schnitts
7 aufgenommene Leitwertdiagrainm. Dieses läßt erkennen, daß zu beiden Seiten der Zwischenfrequenz
fi die Anpassungsbedingungen im wesentlichen erfüllt sind.
Dagegen wird die Trägerfrequenz /öbeim Durchgang
durch die Diodenhalterung zwangsläufig stark gedämpft, so daß ihr Pegel am Ausgang des Koaxialleitungsabschnitts
7—10 um 20 dB unter dem im Hohlleiter gemessenen Pegel liegt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Dioüen-Mischstufe zur Verwendung im MiIIimeterwellenbereich,
mit einer in einem Hohlleiterabschnitt angeordneten Diode, deren eine Elektrode mit einem äußeren Anschluß über zwei Koaxialleitungsabschnitte
verbunden ist, die in einer als Diodenhalterung dienenden Metallplatte ausgebildet
sind und deren Mittelleiter durch einen Verbindungsleiter verbunden sind, der in einer
zylindrischen öffnung der Metallplatte liegt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungsabschnitte eine Länge haben, die einer
Viertelwellenlänge in Luft bei der Trägerfrequenz entspricht, daß der Verbindungsleiter ein dünnes
Drähtchen ist, dessen elektrische Länge einer Dreiviertelwellenlänge bei der Trägerfrequenz entspricht,
und daß der Durchmesser des Drähtchens einerseits und der Wellenwiderstand der Koaxialleitungsabschnitte
andrerseits so bemessen sind, daß die Diode am Ausgang bei der Zwischenfrequenz eine Impedanz aufweist, die gleich dem Wellenwiderstand
der für die Übertragung der Zwischenfrequenz dienenden Koaxialleitung ist.
2. Dioden-Mischstufe nach A?;spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koaxialleitungsabschnitte
und der sie verbindende Verbindungsleiter ein Tiefpaß-Filterglied bilden, dessen Grenzfrequenz
zwischen der Trägerfrequenz und der Zwischenfrequoiiz liegt
3. Dioden-Mischstufe nach /· jspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, rfaß die Impedanzen der
(Coaxialleitungsabschnitte und der Durchmesser des Verbindungsleiters in Abhängigkeit von der Impedanz
der Diode so bemessen sind, daß deren Impedanz an diejenige einer genormten 50-Ohm-Koaxialleitung
bei der Zwischenfrequenz angepaßt ist
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- 1976-07-14 US US05/705,030 patent/US4072901A/en not_active Expired - Lifetime
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