DE2932037A1 - Anordnung einer mischstufe mit flachem frequenzverhalten - Google Patents

Description

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TEKTRONIX, Inc.

14 150 S.W. Kar! Braun Drive

Beaverton, Oregon 97 077

U.S.A.

Anordnung einer Mischstufe mit flachem Frequenzverhalten

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Breitband Aktivschaltungen und insbesondere auf dem Gebiet der Breitbandmischstufen.

Eine Mischstufe weist einen Mischer mit drei Anschlüssen auf. An einem liegt ein Signaleingang, an einem zweiten ein Oszillator und an einem dritten geht die Zwischenfrequenz ab. Eine ideale Mischstufe übersetzt einfach das Eingangssignal in die Zwischenfrequenz und läßt alles andere unverändert. In der praktischen Anwendung treten zusätzlich unerwünschte harmonische Signale und Produktsignale am Zwischenausgang mit auf. In herkömmlichen Mischanordnungen werden diese unerwünschten Signale vielfach zusätzlich wieder mit den anderen Signalen vermischt und es treten Veränderungen oder Verschiebungen sowohl hinsichtlich der Signa I größe als auch in der Frequenzfunktion auf. Solche Mischstufen, die über eine große Frequenzbreite von einer Signalquelle aus arbeiten und eine enge Frequenzbreite an der anderen Seite haben müssen, sowie reaktive Filter an diesen Öffnungen verwenden, sind besonders empfindlich gegen die obigen Probleme. Im Ergebnis treten Impedanz-Fehlanpassungen zwischen den

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Filtern und den Polen des Mischers auf.

Entsprechend bekannten Maßnahmen zur Korrektur dieser Fehler wird ein widerstandsbehafteter Spannungsteiler im Signalweg eingefügt, um die Impedanzen wieder besser anzupassen und reflektierte Signale zu verringern. Es liegt auf der Hand, daß dieses direkte Einfügen von Impedanzen die Mischerempfindlichkeit durch den Betrag der zugefügten Signalminderung herabsetzt.

Die U.S. Patentschrift Nr. 3,737,784 beschreibt ein System, in dem eine Breitband-Impedanz-Anpassung bei der Zwischenschaltung einer Mischstufe gegeben ist, indem Richtfilter verwendet werden. Jedoch löst diese Schaltungstechnik nicht vollständig alle Probleme. Wenn beispielsweise ein Anschluß an einen Signalausgang angelegt ist, der von der Gleichspannung zu einer oberen Grenze abweicht, so kann der Richtfilter nicht verwendet werden. Ferner gibt es technische Verhältnisse, unter denen ein Richtfilter die geforderte Bandbreite nicht erzeugen und die Signalform nicht erhalten kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, auf dem engen technischen Gebiet der Breitbandtechnik eine Mischstufe verfügbar zu machen, die das Frequenzverhalten ohne Verlust und ohne Verkleinerung des Signals verbessert. Die Lösungsmittel sind im wesentlichen in den vorangestellten Ansprüchen angegeben. Mit der Erfindung wird die Mischerbetriebsweise durch die Anpassung der Impedanz zwischen Mischeranschlüssen und den daran anliegenden Filtern verbessert. Dies wird durch die Addition eines Frequenzdiplexers mit Hochpaß- und Niedrigpaßteilen am Mischereingang erreicht. Statt des Hochpaßteils kann auch ein Bandfilter verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil ist, daß hinter der Mischstufe ein Signal entsteht, das flache Frequenz aufweist, die über ein breites Frequenzband anspricht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der

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folgenden Beschreibung von Schaltungsbeispielen und einem Diagramm.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer zweiseitig angeschlossenen

Mischstufe, von der ausgegangen wird,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die verschiedenen Signale,

die im Mischverfahren auftreten, aufgetragen sind;

Fig.3 ein Schaltbild einer zweiseitig angeschlossenen

Mischstufe gemäß der vorliegenden Erfindung

und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer einseitig angeschlossenen

Mischstufe gemäß der vorliegenden Erfindung.

In dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist eine herkömmliche doppelt angeschlossene Mischstufe veranschaulicht. Hierunter wird eine übliche Mischerzwischenschaltung verstanden, bei der die Mischstufe zwischen dem Ausgang einer voraufgehenden und dem Eingang einer nachfolgenden Stufe regelrecht zwischengeschaltet ist. Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird zunächst die Betriebsweise dieser Mischerstufe beschrieben.

Ein Zugang 18 eines doppelt oder zweiseitig angeschlossenen Mischers 14 liegt über einem Niedrigpaßfilter 10 an einer Signalquelle 60 an. Ein zweiter Zugang 22 zum Mischer 14 ist mit einen unmittelbar vorhandenen Schwingungserzeuger 12 verbunden. Der dritte Anschluß 20 vom Mischer 14 führt über einen Bandpaßfilter 16 zum IF-Ausgang 26. Im Mischer wird das Eingangssignal algebraisch mit dem Eigen-Oszil latorsignal verbunden, um den gewünschten Zwischenfrequenz-Ausgang zu erzielen. Das Mischverfahren ist nicht linear und erzeugt folglich, wie

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eingangs schon erwähnt, Signale, die sowohl aus harmonischen Oberschwingungen als auch aus solchen bestehen, die von den Eingangssignalen herrühren. In dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Mischer erzeugen diese harmonischen Signale und diese Produktsignale unerwünschte Variationen im Ausgangssignal-FrequenzverhaI ten.

An dem Mischereingang 18 liegen die Eingangssignale innerhalb des Durchlässigkeitsbereiches von Niedrigpaßfilter 10 am Mischer 14 an, wo sie mit dem Eigen-OsziJJalor-Signa! überlagert werden, um das gewünschte IF-Signal zu erzeugen. Das IF-Ausgangssignal gelangt über den Bandpaßfilter 16 zum Ausgang 26. Das Mischverfahren verwandelt eine Eingangsfrequenz in ein doppeltes Seitenband-Ausgangssignal. Ein Seitenband ist die gewünschte Ausgangsfrequenz und wird durch Bandpaßfilter 16 reflektiert. Das andere Seitenband wird entweder durch Filter 16 hindurchgeleitet oder reflektiert und zwar in unterschiedlichem oder schwankendem Umfang. Dieses Signal wird in den Mischer 14 zurückreflektiert. Dieses reflektierte Signal gerät ebenfalls in den Mischvorgang und zwei neue Signale werden erzeugt. Diese beiden Signale können durch Eingangsfilter 10 reflektiert werden und wieder im Mischer gemischt werden, um eine Version mit verringertem Niveau des gewünschten IF-Signals zu erzeugen. Dieses erwünschte Niedrig-Niveau-Signal hat eine willkürliche Phase bezüglich des gewünschten IF-Signals und verursacht so die nachteiligen Variationen im Frequenzverhalten des Mischers.

Im Diagramm von Fig. 2 sind einige der spezifischen Frequenzen, die im Mischverfahren mitwirken, aufgetragen. Die erste eingetragene Frequenz ist die Eingangsfrequenz 100 (F..,), die algebraisch der OsziHatorfrequenz 104 (Fi_n) hinzugefügt wird, um die beiden Zwischenfrequenzen 102 und 106 (Fjp , und F.__) zu erzeugen.

Die Frequenz 102 ist die Frequenz, die das Bandpaßfilter 16 aus dem Mischer 14 als die Zwischenfrequenz herausgehen lassen soll.

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Die andere Zwischenfrequenz 106 liegt außerhalb des Durchlässigkeitsbereiches von Filter 16; deshalb wird sie in den Mischer 14 zurückreflektiert, wo sie mit F. _ vermischt wird, um zwei neue Frequenzen zu erzeugen:

^f1 ^{= F}|F 2 ^{+ F}LO

^fl = ^(FLO ^{+ F}.N^{} + F}LO

^f1 = ^{2 F}LO ^{+ F}IN

^f2 " ^FIF 2 ~ ^FLO

^f2 ^{= (F}LO ^{+ F}IN^} - ^FLO

f₂ = F_|N (2)

Die Frequenz f„ selbst verursacht zunächst noch kein Problem, soweit sie in der Ausgangsimpedanz der Eingangssignalquelle begrenzt ist. Jedoch kann dieses andere Signal f_ mit dem dritten harmonischen Bestandteil der Oszillatorfrequenz 3 F. _ vermischt werden, um zwei weitere zusätzliche Frequenzen zu erzeugen :

^f3 = ^{3 F}L0 ^{+ ( 2 F}L0

^f3 = ^{5 F}LO ^{+ F}.N

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^f4 = ³ ^LO - ^{(2 F}L0

^f4 ^FL0 ^FIN

^f4 - ^F.F

Da Frequenz f, gleich der Zwischenfrequenz ist, wird sie das Frequenzverhalten des Mischers stören, indem sie von der Amplitude des Ausgangssignals addiert oder subtrahiert. Dies hat Veränderungen im Ausgangssignal (in dessen Stärke) zur Folge.

Die Fig. 3 zeigt einen Mischer, der gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Der herkömmlichen Anordnung von Fig. 1 ist ein Hochpaßfilter 28 zugefügt, sowie ein Frequenz-Diplexer 50, der im wesentlichen aus einem Kondensator 32 und einer Induktion 30 besteht. Das Hochpaßfilter 28 liegt an einem Widerstand (oder Spannungsteiler) 29 an. Der Eingang 18 des Mischers 14 liegt an den Filtern 10 und 28 sowie am Diplexer 50 an, die für eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung in herkömmlicher Weise angepaßt werden können. Nähere Angaben über Einzelheiten von schaltungstechnischen Anpassungen dieser Glieder für einen Schaltungsentwurf gemäß der Erfindung lassen sich Standardbüchern, wie "Microwave Engineers Handbook", herausgegeben von T.S. Saad, Artech House, Inc. 1971, entnehmen.

Im Prinzip dient eine Schaltung gemäß des bevorzugten Ausfüh-

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rungsbeispiels in Fig. 3 derselben Aufgabe wie eine Schaltung in Fig. 1 und deshalb werden hier nur die Unterschiede in der Betriebsweise beider Schaltungen beschrieben.

Um die unerwünschten Effekte der störenden Frequenzen auszuschalten, die von einem oben beschriebenen herkömmlichen Mischer 14 herrühren, trennt der Diplexer 50 diese Signale in zwei Bestandteile. Diese Signale auf der Frequenz des Eingangssignals Fj₁₁, werden durch Niedrigpaßfilter 10 geleitet und sind, wie zuvor, an der Quel I impedanz der Eingangssignal-Quelle abgegriffen. Der Durchlässigkeitsbereich des Hochpaßfilters 28 ist so gewählt, daß alle Signale von Frequenzen, die höher als 2 F.
sind, aus der als Widerstand ausgebildeten Impedanz 29 abgeleitet werden, wodurch Reflektionen an dieser Stelle von vornherein vermieden werden. Da keine Reflektionen von Signalen oberhalb 2 F._ auftreten, folgt, daß f, gar nicht entsteht und folglich ist auch das Mischer-Frequenzverhalten ebenmäßig und glatt.

Es ist nicht erforderlich, daß der Durchlässigkeitsbereich von Hochpaßfilter 28 nur auf Frequenzen über 2 F_)F beschränkt sein soll. In einer Abwandlung kann das Filter 28 auch ein Bandpaßfilter sein. Die Filtermerkmale können verändert werden, um den Erfordernissen jeder einzelnen Anwendung gerecht zu werden. Die Werte der Induktion 30 und des Kondensators 32 werden so gewählt, daß ein flaches oder glattes Frequenzverhalten im Fjlter 10 sichergestellt ist und daß die Impedanz zwischen FiUer 28 und Mischereingang 18 gut aufeinander abgestimmt ist.

Um aufzuzeigen, daß das vorstehend beschriebene Beispiel nicht nur für einen doppelt angeschlossenen Mischer, also einen zwischengeschalteten oder zweiseitig eingeschalteten Filter gibt, sondern daß auch andere Schaltungsbeispiele ebenso gut möglich sind, wird zusätzlich an Hand von Fig. 4 eine Schaltung mit einem einseitig angehängten Mischer beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt ein solches Blockschaltbild mit einem einzelausgeglichenen Mischer, der ebenfalls gemäß der vorliegenden

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Erfindung ausgebildet ist. Die Mischstufe 38 ist mit dem Oszillator 12 über den Anschluß 42 verbunden. Diese einseitige Mischstufe liegt über einem Anschluß 44 gegen Masse und ist an einem Anschluß 40 zum Einspeisen in den Signalfluß offen. Wegen der bekannten Betriebsmerkmale einer derart angeschlossenen Mischstufe 38 wird ein zusätzlicher Diplexer 50 benötigt, um das Eingangssignale vom Zwischenfrequenzausgangssignal zu trennen. Ebenso muß in diesem Ausführungsbeispiel ein Hochpaßfilter 28a in seinem Durchlässigkeitsbereich alle Frequenzen über F _F erfassen. So werden alle Signale oberhalb der Frequenz F._p widerstandsmäßig durch Filter 28a und Widerstand 29a abgeleitet, und das Ausgangsfrequenzverhalten des Mischers ist flach. Im übrigen gelten auch für diese Schaltung die zuvor gemachten Angaben.

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Claims (7)

1. Anordnung einer Mischstufe mit flachem Frequenzverhalten

   ANSPRÜCHE:

   Mischstufe zwischen einem Frequenzsignal-Eingang und einem Mischfrequenzausgang, sowie zwischen Filterstufen mit einem Mischer mit drei Anschlüssen, an dessen einem Anschluß ein Oszillator anliegt und von dem zumindest ein weiterer Anschluß in den Signalweg eingefügt ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Mischer (14, 38) über eine Diplexerstufe (50) zusätzlich zum ersten Filter (10) in diesem Signalweg ein weiteres Filter (28, 28a) eingeschlossen ist.
2. 2. Mischstufe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Filter 28 (28a) ein an einem Widerstand (29, 29a) anliegendes Hochpaßfilter ist.
3. 3. Mischstufe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das

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   weitere Filter (28, 28a) ein an einem Widerstand (29, 29a) anliegendes Bandpaßfilter ist.
4. 4. Mischstufe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Diplexerstufe (50) eine Induktivität (30) hinter dem ersten Filter (10) und eine Kapazität (32) hinter dem weiteren Filter (28, 28a) aufweist.
5. 5. Mischstufe nach Ansprüchen 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Filter (28, 28a) auf alle Frequenzen oberhalb der Zwischenfrequenz (Fip) abgestimmt ist.
6. 6. Mischstufe nach Ansprüchen 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Filter (28, 28a) auf alle Frequenzen oberhalb der doppelten Zwischenfreqeunz (2 F.p) abgestimmt ist.
7. 7. Mischstufe nach einem oder mehreren der vorauf gehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß durch den widerstandsmäßigen Abgriff des Hochpaßfilters (28, 28a) alle störenden Reflektionen abgeleitet sind.

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