DE2932037C2 - Mischstufe mit einem von einer Signalquelle gespeisten Empfangsfrequenzeingang und mit einem Ausgang für ein Ausgangssignal mit anderer Frequenzlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischstufe für das Mikrowellen-IVequenzgebiet mit einem von einer Signalquelle gespeister; Empfsr.gsfrequenzeingang und mit einem Ausgang für ein Ausgangssignal in einer anderen Frequenzlage und ehnra drei Anschlüsse aufweisenden Mischelement, be« dem der erste Anschluß mit einem eine Frequenz erzeugenden Oszillator und der zweite Anschluß über ein als Tiefpaß ausgebildetes erstes Filter mit dem Empfangsfrequenzeingang sowie der dritte Anschluß über ein zweites Filter mit dem Ausgang der Mischstufe verbunden ist.

Eine derartige Mischstufe ist bereits bekannt (Funkschau 1972, H. 24, S. 885-888). Mit dem en;ten Filter sollen die Spiegelselektrion verbessert, die Oszillator-Störspannungen klein gehalten und einfache Mischprodukte vermindert werden. Wegen der nichtlinearen Kennlinie des Mischelements entstehen mindestens die Summen- und die Differenzfrequenz der zwei zu mischenden Schwingungen. Das dem Ausgang des ~>o Mischelements nachgeschaltete Filter ist nur für eines dieser Mischprodukte durchlässig, während das andere Mischprodukt verlustarm in das Mischelement zurückreflektiert wird und dort wiederum mit den Schwingungen des Oszillators nochmals eine Zwischenfrequenzschwingung bildet, die Verzerrungen der Signale hervorruft.

Bekannt ist ferner eine abstimmbare Hochfrequenz-Eingangsschaltung für einen Fernsehempfänger, die einen an eine Antenne angeschlossenen Breitbandver- m> stärker enthält, mit dem ein erstes Mischelement verbunden ist, das mit einem Eingang an einen abstimmbaren Oszillator angeschlossen ist. Das Mischelemerit ist als Ringmodulatorschaltung ausgebildet (DE-AS 23 34 570). *> >

Schließlich ist eine Breitbandmischstufe mit einem von einer Signalquelle gespeisten Empfangsfrequenzeingang und mit einem Ausgang für ein Ausgangssignal in einer anderen Frequenzlage bekannt Diese Breitbandmischstufe enthält ein Mischelement mit drei Anschlüssen, von denen der erste mit einem eine Frequenz erzeugenden Oszillator, der zweite über ein erstes Filter mit dem Empfangsfrequenzeingang der Mischstufe und der dritte über ein zweites Filter mit dem Ausgang der Mischstufe verbunden ist (DE-OS 22 33 012). Die Filter dieser bekannten Breitbandmischstufe sind Richtfilter, die als Streifenleiter ausgebildet sind und Bandpaßcharakteristiken aufweisen. Aus Streifenleitern aufgebaute Richtfilter haben eine Bandbreite von wenigen Prozent Zur Erreichung einer breitbandigen Filtercharakteristik müssen daher mehrere Richtfilter in Serie angeordnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischstufe der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß sie bei großer Bandbreite und Eingangssignalen, die wahlweise zwischen der Frequenz Null und einer oberen Grenzfrequenz veränderlich sind, Signalverzerrungen, die durch in das Mischelement zurückreflektierte Mischprodukte bei Oberlagerung mit der Oszillatorschwingung verursacht werden, weitgehend beseitigt

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst Mit der im Anspruch 1 erläuterten Anordnung läßt sich eine über einen weiten Bereich flache Filtercharakteristik bei hoher Ansprechempfindlichkeit erreichen. Innerhalb des breitbandigen Bereichs ist der eingangsseitige Mischelementanschluß durch eine konstante Impedanz abgeschlossen. Verwerfungen des Amplituden- und des Phasengangs der Eingangssignale werden hierdurch beseitigt

Zweckmäßige Ausgestaltungen der im Anspruch 1 erläuterten Maßnahmen sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Mischstufe mit einem Mischelement, das als Ringmodinator geschaltet ist und von der ausgegangen wird,

Fig.2 ein Diagramm, in dem die verschiedenen Signale, die im Mischverfahren auftreten, aufgetragen sind,

Fig.3 ein Schaltbild einer Mischstufe. die ein als Ringmodulator geschaltetes Mischelement enthält,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Mischstufe, die ein als Gegentaktmodulator geschaltetes Mischelement enthält.

In dem Blockschaltbild der F i g. 1 ist eine herkömmliche Mischstufe mit einem Ringmodulator veranschaulicht. Ein Mischelement 14 der Mischstufe ist mit einem ersten Anschluß 22 an einen Oszillator 12 angeschlossen.

Ein zweiter Anschluß 18 des als Ringmodulator geschalteten Mischelementes 14 liegt über einem Tiefpaßfilter 10 an einer Signalqueile 60 an. Der dritte Anschluß 20 des Mischelements 14 führt über einen Bandpaßfilter 16 zum I F-Ausgang 26 der Mischstufe. Im Mischelement 14 wird das Eingangssignal mit dem Oszillatorsignal am ersten Anschluß 22 gemischt, um ein gewünschtes Zwischenfrequenz-Ausgangs-Signal zu erzielen. Das Mischverfahren ist nichtlinear und erzeugt folglich im Mischelement 14 Signale, die sowohl aus harmonischen Oberschwingungen als auch aus solchen bestehen, die von den Eingangssignalen herrühren. In der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Mischstufe

erzeugen harmonische Signale und Produktsignale unerwünschte Variationen von Frequenzen im AusgangssignaL

Am zweiten Anschluß 18 liegen die Eingangssignale innerhalb des Durchlässigkeitsbereiches vom Tiefpaßfilter 10 am Mischelement 14 an, wo sie mit dem Oszillator-Signal gemischt 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 in ein doppeltes Seitenband-AusgangssignaL Ein Seitenband ist die gewünschte Ausgangszwischenfrequenz und wird durch das Bandpaßfilter 16 ausgewählt Das andere Seitenband wird entweder durch das Bandpaßfilter 16 hindurchgeleitet oder reflektiert, und zwar in r> unterschiedlichem Maß. Dieses Signal wird in dem Mischelement 14 zurückreflektiert. Dieses reflektierte Signal gerät ebenfalls in den Mischvorgang, und zwei neue Signale werden erzeugt. Diese beiden Signale können durch das Tiefpaßfilter 10 reflektiert werden 2« und wieder im Mischelement gemisch; werden, um eine Version mit verringertem Niveau des gevrünschten IF-Ausgangssignals zu erzeugen. Dieses unerwünschte Signal von niedrigem Pegel hat eine willkürliche Phase bezüglich des gewünschten IF-Ausgangssignals und verursacht so die nachteiligen Variationen von Frequenzen im Ausgangssignal der Mischstufe.

Im Diagramm von F i g. 2 sind einige der spezifischen Frequenzen, die im Mischverfahren mitwirken, aufgetragen. Die erste eingetragene Frequenz ist die jo Eingangsfrequenz 100 (F_1n), die additiv der Oszillatorfrequenz 104 (Flo) hinzugefügt wird, um die beiden Zwischenfrequenzeii 102 und 106 (Fifi bzw. FiF₂) zu erzeugen.

Die Zwischenfrequenz 102 (Fif\) ist die Frequenz, die r> das Bandpaßfilter 16 aus dem Mischelement 14 als die Zwischenfrequenz herausgehen lassen soll. Die andere Zwischenfrequenz 106 (Fifi) liegt außerhalb des Durchlässigkeitsbereiches des Bandpaßfilters 16; deshalb wird sie in das Mischelement 14 zurückreflektiert, w wo sie mit Flo vermischt wird, um zwei neue Frequenzen zu erzeugen:

F_L0

Ά =

(D

/·, = 2F_L0+ F,s

h ~ Fifi - F_Lo

fi = (Flo+ F_1n) - F_L0

/2 - F_IS

(2)

Die Frequenz/j selbst verursacht zunächst noch kein Problem, soweit sie in der Ausgangsimpedanz der Eingangssignalquelle begrenzt ist. Jedoch kann die andere Frequenz/, mit dem dritten harmonischen Bestandteil t>o der Oszillatorfrequenz 3 F_1n vermischt werden, um zwei weitere zusätzliche Frequenzen zu erzeugen:

/, = 3 F₁₀+(2Fu,+ F_n)
/, = 5 F,.„ + A/v

(3)

Λ =

Ά =

-α F_L„+F_n)

Da die Frequenz f₄ gleich der verwendeten Zwischenfrequenz 102 (Fifi) ist, wird sie das Frequenzverhalten der Mischstufe stören, indem sie von der Amplitude des Ausgangssignals addiert oder subtrahiert wird. Dies hat Veränderungen im Ausgangssignal (in dessen Stärke) zur Folge.

Die Fig.3 zeigt eine Mischstufe, die gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist Der herkömmlichen Anordnung von F i g. 1 ist gemäß F i g. 3 ein Hochpaßfilter 28 hinzugefügt sowie eine Frequenzweiche 50, die aus einem Kondensator32 und einer Induktivität 30 bestehL Das Hochpaßfilter 28 liegt an einem Widerstand (oder Spannungsteiler) 29 an. Der zweite Anschluß 18 des Mischelements 14 liegt an den Filte.-;; 10 und 28 sowie an der Frequenzweiche 50 an, die in i,erkömmlicher Weise angepaßt werden können. Nähere Angaben der Einzelheiten von schaltungstechnischen Anpassungen dieser Glieder für einen Schaltungsentwurf gemäß der ErfinduT.g lassen sich aus Standardbüchern wie »Microwave Engineers Handbook«, herausgegeben von T. S. Saad, Artech House, Inc., 1971, entnehmen.

Im Prinzip dient eine Schaltung gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 der oben beschriebenen herkömmlichen Mischerstufe herrühren, trennt die Frequenzweiche 50 diese Signale in zwei Bestandteile. Die Signale mit der Frequenz des Eingangssignals Fm werden durch das Tiefpaßfilter 10 geleitet, das durch die Quellenimpedanz der Eingangssignalquelle abgeschlossen ist. Der Durchlaßbereich des Hochpaßfilters 28 ist so gewählt, daß alle Signale von Frequenzen, die höher als 2 Fm sind, in der als Widerstand ausgebildeten Impedanz 29 bedämpft werden, die an die Impedanz des zweiten Anschlusses 18 innerhalb des Durchlaßbereichs angepaßt ist, wodurch Reflexionen an dieser Stelle von vornherein vermieden sind. Da keine Reflexionen von Signalen oberhalb 2 Fif auftreten, folgt, daß U gar nicht entsteht, und folglich ist auch das Mischer-Frequenzverhalten ebenmäßig und glatt.

Es ist nicht erfopierlich, daß der Durchlässigkeitsbereich von Hochpaßfilter 28 nur auf Frequenzen über 2 Fif beschränkt sein soli. In einer Abwandlung kann das Fiher 2ti auch ein Bandpaßfilter sein. Die Filtermerkmale können verändert werden, um den Erfordernissen jeder einzelnen Anwendung gerecht zu werden. Die Werte der Induktivität 30 und der Kapazität 32 werden so gewählt, daß ein flaches oder glattes Frequenzverhalten im Tiefpaßfilter 10 sichergestellt ist und daß die Impedanz zwischen Filter 28 und dem zweiten Anschluß 18 des Mischelements aufeinander abgestimmt ist.

Obwohl sich das vorstehend beschriebene Beispiel auf eine einen Ringmodulator enthaltende Mischstufe bezogen hat, sind auch andere Schaltungsbeispiele ebenso gut möglich. Anhand von der in Fig.4 dargestellten Schaltung wird zusätzlich mit einer einen Gegentaktmodulator enthaltenden Mischstufe beschrieben.

Die Fi g. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Mischstufe benötigt, um die Eingangssignale vom Zwischenfre-

mit einem als Gegentaktmodulator geschalteten Misch- quenz-Ausgangssignal zu trennen. Ebenso muß in

element. Das Mischelement 38 ist mit dem Oszillator 12 diesem Ausführungsbeispie! ein HochpaGfilter 28a in

über den ersten Anschluß 42 verbunden. Dieses als seinem Durchlässigkeitsbereich alle Frequenzen über

Gegentaktmodulator ausgebildete Mischelement liegt Fn erfassen. So werden alle Signale oberhalb der

über dem dritten Anschluß 44 an Massepotential. In den Frequenz Fn widerstandsmäßig durch Filter 28a und

zweiten Anschluß 40 werden die von der Signalquelle 60 Widerstand 29.7 abgeleitet, und das Aiisgangsfrequenz-

kommcnden Signale eingespeist. Wegen der bekannten verhüllen des Mischers ist flach. Im übrigen gelten auch

Betriebsmerkmale eines derart angeschlossenen Misch- für diese Schaltung die zuvor gemachten Angaben,
elements 38 wird eine zusätzliche Frequenzweiche 51

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mischstufe für das Mikrowellen-Frequenzgebiet mit einem von einer Signalquelle gespeisten ϊ Empfangsfrequenzeingang und mit einem Ausgang für ein Ausgangssignal in einer anderen Frequenzlage und einem drei Anschlüsse aufweisenden Mischelement, bei dem der erste Anschluß mit einem eine Frequenz erzeugenden Oszillator und der zweite Anschluß über ein als Tiefpaß ausgebildetes erstes Filter mit dem Empfangsfrequenzeingang sowie der dritte Anschluß über ein zweites Filter mit dem Ausgang der Mischstufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tiefpaß (10) und dem zweiten Anschluß (18) des Mischelements (14) eine Frequenzweiche (50) angeordnet ist, über die ein drittes Filter (28), das mit seinem Durchlaßbereich auf eine bei der Mischung entstandene Frequenz abgestimmt und durch einen Widerstand (29) abgeschlossen ist, an den zweiten Anschlag (18) des Mischelements (14) angekoppelt ist

2. Mischstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Filter (28) ein Hochpaß ist

3. Mischstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Filter (28) ein Bandpaß ist