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Ringmodulator
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringmodulator CbSpelgegentaktmischer)
für den Mikrowellenbereich, bestehend aus vier in einer Brücke angeordneten Dioden,
einem Signal- und einem Oszillatoreingang, deren Spannungen an die Diagonalen der
Brücke geführt sind, und einer Spannungsklemme für die Mischfrequenz, wobei der
Ringmodulator in gedruckter Schaltungstechnik aufgebaut ist, derart, daß auf einem
einseitig ganzflächig metallisierten isolierenden Substrat unter Bildung von Schlitzleitungen
und/oder Koplanarleitungen Ausätzungen vorgesehen und auf der den Schlitz- und/oder
Koplanarleitungen gegenüberliegenden Seite des Substrats mit den Schlitz- und/oder
Koplanarleitungen verkoppelte, einseitig mit den Eingangsklemmen und der Ausgangsklemme
verbundene Microstripleitungen aufgebracht sind.
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Ein derartiger Ringmodulator ist durch die DE-PS 24 54 058 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Ringmodulator
bzw. Doppelgegentaktmischer in seinem Aufbau zu verbessern, insbesondere hinsichtlich
der Einkopplung der einzelnen Signale in die Schlitzleitungen und der Widerstandsanpassung.
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Diese Aufgabe wird bei einer ersten Ausführungsform eines Ringmodulators
gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß auf der metallisierten Seite des Substrats
am Diodenort eine Schlitzleitung und eine beiderseits sich daran anschließende Eoplanarleitung
angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Substratseite eine senkrecht zur
Schlitzleitung verlaufende Microstripleitung für die Signalspannungszuführung an
die senkrechte
Brückendiagonale in Reihe mit einem #/4-langen Leitungsabschnitt
als Leitüngstransformator aufgebracht ist, D anden sich vom Bereich der Schlitzleitung
aus eine ca, #/4-lange, am Ende leerlaufende Leitung anschließt, daß ferner die
einander gegenüberliegenden Verbindungspunkte der Diodenbrücke mit der Metallisiebung
beiderseits der Schlitzleitung bzw. mit den Innenleitern der Koplanarleitungen verbunden
sind, und daß zur Oszillatorspannungszuführung an die horizontale Brückendiagonale
von den durchkontaktierten Enden der Koplanarinnenleiter fort geführte Microstripleitungen
vorgesehen sind9 die in die Arme eines Magischen T übergehen, zu dessen vom Verzweigungspunkt
zum ZF-Ausgang geführten, aus einer Leiterbrücke und einer sich daran anschließenden
Leiterbahn mit einer verbreiterten Transformationsleitung bestehenden Leitungsabschnitt
gegenüberliegend an der metallisierten Seite des Substrats ein Teilabschnitt einer
ca. AL2-langen Schlitzleitung zur Einspeisung der Oszillatorspannung angeordnet
ist9 die über eine eingangsseitige Leiterbahn und eine transformierende, ca, 2L/4#lange
Leitung herangeführt wird9 an die sich vom Bereich unterhalb der Leiterbrücke eine
weitere am Ende leerlaufende, sa, #/4-lange Leiterbahn anschließt0 Bei einer zweiten
erfindungsgemäßem Ausführungsform ist vorgesehen, daß auf der metallisierten Seite
des Substrats am Diodenort eine Schlitzleitung und eine beiderseits sich daran anschließende
Koplanarleitung angeordnet sind, und auf der gegenüberliegenden Subso tratseite
eine senkrecht zur Schlitzleitung verlaufende Microstripleitung für die Signalspannungszuführung
an die senkrechte Brückendiagonale aufgebracht ist, an die
sich
vom Bereich der Schlitzleitung aus ein eine Serienkapazität bildender metallischer
Belag anschließt, daß ferner die einander gegenüberliegenden Verbindungapunkte der
Diodenbrücke mit der Metallisierung beiderseits der Schlitzleitung bzw. mit den
Innenleitern der Koplanarleitungen verbunden sind und daß zur Oszillatorspannungszufüurung
an die horizontale Brückendiagonale von den durchkontaktierten Enden der Koplanarimrenleiter
fortgeführte Microstripleitungen vorgesehen sind, die in die Arme eines Magischen-T
übergehen, zu dessen vom Verzweigungspunkt zum ZF-Ausgang (III) geführten, aus einer
mit Abstand zur Substratoberfläche angeordneten Spule und einer sich daran anschließenden
Leiterbahn mit einem verbreiterten;, eine Parallelkapazität bildenden Abschnitt
bestehenden Leitungsabschnitt gegenüberliegend an der metallisierten Seite des Substrats
ein Teilabschnitt einer ;x/2-lAngen Schlitzleitung zur Einspeisung der Oszillatorspannung
angeordnet ist, die über eine eingangsseitige Leiterbahn und eine transformierende
ca. 21/4-lange Leiterbahn herangeführt wird, an die sich vom Bereich unterhalb der
Spule eine weitere am Ende leerlaufende ca. ;d/4-lange Leiterbahn anschließtJNachstehend
wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erste-Ausfu~hrungsform eines Ringmodulatorr,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Ringmodulators.
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Der Mikrowellenringmdoulator in Planartechnik gemäß Figur:1 ist in
folgender Weise aufgebaut: Auf einem isolierenden Substrat S'beispielsweise einem
Keramik-
plättchen aus Alumintumoæyd (A12 03), , ist auf einer Seite
eine ganzflächige Metallisierung 3 aufgebracht, in der lediglich einige Schlitze
ausgeätzt sind, die Koplanarleitungen und Schlitzleitungen bilden, während auf der
gegenüberliegenden Seite Microstripleitungen aufgebracht sind. In der Figur ist
die ganzflächig metallisierte Seite untenliegend dargestellt. Die auf der Oberseite
befindlichen Microtripleitungen sind mit ausgezogenen Linien dargestellt, die auf
der Unterseite des Substrats angeordneten Koplanarleitungen und Schlitzleitungen
und Diodenverbindungen sind strichliert eingezeichnet.
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Die vier Dioden DI, D2 D3 und D4 des Ringmodulators sind auf der metallisierten
Unterseite des Substrats S in Brückenschaltung angeordnet. Als Dioden kbnnen dabei
Einzeldloden, Doppeldioden oder ganze Diodenquartette verwendet werden0 Doppeldioden
oder Quartette in monolitischer Herstellung sind, wenn es auf hohe Symmetrie ankommt,
vorzuziehen. Die Verbindungspunkte der Dioden Dl, D2, D3 und D4 sind an den Mittelleitern
4,5 der Koplanarleitungen 6,7 und an der Metallfläche angelötet oder gebondet. Die
Koplanarleitungen 6,7 sind vom Diodenort mit einer Länge von ca. ;x/4 In entgegengesetzte
Richtungen wegführen angeordnet und in ihrem einander zugekehrten Endbereich über
einen Schlitzleitungsabschnitt 8 miteinander verbunden. Das heißt, die Schlitzleitung
teilt sich im#Koplanarleitungsbereich in zwei in Serie geschaltete Schlitzleitungen
auf und findet am Ende der Koplanarleitungen, also außen, einen Kurzschluß vor.
Das Koplanarleitungsende wird deshalb zweckmäßig für die Signalfrequenz 9 ca.
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vom Diodenort entfernt gelegt, um am Diodenort einen Leerlauf zu erreichen.
Die Schlitzwelle ist bei symmetrischer Lage des Koplanarinnenleiters nicht mit der
Koplanarleitung verkoppelt0
Einander gegenüberliegende Verbindungspunkte
der Dioden D1, D2, D3 und D4 sind, wie vorstehend bereits erwähnt, an die Innenleiter
4,5 der Koplanarleitungen 6,7 bzw. die Metallisierung beiderseits der Schlitzleitung
8 geführt und kontaktiert. Durch die Schlitzleitung 8 werden somit die betreffenden
Anschlußpunkte der senkrechten Brückendiagonalen getrennt, an die die Signalspannung
U5 gebracht wird. Dies erfolgt in der Weise, daß an der Oberseite des Substrates
5 eine mit dem Signaleingang I verbundene Microstripleitung 10 mit einem in Serie
geschalteten ;L/4-langen Leitungstransformator 11 zur Schlitzleitung 8 geführt und
somit mit dieser verkoppelt ist. Dies stellt also den Übergang von der Microstripleitung
zur Schlitzleitung dar. An die 3 /4-lange transformierende Leitung 11 schließt sich
in axialer Verlängerung vom Bereich der Schlitzleitung 8 aus eine ca. #L/4-lange,
am Ende leerlaufende Leitung 12 an. Diese Leitung ersetzt eine andernfalls erforderliche
Durchkontaktierung der vom Signaleingang kommenden Microstripleitung zur metallisierten
Se&tedes Substrats. Diese Art der Microstrip-Schlitzleitungskopplung ist bei
der Ankopplung des 2-mal Ä /4-langen Schlitzes breitbandiger als die Durchkontaktierung,
da der zum Signaleingangswiderstand des Diodenquartetts parallel geschaltete Schlitz
von der in Reihe dazu geschalteten Leitung 12 im Frequenzgang bis zu einem gewissen
Grad kompensiert wird. Der Wellenwiderstand der Leitung 12 kann dabei so gewählt
werden, daß die Kompensation über einen möglichst großen Frequenzbereich wirkt.
Zur Abwärtstransformierung des Signalwiderstandes auf den üblichen Wert von 5052
dient der pL/4-lange Leitungstransformator 11, dessen Wellenwiderstand in geeigneter
Weise gewählt ist.
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Die Oszillatorspannung UO wird über die Koplanarleitungen 6,7 an die
horizontale Brückendiagonale gebracht.
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Die Koplanarleitungen 6,7 werden in ihrem Endbereich mit ihren Innenleitern
4,5 nach der Oberseite des Substrats S durchkontaktiert und setzen sich dort als
Microstripleitungen 16, 17 bis zu einem Magischen-T 12 fort. Dem mit dem ZF-Ausgang
III verbundenen Arm des Magischen-T 12 etwa auf ihrer halben Länge gegenüberliegend
ist auf der Unterseite des Substrats S eine ca. A /2#lange, an den Enden kurzgeschlossene
Schlitzleitung 13 angeordnet. Die Einkopplung der Oszillatorfrequenz f0 auf die
Schlitzleitung 13 erfolgt in der gleichen Weise wie die Einkopplung der Signalfrequenz
auf die Schlitzleitungen 8. Hierfür ist auf der Oberseite des Substrats zwischen
die Eingangsleitung 18 mit z.B. 50 Ohm-Wellenwiderstand und eine # #/4-lange, vom
Kreuzungspunkt der Microstripleitung mit der Schlitzleitung überstehende Leitung
20 zu Anpassungszwecken eine # #/4-lange transformierende Leitung 19 geschalteta
Durch diese Einkoppelart ergibt sich für den Zwischenfrequenzausgang III eine die
Leitungen 19, 20 über drückende Leitung 14 (Leiterbrtcke), die im Bereich des Verzweigungspunktes
des Magischen-T 12 an dessen Arm angeschlossen und an eine mit dem ZF-Ausgang III
verbundene, in einem Teilbereich verbreiterte Microstripleitung 15 geführt ist.
Die durch diese Leiterbrücke 14 entstehende Induktivität kann zusammen mit der kapazitiven
Wirkung der verbreiterten ZF-Ausgangsleitung 15 zu ohnehin erforderlichen Transformationszwecken
herangezogen werden Die Einspeisung der Oszillatorspannung UO über den Schlitz 13
des Magischen-T 12 ergibt die nötige gegenphasige Anregung der beiden Arme 1 und
2 des Magischen-T 12. Am ZF-Ausgang III erscheint keine Os-
zillatorspannung.
Die durch Mischen entstehende Zwischenfrequenz fZF liegt dagegen in Gleichphase
an den Koplanarleitungen und gelangt deshalb an den Parallelausgang des Magischen-T
12.
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Figur 2 zeigt eine Ausführungsform,# die in ihrem Grundaufbau der
nach Figur 1 entspricht. Sie ist jedoch für tiefere Zwischenfrequenzen vorgesehen
als die Ausführungsform nach Figur 1, für welchen Zweck zur Anpassung die Grenzfrequenz
des LC-Transformators in der ZF-Ausgangsleitung tiefer gelegt, die Uberbrückungsinduktivität
und Parallelkapazität also vergrößert sind. Die Leiterbrücke besteht hierbei aus
einer kleinen Luftspule 22 von beispielsweise 3 Windungen. Es kann jedoch hierfür
auch ein Spulenkörper verwendet werden. Die Parallelkapazität wird von einem sich
an die Leiterbahn 23 anschließenden metallischen Belag 24 großer Breite gebildet.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist auch zwischen dem Singaleingang
I und dem Schlitz 8 eine Transformation enthalten, die vor allem bei Ringmischern
bzw.
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Ringmodulatoren für tiefe Frequenzen (z.B. 1-2 GHz) sehr günstig ist,
da sie einen platzsparenden Aufbau ermöglicht. Die Koplanarleitungen 6,7 können
dabei nämlich merklich kürzer als /4- sein. Mit der dadurch am Schlitz 8 entstehenden
Parallelinduktivität und der Serienkapazität, die von einem sich an die Microstripleitung
10 anschließenden metallischen Belag 21 gebildet wird, wird der Signalwiderstand
auf den gewünschten Wert, z.B. 50 Ohm heruntertransformiert.
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2 Patentansprüche 2 Figuren
L e e r s e i t e