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Planarer Gegentaktmischer
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Die Erfindung betrifft einen planaren Gegentaktmischer, bei dem das
Oszillatorsignal über eine Mikrostreifenleitung und das Hochfrequenzsignal über
eine Schlitz- oder Flossenleitung an zwei Mischerdioden herangeführt und das Zwischenfrequenzsignal
über eine Verzweigungsschaltung von der Mikrostreifenleitung ausgekoppelt wird,
wobei der Mikrostreifenleiter und die Schlitz- bzw. Flossenleitung auf der gleichen
Substratseite liegen und die Mischerdioden einerseits mit den leitenden Flächen
der Schlitz- bzw. Flossenleitung und andererseits mit dem Mikrostreifenleiter kontaktiert
sind.
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Ein derartiger planarer Gegentaktmischer ist aus der NTZ, Bd. 31 (1978),
Heft 10, S. 752 - 757 bekannt. Bei diesem in Bild 14 dargestellten Mischer erfolgt
der Rückschluß des Oszillatorstroms von den leitenden Flächen der Flossenleitung
zu der auf der anderen Substratseite befindlichen Massefläche der Mikrostreifenleitung
an den Rändern des Substrats. Und zwar werden die leitenden Flächen der Flossenleitung
mit der Massefläche der Mikrostreifenleitung über das Gehäuse, worin das Substrat
mit seinen Rändern
eingeklemmt wird, kurzgeschlossen. Der Rückschluß
des Oszillatorstroms findet hierbei in einem relativ großen Abstand von den Kontakten
der Dioden mit den leitenden Flächen der Flossenleitung statt. Auf diesem ziemlich
langen Weg zwischen den Diodenkontakten und der Masseleitung treten parasitäre Effekte
auf, die zu Störungen der Felder auf den planaren Leitungen führen. Um bei diesem
Mischer zur Unterdrükkung der parasitären Effekte die Kurzschlüsse zwischen den
leitenden Flächen der Flossenleitung und der Massefläche der Mikrostreifenleitung
sehr dicht an den Diodenkontakten zu erzeugen, müßten die die Kurzschlüsse bewirkenden
Gehäusewände nahe beieinander liegen. Dies bringt fertigungstechnische Schwierigkeiten
mit sich, und ein solch schmales Gehäuse bietet wenig Platz für weitere an den Mischer
sich anschließende Schaltungskomponenten.
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Es wäre denkbar, die Kurzschlüsse mittels Durchplattierun gen in unmittelbarer
Nähe der Diodenkontakte zu erzeugen.
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Manche Substrate, gerade solche mit hoher Dielektrizitätskonstante,
sind sehr hart und spröde, so daß eine Durchplattierung, vor allem nahe bei den
Diodenkontakten, schwierig ist. Bei Substraten mit hoher Integrationsdichte, und
daher kleinen Schaltungsabmessungen, wären sehr präzise und kleine Durchplattierungen
nötig, die aber nur schwer herzustellen sind und nicht exakt für mehrere gleichartige
Mischerschaltungen reproduziert werden können, ohne dabei Änderungen der elektrischen
Eigenschaften in Kauf nehmen zu müssen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen eingangs beschriebenen
planaren Gegentaktmischer zu schaffen, bei dem der Rückschluß des Oszillatorstroms
in unmittelbarer Nähe der schlitz- bzw. flossenleitungsseitigen Diodenkontakte erfolgt,
ohne daß am Substrat oder am Schaltungsgehäuse fertigungstechnisch schwierige Eingriffe
vorzuneh-
men sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Massefläche
der Mikrostreifenleitung mit den auf der gegenüberliegenden Substratseite befindlichen
leitenden Flächen der Schlitz- bzw. F#lossenleitung überlappungsbereiche bildet,
die so angeordnet und bemessen sind, daß für die Oszil latorfrequenz in unmittelbarer
Nähe der sr>hlitzleitungsseitigen Diodenkontakte die Impedanz zwischen den leitenden
Flächen und der Massefläche sehr gering ist, und daß in der Massefläche der Mikrostreifenleitung
eine für die Oszillatorfrequenz etwa A/4 lange schlitzförmige Aussparung vorhanden
ist, die am Ende der Schlitz- bzw. Flossenleitung beginnt und in Richtung des Mikrostreifenleiters
verläuft.
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Zweckmäßige Ausführungen des erfindungsgemäßen planaren Gegentaktmischers
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die vorliegende Mischerschaltung erfordert vorteilhafterweise keine
für die elektrische Wirkung notwendige besondere Gehäuseform und keine komplizierten
Bearbeitungsvorgänge am Substrat.
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Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels eines planaren
Gegentaktmischers wird nun die Erfindung näher erläutert.
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Die Figur zeigt ein Substrat, auf deren dem Betrachter zugewandten
Seite ein Mikrostreifenleiter 1 (gekreuzt schraffiert) und eine Schlitzleitung 2
mit den zugehörigen leitenden Flächen 3 und 4 (schräg schraffiert), die links von
der quer zur Schlitzleitung verlaufenden durchgezogenen Linie liegen, angeordnet
sind. Auf der Rückseite des Substrats befindet sich die zum Mikrostreifenleiter
1 gehörende Massefläche 5 (waagerecht schraffiert), die rechts von der strichlierten
Linie liegt. über die Schlitzleitung wird
das Hochfrequenzsignal
und über die Mikrostreifenleitung das Oszillatorsignal den beiden gegensinnig gepolten
Mischerdioden 6 und 7 (z. B. Beam-Lead-Dioden) zugeführt. Jede der Dio den ist einerseits
mit einer leitenden Fläche 3 bzw. 4 der Schlitzleitung rechts bzw. links neben dem
Schlitz kontaktiert und andererseits mit dem Mikrostreifenleiter 1 verbunden, der
dazu am Ende einen T-förmigen Ansatz hat.
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Für den Rückschluß des .Oszillatorstroms sorgen virtuelle Kurzschlüsse
zwischen den leitenden Flächen 3 und 4 der Schlitzleitung und der Massefläche 5
der Mikrostreifenleitung in unmittelbarer Nähe der schlitzleitungsseitigen Diodenkontakte
a und b. Und zwar werden die virtuellen Kurz schlüsse von zwei symmetrischen, neben
den Diodenkontakten a und b angeordneten Überlappungsbereichen 5 und 6 zwischen
der Massefläche 5 auf der einen Seite des Substrats und den leitenden Flächen 3
und 4 auf der anderen Seite des Substrats erzeugt. Die überlappungsbereiche transformieren
einen Leerlauf an ihrem den Diodenkontakten a und b abgewandten Ende breitbandig
in eine niederohmige Impedanz zwischen den leitenden Flächen 3, 4 und der Masseleitung
5 nahe bei den Diodenkontakten a und b. Zu diesem Zweck beo sitzen die überlappungsbereiche
8 und 9 für die Oszillatorfrequenz eine Länge von A/4. Damit diese Überlappungsbereio
che in der Umgebung der Dioden keine Feldverzerrungen vert ursachen, verlaufen die
Begrenzungslinien der überlappungsbereiche in einem spitzen Winkel auf die Diodenkontakte
a und b zu. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die überlappungsbereiche die
Form von Quadraten, die so liegen, daß die Begrenzungslinien gegenüber der Schlitzleitung
2 und dem mit dieser auf einer Geraden liegenden Mikrostreifenleiter 1 um 450 abgewinkelt
sind.
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Die Massefläche 5 der Mikrostreifenleitung enthält einen
für
die Oszillatorfrequenz ca. A/4 langen, einseitig kurzgeschlossenen Schlitz 10, der
die auf der gegenüberliegen~ den Substratseite verlaufende Schlitzleitung 2 fortsetzt
und sich unterhalb des Mikrostreifenleiters 1 erstreckt.
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Dieser Schlitz 10 verhindert, daß durch die die virtuell len Kurzschlüsse
an den schlitzleitungsseitigen Diodenkontakten a und b bewirkenden Überlappungsbereiche
8 und 9 nicht auch die Schlitzleitung kurzgeschlossen wird. Er unterbricht nämlich
unterhalb der Dioden die Verbindung der überlappungsbereiche 8 und 9 durch die Massefläche
5.
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Der Einfluß des Schlitzes 10 auf den Wellenwiderstand und die Ausbreitungskonstante
des darüberliegenden Mikrostrei fenleiters 1 ist nur sehr gering.
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An die oben beschriebenen Überlappungsbereiche 8 und 9 schließen sich
zwei weitere überlappungsbereiche 11 und 12 an, die ebenso für das Zwischenfrequenzsignal
virtuell Kurzschlüsse zwischen den leitenden Flächen 3 und 4 der Schlitzleitung
und der Massefläche 5 der Mikrostreifenleitung herstellen. Sie sind für die Zwischenfrequenz
A/4 lang und sind von den ersten überlappungsbereichen 8 und 9 durch kleine, induktiv
wirkende überlappungsfreie Bereiche 13 und 14 getrennt.
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Die überlappungsbereiche sind so breit gewählt, daß ihre Wellenwiderstände
möglichst klein sind, um breitbandige Kurzschlüsse zu bewirken. Die Breite für die
Überlappungsbereiche 8 und 9 beträgt 1,2 mm (# Z = 24,50) und die für die überlappungsbereiche
11 und 12 beträgt 4 mm ( Z = 9,6Q) für den Oszillatorfrequenzbereich von ca. 19
bis 23 GHz und den Zwischenfrequenzbereich von 1 bis 2,4 GHz. Die Schlitzleitung
2 hat eine Weite von 0,12 mm, der Mikro streifenleiter 1 ist 0,244 mm breit und
das 0,381 mm dicke Substrat besitzt eine Dielektrizitätskonstante von er - 9,8.
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Das Zwischenfrequenzsignal wird über eine T-Verzweigung 15 und eine
unmittelbar daran anschließende, für das Oszillatorsignal wirkende zweikreisige
Bandsperre 16 von dem Mikrostreifenleiter 1 ausgekoppelt.
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Die beschriebene Ausführungsform des Mischers weist bei Bestüclung
mit GaAs-Schottkydioden in Beam-Lead-Ausführung (z B. NEC ND 5585) über einen Signalfrequenzbereich
von 18 bis 21 GHz einen Mischverlust von nur durchschnittlich 5,5 dB auf.