DE3021654C2 - Planarer Gegentaktmischer - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen planaren Gegentaktmischer zu schaffen, bei dem der Rueckschluss des Oszillatorstroms in unmittelbarer Naehe der schlitz- bzw. flossenleitungsseitigen Diodenkontakte erfolgt, ohne dass am Substrat oder am Schaltungsgehaeuse fertigungstechnische schwierige Eingriffe vorzunehmen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Masseflaeche der Mikrostreifenleitung mit den auf der gegenueberliegenden Substratseite befindlichen leitenden Flaechen der Schlitz- bzw. Flossenleitung Ueberlappungsbereiche bildet, die so angeordnet und bemessen sind, dass fuer die Oszillatorfrequenz in unmittelbarer Naehe der schlitzleitungsseitigen Diodenkontakte die Impedanz zwischen den leitenden Flaechen und der Masseflaeche sehr gering ist. In der Masseflaeche der Mikrostreifenleitung ist eine fuer die Oszillatorfrequenz etwa Lamda 4 lange schlitzf!rmige Aussparung vorhanden, die am Ende der Schlitz- bzw. Flossenleitung beginnt und in Richtung des Mikrostreifenleiters verlaeuft. ...U.S.W

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen planeren Gegentaktmischer, bei dem über eine Mikrostreifenleitung und eine Schlitzleitung das Oszillator- bzw. das Hochfrequenzsignal an zwei gegensinnig gepolte Mischerdioden geführt sind, bei dem die Dioden einerseits mit der Mikrostreifenleitung verbunden und andererseits über jeweils eine für die Oszillatorf requeifz λ/4 lange, leerlaufende Leitung mit der auf der gegenüberliegenden Substratseite angeordneten Massefläche der Mikrostreifenleitung virtuell kontaktiert sind und die Massefläche unterhalb der Mikrostreifenleitung durch eine für die Oszillatorfrequenz λ/4 lange, am diodenseitigen Ende der Schlitzleitung beginnende schlitzförmige Aussparung unterbrochen ist, wie er aus der DE-AS 26 12 091 bekannt ist.

Aus der NTZ, Bd.31 (1978), Heft 10, S. 752-757 ist ein planarer Gegentaktmischer 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 Massefläehe 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 bi 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 Unterdrückung der parasiiären 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 biete! wenig Platz für weitere an den Mischer sich anscLHeßende Schaltungskomponenten.

Es wäre denkbar, die Kurzschlüsse mittels Durchplattierungen in unmittelbarer Nähe der Diodenkontakte zu erzeugen. 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.

Ein palanarer Gegentaktmischer, bei dem über eine Schlitz- und eine Mikrostreifenleitung das Oszillatorbzw, das Hochfrequenzsignal an die Mischerdiode herangeführt werdan, geht, wie eingangs erwähnt, aus der DE-AS 26 12 091 hervor. Hier sind die Mikrostreifenleitung und die Schlitzleitung auf einander gegenüberliegenden Substratseiten angeordnet Eine Folge davon ist, daß die einerseits mit dem Streifenleiter galvanisch kontaktierten Dioden andererseits mit den leitenden Flächen der Schlitzleitung nur elektromagnetisch gekoppelt sind. Die elektromagnetische Kopplung ist aber gegenüber einer galvanischen Kontaktierung schmalbandiger.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen planaren Gegentaktmischer der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Mischerdioden mit den beiden Leitungstypen, der Schlitz- und der Mikrostreifenleitung, galvanisch kontaktiert sind, um eine möglichst breitbandige Anordnung zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrostreifenleitung, in die das Oszillatorsignal eingespeist und aus der das Zwischenfrequenzsignal ausgekoppelt wird, und die Schlitzleitung, in die das Hochfrequenzsignal eingespeist wird, beide auf der gleichen Substratseite angeordnet sind, und daß die λ/4 langen Leitungen durch Überlappungen zwischen den leitenden, mit den Dioden galvanisch kontaktierten Flächen der Schlitzleitung und der Massefläche der Mikrostreifenleitung gebildet sind.

Eine zweckmäßige Ausführung des erfindungsgemäßen planaren Gegentaktmischers ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Die vorliegende Mischerschaltung erfordert vorteilhafterweise keine für die elektrische Wirkung notwendige besondere Gehäuseform und keine komplizierten Bearbeitungsvorgänge am Substrat.

Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels eines planaren Gegentaktmischers wird nun die Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Substrat, auf deren dem Betrachter zugewandten Seite eine Mikrostreifenleitung (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 zur Mikrostreifenleitung 1 gehörende Massefläche 5 (waagerecht schraffiert), die rechts von der strichlierten Linie liegt. Über die Schlitzleitung wird das Hochfrequenzsignal 5 und über die Mikrostreifenleitung das Oszillatorsignal den beiden gegensinnig gepolten Mischerdioden 6 und 7 (z. B. Beam-Lead-Dioden) zugeführt. Jede der Dioden ist einerseits mit einer leitenden Fläche 3 bzw. 4 der Schlitzleitung rechts bzw. links neben dem Schlitz kontaktiert una andererseits mit der Mikrostreifenleitung 1 verbunden, die dazu am Ende einen T-förmigen Ansät? aufweist.

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 Kurzschlüsse von zwei symmetrischen, neben den Diodenkontakten a und b angeordneten Überlappungen 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 Überlappungen transformieren einen Leerlauf an ihrem den Diodenkontakten d und b abgewandten Ende breitbandig in eine niederohmige Impedanz zwischen den leitenden Flächen 3,4 und der Massefläche 5 nahe bei den Diodenkontakten a und b. Zu diesem Zweck besitzen die Überlappungen 8 und 9 für die Oszillatorfrequenz eine Länge von A/4. Damit diese Überlappungen in der Umgebung der Dioden keine Feldverzerrungen verursachen, verlaufen die Begrenzungslinien der Überlappungen in einem spitzen Winkel auf die Diodenkontakte a und b zu. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Überlappungen die Form von Quadraten, die so liegen, daß die Begrenzungslinien gegenüber der Schlitzleitung 2 und dem mit dieser auf einer Geraden liegenden Mikrostreifenleitung 1 um 45° abgewinkelt sind.

Die Massefläche 5 der Mikrostreifenleitung enthält -»o einen für die Oszillatorfrequenz ca. λ/4 langen, einseitig kurzgeschlossenen Schlitz 10, der die auf der gegenüberliegenden Substratseite verlaufende Schützleitung 2 fortsetzt und sich unterhalb der Mikrostreifenleitung 1 erstreckt Dieser Schlitz 10 verhindert, daß durch die die virtuellen Kurzschlüsse an den schlitzleitungsseitigen Diodenkontakten a und b bewirkenden Überlappungen 8 und 9 nicht auch die Schlitzleitung kurzgeschlossen wird. Er unterbricht nämlich unterhalb der Dioden die Verbindung der Überlappungen 8 und 9 durch die Massefläche 5. Der Einfluß des Schlitzes 10 auf den Wellenwiderstand und die Ausbreitungskonstante der darüberliegenden Mikrostreifenleitung 1 ist nur sehr gering.

An die oben beschriebenen Überlappungen 8 und 9 schließen sich zwei weitere Überlappungen 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 hersteilen. Sie sind für die Zwischenfrequenz XIA lang und sind von den ersten Überlappungen 8 und 9 durch kleine, induktiv wirkende überlappungsfreie Bereiche 13 und 14 getrennt.

Die Überlappungen sind so brei, gewählt, daß ihre Wellenwiderstände möglichst klein sind, um breitbandi ge Kurzschlüsse zu bewirken. Die Breite für die Überlappungen 8 und 9 beträgt i 2 mm ( = Z = ?4,5 Ω) und die für die Überlappungen 11 und 12 beträgt 4 mm ( = Z - · 9,6 Ω) für den Oszillatorfrequenzbereich von ca. 19 bis 23GHz und den Zwischenfrequenzbereich von 1 bis 2,4 GHz. Die Schützleitung 2 hat eine Weite von 0,12 mm, die Mikrostreifenleitung 1 ist 0,244 mm breit und das 0381 mm dicke Substrat besitzt eine Dielektrizitätskonstante von er= 9,8.

Das Zwischenfrequenzsignal wird über eine T-Verzweigung 15 und eine unmittelbar daran anschließende, für das Oszillatorsignal wirkende zweikreisige Bandsperre 16 von der Mikrostreifenleitung 1 ausgekoppelt.

Die beschriebene Ausführungsform des Mischers weist bei Bestückung mit GaAs-Scholtkydioden in Beam-Lead-Ausführung (z.B. NEC ND 5585) über einen Signalfrequenzbereich von 18 bis 21 GHi einen Mischverlust von nur durchschnittlich 5,5 dB auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Planarer Gegentaktmischer, bei dem über eine Mikrostreifenleitung und eine Schlitzleitung das Oszillator- bzw. das Hochfrequenzsignal an zwei gegensinnig gepolte Mischerdioden geführt sind, bei dem die Dioden einerseits mit der Mikrostreifenleitung verbunden und andererseits über jeweils eine für die Oszillatorfrequenz λ/4 lange, leerlaufende Leitung mit der auf der gegenüberliegenden Substratseite angeordneten Massefläche der Mikrostreifenleitung virtuell kontaktiert sind und die Massefläche unterhalb der Mikrostreifenleitung durch eine für die Oszillatorfrequenz A/4 lange, am diodenseitigen Ende der Schlitzleitung beginnende schlitzförmige Aussparung unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostreifenleitung (1), in die das Oszillatorsignal eingespeist und aus der das Zwischenirequenzsignal ausgekoppelt wird, und die Schlitzleitung (2), in die das Hochfregiisnzsignal eingespeist wird, beide auf der gleichen Sabstratseite angeordnet sind, und daß die λ/4 lange Leitungen durch Überlappungen (8, 9) zwischen den leitenden mit den Dioden galvanisch kontaktierten Rächen (3, 4) der Schlitzleitung und der Massefläche (5) die Mikrostreifenleitung gebildet sind.

   2. Planare Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungen (8,

   9) bei den schlitzleitungsseitigen Diodenkontakten (a, b) links und rechts neben dem Schlitz engflächig beginnen und sich in Richtung quer zur Schlitz- und zur Mikrostreifenleitung aufweiten.