DE3539523A1 - Frequenzwandlerschaltung - Google Patents

Description

Hitachi, Ltd. 5. November 1985

A 6637 Al/fa

Beschreibung

Frequenzwandlerschaltung 10

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Frequenzwandlerschaltung mit einem Hochfrequenzoszillator/

einem Trennverstärker und einer Mischeinrichtung zum Um-15

wandeln eines Hochfrequenzsignals in ein Zwischenfrequenzsignal.

In einem Satelliten-Rundfunkempfangssystem wird ein 12 GHz-Band-Signal durch eine Parabolantenne empfangen und durch eine Außeneinrichtung in ein 1 GHz-Band-Signal nach unten umgewandelt, wobei dieses Signal weiter durch eine Inneneinrichtung in ein 400 MHz-Signal umgewandelt wird. Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Frequenzwandlerschaltung,

welche in geeigneter Weise zum Umwandeln des oben erwähnten 25

1 GHz-Band-Signals in ein 4 00 MHz-Signal benutzt werden kann.

Einetypische konventionelle Frequenzwandlerschaltung zum Umwandeln eines HochfrequenzSignaIs in ein Zwischenfrequenzsignal ist in der JP-OS-17 90 05/83 offenbart.

Eine solche Frequenzwandlerschaltung weist einen "kollektorgeerdeten Transistoroszillator und eine Mischeinrichtung

mit zwei Dioden auf, wobei eine ^- Schwingfrequenz von 35

einem Induktor eines Resonanzkreises des Oszillators durch induktive Kopplung an die Mischeinrichtung angelegt wird.

* (κ

* Im allgemeinen wird in einer Frequenzwandlerschaltung die Schwingleistung , welche an eine Mischeinrichtung angelegt wird, durch induktive Kopplung, wie oben beschrieben, wiedergewonnen. Wenn eine große Leistung, die ausreicht, um einen zufriedenstellenden Mischeinrichtungsbetrieb sicherzustellen, erzielt werden muß, wird ein Puffertransistor mit einer festen induktiven Kopplung benutzt. Der Ausgang dieser induktiven Kopplung verändert die Resonanzimpedanz,wodurch leicht eine anormale Schwingung wie eine .Schwingungsauslassung oder ein Schwingungsstop verursacht wird. Wenn der Schwingkreis über ein Breitband veränderlich ist, um einen Breitbandempfang zu ermöglichen, wird die Resonanzeigenschaft des induktiven Kopplungskreises deutlich, wodurch eine große Frequenzabweichung der an die Mischeinrichtung angelegten Schwingleistung verursacht wird (d. h. eine große Veränderung der Schwingleistung mit der Frequenz), wodurch sich eine große Frequenzabweichung der Frequenzumwandlungseigenschaft der Mischeinrichtung ergibt.

Da der Umwandlungsverlust der Mischschaltung andererseits groß ist, ist es erforderlich, Verstärker in ;Mehrfachstuf en nach der Mischeinrichtung anzuordnen.

Darüberhinaus erfordert der Puffertransistor große Leistung zum Steuern der Mischeinrichtung mit großer Schwingleistung, was den Nachteil eines großen Abflusses der Schwingleistung der Mischeinrichtung zu dessen Signaleingangsklemme mit sich bringt.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Frequenzwandlerschaltung zu schaffen,in welcher ein Hochfrequenzschwingkreis keine .anormale Schwingung verursacht und die Schwingleistung keine große Frequenzabweichung zeigt, selbst wenn der Schwingkreis über ein breites Band veränderlich ist, mit dem Ergebnis, daß eine große Frequenzabweichung in der Frequenzumwandlungseigenschaft der Misch-

ι .5·

einrichtung nicht auftritt, während der Umwandlungsverlust und der Abfluß der Schwingleistung zur Signaleingangsklemme in der Mischschaltung klein gehalten werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Basis des basisgeerdeten Schwingtransistors, der Emitter des . emittergeerdeten Schwingtransistors oder der Kollektor des . kollektorgeerdeten Transistors direkt mit der Basis eines Puffertransistors verbunden, der als Frequenzwandler arbeitet, um die Schwingleistung direkt dem Puffertransistor zuzuführen, während an denEmitter des Puffertransistors ein Hochfrequenzsignal angelegt wird und von dessen Kollektor ein Zwischenfrequenzsignal abgenommen wird, wodurch eine

kompakte Frequenzwandlerschaltung verwirklicht wird, welche 15

einen geringen Leistungsverbrauch und stabile Schwing- und Frequenzumwandlungseigenschaften aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der

vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden 20

Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

einen Schaltplan einer grundsätzlichen Schaltung der vorliegenden Erfindung,

einen Schaltplan einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

eine graphische Darstellung der Umwandlungsverstärkungseigenschaft einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im 1 GHζ-Band

Fig. 4 und5 Schaltpläne von Schaltungen einer dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

	Fig.	1
25
	Fig.	2
30	Fig.	3

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Dämpfungseigenschaft eines Hochfrequenzkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Verbindungsmuster

einer gedruckten Leiterplatte, die bei der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

In Fig. 1 weist ein Schaltungsteil S,der von einer strichpunktierten Linie umgeben ist, einen Schwingkreis auf, dessen Ausgangssignal von der Basis 2 eines Schwingtransistors 1 abgenommen und der Basis 15 eines Ausgangspuffertransistors c 14 zugeführt wird.

Die Basis des Schwingtransistors 1 ist über eine Induktivität 40 und einen Kondensator 5 geerdet, wodurch die Impedanz der Basis 2 klein gehalten wird. Ein Rückkopplungskondensator

6 wird zwischen den Emitter 3 und den Kollektor 4 eingefügt. 20

Der Kollektor 4 ist über einen Kondensator 8 mit einem Resonanzkreis verbunden, der Dioden 9, 9* mit variabler Kapazität und eine Induktivität 10 aufweist. Darüberhinaus ist eine Vorspannungswiderstand 7 vorgesehen.

Die Schwingfrequenz wird durch Veränderung der Vorspannung, welche über die Klemme 27 an die Dioden 9, 9¹ mit veränderlicher Kapazität angelegt wird, verändert. Ein zufriedenstellender Schwing-und Mischbetrieb ist möglich, wenn die Induktivität 40 einen Wert von 1nH bis 3nH und der Kondensator 5 einen Wert von 2OpF oder mehr aufweist.

Wenn die Basis 2 des Transistors 1 direkt mit der Basis 15 des Ausgangspuffertransistors 14 verbunden ist, ist es

möglich, an der Klemme 28 ein großes Schwingausgangssignal 35

mit einer kleinen Bandabweichung der Schwingleistung abzunehmen, ohne die Schwingeigenschaften des Schwingkreises S zu beeinträchtigen. Der Ausgangspuffertransistor 14 hat

• T '

einen Emitter 16 und einen Kollektor 17. Darüberhinaus ist ein Kopplungskondensator 18 und ein Erdungskondensator 13 dargestellt.

Eine Schaltung gemäß eirer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche auf der Grundlage der grundsätzlichen Schaltung der Fig. 1 ausgebildet ist, ist in Fig. 2 dargestellt .

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Puffertransistor 14, welcher direkt mit dem Schwingtransistor 1 über die Basen 2 und 15 verbunden ist, als eine Frequenzwandlerschaltung derart verwendet, daß an den Emitter 16 über die Klemme 2 9 ein Hochfrequenzsignal angelegt und mit der an

die Basis 15 angelegten Schwingleistung gemischt wird, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal am Kollektor 17 erzeugt wird.

Der Emitter 16 des Puffertransistors 14 ist mit einem Serien-

resonanzkreis verbunden, der eine Induktivität 30 und einen Kondensator 31 aufweist, um die Zwischenfrequenz zu erden. Der Kollektor 17 ist mit einem Tiefpaßfilter 33 verbunden, um eine offene Impedanz gegen die Schwingfrequenz und die

Freuqenz des Hochfrequenzsignals zu schaffen. 25

In dieser Schaltung wird die Induktivität 40, welche mit der Basis 2 des Schwingtransistors 1 verbunden ist, verwendet, um die Basis 15 des Puffertransistors 14 direkt mit der Basis 2 des Schwingtransistors 1 zu verbinden. Da-

her wird die Schwingleistung mit kleiner Bandabweichung wirksam an die Basis 15 angelegt, wodurch eine bessere Frequenzumwandlungseigenschaft erzielt wird,

In Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Umwandlungs-Verstärkungseigenschaft im 1GHz-Band gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform gezeigt.

In Fig. 3 stellt die Abszisse die Signalfrequenz eines Hochfrequenzsignals, welches an die Klemme 29 in Fig. 1 angelegt wird, und die Ordinate die Umwandlungsverstärkung

dar.
5

Bei der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Schwingfrequenz 1,35 bis 1,85 GHz, die Signalfrequenz des an die Klemme 29 angelegten Hochfrequenzsignals 0,95 bis 1,45 GHz, die Zwischenfrequenz des von der Klemme 28 abgenommenen Zwischenfrequenzsignals 400 MHz und die vom Schwingkreis abgenommene Leistung über die gesamte Schwingbandbreite -2 dBm, wodurch eine bessere ümwandlungsverStärkungseigenschaft bei ungefähr 10 dB mit kleiner Bandabweichung angezeigt wird.
15

Die angelegte Schwingleistung ist nur -2 dBm groß, wodurch weniger Schwingleistung zur Hochfrequenzsignal-Eingangsklemme 29 des Emitters 16 abfließt. Da dieser Emitter 16

für eine hohe Impedanz gegen die Schwingfrequenz und deren 20

höhere Oberschwingungen sorgt, zeigt der Transistor 14 keine Verstärkung, wodurch der Schwingleistungsabfluß auf geringem Niveau gehalten wird.

Andererseits verwendet der Puffertransistor 14, welcher als 25

Mischtransistor gesteuert ist, den Emitterstrom als kleinen Strom zur Verbesserung der ümwandlungsverStärkung, indem er die nicht-lineare Eigenschaft des PN-Übergangs der Basis 15 und des Emitters 16 nutzt, wodurch der Leistungsverbrauch

verringert wird.
30

Wie oben beschrieben, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Fig. 1, einerseits die Basis2 des Schwingtransistors 1 direkt mit der Basis 15 des Puffertransistors 14 verbunden und ist der Puffertransistor 14 andererseits als Mischtransistor gesteuert, wodurch ein stabiler Schwingbetrieb, eine bessere Umwandlungseigenschaft, eine sehr kompakte Schaltung, ein reduzierter Leistungsver-

Λ-

brauch und ein kleinerer Abfluß der Schwingleistung zur Eingangsklemmenseite ermöglicht wird.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf einen basisgeerdeten Schwingkreis erläutert. Es ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen basisgeerdeten Schwingkreis beschränkt ist, sondern daß die gleiche Wirkung erzielt wird durch IQ Verwendung eines kollektorgeerdeten Schwingkreises oder eines emittergeerdeten Schwingkreises.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher als Schwingkreis S ein kollektorgeerdeter Schwingkreis ver-

j_5 wendet wird. In Fig. 4 ist der Kollektor 4 eines Schwingtransistors 1 über einen ' Chipkondensator 34 geerdet. Wie gezeigt, weist die Elektrode des Chip kondensators eine Induktivität auf. Die vom Kollektor 4 abgenommene Schwingleistung wird dem Puffertransistor 14 an der Basis 15 zu-

2Q geführt, welche direkt in Hochfrequenzart über den Kondensator 35 mit dem Kollektor 4 verbunden ist.

Eine graphische Darstellung der Dämpfungseigenschaft des Hochfrequenz- Chipkondensators ist in Fig. 6 gezeigt und stellt die Durchlaßcharakteristik dar mit einer 50Π.

Leitung, geerdet durch einen Chipkondensator, geladen mit 1000 pF, d. h. die Frequenzcharakteristik der Übertragungsverstärkung.

ο« Ein Chipkondensator von 4000 pF hat eine Impedanz von 0,2X1 oder weniger bei der Frequenz von 1 GHz oder mehr, und wird im Idealfall um 25 dB oder mehr gedämpft bzw. reduziert. Tatsächlich erzeugt der äquivalente Widerstand von ungefähr 1,5fl der Induktivität der Elektrode

gc des Chipkondensators eine Dämpfung von ungefähr 8 dB bis 10 dB, wie in der graphischen Darstellung der Fig. 6 gezeigt.

Aus der gleichen graphischen Darstellung geht ebenfalls hervor, daß das Dämpfungsausmaß mit steigender Frequenz abnimmt. Dies ist dadurch begründet, daß die Selbstresonanzfrequenz aufgrund der Kapazität des Chipkondensators und der Induktivität des Elektrode in einem Niederfrequenzband von 1 GHz oder weniger liegt, während die Induktivität der Elektrode als kleine Induktivität bei 1 GHz oder mehr arbeitet. Die Impedanz dieses Chipkondensators reicht für den Oszillator als Erdungsimpedanz aus. Unter Ausnutzung dieser Dämpfungscharakteristik des Chipkondensators gegen das Hochfrequenzsignal ist die Basis des Schwingtransistors, der über diesen Kondensator geerdet ist, direkt mit der Basis eines Puffertransistors verbunden, um eine Schaltungsanordnung zu bilden, bei welcher ein Schwingausgangssignal 15

von der Schwingtransistorseite zur Puffertransistorseite geliefert werden kann ohne Beeinträchtigung der Schwingcharakteristik .

Eine Ausführungsform, bei welcher als Schwingkreis S eine emittergeerdeter Schwingkreis Verwender wird, ist in Fig. gezeigt.

Ein Emitter 3 ist über einen chdpkondensator 36 geerdet. Der Emitter 3 ist in Hochfrequenzart über einen Kondensator 37 mit der Basis 15 eines Puffertransistors 14 verbunden.

Beide Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 sind derart ausgebildet, daß die Schwingleistung direkt von einem geerdeten

Anschluß an die Basis eines Puffertransistors angelegt wird, 30

wodurch der gleiche Effekt erzielt wird wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, bei welcher ein basisgeerdeter Schwingkreis verwendet wird.

In Fig. 7 ist ein Verdrahtungsmuster einergedruckten Leiterplatte 50 gezeigt, die bei der Schaltung der ersten Ausführungsform des Fig. 2 benutzt wird. In dieser Schaltung wird jedoch ein Chipkondensator 34 als Induktivität 40

und Kondensator 5 verwendet. Obwohl lediglich ein Verdrahtungsmuster für die Schlatung der ersten Ausführungsform offenbart ist, ist es klar, daß man ebenfalls ein Verdrahtungsmuster für die zweite und dritte Ausführungsform durch entsprechende Korrektur des in Fig. 7 gezeigten Verdrahtungsmusters erhalten kann.

Aus dem Vorhergehenden wird klar, daß erfindungsgemäß eine Frequenzwandlerschaltung geschaffen wird, in welcher die Basis (oder der Kollektor oder Emitter) eines Schwingtransistors, bezüglich seiner Impedanz durch einen Kondensator reduziert, direkt mit der Basis eines Puffertransistors verbunden ist und in welcher ein Hochfrequenzsignal an den Emitter des Puffertransistors angelegt wird, um ein stabiles Zwischenfrequenzsignal mit kleiner Bandabweichung am Kollektor zu erzeugen, während eine große.Umwandlungsverstärkung, eine stark reduzierte Schaltungsgröße, eine geringere Anzahl von Bauelementen und ein geringerer Leistungsverbrauch erzielt wird.

Claims (7)

Hitachi, Ltd. 5. November 1985 A 6637 Al/fa Patentansprüche

1. Frequenzwandlerschaltung zum Umwandeln eines Hochfrequenzsignals in ein Zwischenfrequenzsignal, gekennzeichnet durch,
10

einen ersten Transistor (1) mit einer ersten, zweiten und dritten Anschlußklemme (2, 3, 4), wobei eine dieser Klemmen über eine erste Induktivität (40) und einen ersten

Kondensator (5) geerdet ist,
15

einen zweiten Kondensator (6), der zwischen die beiden nicht geerdeten Anschlußklemmen der drei Anschlußklemmen eingefügt ist,

einen Resonanzkreis mit Dioden (9, 9') variabler Kapazität und einer zweiten Induktivität (10), der über einen dritten Kondensator (8) mit einem der nicht geerdeten zwei Anschlußklemmen verbunden ist, und

einen zweiten Transistor (14) mit einer Basis (15), die mit der geerdeten Anschlußklemme des ersten Transistors verbunden ist, und einem Emitter (16) , der über Impedanzen (30, 31) geerdet ist, die dem Zwischenfrequenzsignal im wesentlichen keinen Widerstand bieten, wobei der Emitter mit einer Hochfrequenzsignal-Eingangsklemme (29) verbunden ist, an welche das Hochfrequenzsignal angelegt wird, und wobei der Kollektor (17) des zweiten Transistors über ein Tiefpaßfilter (33) ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt.

■

2. Frequenzwandlerschaltung nach AnspruchT,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Induktivität (40) und der erste

Kondensator (5) aus einem Hochfrequenz-Chipkondensator

(34) bestehen.

c

3. Frequenzwandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geerdete Anschlußklemme des ersten Transistors (1) dessen Basis (2) ist.

4. Frequenzwandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ,Q gekennzeichnet, daß die geerdete Anschlußklemme des ersten

Transistors (1) dessen Kollektor (4) ist.

5. Frequenzwandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geerdete Anschlußklemme des ersten

,,_ Transistors (1) dessen Emitter (3) ist.

6. Frequenzwandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzwandlerschaltung durch Verwendung eines Verdrahtungsmusters einer gedruckten Leiterplatte (50) gebildet ist.

7. Frequenzwandlerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Induktivität nicht kleiner als 1 nH und nicht größer als 3 nH ist und daß der erste Kondensator einen Wert von nicht weniger als 20 pF aufweist.