DE3632002C2 - Quadratur-Mischer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Quadratur-Mischer nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Ein solche Mischer ist bereits aus dem Artikel von R. S. Tahim, G. M. Hayashibara und K. Chang: "Design and Performance of W-Band Broad-Band Integrated Circuit Mixers"; in: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-31, No. 3, March 1983, Seiten 277-283 bekannt.

Mischer dieser Art werden z. B. benötigt zur Richtungserkennung beim Dopplerradar, zur Seitenbandunterdrückung oder für homodyne Phasenmessung.

Bei dem in dem eingangs genannten Artikel von R. S. Tahim et. al. beschriebenen Mischer handelt es sich um einen in der englisch- sprachigen Literatur als "crossbar-stripline"-Quadratur-Mischer bekannten Quadratur-Mischer, der für den Millimeter-Wellenbereich (W-Band) konzipiert worden ist. Bei diesem Mischer ist ein Sub­ strat vorgesehen, auf dem eine planare Schaltungsstruktur in Streifenleitungstechnik mit Mischerdioden verschaltet ist und das quer zur Leitungsrichtung in einem Hohlleiter für das RF-Signal eingefügt ist. Die Schaltungsstruktur weist einen Innenleiter auf, der zur Ankopplung in einen Hohlleiter für das Trägersignal (LO-Signal) hineinragt, in dem auch ein verschiebbarer Kurzschluß angeordnet ist.

Aus der DE 28 16 915 A1 ist weiterhin ein Mischer bekannt, der als planare Schaltungsstruktur mit Mischdioden auf einem Substrat ausgebildet ist, das in einem T-förmigen Hohlleiter mit Toren für das RF- und das LO-Signal und das ZF-Signal angeordnet ist und dabei in Leitungsrichtung des Hohlleiters für das FR-Signal aus­ gerichtet ist.

Ferner ist bekannt, zwei getrennte Mischer mit entsprechender Phasenverschiebung der zugeführten Signale zu verwenden, vgl. Skolnik, Introduction to Radar Systems, 2nd Edition, McGraw-Hill, 1980, Seite 78f. Diese Lösung erfordert hohen Aufwand und großen Platzbedarf. Es ist weiter bekannt, auf einer Leitung zwei Dioden im Abstand λ/8 zueinander anzubringen. Diese Lösung weist hohe Verluste und eine geringe Entkopplung zwischen RF- und lokalem Signal (LO) auf. Bei der ersten Lösung ist außerdem eine Auskopplung des LO- Signals erforderlich, wenn ein einziger Oszillator für Sende- und LO-Signal benutzt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Mischer der eingangs genannten Art anzugeben, der bei geringem Auf­ wand, geringen Verlusten und guter LO/RF-Entkopplung eine einfache gleichzeitige Benutzung des LO-Signals als Sende­ signal erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 be­ schrieben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen der Erfindung. Die Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen einfachen Cross-Bar-Quadratur-Mischer, Fig. 1 im Querschnitt durch die Hohlleiter mit Aufsicht auf das Substrat, Fig. 2 im Horizontalschnitt. Die Hohl­ leiter für das RF-Signal und das lokale Signal LO ver­ laufen parallel unmittelbar nebeneinander. Quer zur Lei­ tungsrichtung ist ein Substrat mit einer Koplanarleitung in den RF-Hohlleiter eingefügt. Die Metallisierungen sind schraffiert gezeichnet. Das Substrat ist durch eine Öffnung in der gemeinsamen Hohlleiterwand weitergeführt. Der Koplanar-Innenleiter ragt zur kapazitiven Ankopplung des LO-Signals ein Stück in dessen Hohlleiter hinein. In diesem Fall ist der LO-Hohlleiter hochkant gegenüber dem RF-Hohlleiter ausgerichtet. Die Ankopplung kann alternativ auch induktiv erfolgen, wie unten beim zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel beschrieben.

Am der Auskopplung entgegengesetzten Ende ist die Kopla­ narleitung mit einem Absorber abgeschlossen. Dazu ist in diesem Bereich eine Aussparung in die Wand des RF-Hohl­ leiters um das Substrat gefräst.

Der RF-Hohlleiter ist hinter dem Substrat mit einem ver­ schiebbaren Kurzschluß abgeschlossen. Der LO-Hohlleiter dagegen kann weiterlaufen in einen Sendezweig.

Auf der Koplanarleitung sind zwei Mischerdioden D1 und D2 im Abstand λ/4 zueinander angeordnet, wodurch die ge­ wünschte Phasenverschiebung von 90° des LO-Signals ge­ schieht. Die Dioden werden senkrecht vom RF-Signal ange­ strahlt und so aufgrund ihrer Anordnung gegenphasig ange­ steuert. Der Koplanar-Innenleiter dient als gemeinsame Masse, die Außenleiter als getrennte ZF-Zuführungen ZF1 und ZF2. Sie sind gegen die Substratfassung isoliert. Über sie können außerdem die Dioden vorgespannt werden, Bias 1 und Bias 2.

Fig. 3 und 4 zeigen als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Cross-Bar-Quadratur-Gegentaktmischer, Fig. 3 im Querschnitt, Fig. 4 im Horizontalschnitt. Auf der Koplanarleitung sind jeweils zwei Dioden D11 und D12 und im Abstand λ/4 dazu D21 und D22 als Gegentaktmischer angebracht. Sie werden durch das senkrecht eingestrahlte RF-Signal gleichphasig angesteuert.

Der Koplanar-Innenleiter dient hier als ZF-Zuleitung. Die Trennung zwischen den ZF-Signalen ZF1 und ZF2 erfolgt durch eine Interdigitalstruktur im Innenleiter zwischen den Diodenpaaren. Die Koplanar-Außenleiter dienen jeweils als gemeinsame Masse für die Dioden D11 und D21 bzw. D12 und D22.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die LO-Ankopplung induktiv. Der Koplanar-Innenleiter bildet im LO-Hohlleiter eine Schleife zum Außenleiter hin. Die Breitseiten der Hohlleiter liegen jeweils in einer Ebene. Die LO-Ankopp­ lung kann alternativ auch kapazitiv erfolgen, wie oben beschrieben.

Da im Ausführungsbeispiel über den Koplanar-Innenleiter auch die ZF-Zuführung ZF1 erfolgt, muß hier die Schleife gegen die Substratfassung isoliert sein und eine Auf­ trennung gegen den masseführenden Außenleiter erfolgen. Diese Auftrennung kann wiederum auf drei Arten überbrückt werden:

• 1. durch eine Koppelkapazität, indem eine Isolier­ folie mit einem metallischen Fleck aufgeklebt wird,
• 2. durch einen λ/2-Resonator auf der Substrat-Rückseite oder
• 3. durch die Kapazität Gehäuse-Isolierfolie-Substrat­ metallisierung, indem die Isolierfolie für die Substrat- Isolierung ein Stück weit über die Auftrennung gezogen wird.

Claims (9)

1. Quadratur-Mischer, insbesondere für den Millimeter-Wellenbereich, mit einem Substrat, auf dem eine planare Schaltungsstruktur mit Mischerdioden verschaltet ist und das quer zur Leitungsrichtung in einem Hohlleiter für das RF-Signal eingefügt ist, wobei die Schaltungsstruktur einen Innenleiter aufweist, der zur Ankopplung in einen Hohlleiter für das Trägersignal hineinragt, sowie mit einem verschiebbaren Kurzschluß in einem der beiden Hohlleiter, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Hohlleiter für das RF-Signal (RF) und das Träger­ signal (LO) parallel unmittelbar nebeneinander verlaufen;
• - daß der Innenleiter Bestandteil einer Koplanarleitung ist und das Substrat durch eine Öffnung in der gemeinsamen Wand der beiden Hohlleiter weitergeführt ist;
• - daß der verschiebbare Kurzschluß im Hohlleiter für das RF- Signal hinter dem Substrat angeordnet ist und diesen Hohl­ leiter abschließt;
• - daß auf der Koplanarleitung im Abstand λ/4 zueinander zwei Dioden (D1, D2) mit gemeinsamer Masse angebracht sind, die senkrecht vom RF-Signal bestrahlt werden.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koplanar-Innenleiter als gemeinsame Masse dient, und daß die beiden Außenleiter als getrennte ZF-Zuführungen (ZF1, ZF2) für die beiden Dioden (D1, D2) dienen und gegen die Substratfassung isoliert sind.

3. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Dioden (D11, D12 bzw. D21, D22) als Gegen­ taktmischer im Abstand λ/4 auf der Koplanarleitung ange­ bracht sind, daß der Koplanar-Innenleiter zwischen den Diodenpaaren durch eine Interdigitalstruktur (ZF-Trennung) aufgetrennt ist und in seinen beiden getrennten Teilen jeweils als ZF-Zuführung (ZF1, ZF2) für die Diodenpaare dient, und daß die beiden Außenleiter jeweils als gemein­ same Masse für zwei Dioden dienen.

4. Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koplanarleitung an dem der Ankopplung entgegengesetzten Ende durch einen Absorber abgeschlossen ist.

5. Mischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koplanar-Innenleiter zur kapazi­ tiven Ankopplung in den Hohlleiter für das lokale Signal (LO) ragt, und daß dieser gegenüber dem Hohlleiter für das RF-Signal (RF) hochkant ausgerichtet ist.

6. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Koplanar-Innenleiter zur induk­ tiven Ankopplung im Hohlleiter für das lokale Signal (LO) eine Schleife bildet.

7. Mischer nach Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schleife gegen die Substratfassung isoliert ist und eine Auftrennung gegenüber dem Koplanar-Außen­ leiter aufweist.

8. Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung durch eine Koppelkapazität überbrückt ist.

9. Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung durch einen λ/2-Resonator auf der Rück­ seite des Substrats überbrückt ist.