DE3734882C1

DE3734882C1 - Radio-frequency mixer

Info

Publication number: DE3734882C1
Application number: DE19873734882
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl-Ing Draht; Reiner Dipl-Ing Hausdorf
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-03-16

Abstract

In a radio-frequency mixer for converting a high input frequency fe down to a lower intermediate frequency fz, two or more mixing stages are connected in series with one another and driven by a single heterodyne oscillator having the same heterodyne frequency f0 = (fe-fz)/n, n being the number of mixing stages.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzmischer laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a high frequency mixer according to Preamble of the main claim.

Hochfrequenzmischer dieser Art sind bekannt (Radio Communication, Vol. 50, No. 12, Seiten 854 bis 856, Dezember 1974; Frequenz 34 (1980) 1, Seiten 2 bis 6; DE-AS 27 13 318). Für eine doppelte Frequenzumsetzung dieser bekannten Art wird die Ausgangsfrequenz des gemeinsamen Überlagerungsoszillators mittels eines Frequenzvervielfachers beispielsweise auf die 5fache Oszillatorfrequenz erhöht und damit die erste Mischstufe angesteuert, während die darauffolgende zweite Mischstufe unmittelbar mit der Ausgangsfrequenz des Überlagerungsoszillators angesteuert ist (Fig. 1 von Radio Communication). Es ist auch bekannt, am Ausgang einer solchen doppelten Frequenzumsetzung ein entsprechendes Bandfilter anzuordnen (DE-AS 27 13 318). Bei diesen bekannten Hochfrequenzmischern kann zwar der Überlagerungsoszillator in einem relativ niedrigen Frequenzbereich realisiert werden, die zur Erzeugung der höherfrequenten Überlagerungsfrequenz erforderlichen Frequenzvervielfacher erfordern jedoch erheblichen schaltungstechnischen Aufwand. Für die Verstärkung der vervielfachten Überlagerungsfrequenz sind Verstärker hoher Bandbreite nötig, außerdem bestehen erhebliche Probleme bezüglich der Abschirmung, des Übersprechens und der Anpassung bei dieser vervielfachten Überlagerungsfrequenz. Bei der Frequenzvervielfachung entstehen neben dem gewünschten Frequenzvielfachen außerdem noch höhere Mischprodukte, für welche zusätzliche Abschirm- und Filtermaßnahmen nötig sind. Für die Verstärkung der vervielfachten Frequenz sind außerdem teuere Transistoren mit hoher Grenzfrequenz nötig.High-frequency mixers of this type are known (Radio Communication, Vol. 50, No. 12, pages 854 to 856, December 1974; Frequency 34 (1980) 1, pages 2 to 6; DE-AS 27 13 318). For a double frequency conversion of this known type, the output frequency of the common local oscillator is increased by means of a frequency multiplier, for example to 5 times the oscillator frequency, and thus the first mixer stage is controlled, while the subsequent second mixer stage is controlled directly with the output frequency of the local oscillator ( Fig. 1 by Radio Communication) . It is also known to arrange a corresponding bandpass filter at the output of such a double frequency conversion (DE-AS 27 13 318). In these known high-frequency mixers, the local oscillator can be implemented in a relatively low frequency range, but the frequency multipliers required to generate the higher-frequency local frequency require considerable circuitry outlay. High bandwidth amplifiers are required to amplify the multiplied beat frequency, and there are significant shielding, crosstalk, and matching problems with this multiplied beat frequency. In addition to the desired frequency multiplication, frequency multiplication also results in higher mixed products, for which additional shielding and filtering measures are necessary. To amplify the multiplied frequency, expensive transistors with a high cut-off frequency are also required.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen einfachen Hochfrequenzmischer zu schaffen, der auch für hohe Eingangsfrequenzen im GHz-Bereich einen einfachen Aufbau ermöglicht.The object of the invention is a simple high-frequency mixer to create that even for high input frequencies enables simple setup in the GHz range.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Hochfrequenzmischer laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst, eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus dem Unteranspruch.This task is based on a high frequency mixer according to the preamble of the main claim by its characteristic Features solved, an advantageous embodiment results from the subclaim.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenzmischer werden teuere und problematische Frequenzvervielfacher vermieden und für die einzelnen Mischstufen wird jeweils nur die gleiche unmittelbare Ausgangsfrequenz des Überlagerungsoszillators benutzt, die Verstärkung, Anpassung und Abschirmung in diesem relativ niedrigen Frequenzband des Überlagerungsoszillators kann daher für alle Mischstufen in gleicher Weise einfach und billig realisiert werden. Alle zur Aufbereitung der Überlagerungsfrequenzen notwendigen Verstärker benötigen jeweils nur die 1/n-te Bandbreite der hohen Eingangsfrequenz und können daher sehr preiswert und mit geringen Anpassungsproblemen realisiert werden. Es treten auch keine Übersprech- und Störstrahlungsprobleme auf, es genügen bereits geringe Abschirmmaßnahmen, um Störungen anderer Baugruppen zu vermeiden. Ein erfindungsgemäßer Mischer kann daher nicht nur preiswert, sondern auch sehr raumsparend aufgebaut werden. Im einfachsten Fall sind nur zwei hintereinander angeordnete Mischstufen vorgesehen, je nach Eingangsfrequenz und je nach gewünschter Zwischenfrequenz können jedoch auch drei oder mehr Mischstufen hintereinander angeordnet sein, wobei die Anzahl der Mischstufen jeweils die Herabsetzung der Überlagerungsfrequenz gegenüber dem gewünschten Eingangsfrequenzband bestimmt.In the high-frequency mixer according to the invention, expensive and problematic frequency multipliers are avoided and only the same immediate output frequency of the local oscillator is used for the individual mixing stages, the amplification, adaptation and shielding in this relatively low frequency band of the local oscillator can therefore be simple and cheap in the same way for all mixing stages will be realized. All amplifiers required for processing the superimposition frequencies each only require the 1 / nth bandwidth of the high input frequency and can therefore be implemented very inexpensively and with little adaptation problems. There are also no crosstalk and interference problems; even small shielding measures are sufficient to avoid interference with other modules. A mixer according to the invention can therefore not only be constructed inexpensively, but also in a very space-saving manner. In the simplest case, only two mixing stages arranged one after the other are provided, but depending on the input frequency and depending on the desired intermediate frequency, three or more mixing stages can also be arranged one after the other, the number of mixing stages determining the reduction in the superposition frequency in relation to the desired input frequency band.

Die Einstellung des Überlagerungsoszillators auf die jeweilige Überlagerungsfrequenz (in Abhängigkeit von der jeweiligen Eingangsfrequenz) kann von Hand oder gegebenenfalls auch automatisch durchgeführt werden. Für einen Festfrequenzempfänger wird der Überlagerungsoszillator, der vorzugsweise als Frequenzsynthesizer ausgebildet ist, einfach auf den sich aus der vorgegebenen Eingangsfrequenz ergebenden Frequenzwert fest eingestellt. Bei einem Empfänger, der auf vorbestimmte verschiedene Eingangsfrequenzen einstellbar ist, ist dem Überlagerungsoszillator ferner noch eine Einstelleinrichtung zugeordnet, in welcher aus der vom Benutzer eingegebenen Soll-Eingangsfrequenz der sich aus der Formel ergebende zugehörige Überlagerungsfrequenzwert errechnet wird, auf den dann der Überlagerungsoszillator eingestellt wird. Diese Einstellung könnte gegebenenfalls auch automatisiert werden, indem über einen zusätzlichen Frequenzmesser jeweils die am Eingang des Empfängers anliegende unbekannte Eingangsfrequenz gemessen und über die Einstelleinrichtung dann wieder die zugehörige Überlagerungsfrequenz berechnet wird, auf die dann der Oszillator eingestellt wird.The setting of the local oscillator to the respective Beat frequency (depending on the respective Input frequency) can be by hand or if necessary can also be carried out automatically. For one Fixed frequency receiver is the local oscillator, which is preferably designed as a frequency synthesizer, simply based on the given input frequency resulting frequency value fixed. With a recipient, which is adjustable to predetermined different input frequencies is, the local oscillator is also another Assigned setting device in which from the User entered target input frequency which is made up of associated superposition frequency value resulting from the formula is calculated, on which the local oscillator is set. This setting could possibly be can also be automated by adding an additional Frequency meter in each case at the input of the receiver unknown input frequency measured and over the Adjustment device then again the associated beat frequency is calculated, to which the oscillator is then set becomes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is based on a schematic Drawing explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt einen Hochfrequenzmischer eines GHz-Hochfrequenzempfängers, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei in Reihe hintereinander geschalteten Mischstufen M 1, M 2, M 3 besteht. Jede dieser Mischstufen M 1, M 2, M 3 wird über einen gemeinsamen Überlagerungsoszillator LO mit der gleichen Überlagerungsfrequenz f _o angesteuert. Die Eingangsfrequenz f _e wird durch die erste Mischstufe M 1 auf die erste Zwischenfrequenz f₁ herabgemischt (f ₁=f _e-f _o ), in der zweiten Mischstufe M 2 wird diese erste Zwischenfrequenz f₁ wiederum herabgemischt auf die zweite Zwischenfrequenz f₂ (f ₂=f ₁-f _o=f _e-2f _o ), in der dritten Mischstufe M 3 erfolgt eine weitere Herabmischung von f₂ auf die gewünschte feste Zwischenfrequenz f _z (f _z=f ₂-f _o=f _e-3f _o ). Die Überlagerungsfrequenz f _o ist für jede Eingangsfrequenz f _e zuThe figure shows a high-frequency mixer of a GHz high-frequency receiver, which in the exemplary embodiment shown consists of three mixing stages M 1 , M 2 , M 3 connected in series. Each of these mixing stages M 1 , M 2 , M 3 is controlled by a common local oscillator LO with the same local frequency f _o . The input frequency f _e is mixed down by the first mixer M 1 to the first intermediate frequency f ₁ (f ₁ = f _e - f _o ) , in the second mixer M 2 this first intermediate frequency f ₁ is in turn mixed down to the second intermediate frequency f ₂ ( f ₂ = f ₁ - f _o = f _e -2 f _o ) , in the third mixing stage M 3 there is a further downmixing of f ₂ to the desired fixed intermediate frequency f _z (f _z = f ₂ - f _o = f _e - 3 f _o ) . The beat frequency f _o, f for each input frequency to _e

f _o = (f _e - f _z )/n f _o = (f _e - f _z ) / n

gewählt, wobei n die Anzahl der hintereinander geschalteten Mischstufen M 1, M 2, M 3 ist. Soll beispielsweise ein Eingangsfrequenzband zwischen 0 und 2 GHz auf eine konstante Zwischenfrequenz f _z=20 MHz herabgemischt werden, so wird für eine Eingangsfrequenz von 2 GHz der Überlagerungsoszillator LO nach dem Ausführungsbeispiel mit drei Mischstufen auf eine Überlagerungsfrequenz f _o=(2000-20)/3=660 MHz eingestellt. Für jede andere Eingangsfrequenz f _e des Frequenzbandes 0 bis 2 GHz kann auf diese Weise jeweils die zugehörige Überlagerungsfrequenz f _o errechnet und entweder von Hand oder automatisch am Überlagerungsoszillator LO eingestellt werden. Die erste und zweite Zwischenfrequenz f₁, f₂ sind hierbei nicht konstant, sondern variieren, nur die letzte gewünschte Ausgangs-Zwischenfrequenz f _z ist konstant.selected, where n is the number of mixing stages M 1 , M 2 , M 3 connected in series . If, for example, an input frequency band between 0 and 2 GHz is to be mixed down to a constant intermediate frequency f _z = 20 MHz, the local oscillator LO according to the exemplary embodiment with three mixing stages is mixed to a local frequency f _o = (2000-20) / for an input frequency of 2 GHz. 3 = 660 MHz set. For each other input frequency f _{e of} the frequency band 0 to 2 GHz, the associated beat frequency f _{o can be} calculated in this way and set either manually or automatically on the beat oscillator LO . The first and second intermediate frequencies f ₁, f ₂ are not constant, but vary, only the last desired output intermediate frequency f _z is constant.

Da bei dem erfindungsgemäßen Mischvorgang in jeder Mischstufe immer nur die jeweilige Differenz zwischen der jeweiligen Eingangsfrequenz und der Überlagerungsfrequenz benutzt wird und nicht die gleichzeitig auch noch entstehenden Summenfrequenzen, ist hinter der Reihenschaltung der Mischstufen M 1, M 2, M 3 noch ein Filter BP, vorzugsweise ein Bandpaß angeordnet, der so bemessen ist, daß nur jeweils dasjenige Mischprodukt (f _z=f _e-3f _o ) ausgesiebt und am Ausgang A zur weiteren Verarbeitung im Empfänger zur Verfügung steht, das sich ergibt, wenn jeweils nur diese Frequenzdifferenzen in den Mischstufen weiter verarbeitet werden, in der ersten Mischstufe M 1 also nur die Frequenzdifferenz f _e-f _o, in der Mischstufe M 2 nur f ₁-f _o und in der dritten Mischstufe nur f ₂-f _o. Für die Mischstufen M 2 und M 3 bedeutet dies, daß auch die Eingangsfrequenz f₁ bzw. f₂ jeweils immer nur die Differenzfrequenz der vorhergehenden Mischstufe ist. In dem erwähnten Zahlenbeispiel ist das Filter BP beispielsweise ein Bandpaß mit einer Mittenfrequenz von 20 MHz, für den Fall einer ausreichend kleinen Zwischenfrequenz f _z könnte auch ein auf etwas oberhalb von f _z bemessener Tiefpaß verwendet werden. Sollten Probleme bezüglich der entstehenden und nicht weiter verarbeiteten weiteren Mischprodukte zwischen den einzelnen Mischstufen auftreten, könnten zwischen diesen einzelnen Mischstufen M 1, M 2, M 3 gegebenenfalls auch noch zusätzliche weitere Filter, beispielsweise wiederum Tiefpässe oder Bandpässe, zwischengeschaltet werden, die jeweils nur das Differenzsignal der vorhergehenden Mischstufe durchlassen, wobei zu beachten ist, daß diese Zwischenfrequenzen noch variabel sind. Durch entsprechende Wahl des Frequenzplanes können solche zusätzlichen Filter aber im allgemeinen entfallen.Since only the respective difference between the respective input frequency and the superimposition frequency is used in each mixing stage in the mixing process according to the invention and not the sum frequencies that arise at the same time, there is a filter BP behind the series connection of the mixing stages M 1 , M 2 , M 3 . Preferably a bandpass is arranged, which is dimensioned such that only that mixed product (f _z = f _e -3 f _o ) is screened out and is available at output A for further processing in the receiver, which results if only these frequency differences in each case the mixing stages are processed further, in the first mixing stage M 1 only the frequency difference f _e - f _o , in the mixing stage M 2 only f ₁ - f _o and in the third mixing stage only f ₂ - f _o . For the mixer stages M 2 and M 3 , this means that the input frequency f ₁ and f ₂ is always only the difference frequency of the previous mixer stage. In the above-mentioned numerical example, the filter BP is for example a band-pass filter with a center frequency of 20 MHz, for the case of a sufficiently small intermediate frequency f _z could also be used on a somewhat above f _z sized low-pass filter. If problems arise with the resulting and no further processed mixing products between the individual mixing stages, additional additional filters, for example again low-pass or band-pass filters, could be interposed between these individual mixing stages M 1 , M 2 , M 3 , each of which only that Pass the difference signal of the previous mixer stage, whereby it should be noted that these intermediate frequencies are still variable. By selecting the frequency plan accordingly, such additional filters can generally be dispensed with.

Die Einstellung des Überlagerungsoszillators LO auf die jeweils errechnete Frequenz f _o erfolgt über eine Einstelleinrichtung S, in welcher beispielsweise automatisch in Abhängigkeit von der eingegebenen Eingangsfrequenz f _e die jeweilige zugehörige Überlagerungsfrequenz f _o errechnet und dann am Oszillator LO, der vorzugsweise als Synthesizer ausgebildet ist, exakt eingestellt wird. Diese Einstellung kann gegebenenfalls auch automatisiert werden, indem in dieser Einstellvorrichtung S selbsttätig aus der eingegebenen Eingangsfrequenz f _e durch eine entsprechende Frequenzmessung die zugehörige Überlagerungsfrequenz f _o bestimmt und errechnet wird.The setting of the local oscillator LO to each of calculated frequency f _o takes place via an adjusting device S, in which, for example automatically depending on the entered input frequency f _s the respective associated beat frequency f _o is calculated and then the oscillator LO, which is preferably formed as a synthesizer, is set exactly. If necessary, this setting can also be automated by automatically determining and calculating the associated superposition frequency f _o in this setting device S from the input frequency f _e entered by means of a corresponding frequency measurement.

Claims

1. High-frequency mixer for mixing down a high input frequency f _e to a lower intermediate frequency f _z with at least two mixer stages connected in series and controlled by a single local oscillator, characterized in that the mixer stages (M 1 , M 2 , M 3 ) with the same Superposition frequency f _o are controlled and this superposition frequency f _{o is selected} as a function of the respective input frequency f _e to f _o = (f _e - f _z ) / n , where n is the number of mixing stages.

2. High-frequency mixer according to claim 1, characterized in that a filter (BP) is arranged in series after the mixing stages (M 1 , M 2 , M 3 ), which is dimensioned such that only that mixed product (f _z = f _e - 3 f _o ) which is obtained if only the difference frequency (f _e - f _o ; f ₁ - f _o ; f ₂ - f _o ) formed in the individual mixing stages (M 1 , M 2 , M 3 ) is selected.