DE3737671A1 - Mikrowellen-gegentaktmischer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Gegentaktmischer, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit mindestens zwei darin zwischen gegenüberliegenden Hohlleiterwänden eingesetzten, an einem Punkt zusammengeschalteten Halbleiterbauelementen, welcher Hohlleiterabschnitt drei Tore aufweist, von denen eines für die Einkopplung eines Hochfrequenzeingangssignals vorgesehen ist, durch ein zweites die Einkopplung eines Oszillatorsignals über eine Koaxialleitung erfolgt deren Innenleiter an den Zusammenschaltungspunkt der Halbleiterbauelemente angeschlossen ist, und ein drittes Tor zur Auskopplung des aus dem Mischvorgang des Hochfrequenzeingangs mit dem Oszillatorsignal hervorgehenden Hochfrequenzausgangssignals dient, wobei jedes der drei Tore des Hohlleiterabschnitts mit einem Filter beschaltet ist, dessen Durchlaßbereich auf das Frequenzband des durch das jeweilige Tor ein- bzw. ausgekoppelten Signals abgestimmt ist.

Ein derartiger Mikrowellen-Gegentaktmischer, bei dem das Oszillatorsignal über eine Koaxialleitung den Halbleiterbauelementen zugeführt wird und für das Hochfrequenzeingangssignal und das -ausgangssignal ein Hohlleitereingang und ein Hohlleiterausgang vorgesehen sind, ist aus der NTZ, Bd. 33, (1980) Heft 9, S. 590-592 bekannt.

Bei der Konzeption von Mikrowellen-Gegentaktmischern ist besonders darauf zu achten, daß gewisse unerwünschte Mischprodukte am Ausgangstor des Mischers möglichst weitgehend unterdrückt sind. Dieser Erfordernis ist umso schwieriger nachzukommen als die störenden Mischfrequenzen sehr dicht am Frequenzband des Ausgangssignals liegen. Der genannte zum Stand der Technik gehörende Mikrowellen-Gegentaktmischer bringt in dieser Hinsicht noch keine befriedigenden Ergebnisse, insbesondere was die Unterdrückung der Mischfrequenzen aus den geradzahligen Harmonischen der Oszillatorsignalfrequenz und den ungeradzahligen Harmonischen der Eingangssignalfrequenz angeht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellen-Gegentaktmischer der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem störende Mischfrequenzen, insbesondere aus den geradzahligen Harmonischen der Oszillatorsignalfrequenz und den ungeradzahligen Harmonischen der Eingangssignalfrequenzen, am Mischerausgang möglichst weitgehend unterdrückt sind.

Die Merkmale des Anspruchs 1 geben an, wie diese Aufgabe durch die vorliegende Erfindung gelöst wird.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bei einem nach der Erfindung realisierten Mikrowellen-Gegentaktmischer wird vemieden, daß sich gerade die am nächsten beim Frequenzband des Hochfrequenzausgangssignals liegenden Mischprodukte erst gar nicht in Richtung des Ausgangstores ausbreiten. Alle anderen nicht gewünschten Mischfrequenzen lassen sich aufgrund ihres relativ großen Abstandes vom Frequenzband des Hochfrequenzausgangssignals mit einem nicht zu großen filtertechnischen Aufwand eliminieren. Verläuft der Innenleiter des als Koaxialleitung ausgeführten Signaleingangs bzw. -ausgangs durch die Kurzschlußwand des Hohlleiterabschnitts und damit in Wellenausbreitungsrichtung, so kann der Innenleiter, ohne daß er das Feld im Hohlleiterabschnitt wesentlich stört, niederohmig mit großem Querschnitt ausgeführt sein, wodurch ein breitbandiger Betrieb des Mikrowellen-Gegentaktmischers gewährleistet ist.

Anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen in Hohlleitertechnik realisierten Mikrowellen-Gegentaktmischer einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Querschnitt B-B durch einen in Hohlleitertechnik realisierten Mikrowellen-Gegentaktmischer einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3 einen Längsschnitt A-A durch diesen Mikrowellen-Gegentaktmischer.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen sich mit seiner Längsachse in der Zeichenebene erstreckenden Hohlleiterabschnitt 1. In diesem Hohlleiterabschnitt 1 sind zwischen den zwei gegenüberliegenden Breitseiten zwei in Pill- oder Mikropillgehäusen eingeschlossene Dioden D 1, D 2 eingelötet, welche aus einem Hochfrequenzeingangssignal z.B. im Frequenzbereich 14,05-14,25 GHz und einem Oszillatorsignal z.B. der Frequenz 2,55 GHz mehrere Mischprodukte entstehen lassen, unter anderem ein nutzbares Hochfrequenzausgangssignal im Frequenzbereich 11,5-11,7 GHz. Die beiden Dioden D 1 und D 2 sind an einem Zusammenschaltungspunkt 2 galvanisch miteinander verbunden, wobei diese Diodenanordnung, die auch aus mehreren Diodenpaaren bestehen könnte, bezgl. des Zusammenschaltungspunktes 2 symmetrisch ist.

Der Hohlleiterabschnitt weist drei Tore auf, eines zum Einkoppeln des Hochfrequenzeingangssignal, ein zweites zum Einkoppeln des Oszillatorsignals und ein drittes zum Auskoppeln des durch die Mischung dieser beiden Signale entstandenen Hochfrequenzausgangssignals. Das Oszillatorsignal gelangt über eine Koaxialleitung durch eine parallel zu den Dioden D 1, D 2 orientierte Schmalseitenwand des Hohlleiterabschnitts 1 an die Dioden D 1 und D 2, wobei ein als Innenleiter 3 der Koaxialleitung dienender dünner Draht mit dem Zusammenschaltungspunkt 2 der Dioden verbunden ist. An diese Koaxialleitung ist ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Filter, dessen Durchlaßbereich auf die Oszillatorsignalfrequenz abgestimmt ist, angekoppelt.

Mit dem Zusammenschaltungspunkt 2 der Dioden D 1 und D 2 ist noch ein Innenleiter 4 einer weiteren Koaxialleitung kontaktiert, die durch die andere Schmalseitenwand des Hohlleiterabschnitts 1 geführt ist und entweder zur Zuleitung des Hochfrequenzeingangssignals oder zur Auskopplung des Hochfrequenzausgangssignals genutzt wird. Damit die Koaxialleitung das hochfrequente Eingangs- oder Ausgangssignal genügend breitbandig überträgt, ist dafür zu sorgen, daß sie möglichst niederohmig ist. Um dieser Forderung nachzukommen, ist der Querschnitt des Innenleiters 4 möglichst groß gewählt und die Höhe des Hohlleiterabschnitts, soweit es die Abmessungen der Diodengehäuse zulassen, reduziert. Der Innenleiter 4 ist hier kapazitiv an einen Koppelstift 5 angekoppelt, der eine induktive Ankopplung eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Filters ermöglicht. Das Filter muß so abgestimmt sein, daß es alle Frequenzen außerhalb des Frequenzbandes des über die Koaxialleitung mit dem dicken Innenleiter 4 in den Hohlleiterabschnitt 1 hinein oder aus ihm herausgeführten Hochfrequenzsignals sperrt.

Eine in die Koaxialleitung an der Koppelstelle zwischen dem Innenleiter 4 und dem Koppelstift 5 eindringende Abstimmschraube 6 läßt die Einstellung einer optimalen kapazitiven Kopplung zu.

Anstatt den Innenleiter 4 an den Koppelstift 5 kapazitiv anzukoppeln, können beide auch galvanisch miteinander kontaktiert werden. Dann muß der Abstand des Koppelstiftes von den Dioden D 1, D 2 für die Oszillatorsignalfrequenz aber λ/4 betragen, um durch die galvanische Verbindung die Dioden für die Oszillatorsignalfrequenz nicht kurzzuschließen.

Zwei einander gegenüberliegende neben den Dioden D 1 und D 2 in den Hohlleiterabschnitt 1 eindringende Schrauben 7 und 8 dienen zum Feinabgleich der Symmetrie der Diodenanordnung, so daß gewisse durch Unsymmetrie verursachte störende Mischprodukte unterdrückt werden.

Über einen Hohlleitereingang des Hohlleiterabschnitts 1 wird entweder das Hochfrequenzeingangssignal den Dioden zugeführt oder das aus dem Mischvorgang hervorgehende Hochfrequenzausgangssignal aus dem Hohlleiterabschnitt 1 herausgeführt. Die Fig. 1 zeigt die Sicht auf den Hohlleitereingang, an den ein hier nicht dargestelltes Hohlleiterfilter angeflanscht ist. Dieses Filter muß so abgestimmt sein, daß es nur das Frequenzband des durch den Hohlleitereingang eingespeisten oder herausgeführten Hochfrequenzsignals durchläßt. An dem diesem Hohlleitereingang gegenüberliegenden Ende ist der Hohlleiterabschnitt 1 mit einer Kurzschlußwand abgeschlossen. In der Kurzschlußwand kann eine Abstimmschraube vorgesehen werden, mit der sich die Anpassung der Dioden D 1, D 2 an das Hochfrequenzeingangssignal abgleichen läßt.

Auf die an die drei Tore des Hohlleiterabschnitts 1 angeschlossene Filter, auf deren Darstellung in der Fig. 1 verzichtet worden ist, wird unten bei der Beschreibung des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Mikrowellen-Gegentaktmischers noch näher eingegangen.

Der beschriebene Mikrowellen-Gegentaktmischer und genauso die dem gegenüber leicht abgewandelte nachfolgend dargelegte Ausführungsform sind in der Lage, besonders störende Mischprodukte vom Hochfrequenzausgangssignal fernzuhalten. So sind die beim Mischen eines Oszillatorsignals von z. B. f₀ = 2,55 GHz mit einem Hochfrequenzeingangssignal im Frequenzbereich von z. B. f _E = 14,05-14,25 GHz entstehenden Mischprodukte (10 · f₀-f _E und -12 · f₀ + 3f _E ) aus geradzahlig Harmonischen der Oszillatorsignalfrequenz und ungeradzahlig Harmonischen der Eingangssignalfrequenz besonders störend, weil sie sehr nahe beim nutzbaren Frequenzband 11,5-11,7 GHz des Hochfrequenzausgangssignals liegen.

In diesem Beispiel hat ein Mikrowellen-Gegentaktmischer, bei dem das Hochfrequenzeingangssignal über die Koaxialleitung in den Hohlleiterabschnitt 1 eingekoppelt und das Hochfrequenzausgangssignal über den Hohlleiterausgang herausgeführt wird, gegenüber einem Gegentaktmischer, bei dem umgekehrt das Hochfrequenzeingangssignal über den Hohlleitereingang und das Hochfrequenzausgangssignal über die Koaxialleitung ein- bzw. ausgekoppelt wird, einen gewissen Vorteil. Denn bei einer solchen Anordnung können sich auch die ungeradzahligen Harmonischen der Oszillatorsignalfrequenz nicht in Richtung des Ausgangstores ausbreiten. Gerade die 5. Harmonische der Oszillatorsignalfrequenz liegt nämlich noch relativ dicht beim Ausgangssignalfrequenzband. Sie müßte sonst, wenn sie über das Ausgangstor auch ausgekoppelt würde, mit entsprechend hohem Filteraufwand vom Ausgangssignalfrequenzband abgetrennt werden. Die umgekehrte Anordnung (Hohlleitereingang, koaxialer Ausgang) ist dann günstiger, wenn eine geradzahlige Oszillatorharmonische relativ nahe am Ausgangssignalfrequenzband liegt. Andere noch auftretende, sich in Richtung des Ausgangstores ausbreitende Mischprodukte liegen so weit vom Ausgangssignalfrequenzband entfernt, daß sie mit üblichen Filtern gegenüber dem Ausgangssignalfrequenzband unterdrückt werden können. Die übrigen in das Ausgangssignalfrequenzband fallenden Mischprodukte sind von sehr hoher Ordnung, so daß diese soweit abgeschwächt sind, daß sie nicht mehr störend wirken.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Schnitte durch eine gegenüber dem vorangehend beschriebenen Mikrowellen-Gegentaktmischer abgewandelten Ausführungsform. Dabei stellt die Fig. 2 einen Querschnitt B-B und die Fig. 3 einen Längsschnitt A-A durch den Mikrowellen-Gegentaktmischer dar.

Das Oszillatorsignal wird hier, wie oben schon ausgeführt, über die Koaxialleitung mit dem Innenleiter 3 durch die Schmalseitenwand des Hohlleiterabschnitts 1 den Dioden D 1 und D 2 zugeführt. Das Hochfrequenzeingangssignal oder -ausgangssignal wird aber über eine Koaxialleitung geführt, deren Innenleiter 9 vom Zusammenschaltungspunkt 2 der Dioden D 1, D 2 in Wellenausbreitungsrichtung im Hohlleiterabschnitt 1 durch eine Bohrung 10 in dessen Kurzschlußwand 11 verläuft. Die Bohrung 10 in der Kurzschlußwand 11 hat einen der Höhe des Hohlleiterabschnitts 1 entsprechenden Durchmesser. Da der Innenleiter 9 in Richtung der Wellenausbreitung und nicht quer dazu orientiert ist, wird das Feld im Hohlleiterabschnitt 1 auch dann kaum gestört, wenn der Querschnitt des Innenleiters 9 sehr groß ist. In Folge des dicken Innenleiters 9 besitzt die Koaxialleitung einen geringen Wellenwiderstand, wodurch sie das sich darüber ausbreitende Hochfrequenzsignal sehr breitbandig überträgt. Dem kommt auch entgegen, daß eine sehr kurze Koaxialleitung ausreicht, um das jeweilige Hochfrequenzsignal von den Dioden D 1, D 2 bis zum Ausgang des Mischers bzw. umgekehrt zu führen. Denn es ist aufgrund der Sperrwelleneigenschaften des Hohlleiterabschnitts 1 unkritisch, wenn die Kurzschlußebene, durch die der Innenleiter 9 hindurchgeführt ist, sehr dicht bei den Dioden D 1, D 2 liegt.

Der Innenleiter 9 der eines der beiden Hochfrequenzsignale leitenden Koaxialleitung ist kapazitiv an einen Koppelstift angekoppelt, der aus fertigungstechnischen Gründen innerhalb eines Sperrwellenhohlleiterfilters 12 realisiert ist. Das Sperrwellenhohlleiterfilter 12 besitzt neben diesem Koppelstift drei Resonatoren (Dreikreisfilter), die alle aus einem Stift 13 und einer darauf gerichteten Abstimmschraube 14 bestehen. Damit die Dioden D 1, D 2 von einem über das Sperrwellenhohlleiterfilter eingespeisten Hochfrequenzeingangssignal symmetrisch angesteuert werden, ist das Sperrwellenhohlleiterfilter 12 so gedreht, daß seine Koppelstifte 13 senkrecht zu der Diodenanordnung orientiert ist. Das Sperrwellenhohlleiterfilter 12 ist mit seinem Durchlaßbereich auf das Frequenzband des von ihm übertragenen Hochfrequenzsignals abgestimmt.

Der Innenleiter 3 der Koaxialleitung für das Oszillatorsignal ist mit einem λ/4-langen Koaxialresonator 15 gekoppelt, der auf die Frequenz des Oszillatorsignals abgestimmt ist, das über einen koaxialen Eingang 16 in den Koaxialresonator 15 eingespeist wird. Eine seitlich in den Koaxialresonator 15 eindringende Schraube 17 dient zur Feinabstimmung auf die Oszillatorsignalfrequenz.

An den Hohlleitereingang bzw. -ausgang 18 des Hohlleiterabschnitts 1 ist ein fünfkreisiges Sperrwellenhohlleiterfilter 19 angeschlossen, das ähnlich wie das andere Sperrwellenhohlleiterfilter 12 realisiert ist und entsprechend auf das Frequenzband des von ihm geführten Hochfrequenzsignals abgestimmt ist. Zwischen dem Hohlleiterabschnitt 1 und dem Sperrwellenhohlleiterfilter 19 ist ein Übergangsstück 20 eingefügt, das den Querschnitt des Hohlleiterabschnitts 1 an den Querschnitt des Sperrwellenhohlleiters 19 anpaßt.

Claims (7)

1. Mikrowellen-Gegentaktmischer, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit mindestens zwei darin zwischen gegenüberliegenden Hohlleiterwänden eingesetzten, an einem Punkt zusammengeschalteten Halbleiterbauelementen, welcher Hohlleiterabschnitt drei Tore aufweist, von denen eines für die Einkopplung eines Hochfrequenzeingangssignals vorgesehen ist, durch ein zweites die Einkopplung eines Oszillatorsignals über eine Koaxialleitung erfolgt, deren Innenleiter an den Zusammenschaltungspunkt der Halbleiterbauelemente angeschlossen ist, und ein drittes Tor zur Auskopplung des aus dem Mischvorgang des Hochfrequenzeingangs mit dem Oszillatorsignal hervorgehenden Hochfrequenzausgangssignals dient, wobei jedes der drei Tore des Hohlleiterabschnitts mit einem Filter beschaltet ist, dessen Durchlaßbereich auf das Frequenzband des durch das jeweilige Tor ein- bzw. ausgekoppelten Signals abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt (1) an einem Ende mit einer Kurzschlußwand (11) abgeschlossen ist und daß entweder das Hochfrequenzeingangssignal oder das Hochfrequenzausgangssignal über eine Koaxialleitung, deren Innenleiter (4, 9) an den Zusammenschaltungspunkt (2) der Halbleiterbauelemente (D 1, D 2) angeschlossen ist, in den Hohlleiterabschnitt (1) hinein- bzw. aus ihm herausgeführt ist.

2. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitung (3) für das Oszillatorsignal durch eine parallel zu den Halbleiterbauelementen (D 1, D 2) orientierte Seitenwand und die Koaxialleitung (4) für das Hochfrequenzeingangs­ bzw. Hochfrequenzausgangssignal durch die andere gegenüberliegende Seitenwand des Hohlleiterabschnitts (1) hindurchgeführt ist.

3. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Koaxialleitungen (3, 9) für das Oszillatorsignal bzw. für das Hochfrequenzeingangs- oder Hochfrequenzausgangssignal durch eine der beiden parallel zu den Halbleiterbauelementen (D 1, D 2) orientierten Seitenwände und die andere Koaxialleitung durch die Kurzschlußwand (11) des Hohlleiterabschnitts (1) geführt ist.

4. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwand (11) eine Bohrung (10) mit einem der Höhe des Hohlleiterabschnitts (1) entsprechenden Durchmesser aufweist, durch den der Innenleiter (9) der Koaxialleitungen in den Hohlleiterabschnitt (1) hineinführt.

5. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (9) der Koaxialleitung für das Hochfrequenzeingangs- bzw. Hochfrequenzausgangssignal, der in Wellenausbreitungsrichtung durch den Hohlleiterabschnitt (1) verläuft und durch die Kurzschlußwand (11) geführt ist, einen größeren Querschnitt hat als der Innenleiter (3) der Koaxialleitung für das Oszillatorsignal, der quer zur Wellenausbreitungsrichtung durch den Hohlleiterabschnitt (1) verläuft und durch eine Seitenwand geführt ist.

6. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt (1) in seiner Höhe und Breite soweit reduziert ist, daß er für das Hochfrequenzeingangssignal wie ein Sperrwellenhohlleiter wirkt.

7. Mikrowellen-Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter für das Oszillatorsignal ein Koaxialresonator (15) ist und daß die Filter für das Hochfrequenzeingangssignal und für das Hochfrequenzausgangssignal Sperrwellenhohlleiterfilter (12, 19) sind.