DE3916406C2 - Doppelt-symmetrischer Mischer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen doppelt-symmetrischen Mischer mit zwei Transistorpaaren in der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an­ gegebenen Schaltung.

Bei vielen Mikrowelleneingangsschaltungen wird eine Anzahl von mit einer Systemantenne empfangenen Mikro­ wellensignalen einem Mischer zugeführt, etwa einem Schottky-Diodenmischer, zur Umwandlung in Zwischenfrequenz­ signale. Außer der Grundwelle der Zwischenfrequenz erzeugt der Mischer wegen der nichtlinearen Kennlinie von Schottky-Dioden typischerweise Intermodulationsprodukte. Inter­ modulationsprodukte dritter Ordnung beispielsweise liegen ziemlich dicht bei der Grundfrequenz der ZF und sind daher schwierig auszufiltern. Idealerweise wird der Dynamikbereich des Mischers (also die maximale Empfangs­ signalleistung, auf welche der Mischer ausgelegt ist) begrenzt durch den 1 dB Kompressionspunkt. Jedoch wird der Dynamikbereich eingeschränkt, wenn der Interceptpunkt dritter Ordnung (IP₃) unter dem 1 dB Kompressionspunkt auftritt, wobei dieser Interceptpunkt der niedrigste Empfangssignalleistungspegel ist, bei welchem der Leistungspegel der Produkte dritter Ordnung gleich dem Leistungspegel eines Grundwellen-ZF-Signals ist.

In dem Aufsatz "A GaAs MESFET Mixer with Very Low Inter­ modulation" in IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques, Vol. MTT-35, Nr. 4, April 1987, Seiten 425-429 und im Aufsatz "A GaAs MESFET Balanced Mixer with a Very Low Intermodulation" in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Vol. II, 1987, Seiten 895-898 zeigt der Autor Maas, unsymmetrische und einfach symmetrische Mischer, welche den Kanal eines in Source-Grundschaltung betriebenen GaAs MESFET ,(Metallelektroden-Halbleiter- Feldeffekttransistor) als Mischelement benutzt. Das Geräte­ oszillatorsignal (LO) wird mit einer Vorspannung an die Gate-Elektrode und das Mikrowelleneingangssignal ("RF") an die Drain-Elektrode gekoppelt. Das ZF-Signal wird von der Drain-Elektrode über ein Filter abgenommen. Die Oszillatorenergie, welche über die Drain-Source-Anschlüsse des MESFET abfließt, wird kurzgeschlossen, so daß der MESFET in seinem linearen Bereich (außerhalb der Sättigung) arbeitet und daher Inter­ modulationsverzerrungen minimal werden. Auf diese Weise wird eine hohe Unterdrückung für Signale dritter Ordnung bei den Mikrowellenbetriebsfrequenzen im Bereich von 10 GHz und bei Bandbreiten von etwa 500 MHz erreicht. Da die HF- und ZF-Signale beide an der Drain-Elektrode auftreten, können sich die HF- und ZF-Frequenzbänder nicht überlappen.

Doppelt-symmetrische Mischer isolieren andererseits intern die HF- und ZF-Signale gegeneinander und erlauben somit eine Über­ lappung der HF- und ZF-Frequenzbandbreiten. Übliche doppelt­ symmetrische Mischer, die im UHF-Frequenzband (beispielsweise von 100 bis 800 MHz) arbeiten und als Ringschaltung von Silizium-MOSFETs oder JFETs aufgebaut sind, lassen eine hohe Intermodulationsunterdrückung und damit gleichzeitig eine hohe Unterdrückung von Signalprodukten dritter Ordnung erreichen. Jedoch begrenzen die relativ hohen Kapazitäten zwischen Gate und Drain sowie zwischen Gate und Source typischerweise die obere Betriebsfrequenz von MOSFET- und JFET-Mischern unterhalb des Mikrowellenfrequenzbereiches (nämlich des Frequenzbereiches von etwa 1 bis 30 GHz.

Aus der US 4 317 230 ist ein doppelt-symmetrischer Mischer mit zwei Bipolartransistorpaaren bekannt. Die Basen der Transisto­ ren jedes Paares sind über eine mittenangezapfte Drosselspule miteinander verbunden, und die Mittelanzapfungen dieser beiden Drosselspulen sind an die Enden der Sekundärwicklung eines Oszillatortransformators angeschlossen, über den die Oszilla­ torfrequenz eingekoppelt wird, wobei diese Sekundärwicklung über eine Mittelanzapfung an Masse liegt. Je ein Transistor jedes dieser beiden Transistorpaare ist mit einem Transistor des anderen Paares kollektorseitig und emitterseitig zusammen­ geschaltet, und diese Zusammenschaltungspunkte liegen an den Enden der Sekundärwicklung eines HF-Transformators, über den die mit der Oszillatorfrequenz zu überlagernde Hochfrequenz eingekoppelt wird, wobei auch diese Sekundärwicklung über eine Mittelanzapfung an Masse liegt. Die zusammengeschalteten Emit­ ter liegen an den Enden der Primärwicklung eines ZF-Transforma­ tors, über den die durch die Überlagerung entstandene Zwischen­ frequenz ausgekoppelt wird, und auch diese Primärwicklung liegt über einer Mittelanzapfung an Masse. Die erwähnten Drossel­ spulen zwischen den Basen der Transistoren sind so bemessen, daß sie für das zugeführte MF-Signal eine hohe Impedanz dar­ stellen, um Belastungsänderungen der Sekundärwicklung des HF-Transformators zu verhindern, dagegen sollen sie für die über ihre Mittelanzapfung zugeführte Oszillatorfrequenz eine niedri­ ge Impedanz bilden.

Ferner ist aus der DE 26 34 298 B1 ein verstärkender Doppel­ gegentaktmodulator mit vier Bipolartransistoren gleichen Lei­ tungstyps bekannt, die jeweils paarweise emitterseitig zusam­ mengeschaltet und über Stromquellen mit dem Modulationssignal gespeist werden. Der zu modulierende Träger wird im Gegentakt den jeweils unmittelbar zusammengeschalteten Basen je eines Transistors der beiden Paare zugeführt, und das modulierte Aus­ gangssignal wird von den ebenfalls zusammengeschalteten Kollek­ toren derjenigen Transistoren jedes Paares abgenommen, die nicht basisseitig zusammengeschaltet sind.

Aus der US 3 424 990 ist ein Synchrondemodulator mit vier paar­ weise zusammengeschalteten Feldeffekttransistoren bekannt, wo­ bei den unmittelbar miteinander verbundenen Gateelektroden je zweier Transistoren ein Rechteckschaltsignal zugeführt wird und das zu demodulierende Eingangssignal den zusammengeschalteten Drain-Elektroden zweier dieser Transistoren zugeführt wird, während an den zusammengeschalteten Drain-Elektroden der beiden anderen Transistoren das demodulierte Ausgangssignal abgenommen wird. Ferner ist aus der US 4 387 439 ein Analogmultiplizierer mit vier Transistoren bekannt, welcher die quadratische Kenn­ linie von MOSFET Transistoren ausnutzt. Schließlich ist in der DE 35 33 104 A1 ein Frequenzteiler mit einer Mischstufe in Form eines Gegentaktmodulators beschrieben, der ähnlich wie die in der bereits erwähnten DE 26 34 298 B1 beschriebene Schaltung, jedoch mit Unipolartransistoren aufgebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen doppelt-symme­ trischen Mischer mit zwei Transistorpaaren zu schaffen, der sich außerordentlich kompakt in Leiterstreifentechnik aufbauen läßt und auf diese Weise auch für höchste Frequenzen im Mikro­ wellenbereich eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen doppelt-symmetrischen Mischer ist eine Mehrzahl von Transistoren, von denen jeder im Mikrowellen­ bereich arbeiten kann, zu einem Ring zusammengeschaltet, wobei die Steuerelektroden eines ersten Paares der Transistoren mit­ einander verbunden sind und auch die Steuerelektroden eines zweiten Paares der Transistoren zusammengeschaltet sind; ferner enthält der Mischer eine Schaltung zur Kopplung eines innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbandes im Mikrowellenbereich liegen­ den Eingangssignals, zu den Eingangselektroden des Transistor­ rings mit einem relativen Phasenunterschied von 180° zwischen dem den Eingangselektroden der ersten Transistoren der beiden Transistorpaare und dem den Eingangselektroden der zweiten Transistoren der beiden Transistorpaare zugeführten Eingangs­ signals; vorgesehen ist ferner eine Schaltung zum Koppeln eines Geräteoszillatorsignals an die Steuerelektroden des Transistor­ ringes und zur Erzeugung eines relativen Phasenunterschiedes von 180° zwischen dem Oszillatorsignal, welches den Steuer­ elektroden des ersten Transistorpaares zugeführt wird und dem Oszillatorsignal, welches den Steuerelektroden des zweiten Transistorpaares zugeführt wird; außerdem enthält der Mischer eine Schaltung zur Vorspannung der Transistoren in ihre linea­ ren Arbeitsbereiche; der Transistorring erzeugt an der Aus­ gangselektrode ein Ausgangssignal, dessen Frequenz von den Frequenzen des Eingangssignals und des Oszillatorsignals ab­ hängt, sofern die Eingangssignale innerhalb des vorbestimmten Frequenzbandes liegen.

Die Mikrowellentransistoren sind vorzugsweise Feldeffekttran­ sistoren mit Metallelektroden (MESFETs), jedoch können statt ihrer auch Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MISFETs) oder Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMTs) verwendet werden.

Da die MESFETs in ihre linearen Arbeitsbereiche vorgespannt sind, werden Intermodulationsverzerrungen im Ausgangssignal (also im ZF-Signal) reduziert. Speziell werden die Leistungs­ pegel der Modulationsprodukte dritter Ordnung erheblich ver­ ringert, so daß der Interceptpunkt oder Unterdrückungspunkt dritter Ordnung (IP₃) verstärkt wird und über die Betriebsband­ breite des Mischers wesentlich höher gehalten wird als der 1 dB-Kompressionspunkt des Mischers. Dadurch wird die Auswir­ kung der Produkte dritter Ordnung auf den Dynamikbereich des Mischers verringert.

Die Ringschaltung erlaubt eine Abnahme des ZF-Signals von ande­ ren MESFET-Elektroden (beispielsweise den Source-Elektroden) als denjenigen Elektroden, denen das MF-Signal zugeführt wird (beispielsweise den Drain-Elektroden), so daß kein Diplexer (Filter) mehr benötigt wird, um die HF- und ZF-Signale an einer einzigen MESFET-Elektrode voneinander zu trennen, und daß auf diese Weise sich die HF- und ZF-Signalbänder überlappen können. Der MESFET-Ring ist auch in hohem Maße symmetrisch hinsichtlich der HF- und ZF-Signale. Das heißt, daß die Ausgangselektroden (Source-Elektroden), von denen das ZF-Signal abgenommen wird, von den Eingangselektroden (Drain-Elektroden) aus gesehen, wel­ chen das HF-Signal zugeführt wird, auf einer virtuellen Kurz­ schlußebene liegen; umgekehrt gilt das gleiche. Daraus folgt, daß die Isolation oder Trennung zwischen den ZF- und HF-Signal­ anschlüssen verbessert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt die Umwandlung des Eingangssignals von einem unsymmetrischen Eingangsignal in ein symmetrisches Eingangssignal unter Verwendung eines Symmetrier­ gliedes, welches eine erste Komponente des symmetrischen Ein­ gangssignals auf die Eingangselektroden der ersten MESFETs und eine zweite Komponente des symmetrischen Eingangssignals, die gegenüber der ersten Komponente um 180° phasenverschoben ist, auf die Eingangselektroden der zweiten MESFETs koppelt. Ein Oszillatorsymmetrierglied wandelt das Oszillatorsignal von einem unsymmetrischen Signal in ein symmetrisches Signal um und koppelt eine erste Komponente des symmetrischen Oszillator­ signals auf die Steuerelektroden des ersten MESFET-Paares und die um 180° gegenüber der ersten verschobene zweite Komponente des symmetrischen Oszillatorsignals auf die Steuerelektroden des zweiten MESFET-Paares. Die Symmetrierglieder halten die 180°-Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalkomponenten und den Oszillatorsignalkomponenten über das vorbestimmte Eingangs­ signal-Frequenzband (beispielsweise von 2 bis 12 GHz) aufrecht. Auf diese Weise kann der Mischer mit relativ niedrigen Umwand­ lungsverlusten und niedrigem Stehwellenverhältnis betrieben werden.

Die Symmetrierglieder umfassen eine erste Mikrostreifen-Über­ tragungsleitung mit einem ersten Streifenleiter, der durch ein dielektrisches Substrat von einem zweiten Streifenleiter getrennt ist; jedes Symmetrierglied sorgt für gleiche Weglängen von den jeweiligen Signalanschlüssen zu den betreffenden Elek­ troden der entsprechenden MESFETs. Das erste Ende des ersten Streifenleiters ist an den Signalanschluß gekoppelt, und ihm wird ein unsymmetrisches Signal zugeführt; der erste Streifen­ leiter teilt sich an einer Verbindungsstelle in ein Paar Streifenleiterarme auf zur Kopplung der Signalkomponenten zu den MESFETs. Das erste Ende des zweiten Streifenleiters ist an dem Signalanschluß mit einem Bezugspotential (beispielsweise Masse) gekoppelt, und der zweite Streifenleiter teilt sich ebenfalls an einer Verbindungs- oder Übergangsstelle in ein Paar Streifenleiterarme auf, die mit dem Leiterpaar des ersten Streifenleiters ausgerichtet sind, um die Signalkomponenten den MESFETs zuzuführen.

Zur Reduzierung des Stehwellenverhältnisses am Eingang sind die ersten und zweiten Streifenleiter so angeordnet, daß entlang der Streifenübertragungsleitung zwischen den ersten Enden und ihren Verbindungs- oder Übergangsstellen eine vorbestimmte Impedanz aufrechterhalten wird. Vorzugs­ weise wird die Impedanz dadurch konstant gehalten, daß der erste Streifenleiter mit einer ersten, im wesentlichen konstanten Breite zwischen seinem ersten Ende und seiner Übergangsstelle ausgebildet wird und der zweite Streifen­ leiter mit einer zweiten, größeren Breite an seinem ersten Ende ausgebildet wird, welche sich an seiner Übergangsstelle auf die erste Breite verjüngt (beispiels­ weise exponentiell). Die Leiterpaare der ersten und zweiten Streifenleiter sind so angeordnet, daß sie eine zweite Impedanz zwischen den Übergangsstellen und den Eingangs­ elektroden der MESFETs bilden, welche an die Eingangs­ impedanz an den Elektroden der MESFETs angepaßt ist, um so das Stehwellenverhältnis am Eingang weiter zu reduzieren.

Das erste Paar MESFETs ist benachbart gegenüberliegenden ebenen Oberflächen der Oszillator-Symmetrier-Streifenübertragungs­ leitung angeordnet, und das gleiche gilt für das zweite Paar MESFETs. Ein erster Leiter des Leiterpaares des ersten Streifenleiters und ein erster Leiter des Leiterpaares des zweiten Streifenleiters sind miteinander ausgerichtet und in einer ersten Ebene angeordnet, und jeweils ein zweiter Leiter des Leiterpaares des ersten bzw. zweiten Streifenleiters sind miteinander ausgerichtet und in einer zweiten, von der ersten Ebene unterschiedlichen Ebene (beispielsweise rechtwinklig zu dieser) angeordnet. Dadurch kann man Verbindungen gleicher Länge zu den Steuer­ elektroden der MESFET-Paare herstellen (und auf diese Weise die 180° Phasenverschiebung zwischen den Oszillator­ signalkomponenten aufrechterhalten), obwohl sie in einander gegenüberliegenden Ebenen angeordnet sind.

Ferner ist die Ausgangselektrode des ersten MESFET des ersten Transistor­ paares mit der Ausgangselektrode des zweiten MESFET des zweiten Transistorpaares und mit einem dritten Anschluß gekoppelt, und die Ausgangselektrode des zweiten MESFET des ersten Paares ist mit der Ausgangselektrode des ersten MESFET des zweiten Paares und mit einem vierten Anschluß gekoppelt. Das Ausgangssignal wird als symmetrisches Signal über dem dritten und vierten Anschluß erzeugt, und das symmetrische Ausgangssignal wird (etwa durch einen diskreten Transformator) in ein unsymmetrisches Ausgangssignal umgewandelt und einem Ausgangsanschluß zugeführt. Die Transformierungs- und Koppelschaltung hat eine erste Impedanz an den Ausgangs­ elektroden der MESFETs, welcher an die Ausgangsimpedanz der MESFETs angepaßt ist (so daß das Stehwellenverhältnis reduziert wird), und die erste Impedanz wird in eine zweite Impedanz am Ausgangsanschluß transformiert.

Die Steuer­ elektroden der Transistoren sind ihre Gate-Elektroden. Bei einer Ausführung sind die Eingangselektroden die Drain-Elektroden und die Ausgangselektroden die Source-Elektroden. Bei einer anderen Ausführung sind die Eingangselektroden die Source-Elektroden und die Ausgangselektroden die Drain-Elektroden.

Jeder Transistor kann so aufgebaut sein, daß seine Gate-Elektrode in gleichem Abstand von seiner Source- und seiner Drain-Elektrode liegt. Dabei wird die Gate-Source-Kapazität gleich der Gate-Drain-Kapazität der Transistoren, so daß der durch die HF- und ZF-Schaltungen abfließende Anteil des Oszillatorsignals minimal wird. Dadurch wird die Trennung zwischen Oszillator und HF-Signalen sowie zwischen Oszillator und ZF-Signalen weiter verbessert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt die Vorspannungsschaltung einen Teil der Koppelschaltung, mit der das Oszillatorsignal den Steuerelektroden der MESFET-Ringschaltung zugeführt wird. Vorzugsweise enthält die Vorspannungsschaltung diskrete Kondensatoren, die in Reihe in der Oszillator-Symmetrierschaltung liegen und mit deren Induktivität eine Vorspannungsschaltung zur Erzeugung einer Vorspannung für die MESFETs aus dem Oszillatorsignal bilden. Andererseits kann eine eigene Vorspannungsschaltung die Vorspannung unabhängig von der Leistung des Oszillatorsignals erzeugen und den Ausgangs­ elektroden (Source-Elektroden) der MESFETs über eine Mittelanzapfung einer Wicklung des Ausgangssignaltrans­ formators zuführen. Vorzugsweise durch diskrete Kondensatoren, die zur Gleichstromsperre in Reihe mit der Eingangs-Symmetrier­ schaltung liegen, wird verhindert, daß die MESFETs an ihren Eingangselektroden einen Gleichstrom aufgrund ihrer Vorspannung erzeugen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer äquivalenten Niederfrequenz­ schaltung des doppelt-symmetrischen Mischers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Mischers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Mischers nach Fig. 2 entlang der Linie 3-3,

Fig. 4 Kennlinien des Mischers nach Fig. 1 und 2 und

Fig. 5 ein Schaltbild einer äquivalenten Niederfrequenz­ schaltung eines doppelt-symmetrischen Mischers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 enthält der doppelt-symmetrische Mikrowellen­ mischer 10 eine Mehrzahl von Transistoren 12a-12d, welche im Mikrowellenfrequenzbereich arbeiten können und elektrisch zu einer Ringschaltung zusammengeschaltet sind, wie im einzelnen noch erläutert wird. Die Transistoren 12a-12d sind vorzugsweise MESFETs, können jedoch andererseits auch MISFETs oder HEMTs sein. Die MESFETs 12a-12d mischen ein oder mehrere Mikrowellensignale, welche einem HF-Anschluß 14 zugeführt werden (beispielsweise von einer nicht dargestellten Antenne) mit einem Oszillatorsignal (LO), welches einem Oszillatoranschluß 16 zugeführt wird, und sie erzeugen ein Zwischenfrequenzsignal (ZF) oder Signale bei der Zwischenfrequenz (nämlich X) am Anschluß 18. Wie noch im einzelnen erläutert wird, ist der Mischer 10 so aufgebaut, daß er über ein weites Frequenzband von Eingangsmikrowellen­ signalen (beispielsweise von 2 bis 12 GHz) arbeitet und Zwischenfrequenzsignale über einen breiten Frequenzbereich (beispielsweise von 10 MHz bis 2 GHz) erzeugt, wobei ein Intercept- oder Unterdrückungspunkt dritter Ordnung (IP₃) über den Eingangsfrequenzbereich oberhalb des 1 dB Kompressions­ punktes des Mischers 10 gehalten wird.

Die Gate-Elektroden der MESFETs 12a und 12c sind zusammen­ geschaltet, und das gleiche gilt für die Gate-Elektroden der MESFETs 12b und 12d. Der Oszillatoranschluß 16 ist mit dem Paar Gate-Elektroden über ein Symmetrierglied 20 (symmetrisch/unsymmetrische Leitung) verbunden, welches der Umwandlung eines unsymmetrischen Oszillatorsignals am Anschluß 16 in ein symmetrisches Signal mit um 180° gegenein­ ander phasenverschobenen Komponenten an den Gate-Elektroden der MESFETs 12a, 12c bzw. 12b, 12d dient. Das Symmetrier­ glied 20 transformiert auch eine Eingangsimpedanz von beispielsweise 50 Ohm am Oszillatoranschluß 16 in eine Impedanz von 100 Ohm an den Gate-Elektroden zur effektiveren Anpassung an die Gate-Impedanz der MESFETs 12a bis 12d und zur Reduzierung des Stehwellenverhältnisses.

Die Drain-Elektroden der MESFETs 12a und 12b sind zusammen mit einem Anschluß 12a verbunden, und die Drain-Elektroden der Transistoren 12c und 12d sind zusammen mit einem Anschluß 11c verbunden. Den Anschlüssen 11a und 11c werden Eingangsmikrowellensignale vom HF-Anschluß 14 über das Symmetrierglied 22 zugeführt. Dieses transformiert ein unsymmetrisches Signal am Anschluß 14 in ein Paar symmetrische Signale, die um 180° gegeneinander verschoben sind und an den Anschlüssen 11a bzw. 11c erscheinen. Das Symmetrierglied 22 transformiert auch die Eingangsimpedanz (beispielsweise 50 Ohm) am HF-Anschluß 14 auf etwa 100 Ohman den Drain-Elektroden der MESFETs, wiederum zur Anpassung an deren Eingangsimpedanz und zur Verringerung des Stehwellen­ verhältnisses.

Die Source-Elektroden der MESFETs 12a und 12c sind elektrisch mit einem Anschluß 11b verbunden, gleichermaßen sind die Source-Elektroden der MESFETs 12a und 12d mit dem Anschluß 11d verbunden. Die ZF-Signale entstehen über den Source-Elektrodenpaaren und erscheinen als gegenseitig um 180° phasenverschobene symmetrische Signale an den Anschlüssen 11b und 11d. Die symmetrischen ZF-Signale werden durch einen Transformator 24 in unsymmetrische ZF-Signale (X) am Anschluß 18 umgewandelt, und dieser Transformator reduziert auch die Ausgangsimpedanz (beispielsweise 100 Ohm) der MESFETs auf eine Impedanz von beispielsweise 50 Ohm am ZF-Anschluß 18.

Gemäß den Fig. 2 und 3 sind die MESFETs 12a-12d als GaAs-Bauelemente ausgebildet und in Blocks 13a-13d aus Isoliermaterial enthalten, auf denen Leiterstreifen 15 geätzt sind, um Verbindungen zu den Gate-, Source- und Drain-Elektroden herzustellen. Jeder MESFET 12a-12d ist mit einem Paar Source-Elektroden­ anschlüssen S versehen, so daß Mehrfachanschlüsse zur Source-Elektrode mit verringerter Induktivität hergestellt werden können. Die Blocks 13a und 13d sind über Verbindungs­ streifen 17 (von denen in den Fig. 2 und 3 nur eine gezeigt ist), welche beide Paare Source-Elektroden der MESFETs 12a und 12d elektrisch miteinander verbinden, in geringem Abstand aneinander befestigt. Ein gleiches Paar Verbindungsstreifen 17 verbindet die Source-Elektroden­ paare der MESFETs 12b und 12c und hält die Blocks 13b und 13c zusammen.

Fig. 2 läßt erkennen, daß die MESFETs 12a-12d räumlich so angeordnet sind, daß ihre Verbindungen (also die Verbindungsstreifen 17) zwischen ihren Source-Elektroden nicht den Verbindungen zwischen den Source-Elektroden der MESFETs 12b und 12c gegenüberliegen, und dadurch werden die Streukapazitäten zwischen den Source-Elektroden der MESFETs 12a, 12d und den Source-Elektroden der MESFETs 12b, 12c erheblich verringert (also denjenigen Punkten, an denen das ZF-Signal gemäß Fig. 1 abgenommen wird), so daß die obere Grenze der Betriebsbandbreite erhöht wird.

Das Symmetrierglied 20 wird elektrisch durch einen Trans­ formator veranschaulicht, dessen Sekundärwicklung eine geerdete Mittelanzapfung (Fig. 1) aufweist, um das der Primärwicklung (also dem Oszillatoranschluß 16) zugeführte unsymmetrische Signal in ein symmetrisches Signal mit gegenseitig um 180° phasenverschobenen Komponenten an seiner Sekundärwicklung zu erzeugen (welches den Gate-Elektroden der MESFETs 12a, 12c bzw. 12b, 12d zugeführt wird).

Das Symmetrierglied 22 ist als gegabelte Mikrostreifen-Über­ tragungsleitung realisiert, die ein Paar Kupferstreifenleiter 20, 26 enthält, welche auf einander gegenüberliegende ebene Oberflächen eines 0,127 = dicken Isoliersubstrats 30 aufgewalzt sind welches eine Dielektrizitätskonstante von 2,33 hat. Die Streifenleiter 26, 28 und das Substrat 30 sind miteinander ausgerichtet und bilden eine Mikrostrip-Übertragungsleitung von 50 Ohm zwischen dem Oszillatoranschluß 16 und der Übergangsstelle 32, wo die Streifenleiter 26 und 28 sich jeweils in ein Paar Streifenleiterarme 26a, 26b bzw. 28a, 28b aufteilen. Die Streifenleiterarme 26a, 28a sind auf gegenüber­ liegenden Seiten eines fingerförmigen Bereichs 30a des Substrats 30 ausgerichtet und bilden eine Übertragungs­ leitung von 100 Ohm; in gleicher Weise bilden die Streifen­ leiterarme 26b, 28b eine zweite Übertragungsleitung von 100 Ohm auf einem Substratfinger 30b.

Das Substrat 30 steht auf seiner Kante, und die Finger 30a, 30b befinden sich zwischen den Gate-Elektrodenanschlüssen der MESFETs 12a, 12b bzw. der MESFETs 12c, 12d. Die Streifen­ leiterarme 26a, 26b sind (über die Verbindungsstücke 17 und die Leiterstreifen 15) mit den Gate-Elektroden der MESFETs 12a bzw. 12c verbunden und schalten die Gate-Elektroden (Fig. 1) und den Streifenleiter 26 elektrisch zusammen. In gleicher Weise sind die Gate-Elektroden der MESFETs 12b, 12d miteinander und mit dem Streifenleiter 28 über die Verbindung mit den Streifenleiterarmen 28a bzw. 28b verbunden. Es muß betont werden, daß wegen des Zusammenbaus der MESFETs 12a, 12d bzw. der MESFETs 12b, 12c (zur Reduzierung der Länge der Source-Anschlüsse zwischen ihnen) die Gate-Elektroden der MESFETs 12a, 12c nicht in derselben Ebene liegen (gleiches gilt für die Gate-Elektroden der MESFETs 12b, 12d). Um die Längen der Übertragungsleitungen zwischen den Übergangs­ stellen 32 und den Gate-Elektroden aller MESFETs 12a-12d gleich zu halten, ist der Substratfinger 30a verdreht, so daß er in einer Ebene liegt, die rechtwinklig zu derjenigen des Fingers 30b und dem Rest des Substrates 30 liegt. Auf diese Weise sind die Längen der Streifenleiterarme 26a, 26b zwischen der Übergangsstelle 32 und den Gate-Elektroden der MESFETs 12a, 12c gleich und passen zu den Längen der Streifenleiterarme 26a, 28b zwischen der Übergangsstelle 32 und den Gate-Elektroden der MESFETs 12b, 12d. Dadurch wird sichergestellt, daß die Phasendifferenz von 180° zwischen den Oszillatorsignalkomponenten, welche den MESFETs 12a, 12c und 12b, 12d zugeführt werden, bis zu einer sehr hohen Frequenz und über einen breiten Frequenzbereich aufrecht­ erhalten wird.

Der Streifenleiter 28 ist am unsymmetrischen Oszillator­ anschluß 16 mit einem Bezugspotential (nämlich Masse) verbunden, und das unsymmetrische. Oszillatorsignal wird dem Streifenleiter 26 zugeführt. Dieser hat im wesentlichen eine konstante Dicke W₁ von einer Stelle zwischen dem Oszillatoranschluß 16 und der Übergangsstelle 32, verschmälert sich aber geringfügig im Zwischenbereich vom Oszillator­ anschluß 16, um an diesem eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm zu ergeben. Der Streifenleiter 28 verjüngt sich jedoch exponentiell von einer maximalen Breite von etwa 4,5 W₁ am Oszillatoranschluß 16 auf etwa die Breite des Streifen­ leiters 26 an der Übergangsstelle 32. Auf diese Weise wird vom Oszillatoranschluß 16 zur Übergangsstelle 32 eine Impedanz von 50 Ohm konstant gehalten, während das Oszillatorsignal aus einem unsymmetrischen Signal in ein symmetrisches Signal umgewandelt wird.

Ein Paar diskreter Kondensatoren 27a, 27b von 5,6 pF liegen in Reihe mit den Streifenleitern 26, 28 zwischen dem Oszillatoranschluß 16 und der Übergangsstelle 32. Die Kondensatoren 27a, 27b bilden zusammen mit der Induktivität des transformierenden Symmetriergliedes 20 (Fig. 1) eine selbstvorspannende Schaltung für die Gate-Source-Übergänge der MESFETs 12a-12d, wie noch im einzelnen erläutert werden wird.

Das Symmetrierglied 22 läßt sich elektrisch auch durch einen Transformator mit geerdeter Mittelanzapfung seiner Sekundärwicklung (Fig. 1) darstellen und wird durch eine Mikrostrip-Übertragungsleitung realisiert, bei welcher Kupferstreifenleiter 40, 42 auf einander gegenüber­ liegende Seiten eines ebenen Substrats 44 aus Isolier­ material aufgewalzt sind. Das Substrat 44 ist etwa 0,5 mm dick. Der Streifenleiter 40 reicht vom HF-Anschluß 14 (wo ihm das unsymmetrische Mikro­ wellensignal zugeführt wird) zu einer Übergangsstelle 46, wo der Leiter 40 sich in ein Paar Streifenleiterarme 40a, 40b aufspaltet. Die Breite W₂ des Streifenleiters 40 ist zwischen dem HF-Anschluß 14 und der Übergangsstelle 46 im wesentlichen konstant, aber am Anschluß 14 etwas schmaler als an der Übergangsstelle 46, so daß am HF-Anschluß 14 eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm entsteht. In Reihe mit dem Streifenleiter 4.0 (Fig. 1) liegt ein diskreter Konden­ sator 41a (50 pF).

Der Streifenleiter 42 ist mit dem Leiter 40 ausgerichtet, verjüngt sich jedoch exponentiell in seiner Breite von einem Maximum von etwa 4,5 W₂ am HF-Anschluß 14 (wo der Streifenleiter mit Massepotential verbunden ist) auf im wesentlichen dieselbe Breite wie der Streifenleiter 40 an der Übergangsstelle 46. Dort teilt sich der Streifenleiter 46 in ein Paar Streifenleiterarme 42a, 42b etwa konstanter Breite auf, die unter den Streifenleiterarme 40a bzw. 40b ausgerichtet sind. Die exponentielle Verjüngung des Streifenleiters 42 ergibt eine konstante Impedanz von 50 Ohm vom HF-Anschluß 14 zur Übergangsstelle 46. Ein diskreter Kondensator 41b von 50 pF ist zwischen dem HF-Anschluß 16 und der Übergansstelle 46 in Reihe mit dem Streifenleiter 42 geschaltet. Die diskreten Kondensatoren 41a und 41b verhindern, daß die MESFETs 12a-12d einen Drain-Gleichstrom führen.

Die Streifenleiter 40, 42 und das Substrat 44 bilden eine Mikrostrip-Übertragungsleitung von 50 Ohm zwischen dem HF-Anschluß 14 und der Übergangsstelle 46, um das unsymmetrische HF-Signal in ein symmetrisches Signal mit gegenseitig um 180° phasenverschobenen Komponenten an den Übergangsstellen 46 der Streifenleiter 40, 42 umzuwandeln. Die 50 Ohm Übertragungs­ leitung verzweigt sich an der Verbindungsstelle 46 in ein Paar 100 Ohm-Übertragungsleitungen. Eine Leitung enthält die Streifenleiterarme 40a, 42a, die durch den Substratfinger 44a getrennt sind, und verläuft neben den MESFET-Blocks 13a, 13d. Die Streifenleiterarme 40a, 42a sind mit den Drain-Elektroden jeweils der MESFETs 12a, 12d (über die Verbindungsstücke 17 und Streifen 15) verbunden. Die andere 100 Ohm-Übertragungs­ leitung, welche die Streifenleiterarme 40b, 42b enthält und auf dem Substratfinger 44b angeordnet ist, verläuft neben den Blocks 13b, 13c. Der Streifenleiterarme 40b ist mit der Drain-Elektrode des MESFETs 12b verbunden (und schaltet damit die Drain-Elektroden der MESFETs 12a und 12b zusammen), und der Streifenleiterarm 42b ist mit der Drain-Elektrode des MESFETs 12c verbunden (und verbindet damit die Drain-Elektroden der MESFETs 12c und 12d).

Der Transformator 24 ist ein diskretes Bauelement mit einem Ferritkern 50, um den drei Wicklungen eines #36 AWG Bifilar-Drahtes sowohl als Primärwicklung als auch als Sekundärwicklung gewickelt sind. Eine Seite der Primär- und Sekundärwicklungen ist über ein Paar solcher Drähte 52, 54 mit den Verbindungsstellen zwischen den Source-Elektroden der MESFETs 12a, 12d bzw. 12b, 12c (Fig. 1) durch Verlöten der Drähte mit den Source-Elektroden­ leitungsstreifen 15 der Blocks 13a, 13b verbunden. Die andere Seite der Primär- und Sekundärwicklungen ist über Drähte 56, 58 mit dem ZF-Anschluß 18 verbunden. Da letzterer ein unsymmetrischer Anschluß ist, ist der Draht 58 an Massepotential gelegt; das unsymmetrische ZF-Signal erscheint auf dem Draht 56. Damit der Transformator 24 die erforderliche Umwandlung eines symmetrischen in ein unsymmetrisches Signal ergibt und über die Betriebsband­ breite des Mischers für eine Impedanzanpassung sorgt, soll seine Gegeninduktivität M, wie sie gezeigt hat, etwa gleich der Selbstinduktivität L der Wicklungen sein; ferner soll die Reaktanz jeder Wicklung über die Bandbreite größer als 50 Ohm sein.

Der Mischer 10 ist in einer nicht dargestellten elektrisch leitenden Umhüllung angeordnet, und die HF-, Oszillator- und ZF-Anschlüsse 14, 16 bzw. 18 sind an übliche Mikrowellen­ anschlüsse geführt.

Im Betrieb werden das eine oder die mehreren empfangenen Mikrowellensignale dem HF-Anschluß 14 als auf Massepotential bezogene (also unsymmetrische) Potentiale zugeführt. Die Eingangs-HF-Signale haben einen Leistungspegel von beispiels­ weise bis zu +19 dBm (der 1 dB Kompressionspunkt des Mischers 10). Die gleichphasige Komponente jedes HF-Signals (symme­ triert durch das Symmetrierglied 22) wird den Drain-Elektroden der MESFETs 12a, 12b über die Streifenleiterarme 40a bzw. 40b zugeführt, während die um 180° gegenphasige Komponente über entsprechende Streifenleiterarme 42b, 40b den Drain-Elektroden der MESFETs 12c, 12d zugeführt wird.

Das Oszillatorsignal ist am Oszillatoranschluß 16 ebenfalls auf Masse bezogen. Seine Signalleistung reicht von beispielsweise +19 dBm bis +23 dBm und wird so gewählt, daß ein oder mehrere Betriebscharakteristika des Mischers 10 optimiert sind (beispielsweise die Unterdrückung für Signale dritter Ordnung). Die gleichphasige Komponente des symme­ trischen Oszillatorsignals wird über Streifenleiterarme 26a, 26b den Gate-Elektroden der MESFETs 12a bzw. 12c zugeführt, und den Gate-Elektroden der MESFETs 12b, 12d wird die 180° gegenphasige Oszillatorsignalkomponente über die Streifenleiterarme 28a bzw. 28b zugeführt, wie bereits gesagt wurde.

Die Kondensatoren 27a, 27b bilden zusammen mit der Induktivität des Symmetriergliedes 20 (Fig. 1) eine Selbstvorspannungs­ schaltung für die MESFETs 12a-12d, um eine Gleichspannung an die Gate-Elektroden zu legen, welche die MESFETs 12a-12d auf einen durch die Oszillatorleistung bestimmten Pegel vorspannen. Eine Oszillatorleistung von +20 dBm ergibt beispielsweise -2 Volt Gleichspannung an den Gate-Elektroden, wodurch die Gate-Source-Übergänge der MESFETs 12a-12d gerade oberhalb des Pinch-off-Punktes in Sperrichtung vorgespannt werden. Da die Kondensatoren 41a, 41b einen Drain-Stromfluß verhindern, ist die Drain-Source-Spannung VDS jedes MESFETs 12a-12d Null. Die Gleichstromarbeits­ punkte der MESFETs 12a-12d liegen daher in den Nullpunkten ihrer Strom/Spannungs-Kennlinien, und die MESFETs 12a-12d arbeiten in ihren linearen Bereichen als spannungsgesteuerte Widerstände zwischen Drain und Source. Das Leiten der Drain- Source-Kanäle der MESFETs 12a-12d wird gesteuert durch die durch das Oszillatorsignal an ihre Gate-Elektroden gelegte momentane Spannung. Beispielsweise erhöht sich während der ersten (positiven) Hälfte einer sinusförmigen Oszillator­ schwingung die den Gate-Elektroden der MESFETs 12a, 12c zugeführte Spannung, so daß die Drain-Source-Widerstände der MESFETs 12a, 12c sehr niedrig werden (etwa 9 Ohm) und für das HF-Signal ein niederohmiger Pfad über die MESFETs 12a, 12c zum ZF-Anschluß 18 gebildet wird. Gleich­ zeitig wird die den Gate-Elektroden des anderen MESFET-Paares 12b, 12d zugeführte Spannung verringert (wegen der 180° Phasenverschiebung der Oszillatorsignalkomponente, welche diesen Gate-Elektroden zugeführt wird), so daß die MESFETs 12a, 12b in den Pinch-off-Zustand gesteuert werden. Dadurch erscheinen die Source-Drain-Kanäle der MESFETs 12b, 12d für das HF-Signal praktisch unterbrochen.

Das Gegenteil tritt während der zweiten negativen Hälfte der sinusförmigen Oszillatorschwingung auf. Die Gate-Spannung der MESFETs 12b, 12d wird also durch das Oszillatorsignal erhöht, so daß die Source-Drain-Widerstände der MESFETs 12b, 12d niedrig werden, während die Source-Drain-Wider­ stände der MESFETs 12a, 12c durch das momentane Absinken ihrer Gate-Spannungen sehr hoch werden. Das HF-Signal wird dann über einen niederohmigen Weg durch die MESFETs 12b, 12d zum ZF-Anschluß 18 gekoppelt.

Das auf diese Weise erzeugte ZF-Signal ist ein symmetrisches Signal mit einem Paar gegenseitig um 180° phasenverschobenen Komponenten, die dem Transformator 24 von den Anschlüssen 11b, 11d (Fig. 1) zugeführt werden. Die Signalkomponenten werden mit Hilfe des diskreten Transformators 24 zu einem unsymmetrischen ZF-Signal kombiniert, das bei einer Impedanz von beispielsweise 50 Ohm am ZF-(X)Anschluß 18 auf Masse bezogen ist.

Die dem Transformator 24 zugeführten ZF-Signale haben natürlich infolge des durch die MESFETs 12a-12d ausgeführten Mischvorgang mehrere Frequenzkomponenten. Für ein erstes Mikrowellensignal HF₁ wird beispielsweise ein Paar Grund­ wellen-ZF-Signale mit Frequenzen HF₁-LO erzeugt. Ein dem HF-Anschluß 14 zugeführtes zweites Mikrowellensignal HF₂ läßt den Mischer 10 ein zweites Paar Grundwellen ZF-Signalfrequenzen mit HF₂-LO erzeugen. Die MESFETs 12a-12d erzeugen also Intermodulationsprodukte zwischen den beiden Mikrowellensignalen und dem Oszillatorsignal LO. Ein Inter­ modulationsprodukt ist ein Produkt dritter Ordnung mit einer Frequenzkomponente von beispielsweise 2HF₂-HF₁-LO, welches mit seiner Frequenz sehr dicht an einer der Grundwellen-ZF-Frequenzen für HF₁ liegen kann (nämlich HF₁-LO). Da jedoch der durch das Oszillatorsignal gesteuerte Kanal­ widerstand der MESFETs 12a-12d wegen des Betriebs dieser Transistoren in ihren linearen Bereichen hochlinear ist, wird der Leistungspegel der Intermodulationsprodukte wie derjenigen dritter Ordnung erheblich verringert.

In Fig. 4 zeigt die Kurve 60 den Unterdrückungspunkt IP₃ für Komponenten dritter Ordnung (also die niedrigste HF-Signalleistung, bei welcher die Leistungspegel eines Produktes dritter Ordnung und eines Grundwellen-ZF-Signals gleich sind), welchen der Mischer 10 über einen HF-Eingangs­ frequenzbereich von 2 bis 12 GHz für eine Oszillatorleistung von +20 dBm ergibt. Wie man sieht, verändert sich IP₃ von einem Minimum von näherungsweise 25 dBm auf einen Maximumpegel von mehr als +30 dBm. Die Kurve 60′ veran­ schaulicht eine geringere Verbesserung von IP₃ (zwischen 3 und 6 GHz und zwischen 9 und 11 GHz) wenn die Oszillator­ leistung auf +23 dBm vergrößert wird. Wie oben bereits gesagt wurde, hat der Mischer 10 einen 1 dB Kompressions­ punkt (welcher den typischen maximalen HF-Eingangsleistungs­ pegel für den Mischer 10 darstellt) von etwa +19 dBm. Auf diese Weise wird über den gesamten Betriebsfrequenzbereich des Mischers 10 der Interceptpunkt dritter Ordnung oder Unterdrückungspunkt für Komponenten dritter Ordnung wesent­ lich höher als der höchste Eingangs-Mikrowellen-Signal­ leistungspegel erhalten,. welcher dem Mischer 10 im normalen Betrieb zugeführt würde.

Da die MESFETs 12a-12d ringförmig zusammengeschaltet sind, wobei das HF-Eingangssignal den zusammengeschalteten Drain-Elektrodenpaaren zugeführt wird, so daß das ZF-Signal an den Source-Elektrodenpaaren abgenommen werden kann, benötigt der Mischer 10 keinen Diplexer (Filter) zur Trennung der ZF- und HF-Signale. Die Frequenzbänder der ZF- und HF-Signale dürfen sich daher überlappen (obwohl sich die Bänder im Mischer 10 wegen der Verwendung eines diskreten Transformators 24 nicht überlappen). Die Ringschaltung ist auch symmetrisch hinsichtlich der HF- und ZF-Signale. Von den Drain-Elektroden aus gesehen liegen dabei die Source-Elektroden der MESFETs 12a-12d auf einer virtuellen Kurzschlußebene; ihre Drain-Elektroden liegen ebenfalls - über die Source-Elektroden gesehen - auf einer virtuellen Kurzschlußebene. Damit ist die über das Transistorpaar 12a, 12b abfließende HF-Spannung gleich derjenigen, welche über das MESFET-Paar 12c, 12d abfließt, und auf diese Weise wird die HF- gegen ZF-Isolation des Mischers 10 vergrößert.

Die Isolation zwischen den Oszillator- und HF-Anschlüssen 14, 16 und zwischen den Oszillator- und ZF-Anschlüssen 16, 18 vergrößert sich wegen der Symmetrie des MESFET-Ringes eben­ falls. So zeigt die Kurve 62. (Fig. 4) beispielsweise, daß die Isolation zwischen dem Oszillatoranschluß 16 und dem HF-Anschluß 14 über das Band von 2 bis 12 GHz zwischen 18 und 28 dB liegt, weil nämlich die Anteile des Oszillatorsignals, welches über die MESFETSs 12a-12d zu den Anschlüssen 11a und 11c abfließen, gleiche Größe und Phasenlage haben. Dies gilt auch für die Anteile des Oszillatorsignals, welche über die MESFETs 12a-12d zu den Anschlüssen 11b, 11d gelangen. Dadurch werden die Komponenten am HF-Anschluß 14 und am ZF-Anschluß 18 infolge der durch die Symmetrierglieder 22 bzw. 24 bewirkten 180°-Phasenverschiebungen im wesentlichen ausgelöscht.

Die Symmetrie der Ringschaltung mit den MESFETs 12a-12d sorgt außerdem für eine Trennung zwischen Produkten gerader Ordnung (wie etwa die Grund-ZF-Frequenzen), welche über den Source-Elektroden auftreten, und der Produkte ungerader Ordnung (beispielsweise Bild- und HF-Signale), welche über den Drain-Elektroden auftreten.

Die Symmetrierglieder 20, 22 und der Transformator 24 bewirken eine Transformation unsymmetrischer in symmetrische Signale und eine Impedanztransformation über das gesamte Betriebsband von 2 bis 12 GHz. Dadurch entstehen relativ wenig Umwandlungsverluste (Kurve 64 in Fig. 4) beispiels­ weise zwischen 7 und 10 dB über das Band. Die Impedanz­ anpassung sorgt auch für gute Stehwelleneigenschaften über das Band. Beispielsweise wird das Stehwellenverhältnis am HF-Anschluß 14 zwischen 2 und 9 GHz zwischen 1,5 : 1 und etwas mehr als 3 : 1 gehalten, wie die Kurve 66 in Fig. 4 zeigt. Das HF-Stehwellenverhältnis wächst zwischen 9 und 12 GHz infolge parasitärer Einflüsse durch die MESFET-Gehäuse 13a-13d (Fig. 3) auf etwa 6 : 1.

Weitere Ausführungsformen sind in den beiliegenden Ansprüchen gekennzeichnet.

Nach Fig. 5 kann der Mischer 10 wahlweise auch mit einer Vorspannungsschaltung 70 zur Bestimmung der Gleichvor­ spannung der Ring-MESFETs 12a-12d unabhängig von der Leistung des Oszillatorsignals versehen sein. Eine positive Bezugsspannung +V wird (über ein RFI-Filter 71) auf eine Spannungsteilerschaltung mit Widerständen 72 und 74 und von dieser auf die Mittelanzapfung 25a′ der Primärwicklung 25′ des Transformators 24′ (welcher den Transformator 24 in Fig. 1 ersetzt) gekoppelt. Der Transformator 24′ ist ein diskretes Bauelement mit einem Ferritkern, um den Primär- und Sekundärwicklungen mit drei Windungen (unter Verwendung eines #36 AWG trifilaren Drahtes) gewickelt sind. Die Selbst- und Gegen-Induktivitäten des Transformats 24′ genügen denselben Bemessungsregeln, wie sie zuvor für den Transformator 24 erläutert worden sind.

Die positive Gleichvorspannung wird den Source-Elektroden der MESFETs 12a-12d über die Primärwicklung 25′a zugeführt. Die Kondensatoren 27a, 27b (Fig. 1) fehlen in dem Oszillator-Symme­ trierglied 20, so daß die Gate-Elektroden gleichspannungs­ mäßig an Masse gekoppelt werden können. Damit spannt die von der Vorspannungsschaltung 70 gelieferte positive Spannung die Gate-Source-Übergänge der MESFETs 12a-12d gleichspannungs­ mäßig in Sperrichtung vor. Durch Veränderung der Bezugs­ spannung +V können die Gleichspannungs-Arbeitspunkte der MESFETs 12a-12d selektiv zur Optimierung einer gewünschten Mischercharakteristik (beispielsweise IP₃) bestimmt werden.

Bei der Bestimmung des Gleichspannungsarbeitspunktes durch die Vorspannungsschaltung 70 kann die Oszillatorleistung beispielsweise unter +19 dB reduziert werden, ohne daß IP₃ beeinträchtigt wird.

Eine Zenerdiode 76 in der Vorspannungsschaltung 70 sorgt für eine Vorspannungsregelung und verhindert, daß die Gate-Source-Übergänge der MESFETs 12a-12d in Durchlaßrichtung vorgespannt werden, wenn die Bezugsspannung negativ wird. Der Kondensator 78 überbrückt die Mittelanzapfung 25′a des Transformators 24′ nach Masse (und ermöglicht damit, daß der Transformator 24′ das von den MESFETs 12a-12d gelieferte unsymmetrische ZF-Signal in ein symmetrisches Signal umwandelt, welches am ZF-(X)Anschluß 18 auf eine Ohm von 50 Impedanz bezogen ist.

Die Ringschaltung der MESFETs 12a-12d kann wahlweise auch in einer monolithischen integrierten Schaltung anstatt mit diskreten MESFETs realisiert werden. Dadurch würde die Größe des Ringes reduziert und dementsprechend die Leitungs­ induktivitäten verringert, so daß der Frequenzbereich des Mischers 10 erweitert werden kann. Die monolithischen MESFETs können auch so aufgebaut sein, daß ihre Gate-Elektroden räumlich in der Mitte zwischen ihren Source- und Drain-Elektroden liegen. Bei diskreten MESFETs ist die Gate-Elektroden normalerweise näher bei der Source-Elektrode als bei der Drain-Elektrode angeordnet, so daß bei vor­ gespanntem Transistor die Gate-Source-Kapazität (C_gs) typischerweise einige Male größer als die Gate-Drain-Kapazität (C_gd) ist. Durch zentrische räumliche Anordnung der Gate-Elektrode werden C_gs und C_gd gleich groß, wenn der MESFET vorgespannt ist (beispielsweise entweder durch das Oszillatorsignal oder durch die Vorspannungsschaltung 70).

Dadurch wird der Anteil des Oszillatorsignals, welcher durch die MESFETs zur Drain- und Source-Schaltung gelangt, minimalisiert und auf diese Weise die Isolation zwischen den Oszillator- und HF-Anschlüssen und den Oszillator- und IF-Anschlüssen vergrößert. Die Mittenanordnung der Gate-Elektroden macht es auch möglich, daß das HF-Signal statt dessen den Source-Elektroden des MESFET-Ringes zugeführt wird und das ZF-Signal von den Drain-Elektroden abgenommen werden kann, wobei man praktisch die gleichen Übertragungs­ eigenschaften erhält, als wenn das HF-Signal den Drain-Elektroden zugeführt und das ZF-Signal von den Source-Elektroden abgenommen würde.

Weiterhin kann man andere Ausführungsformen für die Symmetrierglieder 20, 22 und den Transformator 24 verwenden. Beispielsweise könnte der diskrete Transformator 24 durch ein Streifenleitungs-Symmetrierglied ersetzt werden. Die Verwendung einer Streifen-Übertragungsleitung zur Kopplung des ZF-Signals von den MESFETs 12a-12d würde eine Erhöhung des oberen Endes des ZF-Bandes über 2 GHz und somit eine Überlappung mit dem HF-Band erlauben.

Claims (4)

1. Doppelt-symmetrischer Mischer mit zwei Transistorpaaren (12a, 12c bzw. 12b, 12d), von denen erste Elektroden (D) je eines Transistors jedes Paares jeweils mit entgegengesetzten Enden einer an einer Mittelanzapfung geerdeten Wicklung eines ersten Transformators (22) gekoppelt sind, über den ein HF-Signal zu­ geführt wird, und zweite Elektroden (S) je eines Transistors jedes Paares jeweils mit einem der Anschlüsse eines unsymmetri­ schen Ausgangs (18) gekoppelt sind und die zusammengeschalteten Steuerelektroden (G) jedes Transistorpaares mit jeweils ent­ gegengesetzten Enden einer an einer Mittelanzapfung geerdeten Wicklung eines zweiten Transformators (20) gekoppelt sind, über den ein Oszillatorsignal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Transistoren Feldeffekttransistoren sind und die Gate­ elektroden der Transistoren (12a, 12c bzw. 12b, 12d) jedes Tran­ sistorpaares untereinander und mit den Enden der mittelange­ zapften Transformatorwicklungen ohne zwischengeschaltete Reak­ tanzen miteinander verbunden sind und
daß der erste Transformator (22) eine Mikrostreifen-Übertra­ gungsleitung aus zwei Streifenleitern (40, 42) auf gegenüber­ liegenden Seiten eines dielektrischen Substrats (44) aufweist, von denen der eine Streifenleiter (40) sich in zwei Streifen­ leiterarme (40a, 40b) aufteilt und auch der andere Streifen­ leiter (42) sich in zwei Streifenleiterarme (42a, 42b) aufteilt,
und daß die Drainelektroden (D) je eines Transistors (12a, 12b) aus verschiedenen Paaren mit jeweils einem der Streifenleiter­ arme (40a, 40b) des einen Streifenleiters (40) verbunden sind und die Drainelektroden (D) der anderen Transistoren (12c, 12d) mit jeweils einem Streifenleiterarm (42a, 42b) des anderen Streifenleiters (42) gekoppelt sind.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transformator (20) eine Mikrostreifen-Übertragungslei­ tung aus zwei Streifenleitern (26, 28) auf gegenüberliegenden Seiten eines dielektrischen Substrats (30) aufweist, von denen der eine Streifenleiter (26) sich in zwei Streifenleiterarme (26a, 26b) aufteilt und auch der andere Streifenleiter (28) sich in zwei Streifenleiterarme (28a, 28b) aufteilt, und daß die Gateelektroden (G) jeweils eines Transistors (12a, 12c) aus je einem Paar jeweils mit den Streifenleiterarmen (26a, 26b) des einen Streifenleiters und die Gateelektroden (G) der Transisto­ ren (12b, 12d) des jeweils anderen Transistors jedes Paares mit je einem der Streifenleiterarme (28a, 28b) gekoppelt sind.

3. Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Substrat (30) in zwei Finger (30a, 30b) aufgeteilt ist, und daß sowohl die Streifenleiterarme (26a, 26b) des einen Streifenleiters (26) als auch die Streifenleiterarme (28a, 28b) des anderen Streifenleiters (28) jeweils längs der Finger (28a, 28b) verlaufen.

4. Mischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (30a, 30b) in zueinander rechtwinkligen Ebenen liegen.