DE4107112C2 - Mischeranordnung für den Mikrowellenbereich - Google Patents
Mischeranordnung für den MikrowellenbereichInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Mischeranordnung für den Mi
krowellenbereich gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Mischeranordnung ist bereits aus dem Lehrbuch
von M. I. Skolnik "Introduction to Radarsystems", 2. Edi
tion (McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokio), Seite 349 be
kannt. Eine auf dem dort beschriebenen Prinzip beruhende
Mischeranordnung ist aus dem Artikel von R. N. Bates, M. D.
Colemann: "Millimetre wave 'E'-plane mics for use up to
100 GHz"; in: Proceedings, conference on Military Microwa
ves '80, London (1980), S. 88-94 bekannt.
Mischer dieser Art können beispielsweise eingesetzt werden
in Anlagen und/oder Geräten:
- - zum Empfang nur eines Seitenbands (Spiegel-fre quenzunterdrückung)
- - zum selektiven Empfang auf zwei Frequenzen mit ei nem Mikrowellenempfänger (mit Referenzfrequenz gleich dem arithemtischen Mittel der beiden Emp fangsfrequenzen)
- - zur Unterscheidung der Bewegungsrichtung sich be wegender Objekte mittels Dopplerradar.
Das Prinzipschaltbild der bekannten Mischeranordnung ist
in Fig. 2 gezeigt. Die Anordnung umfaßt zwei Mischer Ma
und Mb, die ausgangsseitig über Zuleitungen 3a, 4a; 3b, 4b
jeweils mit einem der beiden Eingänge eines 3 dB/90°-
Hybridkopplers H1 verbunden sind (gegebenenfalls jeweils
über ein zwischengeschaltetes Tiefpaßfilter Ta bzw. Tb).
Eingangsseitig wird den beiden Mischer Ma und Mb zum einen
über Zuleitungen 1a und 1b das Mikrowellensignal S gleich
phasig zugeführt und zum anderen über Zuleitungen 2a und
2b das Referenzfrequenzsignal LO um 90° gegeneinander pha
senverschoben. Die 90°-Phasenverschiebung wird mit einem
weiteren 3 dB/90°-Hybridkoppler H2 erzeugt, an dessen einem
Eingang das Referenzfrequenzsignal LO anliegt und dessen
anderer Eingang reflexionsfrei abgeschlossen ist.
Das Mikrowellensignal S wird in den beiden Mischern Ma und
Mb jeweils mit dem Referenzfrequenzsignal LO gemischt, wo
bei das dem Mischer Mb zugeführte Referenzfrequenzsignal
LO gegenüber dem dem Mischer Ma zugeführten Referenzfre
quenzsignal LO um 90° in seiner Phase verschoben ist. Die
Mischprodukte im Zwischenfrequenzbereich werden getrennt
(gegebenenfalls über die Tiefpaßfilter Ta und Tb) dem
3 dB/90°-Hybridkoppler H1 zugeführt und dort frequenzmäßig
aufgeteilt, dergestalt, daß an dem einen Ausgang 5a des
Kopplers H1 das obere Seitenband OSB des Zwischenfrequenz
signals ZF abgegriffen werden kann und räumlich und elek
trisch hiervon getrennt an dem anderen Ausgang 5b des
Kopplers H1 das untere Seitenband USB.
Dank dieser räumlich/elektrischen Trennung der beiden Sei
tenbänder OSB, USB können diese in einer (nicht gezeigten)
nachgeschalteten Signalverarbeitung separat weiter verar
beitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Mi
scheranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die
eine möglichst hohe Empfindlichkeit aufweist, die einen
möglichst hohen Grad der Entkopplung zwischen Mikrowellen
signal S und Referenzfrequenzsignal LO erreicht und die
eine besonders vorteilhafte praktische Ausführung auf
weist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Pa
tentanspruch 1 beschrieben. Die übrigen Ansprüche enthal
ten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sowie bevorzugte Verwendungsmöglichkeiten dieser
Erfindung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Ausschnitt aus einer bevorzugten Ausführungs
form der erfindungsgemäßen Mischeranordnung für
den Mikrowellenbereich, insbesondere Millimeter
wellenbereich in Finleitungs-/Koplanarleitungs
technik
Fig. 2 das Prinzipschaltbild der bereits diskutierten be
kannten Mischeranordnung
Fig. 3 die bevorzugte Anordnung der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 in einem Hohlleiter im Querschnitt
Fig. 4 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Mischeranordnung für den Mikrowellen
bereich, insbesondere Millimeterwellenbereich in
Finleitungs-/Koplanarleitungstechnik.
Ähnlich wie bei einfachen Finleitungs-Gegentaktmischern
(vgl. z. B. DE-PS-30 14 966) beruht das Mischprinzip nach
der Erfindung auf der Kombination von Schlitzleitung (Fin
leitung) und Koplanarleitung, wobei die Mischerdioden an
der Stoßstelle zwischen diesen Strukturen angeordnet sind
(Fig. 1). In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1
befindet sich eine solche Struktur sowohl auf der Ober-
wie der Unterseite des Substrats.
Im einzelnen zeigt die Fig. 1 ein dielektrisches Substrat
10, auf dem beidseitig (Ober- und Unterseite) metallische,
feldführende Strukturen aufgebracht sind und das sich in
einem (nicht gezeigten) Hohlleiter befindet. Dabei sind in
der Figur die metallischen Flächen des Substrats 10 mit
102 und die nichtmetallischen Flächen des Substrats 10 mit
101 bezeichnet. Die metallischen Strukturen 102 auf der
Oberseite des Substrats 10 sind mit dem Buchstaben a
gekennzeichnet, die auf der Unterseite des Substrats mit
dem Buchstaben b (in Klammern), wobei die oberseitigen
Strukturen a im wesentlichen deckungsgleich sind mit den
unterseitigen Strukturen b mit Ausnahme eines Teils der
beiden Koplanarleitungen 60a und 60b, die am rechten Rand
der Figur auf der Substratunterseite nach unten gebogen
(gestrichelte Linien) und auf der Substratoberseite nach
oben gebogen (durchgezogene Linien) verlaufen. Fig. 3
zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 etwa
entlang der Schnittlinie AA', wobei aus Fig. 3 zusätzlich
die räumliche Ausrichtung des Substrats 10 in dem (bei
spielhaft aus zwei Hälften HLa, HLb bestehenden) Hohllei
ter hervorgeht.
In Fig. 1 ist nur der Teil der erfindungsgemäßen Schaltung
gezeigt, der die beiden Mischer Ma und Mb betrifft. Der
Mischer Ma ist auf der Oberseite des Substrats 10 und der
Mischer Mb auf der Unterseite des Substrats 10 angeordnet.
Im einzelnen ist auf beiden Seiten des Substrats ein Hohl
leiter-Finleitungs-Übergang (Taper) 20a bzw. 20b vorgese
hen, an dem sich eine bilaterale symmetrische Finleitungs
struktur 30a bzw. 30b anschließt mit insgesamt vier Fins
301a, 302a bzw. 301b und 302b, die paarweise deckungs
gleich (oder annähernd deckungsgleich) direkt über
einanderliegen (301a und 301b bzw. 302a und 302b). Daran
schließt sich auf der Ober- und auf der Unterseite des
Substrats 10 jeweils eine zu einem großen Teil kollinear
mit den bilateralen Finleitungen 30a, 30b angeordnete Ko
planarleitung 60a bzw. 60b an, die in dem kollinear mit
der Finleitung 30a, 30b verlaufenden Teil deckungsgleich
(oder annähernd deckungsgleich) direkt übereinander lie
gen. Die beiden Koplanarleitungen 60a, 60b bestehen dabei
jeweils aus zwei Randmetallisierungen 602a, 603a bzw.
602b, 603b, zwischen denen ein metallischer Mittelleiter
601a bzw. 601b angeordnet ist, der durch metallfreie Zwi
schenstreifen von vorzugsweise konstanter Breite von den
Randmetallisierungen 602a, 603a bzw. 602b, 603b getrennt
ist. An den Stoßstellen 50a bzw. 50b zwischen Fin- und
Koplanarleitung 30a, 60a bzw. 30b, 60b ist jeweils eine
Reihenschaltung von zwei Mischerdioden 40a bzw. 40b ange
ordnet, wobei die eine Diode den einen Fin 301a bzw. 301b
mit dem Mittelleiter 601a bzw. 601b der entsprechenden
Koplanarleitung 60a bzw. 60b verbindet und die andere Di
ode den zweiten Fin 302a bzw. 302b.
Über den Übergang (Taper) 20a, 20b vom (nicht gezeigten)
Hohlleiter auf die bilaterale Finleitung 30a, 30b wird das
Mikrowellensignal S gleichphasig in den Schlitzen der Ein
leitung auf Substratoberseite und -unterseite der Rei
henverzweigung 50a, 50b zugeführt und gelangt gleichphasig
an die vier Mischerdioden 40a bzw. 40b. Wird die LO-Lei
stung um 90° gegeneinander phasenverschoben auf die beiden
LO-Eingänge der Koplanarleitungen 60a bzw. 60b gegeben und
dabei jeweils der symmetrische Feldtyp auf den Koplanar
leitungen 60a und 60b angeregt, so stellt sich am Ort der
Dioden 40a, 40b die notwendige Phasenbedingung gemäß Fig.
2 ein. Die Orientierung der elektrischen Feldstärke am Ort
der Dioden 40a, 40b ist in Fig. 3 symbolisch durch Pfeile
gekennzeichnet.
Die Zwischenfrequenz ZF liegt auf Substratober- und
-unterseite jeweils zwischen dem Mittelleiter 601a bzw.
601b und den äußeren Randmetallisierungen 602a, 603a bzw.
602b, 603b an und kann z. B. durch Tiefpaßfilter aus den
beiden LO/ZF-Anschlüssen ausgekoppelt und über einen
(nicht gezeigten) 3 dB/90°-Hybridkoppler im Zwischenfre
quenzbereich phasenrichtig zusammengeführt werden, an des
sen beiden Ausgängen dann die beiden Seitenbänder OSB und
USB des Zwischenfrequenzsignals ZF räumlich/elektrisch
voneinander getrennt anliegen.
Die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen LO-Ein
speisungen können auf unterschiedlichste Weise realisiert
werden, vorteilhaft z. B. durch einen weiteren 3 dB/90°-Hy
bridkoppler, der die 90°-Phasenverschiebung automatisch
erzeugt.
Eine besonderes elegante und einfache Ausführung ist in
Fig. 4 dargestellt. Hier sind sämtliche Funktionen des
Prinzipschaltbildes (Fig. 2) auf einem Substrat 10 inte
griert. Dabei sind übereinstimmende Baugruppen in den
Fig. 1, 3 und 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
so daß bezüglich der Erläuterung der Fig. 4 hinsichtlich
des "Mischerteils" der Schaltung auf die Erläuterungen zu
Fig. 1 und 3 verwiesen werden kann.
Die Koplanar- oder "suspended substrate"-Leitung 60a, 60b,
die die LO-Leistung zuführt, ist in dem Überlappungsbe
reich mit je einer Leitung auf Substratober- und -unter
seite so dimensioniert, daß dieses Stück verkoppelter Lei
tungen gerade einen 3 dB/90°-Hybridrichtkoppler mit 90°-
Phasenverschiebung darstellt. Es handelt sich dabei um
einen sogenannten Vorwärtskoppler, dessen Funktion im we
sentlichen durch den Unterschied der Phasenkonstanten des
Gleich- und des Gegentaktfeldtyps zustandekommt (vgl. z. B.
Callsen, H.; Schmidt, L.-P.; Solbach, K.: Breitbandige
Finleitungrichtkoppler. Wiss. Berichte AEG-TELEFUNKEN 54
(1981), 241-250). Die Dimensionierung ist mit Hilfe feld
theoretischer Berechnungsverfahren möglich (vgl. z. B.
Schmidt, L.-P.; Menzel, W.: Berechnung der Leitungsparame
ter quasiplanarer Wellenleiter für integrierte mmW-Schal
tungen. Wiss. Berichte AEG-TELEFUNKEN 43(1981), 219-226).
Damit reicht es aus, die LO-Leistung an einem Anschluß der
Schaltung zuzuführen. Der zweite Anschluß wird mit einem
Absorberkeil 70b reflexionsfrei abgeschlossen.
Die beiden Zwischenfrequenzsignale können vorteilhaft über
Stichleitungen 3a, 3b und Mikrostrip-Tiefpaßfilter Ta, Tb
auf demselben Substrat 10 ausgekoppelt und dem ebenfalls
auf dem Substrat 10 befindlichen 3 dB/90°-Hybridkoppler H1
zugeführt werden, wobei die Stichleitung 3b von der Unter
seite des Substrats 10 über eine Durchkontaktierung 80b
auf die Substratoberseite überführt ist. An den beiden
Ausgängen des Kopplers H1 stehen dann das obere Seitenband
(OSB) bzw. das untere Seitenband (USB) der Zwischen
frequenz ZF an.
Der Vorteil der Anordnungen gemäß Fig. 1, 3 und 4 besteht
vor allem darin, daß sie wenig aufwendig und voluminös
sind und aufgrund ihrer Kompaktheit und der damit verbun
denen kurzen Signalwege eine große Bandbreite aufweisen,
so daß sie sich insbesondere für den Einsatz im Mikrowel
len- bzw. Millimeterwellenbereich eignen.
Claims (11)
1. Mischeranordnung für den Mikrowellenbereich, insbeson
dere Millimeterwellenbereich, mit separaten Abgriffen für
das obere und das untere Seitenband des durch die Mischung
von Mikrowellen- und Referenzfrequenzsignal erzeugten Zwi
schenfrequenzsignals,
bei der ein 3 dB/90°-Hybridkoppler (H1) und zwei Mischer (Ma, Mb) vorgesehen sind, wobei
die beiden Ausgänge (5a, 5b) des 3 dB/90°-Hybridkopplers (H1) die separaten Abgriffe für das obere und das untere Seitenband (OSB, USB) des Zwischenfrequenzsignals (ZF) bilden,
die beiden Mischer (Ma, Mb) ausgangsseitig jeweils mit einem der beiden Eingänge des 3 dB/90°-Hybridkopplers (H1) verbunden sind
und den beiden Mischern (Ma, Mb) eingangsseitig zum einen das Mikrowellensignal (S) gleichphasig zugeführt ist und zum anderen das Referenzfrequenzsignal (LO) um 90° gegen einander phasenverschoben zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,
bei der ein 3 dB/90°-Hybridkoppler (H1) und zwei Mischer (Ma, Mb) vorgesehen sind, wobei
die beiden Ausgänge (5a, 5b) des 3 dB/90°-Hybridkopplers (H1) die separaten Abgriffe für das obere und das untere Seitenband (OSB, USB) des Zwischenfrequenzsignals (ZF) bilden,
die beiden Mischer (Ma, Mb) ausgangsseitig jeweils mit einem der beiden Eingänge des 3 dB/90°-Hybridkopplers (H1) verbunden sind
und den beiden Mischern (Ma, Mb) eingangsseitig zum einen das Mikrowellensignal (S) gleichphasig zugeführt ist und zum anderen das Referenzfrequenzsignal (LO) um 90° gegen einander phasenverschoben zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß der eine Mischer (Ma) auf der Oberseite eines in einem Hohlleiter (HLa, HLb) befindlichen dielektri schen Substrats (10) und der andere Mischer (Mb) auf der Unterseite des Substrats (10) angeordnet ist;
- 2. daß die Mischer (Ma; Mb) jeweils als Kombination einer auf das Substrat (10) aufgebrachten Einzel-Finlei tungsstruktur (30a; 30b) zur Zuführung des Mikrowel lensignals (S) und einer ebenfalls auf das (Reihen schaltung von zwei Mischerdioden (40a; 40b) an LO, 0°; LO, 90°) und zur Auskopplung des Zwischenfrequenzsignals (ZF) ausgebildet sind mit jeweils einer der jeweiligen Stoßstelle (50a; 50b) zwischen den beiden Strukturen (40a, 60a; 40b, 60b).
2. Mischeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Mischer (Ma, Mb) jeweils über einen Tiefpaß
filter (Ta, Tb) mit dem ihnen jeweils zugeordneten Eingang
des 3 dB/90°-Hybridkopplers (H1) verbunden sind.
3. Mischeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Referenzfrequenzsignal (LO) über
einen weiteren 3 dB/90°-Hybridkoppler (H2) den beiden
Mischern (Ma, Mb) zugeführt ist.
4. Mischeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet,
- 1. daß die beiden Einzel-Finleitungsstrukturen (30a, 30b) auf der Ober- und Unterseite des Substrats (10) zu einer bilateralen symmetrischen Finleitungsstruktur (30a, 30b; 301a, 302a, 301b, 302b) zusammengefaßt sind mit einem Taper (20a, 20b) als Hohlleiter-Finleitungs- Übergang;
- 2. daß die beiden Koplanarleitungsstrukturen (60a, 60b) auf der Ober- und Unterseite des Substrats (10) im Be reich der Mischerdioden (40a, 40b) überlappend direkt übereinander oder zumindest annähernd direkt überein ander angeordnet sind und im übrigen Bereich nicht.
5. Mischeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Koplanarleitungsstrukturen (60a, 60b)
in ihrem Überlappungsbereich kollinear oder zumindest an
nähernd kollinear zu der bilateralen symmetrischen Finlei
tungsstruktur (30a, 30b) verlaufen.
6. Mischeranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Koplanarleitungsstrukturen
(60a, 60b) im übrigen Bereich jeweils in einem rechten
Winkel oder zumindest annähernd in einem rechten Winkel zu
ihrem Verlauf im Bereich der Mischerdioden (40a, 40b) ange
ordnet sind und dabei untereinander einen Winkel von 180°
oder zumindest annähernd 180° einschließen.
7. Mischeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net,
- 1. daß die beiden Koplanarleitungsstrukturen (60a, 60b) durch eine entsprechende Dimensionierung in ihrem Überlappungsbereich den weiteren 3 dB/90°-Hybridkoppler (H2) bilden mit den beiden überlappenden Leitungsteil strukturen im Bereich der Mischerdioden (40a, 40b) als Koppler-Ausgänge und der nichtüberlappenden Leitungs- Teilstruktur als Kopplereingänge;
- 2. daß das Referenzfrequenzsignal (LO) nur über einen der beiden Kopplereingänge (60a) eingespeist ist und der andere der beiden Kopplereingänge (60b) durch einen Absorberteil (70b) reflexionsfrei abgeschlossen ist.
8. Mischeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß im übrigen Bereich der beiden Koplanarleitungs
strukturen (60a, 60b) von dem Mittelleiter (601a, 601b) der
jeweiligen Struktur (60a, 60b) jeweils eine Stichleitung
(3a, 3b) zur Auskopplung des Zwischenfrequenzsignals (ZF)
abgeht.
9. Mischeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beiden Stichleitungen (3a, 3b) kollinear
oder zumindest annähernd kollinear zu den beiden Mittel
leitern (601a, 601b) der beiden Koplanarleitungsstrukturen
(60a, 60b) im Bereich der Mischerdioden (40a, 40b) verlau
fen und daß die Stichleitung (3b) des auf der Unterseite
des Substrats (10) angeordneten Mischers (Mb) über eine
Durchkontaktierung (80b) auf die Oberseite des Substrats
(10) überführt ist.
10. Mischeranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die beiden Tiefpaßfilter (Ta, Tb) und vor
zugsweise auch der 3 dB/90°-Hybridkoppler (H1) als metalli
sche Mikrostrip-Struktur auf der Oberseite des Substrats
(10) aufgebracht sind.
11. Verwendung einer Mischeranordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche in einem Einseitenbandempfänger
oder in einem Empfänger zum selektiven Empfang zweier
Mikrowellensignale, insbesondere Millimeterwellensignale,
mit dem arithmetischen Mittel der beiden Mikrowellenfre
quenzen, insbesondere Millimeterwellenfrequenzen, als Fre
quenz des Referenzfrequenzsignals oder in einem Dopplerra
dar zur Bewegungsrichtungsunterscheidung.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914107112 DE4107112C2 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Mischeranordnung für den Mikrowellenbereich |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19914107112 DE4107112C2 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Mischeranordnung für den Mikrowellenbereich |
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DE4107112A1 DE4107112A1 (de) | 1992-09-10 |
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ID=6426582
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DE19914107112 Expired - Fee Related DE4107112C2 (de) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | Mischeranordnung für den Mikrowellenbereich |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3217566B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2001-10-09 | 富士通株式会社 | 連続波レーダ |
-
1991
- 1991-03-06 DE DE19914107112 patent/DE4107112C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
BATES, R.N. et al., Millimet wave 'E'-plane mics for use up to 100GHz, in: Proceedings, con- ference on Military Microwaves, 80, 1980, Lon- don, S.88-94 * |
SKOLNIK, M.J., Introduction to Radar Systems, McGraw Hill, Ltd., Second Edition, S.348,349 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4107112A1 (de) | 1992-09-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licenses declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 80995 MUENCHEN, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |