DE4321190A1 - Gegentaktmischer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegentaktmischer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.

Gegentaktmischer dieser Art sind in mehreren Ausführungsformen bekannt, so ist z. B. in der Schrift "A GaAs MESFET Balanced Mixer with very low Intermodulation" in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Vol. II, 1987, Seiten 895-898, ein Gegentaktmischer beschrieben, der zwei GaAs MESFET-Transistoren als Mischerelemente benutzt. Die Schaltung ist in Mikrostreifenleitungstechnik aufgebaut.

In der DE 39 16 406 A1 ist eine doppeltsymmetrische Mischerschaltung beschrieben, die eine Mehrzahl von Transistoren, vorzugsweise Halbleiter-Feldeffektransistoren mit Metallelektroden (MESFETs), verwendet. Die Transistoren sind auf gegenüberliegenden Oberflächen einer Trägerplatte angeordnet, und symmetrische Leitungen in Streifenleitungstechnik sind in zwei verschiedenen Ebenen an die Transistoren herangeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gegentaktmischer der oben genannten Art anzugeben, der mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Gegentaktmischer ist als integrierte Mikrowellenschaltung (MIC) auf einer Seite einer Trägerplatte ausgeführt. Durchkontaktierungen werden vermieden. Auf der der Schaltung gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte sind keine Masseflächen vorhanden. Die Schaltung kann daher auch auf sehr einfache Art als monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC) hergestellt werden.

Der Gegentaktmischer ist für Anwendungen im Mikrowellenbereich konzipiert. Bei Verwendung von Feldeffekttransistoren mit Metallelektroden (MESFETs) mit gutem Linearitätsverhalten erreicht der Gegentaktmischer eine sehr gute Unterdrückung von unerwünschten Mischprodukten. Anwendungsgebiete sind z. B. Frequenzkonverter in Nachrichtensatelliten der Raumfahrt.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Oberfläche einer Trägerplatte mit einem Gegentaktmischer und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Gegentaktmischers nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Gegentaktmischer mit zwei Transistoren 4 und 5 und drei symmetrische Leitungen 1, 2 und 3 für Hochfrequenzsignale. Die Leitungen 1, 2 und 3 sind uniplanar als koplanare Schlitzleitungen ausgeführt.

Die Leitungen 1 und 2 sind in einer Verzweigung 6 zusammengefaßt zu einer koplanaren Schlitzleitung 7, die bis an die beiden Transistoren 4 und 5 herangeführt ist. Die beiden Schlitze 8 und 9 der koplanaren Schlitzleitung 7 sind durch Bonddrähte mit je einem Anschluß eines Transistors 4 oder 5 verkoppelt.

Die Leitung 3 geht in eine symmetrische, koplanare Streifenleitung 14, 15 über. Diese Streifen 14 und 15 sind mit je einem Anschluß eines Transistors 4 oder 5 über Bonddrähte verbunden.

An den Anschlüssen 10 und 11 werden Versorgungsspannungen für die Transistoren 4 und 5 bereitgestellt. Für Hochfrequenzsignale hochohmige Leitungen 12 und 13 koppeln die Versorgungsspannungen in die koplanare Streifenleitung 14, 15 ein. Mittels Kondensatoren 16 und 17 ist die koplanare Streifenleitung 14, 15 gleichstrommäßig von der koplanaren Schlitzleitung 3 entkoppelt.

Die Funktionsweise des Gegentaktmischers wird anhand der Fig. 2 erläutert. Die Transistoren 4 und 5 sind vorzugsweise GaAs- MESFETs, es können aber auch andere Mikrowellen-Transistoren verwendet werden, z. B. Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMTs).

Die koplanare Schlitzleitung 1 führt ein Hochfrequenzsignal, das sich im Gleichtaktmodus, symbolisiert durch die Pfeile 20, ausbreitet. Die Felder dieses Hochfrequenzsignals sind symmetrisch zum Mittelleiter 24 der Schlitzleitung 1. Die beiden Schlitze 8 und 9 biegen vor den beiden Transistoren 4 und 5 rechtwinklig ab und enden in Kreissegmenten 25 und 26, die etwa die Länge einer Viertel-Wellenlänge des Hochfrequenzsignals haben. Über Bonddrähte 27 und 28 sind die beiden Schlitze 8 und 9 mit je einem Anschluß, in diesem Ausführungsbeispiel der "Drain" der MESFETs, verkoppelt. Wegen des Gleichtaktmodus liegt das Hochfrequenzsignal im Gleichtakt an diesen beiden Anschlüssen der Transistoren 4 und 5 an.

Die beiden Transistoren 4 und 5 sind in Chip-Bauweise ausgeführt, sie liegen direkt auf der Metallisierung 29 der Trägerplatte auf. Ein Anschluß der Transistoren 4 und 5, die "Source", ist über Bonddrähte 30 mit der Metallisierung 29 verbunden.

Das Hochfrequenzsignal des Lokaloszillators, das LO-Signal, wird in die koplanare Schlitzleitung 3 (siehe Fig. 1) eingekoppelt und über die beiden koplanaren Streifen 14 und 15 den beiden Transistoren 4 und 5 zugeführt. Bonddrähte 31 und 32 verbinden diese Streifenleitungen 14 und 15 mit den beiden Steuerelektroden (Gates) der Transistoren 4 und 5. Das LO- Signal breitet sich auf den Streifenleitungen 14 und 15 im Gegentaktmodus aus, angezeigt durch den Pfeil 21 (siehe Fig. 2), und wird daher mit 180° Phasenverschiebung in die Steuerelektroden der beiden Transistoren 4 und 5 eingekoppelt.

Das LO-Signal an den Steuerelektroden der MESFET-Transistoren 4 und 5 bewirkt eine zeitliche Variation des Widerstands der Drain-Source-Kanäle. Liegt ein Hochfrequenzsignal, eingekoppelt mittels der Leitung 1, an den Drain-Anschlüssen der MESFET-Transistoren 4 und 5 an, entsteht ein Mischersignal, das sich entlang der Schlitze 8 und 9 ausbreitet. Da das LO-Signal gegenphasig und das Hochfrequenzsignal der Leitung 1 gleichphasig an den Anschlüssen der beiden Transistoren 4 und 5 anliegen, ist das Mischersignal gegenphasig.

Das Mischersignal wird über die koplanare Schlitzleitung 2 ausgekoppelt. Die Leitung 2 ist über Bonddrähte 31 so an die koplanare Schlitzleitung 1 angekoppelt, daß nur ein Signal im Gegentaktmodus (Mischersignal) in die Leitung 2 eingekoppelt werden kann. Die Bonddrähte 32 bewirken einen Kurzschluß für das Mischersignal, so daß das Mischersignal auf der Leitung 1 unterdrückt wird. Der Abstand der Brücken 31 und 32 beträgt eine Viertel-Wellenlänge für das Mischersignal, so daß der Kurzschluß 32 in der Ebene der Brücke 31 in einen Leerlauf transformiert wird.

Der Gegentaktmischer kann sowohl als Abwärts- als auch als Aufwärtsmischer betrieben werden. Für die beiden Transistoren 4 und 5 können auch andere Bauweisen verwendet werden, so z. B. gehäuste Transistoren mit Anschlüssen in Bändchenform. Für die Bonddrähte können ebenfalls andere Ausführungsformen verwendet werden, so z. B. metallische Bändchen. Für die Trägerplatte wird hier ein keramisches Material verwendet, es können aber auch andere dielektrische oder halbleitende Materialien verwendet werden.

Claims (4)

1. Gegentaktmischer mit mindestens zwei Transistoren, von denen jeweils ein erster Anschluß auf Massepotential liegt, ein zweiter Anschluß mit einer ersten Leitung, die ein Signal mit einer ersten Frequenz zuführt, verbunden ist und eine Steuerelektrode mit einer zweiten Leitung, die ein Signal mit einer zweiten Frequenz zuführt, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (7) und die zweite Leitung (14, 15) als symmetrische, koplanare Leitungen ausgebildet sind.

2. Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Leitung als koplanare Schlitzleitung (7) ausgeführt ist.

3. Gegentaktmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Leitung als koplanare Streifenleitung (14 und 15) ausgeführt ist.

4. Gegentaktmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren Feldeffekttransistoren sind.