DE4433478C2 - Schaltungsanordnung zur Kompensation unerwünschter linearer und nichtlinearer Mischprodukte bei Mischern, die durch das Übersprechen eines ersten Signals auf ein zweites Signal entstehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Mischer, die zur Frequenzumsetzung in HF-Kommuni­ kationsgeräten, z. B. in Überlagerungsempfängern und im besonderen in direkt umsetzenden Homodynempfängern verwendet werden. Sie ist eine monolithisch integrierbare Neutralisationsschaltung zur Unterdrückung unerwünschter linearer und nichtlinearer Mischprodukte, die durch Einstreuung des Eingangssignals auf den Umsetzereingang entstehen und untrennbar das Nutzsignal am Mischerausgang störend überlagern.

In Überlagerungsempfängern wird das Empfangssignal mit Hilfe eines Oszilla­ torsignals (LO- bzw. Umsetzersignal) in einem Mischer umgesetzt. Das Spektrum des Empfangssignals wird damit in einen anderen Frequenzbereich verlagert, so daß eine nachfolgende Selektion und Verstärkung wirtschaftlich sinnvoll erfolgen kann.

Besonders das Übersprechen der Eingangssignale auf den LO-Eingang eines Mischers stört die Frequenzumsetzung wesentlich, weil unerwünschte Mischpro­ dukte das umgesetzte Nutzsignal untrennbar überlagern. Es entstehen lineare Intermodulationsprodukte aus der Mischung von zwei und mehr unerwünschten Eingangsignalen und es entstehen nichtlineare amplitudenproportionale Produkte insbesondere aus der Mischung der Eingangssignale mit sich selber. Die linearen Intermodulationsprodukte sind nur störend wenn sie zufällig im Spektrum des zu empfangenden Signals entstehen, aber die nichtlinearen amplitudenproportionalen Produkte sind bei direkt umsetzenden Homodynempfängern immer störend weil sie am Mischerausgang mit dem umge­ setzten Basisbandspektrum des Nutzsignals untrennbar überlagert werden.

Neutralisationsschaltungen sind bei Verstärkerschaltungen zur Vermeidung von Instabilität bereits bekannt. In "Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenz" wird z. B. eine Schaltung zur Neutralisation von Verstärkereingängen beschrieben, in der Signale, die vom Ausgang auf den Eingang des Verstärkers zurückwirken, durch eine Rückkopplung bedämpft werden.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE-AS 13 03 652 ist eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Trägerrestes am Ausgang von Gegentakt- und Doppeltaktmodulatoren bekannt, bei der die Unterdrückung unerwünschter Mischprodukte des Träger- und des Nutzsignals für beide Signale getrennt voneinander durchgeführt wird. Die Kompensation wird dabei an dem bereits gemischten Signal durchgeführt. Die unerwünschten Modulationsprodukte werden unterdrückt, indem diese in einem getrennten Modulator erzeugt und am Ausgang des Nutzmodulators dem Nutzsignal zugeführt werden. Durch die Verwendung eines Modulators können nur die periodischen Trägersignalanteile kompensiert werden.

In der deutschen Patentanmeldung DE-AS 11 07 294 ist eine Hochfrequenzabstimmeinrichtung für Überlagerungsempfänger beschrieben, bei der eine Oszillator-Störspannung auf zwei Wegen mit einer Phasenverschiebung von 180° auf den Primärkreis eines Topfbandfilters gebracht wird. Dadurch wird die Oszillatorstörstrahlung durch Kompensation im Primärkreis verringert. Die beschriebene Schaltung ist nicht für integrierte Mischerschaltungen geeignet.

In der deutschen Patentanmeldung DE-AS 12 89 138 werden Trägerreste dadurch kompensiert, daß in den Impulspausen eine sinusförmige Spannung aus der vorhandenen Trägerrestspannung des gestörten Signals abgegriffen, diese um 180° phasenverschoben und in das zu kompensierende Signal eingeprägt wird. Dieses Verfahren ist nur zur Kompensation von periodischen Signalen geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Kompensation unerwünschter linearer und nichtlinearer Mischprodukte bei einem Mischer, die durch das Übersprechen eines ersten Signals auf ein zweites Signal entstehen.

Die Aufgabe wird durch die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst.

Das Übersprechen des Nutzsignals eines Mischers auf den Umsetzereingang wird dadurch kompensiert, daß ein Anteil des Nutzsignals und ein dazu orthogonaler Anteil des Nutzsignals in den Umsetzereingang eingeprägt wird. Die Signale werden durch geeignete Justierung derart angepaßt, daß sie dem Störsignal entgegengesetzt wirken.

Bekannte Rückwirkungsbedämpfungen an Mischern erfolgen, um unerwünschte LO- und IF-Signale am Signaleingang zu unterdrücken. Im Unterschied dazu werden durch die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung unerwünschte Mischprodukte am Mischerausgang gedämpft.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Gegentaktmischern, ist durch die Erfindung eine Kompensation sowohl der linearen, als auch der nichtlinearen Mischprodukte möglich. Ein wesentlicher Vorteil ist, daß der Mischer integriert werden kann. Damit ist es möglich, den Mischer in eine Ein-Chip-Komplettlösung z. B. für Empfangsbausteine einzubauen und in großen Stückzahlen preisgünstig herzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden mit den Fig. 1 bis 5 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen symmetrischen Mischer;

Fig. 2 die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung eines symmetrischen Mischers;

Fig. 3 die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung eines asymmetrischen Mischers;

Fig. 4 Darstellung der Neutralisation in der komplexen Signalebene;

Fig. 5 die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung zweier Mischer unter Ver­ wendung eines gemeinsamen Phasenschiebers.

Fig. 1 zeigt einen symmetrischen Mischer (8) mit zwei symmetrischen Signalein­ gängen (4, 5 und 6, 7). Das Eingangssignal (1, 2) wird einem Verstärker (3) zuge­ führt und als verstärktes symmetrisches Nutzsignal an den Signaleingang des Mischers (4, 5) geführt. Das symmetrische Umsetzersignal wird mit einem Oszillator (9) erzeugt und an den Umsetzereingang des Mischers (6, 7) geführt.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung eines symmetrischen Mischers (8), bei der eines der symmetrischen Kompensationssignale durch einen Phasenschieber (12) eine zusätzliche Phasendrehung erfährt. An den Stell­ gliedern (10, 11) wird jeweils ein Signalanteil abgegriffenen und getrennt je einem Pol des symmetrischen Umsetzereinganges zugeführt.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Neutralisationsschaltung eines asymmetrischen Mischers (16), bei der eines der Kompensationssignale durch einen Phasenschieber (20) eine zusätzliche Phasendrehung erfährt. Durch die Einfügung der Inverter (18, 21) wird ein symmetrisches Kompensationssignal erzeugt und an den Stellgliedern (19, 22) abgegriffenen. Die beiden Signalanteile werden mit dem Signal des Oszillators (17) summiert und an den Umsetzereingang geführt.

Erfindungsgemäß werden an den Spannungsteilern (10, 11 bzw. 19, 22) zwei zu den Eingangssignalen (4, 5 bzw. 15) proportionale durch einen Phasenschieber (12 bzw. 20) gedrehte Gegentaktsignale mit einer wesentlichen orthogonalen Signalkomponente erzeugt. Die Kompensationssignale werden dem symmetrischen Mischer (8) am Eingang für das Umsetzersignal, wie in Fig. 2 gezeigt, getrennt und dem unsymmetrischen Mischer (16), wie in Fig. 3 gezeigt, summiert zugeführt.

Die Neutralisation ist in Fig. 4 mit einer Skizze der Signale in vektorieller Darstellung verdeutlicht. Die Störkomponente am Umsetzereingang (23) wird durch die Summe (24) aus zwei nahezu orthogonal zueinander phasenverschobenen Signalanteilen (25, 26) kompensiert. Die Kompensationssignale (25, 26) sind proportional zu dem Nutzsignal (27) und der nahezu orthogonal phasenverschobenen Nutzsignalkomponente (28). Sie muß so mit den Stellgliedern abgestimmt werden, daß das resultierende Signal (24) die gleiche Amplitude aber entgegengesetzte Phasenlage wie das Störsignal (23) hat.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße gemeinsame Neutralisation zweier Mischer (8, 38), wie sie z. B. bei Homodynempfängern Anwendung findet. Die Phasenver­ schiebung wird durch eine einzige gemeinsame Phasenschieberschaltung (12) erzeugt und die Kompensationssignale werden jeweils durch getrennte Signalteiler (10,11 und 30, 31) abgeglichen. Die Kompensationssignale werden zu dem LO-Signal und zu dem davon durch Phasendrehung (32) abgeleiteten Quadratursignal addiert.

Eine gemeinsame Integration der Mischer, des Phasenschiebers und des Oszillators zusammen mit allen phasen- und frequenzbestimmenden Komponenten bietet darüber hinaus einen wesentlichen Vorteil gegenüber einer Schaltung mit externen Komponenten. Das unerwünschte Übersprechen des Eingangssignals auf den LO-Eingang des Mischers ist dann unabhängig von der Beschaltung und der Abgleich zur Neutralisation des LO-Einganges kann schon in der Fertigung fest eingestellt werden. Bei externer Beschaltung des Oszillators muß mit einer stark streuenden Verstimmung der geometrischen EMI-Optimierung der integrierten Schaltkreise gerechnet werden, so daß eine feste Einstellung der Neutralisation nicht sinnvoll erscheint.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Kompensation unerwünschter linearer und nichtlinearer Mischprodukte bei Mischern (16), die durch das Übersprechen eines ersten Signals (4, 5; 15) auf ein zweites Signal entstehen, bestehend aus einer an den Mischer (8; 16) angeschlossenen Teilerschaltung und einem Phasenschieber (12; 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerschaltung einen ersten Teiler (10; 18,19), der mit dem ersten Signal (4,5; 15) verbunden ist, und einen zweiten Teiler (11; 21, 22) aufweist, der an den Ausgang des Phasenschiebers (12; 20) gekoppelt ist, und daß an dem Eingang des Phasenschiebers ein zum ersten Signal proportionales Signal ist, wobei

• a) vom Abgriff des ersten Teilers (10; 18,19) ein Anteil des ersten Signals (4,5; 15) als erstes Kompensationssignal und
• b) vom Abgriff des zweiten Teilers (11; 21, 22) ein weiterer Anteil des ersten Signals (4, 5; 15) als zweites Kompensationssignal (22) abgegriffen wird, das
• c) mittels des Phasenschiebers (12) einen wesentlichen orthogonalen Phasenanteil zum ersten Signal (15) aufweist, wobei
• d) die Kompensationssignale auf das zweite Signal eingeprägt werden und
• e) die Teiler (10, 11; 18, 19; 21, 22) genau so eingestellt sind, daß die Summe der Signalanteile (24) in Betrag und Phase dem um 180° phasenverschobenen unerwünschten Signalanteil (23) entspricht, der auf das zweite Signal rückgekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem symmetrischen ersten Signal (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teiler (10) und der Phasenschieber (12) parallel zu dem symmetrischen ersten Signal (4, 5) geschaltet sind und der zweite Teiler (11) an den Ausgang des Phasenschiebers (12) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem ersten Signal (15), dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Teiler (18, 19; 21 22) jeweils eine Parallelschaltung aus einem Stromteiler (19; 22) und einem Inverter (18; 21) aufweisen,
• b) der Eingang des ersten Teilers (18,19) in Reihe an das erste Signal (15) geschaltet ist,
• c) der Eingang des Phasenschiebers (20) in Reihe an den Ausgang des ersten Teiler (18,19) geschaltet ist und
• d) der Eingang des zweiten Teilers (21, 22) in Reihe an den Ausgang des Phasenschiebers (20) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mischer (8, 38) gemeinsam mit nur einer Schaltung (12) zur Phasendrehung der Kompensationssignale (11, 31) betrieben werden, wobei die Kompensationssignale (11, 31) getrennt voneinander abgeglichen werden.