DE69218104T2

DE69218104T2 - Transformator

Info

Publication number: DE69218104T2
Application number: DE69218104T
Authority: DE
Inventors: Risto Huusko
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2012-10-20
Also published as: FI915006A; EP0539133B1; FI93679B; US5430895A; FI93679C; FI915006A0; DE69218104D1; JPH05304028A; EP0539133A1

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes Filter und eine Transformatorschaltung, die bei Funkfrequenzen arbeiten und beide mittels Streifenleitungstechnik auf einer Vielschichtleiterplatte hergestellt sind.
Ein Hochfrequenzfilter, z. B. ein Keramik- oder ein SAW-Filter, wurde früher in Verbindung mit einem Transformator oder einem Mischer benutzt, um Interferrenzsignale oder unerwünschte Mischergebnisse herauszufiltern.
Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines Transformators gemäß dem üblichen Lösungsweg. Der Transformator befindet sich auf einer Vielschichtleiterplatte, wobei die Primärwicklung 1 und die Sekundärwicklung 2, 3 auf unterschiedlichen Leiterschichten angeordnet sind. Die Kopplung zwischen primärer und sekundärer Wicklung wird durch ein magnetisches Feld erreicht. Das Frequenzband des Transformators wird mit Hilfe von Kondensatoren 4 und 5 schmäler, so daß der Aufbau einen Resonanzkreis bildet.
Die Figur 2 zeigt die Frequenzantwort eines Transformators gemäß dem üblichen Lösungsweg. Der Graph 7 zeigt die Leistungsverteilung von Anschluß 1 zu den Anschlüssen 2 und 3. In Graph 6 ist der Rückführungsverlust des Eingangsanschlusses dargestellt. Die Figur 2 zeigt auf der horizontalen Achse die Frequenz (MHz) und auf der vertikalen Achse die Dämpfung (dB). Die Leistung wird an den Anschlüssen 2 und 3 geteilt; daher enthält der Graph 7 zwei überlagerte Kurven. Aufgrund des Aufbaus des Transformators haben die Signale eine Phasendifferenz von 180º. Die Figur 2 zeigt, daß die Anordnung in etwa der eines Breitband- Transformators entspricht.
Ein separates Hochfrequenzfilter verursacht Kosten und benötigt Platz auf der Leiterplatte, was ein Problem darstellt, wenn die gesamte Anordnung klein gehalten werden soll.
Die US-Patentschrift US 4,330,868 offenbart einen Mikrowellenfrequenzwandler, indem ein Einfachmischer vom Typ einer Dioden-Vierer-Brücke enthalten ist, der generierte Bildfrequenzen innerhalb der Brücke zirkulieren läßt. Die Drücke befindet sich zwischen symmetrischen RF Mikrostreifenleitern und unsymmetrischen LO Mikrostreifenleitern.
"IEEE Transactions on consumer electronics", Ausgabe 27, Nr.3, August 1981, New York US, Seiten 410-415, enthält einen Artikel von T. Uwamo mit dem Titel "An MDS down converter of thick film MIC for 2 GHz Pay TV". Dieser Artikel beschreibt einen Mischer, der Mischdioden mit einem IF-Verstärker enthält, der mit deren Ausgang gekoppelt ist. Der Ausgangsresonatorkreis des Verstärkers enthält ein schmales Streifenleitungselement.
Die Patentschrift EP-A-419 756 offenbart eine Leiterplatte, die folgendes enthält: ein Substrat mit einem ebenen Bereich eines isolierenden Materials; zumindest einen leitfähigen ebenen Bereich auf dem besagten Substrat, um eine Erdungsfläche zur Verfügung zu stellen; und einen Symmetrieübertrager-Transformator mit einem ersten und einem zweiten gleichlangen Leiter auf dem besagten ebenen Bereich, um eine Streifenübertragungsleitung mit einem ersten und einem zweiten Endteil zu bilden, wobei die erwähnte Streifenübertragungsleitung in einer Schleife angeordnet, und der besagte zweite Leiter über das erste Endteil der Streifenübertragungsleitung mit der Erdungsfläche verbunden ist, und wobei ferner der erste Leiter über den zweiten Endteil der Streifenübertragungsleitung mit der Erdungsplatte verbunden ist, wodurch ein symmetrisches Signal von dem ersten Leiter zum ersten Endteil und von dem zweiten Leiter zum zweiten Endteil zur Verfügung gestellt wird.
Ziel der Erfindung ist ein Transformator, mit dem ein Hochfrequenzfilter kombiniert werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein frequenzselektiver Transformator zur Verfügung gestellt, der auf einer Vielschichtleiterplatte angeordnet ist, wobei die primäre Wicklung des Transformators mittels einer Streifenleitung auf einer Schicht der Leiterplatte und die sekundäre Wicklung des Transformators mittels einer Streifenleitung auf einer anderen Schicht der Leiterplatte gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels Streifenleitung realisierter Resonanzkreis direkt mit dem Eingang der primären Wicklung des Transformators verbunden ist, um das Eingangssignal zu filtern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Diodenmischer mit Schnittstellen für ein lokales Oszillatorsignal, das Zwischenfrequenzsignal und das Hochfrequenzsignal zur Verfügung gestellt, indem die Signale an einem gemeinsamen Mischpunkt gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochfrequenzschnittstelle und dem Mischpunkt ein Transformator der oben beschriebenen Art vorhanden ist, bei dem die Hochfrequenzschnittstelle mit dem Eingangsanschluß des Transformators und der Ausgang des Transformators über ein Diodenpaar symmetrisch mit dem Mischpunkt verbunden sind.
Aufgrund der Erfindung wird kein separates Hochfrequenzfilter in Mischeranwendungen benötigt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen herkömmlichen Transformatoraufbau;
Figur 2 die Frequenzantwort des Transformators gemäß Figur 1;
Figur 3 einen Transformatoraufbau in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Figur 4 die Frequenzantwort des Transformators gemäß Figur 3;
Figur 5 einen alternativen Transformatoraufbau in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Figur 6 die Frequenzantwort des alternativen Transformators gemäß Figur 5; und
Figur 7 den Aufbau eines Mischers in Übereinstimmung mit der Erfindung, der die Bildfrequenz dämpft.
Die Figuren 1 und 2 wurden bereits oben beschrieben. Die Lösung in Übereinstimmung mit der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 beschrieben.
Die Figur 3 zeigt den Aufbau des Transformators gemäß der Erfindung. Ein mittels Mikrostreifenleiter realisierter Resonanzkreis Ist mit dem Eingang des Transformatorkreises verbunden. Folglich wird ein Zweipolfilter gebildet, das im oberen Sperrbereich ebenfalls keine Übertragung aufweist. Der Resonanzkreis enthält parallel zum Eingangsanschluß eine Streifenleitung oder einen Mikrostreifenleiter 9, der an einem Ende kurzgeschlossen ist, und parallel dazu eine Serienschaltung aus einem Kondensator 10 und einer (an einem Ende kurzgeschlossenen) Mikrostreifenleitung 8.
Die Figur 4 zeigt die Frequenzantwort des kombinierten Transformator-Resonator-Kreises in Übereinstimmung mit der Erfindung. Der Graph 12 zeigt die Leistungsverteilung von Anschluß 1 zu den Anschlüssen 2 und 3. Der Graph 12 veranschaulicht die Rückführungsverluste am Eingangsanschluß. In Figur 4 sind auf der horizontalen Achse die Frequenz (MHz) und auf der vertikalen Achse die Dämpfung (dB) dargestellt. Der Figur kann entnommen werden, daß der Kreis hochfrequenzselektiv geworden ist. In dem gewünschten Arbeitsbereich (800... 950 MHz in der Figur) arbeitet der Kreis so wie ein normaler Transformator. Außerhalb des Arbeitsbereichs dämpft der Kreis das Eingangssignal sehr stark.
Die gewünschte Frequenzantwort der Anordnung wird durch eine Änderung des Aufbaus des Resonanzkreises erreicht, der mit dem Transformator verbunden ist. Figur 5 zeigt eine alternative Anordnung der Transformatorlösung in Übereinstimmung mit der Erfindung, in der ein Kondensator 13 die kurzgeschlossene Leitung ersetzt, wodurch sich der Sperrbereich unterhalb des Arbeitsbereichs verschiebt.
Figur 6 zeigt die Frequenzantwort der alternativen Transformatoranordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung. Der Graph 15 zeigt die Leistungsverteilung von Anschluß 1 zu den Anschlüssen 2 und 3. Der Graph 14 veranschaulicht den Rückführungsverlust am Eingangsanschluß In Figur 6 sind auf der horizontalen Achse die Frequenz (MHz) und auf der vertikalen Achse die Dämpfung (dB) aufgetragen.
Durch die Verwendung eines einfacheren Resonanzkreises, z. B. nur eines parallelen Resonanzkreises, kann ein Zweipolfilter ohne Sperrbereich realisiert werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, ein separates RF-Filter mit einem Transformator zu integrieren, wodurch ein frequenzselektiver Transformator oder ein Leistungsteiler realisiert werden kann.
Der Kreis des frequenzselektiven Transformators kann in einem Mischer eingearbeitet sein, der die Bildfrequenz dämpft. So ein Mischer ist in Figur 7 gezeigt. Ein Hochfrequenzsignal 16 wird durch den filternden Transformator symmetrisch an das Diodenpaar 17 und 18 angelegt. Das lokale Oszillatorsignal 19 wird über ein Hochpaßfilter 20 an den Mittelpunkt des Diodenpaars angelegt , wobei an diesem Punkt ein durch ein Tiefpaßfilter 22 gefiltertes Zwischenfrequenzsignal 21 erhalten wird. Die Komponenten 8, 9 und 10 des Resonanzkreises sind so dimensioniert, daß die Sperrfrequenz gleich der Bildfrequenz ist. Diese Mischeranordnung kann im Empfänger eines Funktelefons benutzt werden, um die üblicherweise benutzte Serienschaltung eines RF-Filters und eines Mischers zu ersetzen. Der Diodenmischer hat Schnittstellen für das lokale Oszillatorsignal, für das Zwischenfrequenzsignal und für das Hochfrequenzsignal. Die Signale werden an einem gemeinsamen Punkt gemischt. Zwischen der Hochfrequenzschnittstelle und dem Mischpunkt ist auf einer Vielschichtleiterplatte ein Mikrostreifentransformator realisiert, wobei der erste Kreis über das Diodenpaar symmetrisch mit dem Mischpunkt und der zweite Kreis mit der Hochfrequenzschnittstelle verbunden ist, wodurch mit dem zweiten Kreis ein mittels Streifenleitung realisierter Resonanzkreis verbunden ist, der als Zweipolfilter arbeitet. Das Funkfrequenzsignal wird an den zweiten Kreis des Transformators angelegt, der ein Funkfrequenzsignal in das Zwischenfrequenzsignal umwandelt.
Der filternde Mischkreis kann ebenso als Aufwärtsmischer benutzt werden, wodurch die Eingangssignale an die Leiter 19 und 21 (Figur 7) gelegt werden und das Ausgangssignal bei Anschluß 16 vorliegt. Dieser Kreis filtert unerwünschte Frequenzanteile des Ausgangssignals heraus, die durch die Eingangssignale und ihre harmonischen Komponenten sowie durch andere Mischergebnisse, die aus einer Mischung resultieren, gebildet werden. Das Zwischenfrequenzsignal und das lokale Oszillatorsignal werden gemischt und dann über die besagten Dioden an den ersten Kreis des Transformators geliefert, wobei der Mischer das Zwischenfrequenzsignal in das Funkfrequenzsignal transformiert.
Durch die Erfindung ist es möglich, auf ein separates Hochfrequenzfilter zu verzichten oder die Anforderungen eines solchen wesentlich zu senken. Die gewünschte Frequenzantwort des kombinierten Fllter-/Resonanzkreises wird durch den Aufbau des Resonanzkreises verändert. Aufgrund ihrer Einfachheit werden die gezeigten Implementierungen vorzugsweise in Funktelefonen eingesetzt.
In der Spezifikation und in den Ansprüchen steht der Ausdruck Streifenleitung für eine Streifenleitung oder eine Mikrostreifenleitung.

Claims

1. Frequenzselektiver Transformator, der sich auf einer Vielschichtleiterplatte befindet, wobei seine Primärwicklung in Form einer Streifenleitung (1) auf einer Schicht der Leiterplatte und seine Sekundärwicklung in Form einer Streifenleitung (2,3) auf einer anderen Schicht der Leiterplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Streifenleitungen (8,9) realisierter Resonanzkreis direkt mit dem Eingang der Primärwicklung des Transformators verbunden ist, um das Einganssignal zu filtern.

2. Transformator nach Anspruch 1, bei dem der mittels der Streifenleitungen (8,9) gebildete Resonanzkreis zwischen der Primärwicklung (2,3) und Masse liegt, wodurch die Gesamtschaltung als Zweipolfilter arbeitet.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Resonanzkreis auf derselben Oberfläche der Leiterplatte gebildet ist wie die Primärwicklung (1) des Transformators.

4. Transformator nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch. bei dem der Resonanzkreis mittels einer Streifenleitung (9) parallel zum Eingangsanschluß des Transformators gebildet ist, die an einem dem Transformatoreingang gegenüberliegenden ersten Ende kurzgeschlossen ist, sowie mittels eines Kondensators (10) und einer Streifenleitung (8), die parallel zum Transformatoreingang und in Serie mit der Streifenleitung (9) geschaltet sind,wobei die Streifenleitung (8) an einem dem Transformatoreingang gegenüberliegenden ersten Ende kurzgeschlossen ist.

5. Transformator nach Anspruch 4, bei dem der Resonanzkreis einen Kondensator (13) parallel zum Eingangsanschluß des Transformators, sowie einen Kondensator (10) und eine Streifenleitung (8) parallel zum Eingangsanschluß des Transformators und in Serie zum Kondensator (13) enthält, wobei die Streifenleitung (8) an einem ersten Ende gegenüber vom Eingangsanschluß des Transformators kurzgeschlossen ist.

6. Diodenmischer mit Schnittstellen für das örtliche Oszillationssignal (19), das Zwischenfrequenzsignal (21) und das Hochfrequenzsignal (16), in dem die Signale an einem gemeinsamen Mischpunkt gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochfrequenzschnittstelle und dem Mischpunkt ein Transformator nach irgendeinem vorangegangenen Anspruch vorhanden ist, und daß die Hochfrequenzschnittstelle (16) mit dem Eingangsanschluß des Transformators und der Ausgang des Transformators symmetrisch über das Diodenpaar mit dem Mischpunkt verbunden sind.

7. Diodenmischer nach Anspruch 6, bei dem das Funkfrequenzsignal an den Sekundärkreis (2,3) des Transformators gelegt wird, wobei der Mischer das Funkfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal umwandelt.

8. Diodenmischer nach irgendeinem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Komponenten (8,9 und 10) des Resonanzkreises so gewählt sind, daß die Sperrfrequenz gleich der Bildfrequenz des Eingangs-RF-Signals ist.