EP1183775A1 - Einseitenbandmischer - Google Patents

Einseitenbandmischer

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Publication number
EP1183775A1
EP1183775A1 EP00935443A EP00935443A EP1183775A1 EP 1183775 A1 EP1183775 A1 EP 1183775A1 EP 00935443 A EP00935443 A EP 00935443A EP 00935443 A EP00935443 A EP 00935443A EP 1183775 A1 EP1183775 A1 EP 1183775A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
signals
sideband mixer
single sideband
mixer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00935443A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hardial Gill
Gregor Gerhard
Stefan Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telent GmbH
Original Assignee
Marconi Communications GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marconi Communications GmbH filed Critical Marconi Communications GmbH
Publication of EP1183775A1 publication Critical patent/EP1183775A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03C—MODULATION
    • H03C1/00—Amplitude modulation
    • H03C1/52—Modulators in which carrier or one sideband is wholly or partially suppressed

Definitions

  • the invention relates to a single sideband mixer for high-frequency signals.
  • such mixers are used to generate a low-frequency signal (intermediate frequency, IF) from a higher-frequency signal (radio frequency, RF) (down-mixer or demodulator) or to produce a higher-frequency signal from a low-frequency signal
  • Upward mixer or modulator Upward mixer or modulator
  • mixing the RF signal with the LO signal results in the IF signal.
  • mixing the IF signal with the LO signal results in the RF signal.
  • a simple multiplication of an input signal (RF or IF) with the LO signal provides output signals with two sidebands that are shifted into the intermediate or radio frequency range.
  • a single sideband mixer produces only one of these two sidebands in the output signal. It is created by suitably connecting two individual double-sided belt mixers, hereinafter simply referred to as mixers. Their function can be as a Multiplication of their two input signals can be understood.
  • Single-sideband mixers for high-frequency signals are known, the two mixers, which are each connected with identical first signals and with second signals phase-shifted by 90 ° with respect to one another in order to form a product signal from the two signals, and an adder for superimposing the two product signals to include an output signal with only one sideband.
  • a typical demodulator of this type is shown in FIG.
  • the RF signal is fed from an input 4 to two mixers 3 via one or more amplifiers 1 and a 0 ° power divider, for example a so-called Wilkinson divider.
  • a 90 ° coupler 6 connected to a local oscillator input 5 supplies local oscillator signals which are phase-shifted by 90 ° to each other to corresponding inputs of the mixer 3.
  • intermediate frequency signals with 90 ° phase shift with respect to one another at the outputs of the mixers, each with both side bands .
  • These are referred to as in-phase (IF / I) or quadrature phase signals (IF / Q).
  • IF / I in-phase
  • IF / Q quadrature phase signals
  • Local oscillator signals to the two mixers are superimposed on the two side bands of the in-phase branch and the quadrature branch behind the second 90 ° coupler 7, one in phase and the other in opposite phase.
  • Two output signals, each containing only one of the two sidebands, are thus obtained at the two output connections of the second 90 ° coupler 7.
  • One of these connections forms an output connection 8 of the single sideband mixer; the other output is terminated with the characteristic impedance in order to suppress interference signals and noise at the location of the undesired side band (image frequency).
  • the power divider 2 of this conventional single-sideband mixer is required in order to decouple the in-phase branch and the quadrature branch of the single-sideband mixer, that is to say to prevent the two mixers 3 from influencing one another via their RF inputs.
  • Such a power divider 2 comprises coupled lines with a length of ⁇ / 4, where ⁇ is the wavelength of the radio frequency in the lines. For technically relevant frequencies, this length corresponds to at least 1 mm.
  • the power divider is now in the Compared to other components of the circuit, a very extensive part, which is poorly suited for integration on a common semiconductor substrate together with amplifiers, mixers or other components of the single sideband mixer for cost reasons.
  • the invention creates a single-sideband mixer for high-frequency signals of the type defined in the introduction, which is well suited for complete integration on a semiconductor substrate.
  • This advantage is achieved in that each mixer is preceded by an amplifier and that these amplifiers have a forked one Line with inputs connected to the same signal source.
  • the bulky power divider can be omitted in this circuit topology, since the amplifiers already ensure sufficient decoupling of the two branches of the single-sideband mixer by blocking interference signals emitted by the mixers on their input line.
  • the signal source from which the amplifiers receive their input signal can be a common preamplifier connected to an input.
  • the first signal is preferably an RF signal and the second signal is an LO signal, and a first 90 ° coupler for generating the second signals is connected to an LO input of the single-sideband mixer.
  • the signal source can also be a signal input of the single sideband mixer.
  • the first signal can be an LO signal and the second signal can be an IF signal, and a first 90 ° coupler for generating the second signals is connected to an IF input of the sideband mixer.
  • Figure 1 shows a down mixer as the first embodiment of the invention
  • Figure 2 shows an upward mixer as the second
  • the down mixer shown in Figure 1 is made entirely on a semiconductor substrate
  • Integrated gallium arsenide It includes one to one
  • Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected to Radio frequency (RF) input 4 connected
  • Preamplifier 9 the output of which is connected via a simple bifurcated line 11 to two amplifiers 1, each of which belongs to an in-phase and a quadrature branch of the single-sideband mixer.
  • These amplifiers 1 are based on fast field-effect transistors, the space requirement of which is considerably smaller on a semiconductor substrate with approximately 100 ⁇ 200 ⁇ m than that of one
  • Preamplifiers are integrated on a common substrate, there are no bond connections, so that the line lengths between the preamplifier 9 and the amplifiers 1, on the one hand, and between the amplifiers 1 and the mixers 3 connected to their outputs, can be specified with a manufacturing precision with a precision of a few micrometers. Therefore, although the in-phase and quadrature branches of the single-sideband mixer each contain one component more than in the conventional single-sideband mixer, it is easier in the single-sideband mixer according to FIG. 1 to maintain a desired phase relationship between the signals on the two branches during manufacture.
  • the mixers 3 connected to the outputs of the amplifiers 1 also have an input for a local oscillator signal, which they receive, each phase-shifted by 90 °, from a 90 ° phase coupler 6, to which the local oscillator signal is in turn fed from the outside via an input 5.
  • a second input of the coupler 6 is terminated with the characteristic impedance.
  • the two mixers 3 each deliver an in-phase or quadrature intermediate frequency signal to inputs of a second 90 ° coupler 7, of which one output is the intermediate frequency output of the Single sideband mixer forms, and a second output with the characteristic impedance is completed.
  • the 90 ° couplers 6 and 7 can each be integrated as hybrid elements on the gallium arsenide substrate.
  • Figure 2 shows the application of the principle of the present invention to an up mixer.
  • This single-sideband mixer is also integrated on a uniform semiconductor substrate.
  • the inputs of two amplifiers 1 are connected via a simple forked line 11 to an input 5 for a local oscillator signal.
  • the intermediate frequency signal to be mixed with the local oscillator is fed from an input 4 via a 90 ° coupler 6 to the two mixers 4, each phase-shifted by 90 °. From this, the two mixers 3 generate radio frequency signals with two sidebands. These radio frequency signals with two sidebands are in turn fed to a 90 ° mixer 7, which superimposes them into two radio frequency signals with one sideband each, which are output at outputs 8A, 8B.
  • the use of the two amplifiers 1 makes it possible to dispense with a power divider and thus to integrate the entire single-sideband mixer on a uniform semiconductor substrate.
  • the linearity of the RF path at the mixer outputs is improved by additional amplifiers 10 in front of the 90 ° coupler 7.

Landscapes

  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Ein zur platzsparenden Integration auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat geeigneter Einseitenbandmischer für Radiofrequenzsignale umfaßt zwei Zweiseitenbandmischer (3), die mit identischen ersten Signalen und mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen geschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und ein Addierglied (7) zum Überlagern der zwei Produktsignale zu einem Ausgangssignal mit einem Seitenband. Zum Erzeugen des ersten Signals ist jedem Mischer (3) ein Verstärcker (1) vorgeschaltet, und die Verstärker (1) haben über eine gegabelte Leitung (11) mit der gleichen Signaquelle verbundene Eingänge. Die Signalquelle der Verstärker (1) kann ein Vorverstärker (9) oder auch direkt ein Eingang des Einseitenbandmischers sein.

Description

Einseitenbandmischer
Die Erfindung betrifft einen Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale. Derartige Mischer dienen in der Hochfrequenztechnik dazu, aus einem höherfrequenten Signal (Radiofrequenz, RF) ein niederfrequentes Signal (Zwischenfrequenz, ZF) zu erzeugen (Abwärtsmischer oder Demodulator) oder aus einem niederfrequenten Signal ein höherfrequentes
(Aufwärtsmischer beziehungsweise Modulator) . Beim Abwärtsmischer ergibt sich durch Mischen des RF- Signals mit dem LO-Signal (lokaler Oszillator, LO) das ZF-Signal. Beim Aufwärtsmischer ergibt sich durch Mischen des ZF-Signals mit dem LO-Signal das RF-Signal. Eine einfache Multiplikation eines Eingangssignals (RF oder ZF) mit dem LO-Signal liefert jeweils in den Zwischen- oder Radiofrequenzbereich verschobene AusgangsSignale mit zwei Seitenbändern. Ein Einseitenbandmischer erzeugt im Ausgangssignal nur eines dieser zwei Seitenbänder. Er entsteht durch geeignetes Zusammenschalten von zwei einzelnen Zweiseitenbandmischern, im folgenden einfach als Mischer bezeichnet . Deren Funktion kann als eine Multiplikation ihrer zwei Eingangssignale verstanden werden.
Es sind Einseitenbandmischer für Hochfrequenz- signale bekannt, die zwei Mischer, die jeweils mit identischen ersten Signalen und mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen beschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und ein Addierglied zum Überlagern der zwei Produktsignale zu einem Ausgangssignal mit nur einem Seitenband umfassen. Ein typischer solcher Demodulator ist in Figur 3 dargestellt. Hier wird das RF-Signal von einem Eingang 4 über einen oder mehrere Verstärker 1 und einen 0°-Leistungsteiler, zum Beispiel einen sogenannten Wilkinson-Teiler, an zwei Mischer 3 herangeführt. Ein mit einem Lokaloszillator-Eingang 5 verbundener 90°-Koppler 6 liefert jeweils um 90° zueinander phasenversetzte Lokaloszillatorsignale an ent-sprechende Eingänge der Mischer 3. Hierdurch ergeben sich an den Ausgängen der Mischer um 90° zueinander phasenverschobene Zwischenfrequenz- Signale mit jeweils beiden Seitenbändern. Diese werden als In-Phase- (ZF/I) beziehungsweise Quadraturphase-Signale (ZF/Q) bezeichnet. Diese beiden Zwiεchenfrequenzsignale werden über einen zweiten 90° -Koppler 7 zusammengefügt beziehungsweise überlagert und ergeben das Ausgangs-Zwischenfrequenzsignal. Aufgrund der phasenversetzten Zuführung des
Lokaloszillatorsignals zu den zwei Mischern überlagern sich von den zwei Seitenbändern des In- Phase-Zweigs und des Quadraturzweigs hinter dem zweiten 90° -Koppler 7 jeweils eines gleichphasig und das andere gegenphasig. So werden zwei Ausgangssignale, die jeweils nur eines der zwei Seitenbänder enthalten, an den zwei Ausgangsanschlüssen des zweiten 90°-Kopplers 7 erhalten. Einer dieser Anschlüsse bildet einen Ausgangsanschluß 8 des Einseitenbandmischers; der andere Ausgang ist mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen, um Störsignale und Rauschen an der Stelle des unerwünschten Seitenbandes (Spiegelfrequenz) zu unterdrücken.
Der Leistungsteiler 2 dieses herkömmlichen Einseitenbandmischers ist erforderlich, um den In- Phase-Zweig und den Quadraturzweig des Einseitenbandmischers zu entkoppeln, das heißt zu verhindern, daß die zwei Mischer 3 sich über ihre RF-Eingänge gegenseitig beeinflussen. Ein solcher Leistungsteiler 2 umfaßt gekoppelte Leitungen mit einer Länge von λ/4 , wobei λ die Wellenlänge der Radiofrequenz in den Leitungen ist . Bei technisch relevanten Frequenzen entspricht diese Länge mindestens 1 mm. Der Leistungsteiler ist damit im Vergleich zu anderen Komponenten der Schaltung ein sehr ausgedehntes Teil, das sich aus Kostengründen nur schlecht zur Integration auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat zusammen mit Verstärkern, Mischern oder anderen Komponenten des Einseitenbandmischers eignet. Er wird daher in Form eines diskreten Bauteils verwendet, dessen Ausgangsanschlüsse über Bonddrähte mit zu den Mischern 3 führenden Leiterbahnen verbunden sind. Um eine gute Unterdrückung des unerwünschten Seitenbands am Ausgang des Einseitenbandmischers zu erhalten, müssen die Signallaufzeiten in den zwei Zweigen mit Mikrometer-Genauigkeit aufeinander abgestimmt sein, um zu gewährleisten, daß die ProduktSignale der zwei Mischer in geeigneter Phasenlage am zweiten 90° -Koppler 7 ankommen. Dies ist mit Drahtbondtechnik nur schwer zu gewährleisten.
Vorteile der Erfindung
Durch die Erfindung wird ein Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale der eingangs definierten Art geschaffen, der sich gut zur vollständigen Integration auf einem Halbleitersubstrat eignet . Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß jedem Mischer jeweils ein Verstärker vorgeschaltet ist, und daß diese Verstärker über eine gegabelte Leitung mit einer gleichen Signalquelle verbundene Eingänge haben. Der sperrige Leistungsteiler kann bei dieser Schaltungstopologie entfallen, da die Verstärker bereits eine ausreichende Entkopplung der zwei Zweige des Einseitenbandmischers gewährleisten, indem sie von den Mischern auf ihrer Eingangsleitung abgegebene Störsignale abblocken.
Die Signalquelle, von der die Verstärker ihr Eingangssignal beziehen, kann ein an einem Eingang angeschlossener gemeinsamer Vorverstärker sein. In diesem Fall ist vorzugsweise das erste Signal ein RF-Signal und das zweite Signal ein LO-Signal, und ein erster 90° -Koppler zum Erzeugen der zweiten Signale ist an einen LO-Eingang des Einseitenbandmischers angeschlossen.
Die Signalquelle kann auch ein Signaleingang des Einseitenbandmischers sein. In diesem Fall kann zum Beispiel das erste Signal ein LO-Signal und das zweite Signal ein ZF-Signal sein, und ein erster 90° -Koppler zum Erzeugen der zweiten Signale ist an einen ZF-Eingang des Seitenbandmischers angeschlossen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Es zeigen
Figur 1 einen Abwärtsmischer als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 einen Aufwärtsmischer als zweites
Ausführungsbeispiel; und
Figur 3, die bereits oben beschrieben wurde, einen herkömmlichen Einseitenbandmischer.
Der in Figur 1 dargestellte Abwärtsmischer ist komplett auf einem Halbleitersubstrat aus
Galliumarsenid integriert . Er umfaßt einen an einen
Radiofrequenz- (RF) -Eingang 4 angeschlossenen
Vorverstärker 9, dessen Ausgang über eine einfache gegabelte Leitung 11 an zwei Verstärker 1 angeschlossen ist, die jeweils einem In-Phase- und einem Quadraturzweig des Einseitenbandmischers angehören. Diese Verstärker 1 basieren auf schnellen Feldeffekttransistoren, deren Platzbedarf auf einem Halbleitersubstrat mit ca. 100 x 200 μm erheblich kleiner ist als der eines
Leistungsteilers. Da die Verstärker und der
Vorverstärker auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind, entfallen Bondverbindungen, so daß die Leitungslängen zwischen dem Vorverstärker 9 und den Verstärkern 1 einerseits sowie zwischen den Verstärkern 1 und den an ihre Ausgänge angeschlossenen Mischern 3 ohne Schwierigkeiten bei der Fertigung mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern vorgegeben werden kann. Obwohl also InPhase- und Quadraturzweig des Einseitenbandmischers jeweils ein Bauteil mehr enthalten, als bei dem herkömmlichen Einseitenbandmischer, ist es daher bei dem Einseitenbandmischer nach Figur 1 einfacher, ein gewünschtes Phasenverhältnis zwischen den Signalen auf den zwei Zweigen bei der Fertigung einzuhalten.
Die an die Ausgänge der Verstärker 1 angeschlossenen Mischer 3 haben ferner einen Eingang für ein Lokaloszillatorsignal, das sie, jeweils um 90° phasenverschoben, von einem 90°- Phasenkoppler 6 erhalten, dem wiederum das Lokaloszillatorsignal über einen Eingang 5 von außen zugeführt wird. Ein zweiter Eingang des Kopplers 6 ist mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen.
Die zwei Mischer 3 liefern jeweils ein In-Phase- beziehungsweise Quadratur-Zwischenfrequenzsignal an Eingänge eines zweiten 90° -Kopplers 7, von dem ein Ausgang den Zwischenfrequenzausgang des Einseitenbandmischers bildet, und ein zweiter Ausgang mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist .
Die 90° -Koppler 6 und 7 können jeweils als Hybridelemente mit auf dem Galliumarsenidsubstrat integriert werden.
Figur 2 zeigt die Anwendung des Prinzips der vorliegenden Erfindung auf einen Aufwärtsmischer. Auch dieser Einseitenbandmischer ist auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat integriert. Die Eingänge von zwei Verstärkern 1 sind über eine einfache gegabelte Leitung 11 mit einem Eingang 5 für ein Lokaloszillatorsignal verbunden.
Das mit dem Lokaloszillator zu mischende Zwischenfrequenzsignal wird von einem Eingang 4 über einen 90° -Koppler 6 den zwei Mischern 4 jeweils um 90° phasenverschoben zugeführt. Die beiden Mischer 3 erzeugen daraus RadiofrequenzSignale mit zwei Seitenbändern. Diese Radiofrequenzsignale mit zwei Seitenbändern werden wiederum einem 90° -Mischer 7 zugeführt, der diese zu zwei Radiofrequenzsignalen mit jeweils einem Seitenband überlagert, die an Ausgängen 8A, 8B ausgegeben werden. Auch bei diesem Aufwärtsmischer erlaubt die Verwendung der zwei Verstärker 1 den Verzicht auf einen Leistungsteiler und damit die Integration des gesamten Einseitenbandmischers auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat.
Die Linearität des RF-Pfades an den Mischer- Ausgängen wird durch zusätzliche Verstärker 10 vor dem 90° -Koppler 7 verbessert.

Claims

Patentansprüche
1. Einseitenbandmischer für Hochfrequenzsignale mit zwei Zweiseitenbandmischern (3) , die jeweils mit identischen ersten Signalen und mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen zweiten Signalen beschaltet sind, um jeweils ein Produktsignal aus den zwei Signalen zu bilden, und einem Addierglied
(7) zum Überlagern der zwei ProduktSignale zu einem
Ausgangssignal mit einem Seitenband, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Verstärker (1) zum Erzeugen des ersten Signals jedem Mischer (3) vorgeschaltet ist, und daß die Verstärker (1) über eine gegabelte Leitung (11) mit einer gleichen Signalquelle (5,9) verbundene Eingänge haben.
2. Einseitenbandmischer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein Vorverstärker (9) ist.
3. Einseitenbandmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Radiofrequenzsignal und das zweite Signal ein Lokaloszillatorsignal ist, und daß ein erster 90°- Koppler (6) zum Erzeugen der zweiten Signale an einen Lokaloszillatoreingang (5) des Einseitenbandmischers angeschlossen ist.
4. Einseitenbandmischer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle ein Signaleingang (5) des Einseitenbandmischers ist.
5. Einseitenbandmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein
Lokaloszillatorsignal und das zweite Signal ein Zwischenfrequenzsignal ist, und daß ein erster 90°- Koppler (6) zum Erzeugen der zweiten Signale an einen Zwischenfrequenzeingang (4) des Einseitenbandmischers angeschlossen ist .
6. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Nachverstärker (10) für das Produktsignal zwischen dem Ausgang eines Zweiseitenbandmischers (3) und dem Addierglied (7) angeordnet ist.
7. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiseitenband ischer (3), die Verstärker
(1) , das Addierglied (7) und gegebenenfalls der
Vorverstärker (9), der erste 90°-Koppler (6) oder die Nachverstärker (10) auf einem einheitlichen Halbleitersubstrat integriert sind.
8. Einseitenbandmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Addierglied ein zweiter 90°-Koppler (7) ist.
EP00935443A 1999-05-12 2000-05-12 Einseitenbandmischer Withdrawn EP1183775A1 (de)

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AU (1) AU5098200A (de)
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