EP2013638A1 - Balanced series mixer for high frequency signals - Google Patents

Balanced series mixer for high frequency signals

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EP2013638A1
EP2013638A1 EP07727300A EP07727300A EP2013638A1 EP 2013638 A1 EP2013638 A1 EP 2013638A1 EP 07727300 A EP07727300 A EP 07727300A EP 07727300 A EP07727300 A EP 07727300A EP 2013638 A1 EP2013638 A1 EP 2013638A1
Authority
EP
European Patent Office
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diodes
antenna port
mixer according
diode
source port
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07727300A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Steinbuch
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2013638A1 publication Critical patent/EP2013638A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032—Constructional details for solid-state radar subsystems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/034—Duplexers
    • G01S7/036—Duplexers involving a transfer mixer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00—Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • H03D9/06—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance
    • H03D9/0608—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance by means of diodes
    • H03D9/0633—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance by means of diodes mounted on a stripline circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00—Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0001—Circuit elements of demodulators
    • H03D2200/0023—Balun circuits

Definitions

  • the invention relates to a balanced series mixer with a balun transformer having on one side an RF source port and an antenna port and on the other side two diode ports, two diodes, which are each connected between one of the diode ports and an RF ground, and a payload tap for a mixed product generated by the diodes from an RF signal supplied via the antenna port and a portion of an RF signal supplied via the RF source port.
  • a series mixer of this type is known from DE 196 10 850 Cl.
  • Such series mixers are used for example in radar sensors for distance warning and control systems in motor vehicles.
  • radar sensors with a monostatic antenna concept one and the same antenna is used to transmit the radar signal and to receive the radar echo.
  • the series mixer is then used to forward the signal fed via the RF source port to the antenna and at the same time receive the signal received by the antenna Mix signal with a portion of the signal applied via the RF source port.
  • the mixed product is then an intermediate frequency signal whose frequency indicates the frequency difference between the transmitted and the received signal.
  • This intermediate frequency signal provides information about the occurred during the reflection of the transmitted signal at the radar target Doppler shift and thus on the relative speed of the radar target and, if the frequency of the transmitted signal as in a FMCW radar (Frequency Modulated Continuous Wave) is ramped modulated, also on the Duration of the radar signal and thus over the distance of the radar target.
  • FMCW radar Frequency Modulated Continuous Wave
  • an unbalanced mixer is described for this purpose, which has only a single nonlinear diode for mixing the high-frequency signals.
  • a DC voltage (Bias) is supplied via the Nutzsignalabgriff for biasing the diode, so that the operating point of the diode can be optimized. This is advantageous if the high-frequency signals have a relatively low power, which is not sufficient for a so-called self-biasing of the diode.
  • an unbalanced mixer has the disadvantage that it also demodulates the amplitude noise contained in the high-frequency signals, whereby the quality of the useful signal is impaired.
  • an extremely low-noise RF source must be used, for example, a waveguide-based Gunn oscillator.
  • oscillators are relatively expensive and also require complex balancing processes that further increase manufacturing costs. From a cost point of view, it would therefore be advantageous to use MMIC oscillators instead of Gunn oscillators (Microwave Monolithic Integrated Circuits). However, these have a higher amplitude noise.
  • the object of the invention is therefore to provide a balanced series mixer, which can be used on the one hand in conjunction with low-power RF sources and on the other hand enables effective suppression of the amplitude noise.
  • the biasing supplies allow the two diodes to be biased so that they already operate at idle near their optimum operating point. By the relatively low power fed from the RF source then the optimum operating point of the diodes is achieved.
  • the low-pass filters prevent a short circuit or a vaporization of the useful signal on the Vorwoodszuchtungen. Since the Nutzsignalabgriff and the RF source and the antenna are DC-decoupled from the diodes, it is ensured that the supplied via one of the two diodes bias DC completely over the other diode drains again, so that both diodes are traversed by an identical current. In conjunction with the symmetrical design of the low-pass filter in the two Vornapszuchtieux thus ensures that the symmetry of the balanced mixer is not disturbed, and this is the crucial condition that the amplitude noise is effectively suppressed.
  • the mixer according to the invention is used, for example, in a radar sensor, it is thus possible to use a cost-effective but low-power MMIC oscillator as the HF source and nevertheless obtain a high-quality, in particular low-noise useful signal.
  • the antenna port is connected to the antenna of the radar sensor, which explains the term "antenna port”.
  • Scope of the invention are not limited to the case in which an antenna is connected to this port really.
  • the Gleichstromentkopplung the Nutzsignalabgriffs preferably takes place via a Serienkapazitat.
  • quarter-wavelength line couplers are preferably used.
  • the symmetrically designed low-pass filters in the two bias voltages are preferably RC networks whose symmetrically set resistors then allow the bias to be set at the same time.
  • the balun transformer (balanced to unbalanced transformer) is preferably implemented in stripline technology and can be formed by a rat-race coupler or quadrature coupler.
  • the diodes are preferably connected to the balun transformer via matching networks which allow accurate tuning or controlled detuning of the diodes.
  • Figure 1 is a circuit diagram of the inventive series mixer
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of a balun transformer in the series mixer according to FIG. 1.
  • the balanced series mixer shown in Figure 1 has a balun transformer 10 which, in the example shown, is formed by a quadrature coupler formed in stripline technology becomes.
  • This balun transformer 10, which is shown enlarged again in FIG. 2, has four in one
  • Rectangular configuration interconnected ports namely an RF source port 12, an antenna port 14 and two diode ports 16, 18, one of which the RF source port 12 and the other the antenna port 14 is opposite.
  • the mixer shown in Figure 1 further comprises two non-linear, identical diodes 20, 22, which are connected with opposite polarity between a respective RF ground 24, 26 and one of the diode ports 16, 18 of the balun transformer 10. Between the diodes and the diode ports respective matching networks 28, 30 are inserted.
  • the RF source port 12 of the balun transformer 10 is connected via a quarter-wavelength line coupler 32 to a line 34 which is connected via an input 36 to an RF source, such as an MMIC oscillator 38.
  • the antenna port 14 of the balun transformer 10 is connected via a further quarter-wavelength line coupler 40 with a line 42 which is connected via an input and output 44 to an antenna 46.
  • the MMIC oscillator 38 and the antenna 46 are indicated here only by dash-dotted lines, since they are not part of the mixer.
  • the trained as a Qudarturkoppler balun transformer 10 has the property that it is adapted to its RF source and antenna ports 12, 14, when applied to the two diode ports 16, 18 identical impedances. This adaptation can be achieved here by means of the diodes 20, 22.
  • An RF signal generated by the MMIC oscillator 38 is supplied via the line 34 to the RF source port 12 and forwarded via the two matching networks 28, 30 to the diodes 20, 22.
  • a larger or smaller part of this signal is reflected and fed via the balun transformer 10 in the line 42 and finally in the antenna 46.
  • An RF signal received by the antenna 46 passes via the line 42 and the balun Tansformer 10 to the diodes 20, 22 and is mixed with the non-reflected portion of the supplied via the line 34 RF signal to a useful signal, which at a Nutzsignalabgriff 48 can be tapped.
  • the ratio between the diode-converted power and the reflected power radiated through the antenna 46 is adjusted by controlled mismatching of the diodes 20, 22.
  • a bias supply 50 or 52 is provided for each diode.
  • the Vorbondszuchtungen 50 and 52 are constructed exactly symmetrical to each other and each include a low-pass filter 54th
  • biasing supply 50 for diode 20 a DC voltage Vl is applied to a biasing terminal 56.
  • This bias terminal is connected to the RF ground 24 via a resistor 58 of the low pass filter 54 and a high frequency blocking filter 60.
  • the low-pass filter 54 is formed by an RC network, which has, in addition to the resistor 58, a capacity 62 which is between the with the High frequency ground connected pole of the resistor 58 and a DC ground 64 is connected.
  • the Vortenszuchtung 52 for the diode 22 has the same structure, only is applied to the DC voltage terminal 56, a DC voltage V2.
  • V2 -Vl.
  • the Nutzsignalabgriff 48 is connected via a series capacitance 66 of another R-C network 68 and serving as a high-frequency lock filter 70 with the antenna port 14 of the Balun transformer 10 to tap the demodulated by the diodes 20, 22 useful signal.
  • the diodes 20, 22 are biased to reach their optimum operating point in conjunction with the RF power supplied by the MMIC oscillator 38.
  • the low-pass filter 54 thereby prevent a discharge of the useful signal, which is an intermediate frequency signal, via the Vortheseszuchtept 50 and 52nd
  • the RC network 68 contains in addition to the Serienkapazitat 66 still connected to ground resistor 72 and prevented with its Serienkapazitat 66 a flowing of the Vortheseszuchtept 50 and 52 zugechtten direct current through the Nutzsignalabgriff 48. Similarly, prevent the quarter wave length line couplers 32, 40 a drain of the direct current via the lines 34 and 42. Thus, it is ensured that the two diodes 20 and 22 are always traversed by the same current.
  • the filters 60 and 70 prevent the RF signals from flowing off via the bias leads 50 and 52 or the payload tap 48.
  • the symmetrical design of the low-pass filter 54 ensures a perfect symmetry between the diodes 20 and 22, so that the mixer operates as a balanced mixer and effectively suppresses an amplitude noise contained approximately in the RF signals.

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Abstract

A balanced series mixer with a balun transformer (10)that has a high-frequency source port and an antenna port on one side, two diode ports on the other side, two diodes (20,22) that are switched between the diode ports and the high-frequency ground (24,26), and a wanted signal detection device (48) for a diode-generated mixed product of a high-frequency signal fed through the antenna port and a part of the high-frequency signal fed through the high-frequency source port, characterized by the fact that each of the diodes (20,22) are biased over bias-voltage leads (50,52) attached to the side of the high-frequency ground (24,26), that the diodes are separated with respect to direct current from the wanted signal device (48) and from the conductors (34,42) attached to the high-frequency source port and the antenna port, and that both bias-voltage leads (50, 52) have low-pass filters (54) constructed symmetrically to one another.

Description

Beschreibungdescription
Titeltitle
Balancierter Serienmischer für HochfrequenzsignaleBalanced series mixer for high frequency signals
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen balancierten Serienmischer mit einem Balun-Transformer, der auf einer Seite einen HF- Quellenport und einen Antennenport und auf der anderen Seite zwei Diodenports aufweist, zwei Dioden, die jeweils zwischen einen der Diodenports und eine HF-Masse geschaltet sind, und einem Nutzsignalabgriff für ein von den Dioden erzeugtes Mischprodukt aus einem über den Antennenport zugefuhrten HF- Signal und einem Anteil eines über den HF-Quellenport zugefuhrten HF-Signals.The invention relates to a balanced series mixer with a balun transformer having on one side an RF source port and an antenna port and on the other side two diode ports, two diodes, which are each connected between one of the diode ports and an RF ground, and a payload tap for a mixed product generated by the diodes from an RF signal supplied via the antenna port and a portion of an RF signal supplied via the RF source port.
Ein Serienmischer dieser Art ist aus DE 196 10 850 Cl bekannt.A series mixer of this type is known from DE 196 10 850 Cl.
Solche Serienmischer werden beispielsweise in Radarsensoren für Abstandswarn- und Regelsysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei Radarsensoren mit einem monostatischen Antennenkonzept wird ein und dieselbe Antenne zum Senden des Radarsignals und für den Empfang des Radarechos eingesetzt. Der Serienmischer dient dann dazu, das über den HF-Quellenport zugefuhrte Signal zur Antenne weiterzuleiten und zugleich das von der Antenne empfangene Signal mit einem Anteil des über den HF-Quellenport zugefuhrten Signals zu mischen. Das Mischprodukt ist dann ein Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz den Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal angibt. Dieses Zwischenfrequenzsignal liefert Information über die bei der Reflektion des gesendeten Signals am Radarziel eingetretene Dopplerverschiebung und damit über die Relativgeschwindigkeit des Radarziels und, sofern die Frequenz des gesendeten Signals wie bei einem FMCW-Radar (Frequency Modulated Continous Wave) rampenformig moduliert ist, auch über die Laufzeit des Radarsignals und damit über den Abstand des Radarziels.Such series mixers are used for example in radar sensors for distance warning and control systems in motor vehicles. In radar sensors with a monostatic antenna concept, one and the same antenna is used to transmit the radar signal and to receive the radar echo. The series mixer is then used to forward the signal fed via the RF source port to the antenna and at the same time receive the signal received by the antenna Mix signal with a portion of the signal applied via the RF source port. The mixed product is then an intermediate frequency signal whose frequency indicates the frequency difference between the transmitted and the received signal. This intermediate frequency signal provides information about the occurred during the reflection of the transmitted signal at the radar target Doppler shift and thus on the relative speed of the radar target and, if the frequency of the transmitted signal as in a FMCW radar (Frequency Modulated Continuous Wave) is ramped modulated, also on the Duration of the radar signal and thus over the distance of the radar target.
In DE 102 35 338 Al wird für diesen Einsatzzweck ein nicht balancierter Mischer beschrieben, der nur eine einzige nichtlineare Diode zum Mischen der Hochfrequenzsignale aufweist. Bei diesem Mischer wird über den Nutzsignalabgriff eine Gleichspannung (Bias) zum Vorspannen der Diode zugeführt, so daß der Arbeitspunkt der Diode optimiert werden kann. Dies ist vorteilhaft, wenn die Hochfrequenzsignale eine relativ geringe Leistung haben, die nicht für einen sogenannten Self-Bias der Diode ausreicht.In DE 102 35 338 A1, an unbalanced mixer is described for this purpose, which has only a single nonlinear diode for mixing the high-frequency signals. In this mixer, a DC voltage (Bias) is supplied via the Nutzsignalabgriff for biasing the diode, so that the operating point of the diode can be optimized. This is advantageous if the high-frequency signals have a relatively low power, which is not sufficient for a so-called self-biasing of the diode.
Andererseits hat ein solcher nicht balancierter Mischer jedoch den Nachteil, daß er auch das in den Hochfrequenzsignalen enthaltene Amplitudenrauschen demoduliert, wodurch die Qualität des Nutzsignals beeinträchtigt wird. Um dennoch ein hinreichend rauscharmes Nutzsignal zu erhalten, muß deshalb eine extrem rauscharme HF-Quelle eingesetzt werden, beispielsweise ein hohlleiterbasierter Gunn-Oszillator . Solche Oszillatoren sind jedoch verhältnismäßig kostspielig und erfordern zudem komplexe Abgleichprozesse, durch sich die Fertigungskosten weiter erhöht werden . Unter Kostengesichtspunkten wäre es deshalb vorteilhaft, anstelle von Gunn-Oszillatoren bekannte MMIC-Oszillatoren (Microwave Monolithic Integrated Circuits) einzusetzen. Diese weisen jedoch ein höheres Amplitudenrauschen auf.On the other hand, however, such an unbalanced mixer has the disadvantage that it also demodulates the amplitude noise contained in the high-frequency signals, whereby the quality of the useful signal is impaired. In order nevertheless to obtain a sufficiently low-noise useful signal, therefore, an extremely low-noise RF source must be used, for example, a waveguide-based Gunn oscillator. However, such oscillators are relatively expensive and also require complex balancing processes that further increase manufacturing costs. From a cost point of view, it would therefore be advantageous to use MMIC oscillators instead of Gunn oscillators (Microwave Monolithic Integrated Circuits). However, these have a higher amplitude noise.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen balancierten Serienmischer zu schaffen, der einerseits in Verbindung mit HF- Quellen geringer Leistung eingesetzt werden kann und andererseits eine wirksame Unterdrückung des Amplitudenrauschens ermöglicht .The object of the invention is therefore to provide a balanced series mixer, which can be used on the one hand in conjunction with low-power RF sources and on the other hand enables effective suppression of the amplitude noise.
Diese Aufgabe wird durch einen balancierten Serienmischer der eingangs genannten Art gelost, bei dem die Dioden jeweils über eine auf der Seite der HF-Masse angeschlossene Vorspannungszufuhrung vorgespannt sind, die Dioden gleichstrommaßig von Nutzsingalabgriff und von den an den HF- Quellenport und dem Antennenport angeschlossenen Leitung getrennt sind und die beiden Vorspannungszufuhrungen zueinander symmetrisch ausgebildete Tiefpaßfilter aufweisen.This object is achieved by a balanced series mixer of the type mentioned, in which the diodes are biased in each case via a bias supply connected to the side of the RF ground, the diodes are DC-balanced from the payload pickup and from the line connected to the RF source port and the antenna port are separated and have the two Vorspannungszufuhrungen each other symmetrically formed low-pass filter.
Die Vorspannungszufuhrungen ermöglichen es, die beiden Dioden so vorzuspannen, daß sie bereits im Leerlauf in der Nahe ihres optimalen Arbeitspunktes arbeiten. Durch die von der HF-Quelle eingespeiste verhältnismäßig geringe Leistung wird dann der optimale Arbeitspunkt der Dioden erreicht. Die Tiefpaßfilter verhindern einen Kurzschluß oder eine Bedampfung des Nutzsignals über die Vorspannungszufuhrungen. Da der Nutzsignalabgriff sowie auch die HF-Quelle und die Antenne gleichstrommaßig von den Dioden entkoppelt sind, ist sichergestellt, daß der über eine der beiden Dioden zugefuhrte Bias-Gleichstrom vollständig über die andere Diode wieder abfließt, so daß beide Dioden von einem identischen Strom durchflössen werden. In Verbindung mit der symmetrischen Ausbildung der Tiefpaßfilter in den beiden Vorspannungszufuhrungen ist somit sichergestellt, daß die Symmetrie des balancierten Mischers nicht gestört wird, und dies ist die entscheidende bedingung dafür, daß das Amplitudenrauschen wirksam unterdruckt wird.The biasing supplies allow the two diodes to be biased so that they already operate at idle near their optimum operating point. By the relatively low power fed from the RF source then the optimum operating point of the diodes is achieved. The low-pass filters prevent a short circuit or a vaporization of the useful signal on the Vorspannungszufuhrungen. Since the Nutzsignalabgriff and the RF source and the antenna are DC-decoupled from the diodes, it is ensured that the supplied via one of the two diodes bias DC completely over the other diode drains again, so that both diodes are traversed by an identical current. In conjunction with the symmetrical design of the low-pass filter in the two Vorspannungszufuhrungen thus ensures that the symmetry of the balanced mixer is not disturbed, and this is the crucial condition that the amplitude noise is effectively suppressed.
Wenn der erfindungsgemaße Mischer beispielsweise in einem Radarsensor eingesetzt wird, ist es somit möglich, als HF-Quelle einen kostengünstigen aber leistungsarmen MMIC-Oszillator einzusetzen und dennoch ein qualitativ hochwertiges, insbesondere rauscharmes Nutzsignal zu erhalten.If the mixer according to the invention is used, for example, in a radar sensor, it is thus possible to use a cost-effective but low-power MMIC oscillator as the HF source and nevertheless obtain a high-quality, in particular low-noise useful signal.
In diesem Anwendungsfall ist der Antennenport an die Antenne des Radarsensors angeschlossen, woraus sich die Bezeichnung "Antennenport" erklart. Dadurch soll jedoch derIn this application, the antenna port is connected to the antenna of the radar sensor, which explains the term "antenna port". However, this should be the
Anwendungsbereich der Erfindung nicht auf die Falle beschrankt werden, in denen an diesen Port wirklich eine Antenne angeschlossen ist.Scope of the invention are not limited to the case in which an antenna is connected to this port really.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Gleichstromentkopplung des Nutzsignalabgriffs erfolgt vorzugsweise über eine Serienkapazitat .The Gleichstromentkopplung the Nutzsignalabgriffs preferably takes place via a Serienkapazitat.
Zur gleichstrommaßigen Trennung des Mischers von den an den HF- Quellenport und den Antennenport angeschlossenen HF-Leitungen werden vorzugsweise Viertelwellenlangen-Leitungskoppler eingesetzt . Bei den symmetrisch ausgebildeten Tiefpaßfiltern in den beiden Vorspannungszufuhrungen handelt es sich vorzugsweise um R-C- Netzwerke, deren symmetrisch eingestellte Widerstände dann zugleich die Einstellung der Vorspannung erlauben.For direct current-wise isolation of the mixer from the RF lines connected to the RF source port and the antenna port, quarter-wavelength line couplers are preferably used. The symmetrically designed low-pass filters in the two bias voltages are preferably RC networks whose symmetrically set resistors then allow the bias to be set at the same time.
Der Balun-Transformer (balanced to unbalanced transformer) ist vorzugsweise in Streifenleitertechnik ausgeführt und kann durch einen Rat-Race-Koppler oder Quadraturkoppler gebildet werden. Die Dioden sind mit dem Balun-Transformer vorzugsweise über Anpaßnetzwerke verbunden, die eine genaue Abstimmung bzw. eine kontrollierte Verstimmung der Dioden erlauben.The balun transformer (balanced to unbalanced transformer) is preferably implemented in stripline technology and can be formed by a rat-race coupler or quadrature coupler. The diodes are preferably connected to the balun transformer via matching networks which allow accurate tuning or controlled detuning of the diodes.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert .An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Schaltbild des erfindungsgemaßen Serienmischers; undFigure 1 is a circuit diagram of the inventive series mixer; and
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Balun-Transformers in dem Serienmischer nach Figur 1.FIG. 2 shows an enlarged illustration of a balun transformer in the series mixer according to FIG. 1.
Ausfuhrungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
Der in Figur 1 gezeigte balancierte Serienmischer weist einen Balun-Transformer 10 auf, der im gezeigten Beispiel durch einen in Streifenleitertechnik ausgebildeten Quadraturkoppler gebildet wird. Dieser Balun-Transformer 10, der in Figur 2 noch einmal vergrößert dargestellt ist, weist vier in einerThe balanced series mixer shown in Figure 1 has a balun transformer 10 which, in the example shown, is formed by a quadrature coupler formed in stripline technology becomes. This balun transformer 10, which is shown enlarged again in FIG. 2, has four in one
Rechteckkonfiguration miteinander verbundene Ports auf, nämlich einen HF-Quellenport 12, einen Antennenport 14 und zwei Diodenports 16, 18, von denen einer dem HF-Quellenport 12 und der andere dem Antennenport 14 gegenüberliegt.Rectangular configuration interconnected ports, namely an RF source port 12, an antenna port 14 and two diode ports 16, 18, one of which the RF source port 12 and the other the antenna port 14 is opposite.
Der in Figur 1 gezeigte Mischer weist weiterhin zwei nichtlineare, baugleiche Dioden 20, 22 auf, die mit entgegengesetzer Polung zwischen eine jeweilige HF-Masse 24, 26 und einen der Diodenports 16, 18 des Balun-Transformers 10 geschaltet sind. Zwischen den Dioden und den Diodenports sind jeweilige Anpaßnetzwerke 28, 30 eingefugt.The mixer shown in Figure 1 further comprises two non-linear, identical diodes 20, 22, which are connected with opposite polarity between a respective RF ground 24, 26 and one of the diode ports 16, 18 of the balun transformer 10. Between the diodes and the diode ports respective matching networks 28, 30 are inserted.
Der HF-Quellenport 12 des Balun-Transformers 10 ist über einen Viertelwellenlangen-Leitungskoppler 32 mit einer Leitung 34 verbunden, die über einen Eingang 36 mit einer HF-Quelle, beispielsweise einem MMIC-Oszillator 38 verbunden ist.The RF source port 12 of the balun transformer 10 is connected via a quarter-wavelength line coupler 32 to a line 34 which is connected via an input 36 to an RF source, such as an MMIC oscillator 38.
Der Antennenport 14 des Balun-Transformers 10 ist über einen weiteren Viertelwellenlangen-Leitungskoppler 40 mit einer Leitung 42 verbunden, die über einen Ein- und Ausgang 44 mit einer Antenne 46 verbunden ist. Der MMIC-Oszillator 38 und die Antenne 46 sind hier nur strichpunktiert angedeutet, da sie nicht Bestandteil des Mischers sind.The antenna port 14 of the balun transformer 10 is connected via a further quarter-wavelength line coupler 40 with a line 42 which is connected via an input and output 44 to an antenna 46. The MMIC oscillator 38 and the antenna 46 are indicated here only by dash-dotted lines, since they are not part of the mixer.
Der als Qudarturkoppler ausgebildete Balun-Transformer 10 hat die Eigenschaft, daß er an seinen HF-Quellen- und Antennenports 12, 14 angepaßt ist, wenn an den beiden Diodenports 16, 18 identische Impedanzen anliegen. Diese Anpassung laßt sich hier mit Hilfe der Dioden 20, 22 erreichen. Ein vom MMIC-Oszillator 38 erzeugtes HF-Signal wird über die Leitung 34 dem HF-Quellenport 12 zugeführt und über die beiden Anpaßnetzwerke 28, 30 an die Dioden 20, 22 weitergeleitet. Je nach Abstimmung der Dioden 22, 24 wird ein größerer oder kleiner Teil dieses Signals reflektiert und über den Balun-Transformer 10 in die Leitung 42 und schließlich in die Antenne 46 eingespeist .The trained as a Qudarturkoppler balun transformer 10 has the property that it is adapted to its RF source and antenna ports 12, 14, when applied to the two diode ports 16, 18 identical impedances. This adaptation can be achieved here by means of the diodes 20, 22. An RF signal generated by the MMIC oscillator 38 is supplied via the line 34 to the RF source port 12 and forwarded via the two matching networks 28, 30 to the diodes 20, 22. Depending on the tuning of the diodes 22, 24, a larger or smaller part of this signal is reflected and fed via the balun transformer 10 in the line 42 and finally in the antenna 46.
Ein von der Antenne 46 empfangenes HF-Signal gelangt über die Leitung 42 und den Balun-Tansformer 10 an die Dioden 20, 22 und wird mit dem nicht reflektierten Anteil des über die Leitung 34 zugefuhrten HF-Signals zu einem Nutzsignal gemischt, das an einem Nutzsignalabgriff 48 abgegriffen werden kann. Das Verhältnis zwischen der von Dioden umgesetzten Leistung zu der reflektierten und über die Antenne 46 abgestrahlten Leistung wird durch kontrollierte Fehlanpassung der Dioden 20, 22 eingestellt .An RF signal received by the antenna 46 passes via the line 42 and the balun Tansformer 10 to the diodes 20, 22 and is mixed with the non-reflected portion of the supplied via the line 34 RF signal to a useful signal, which at a Nutzsignalabgriff 48 can be tapped. The ratio between the diode-converted power and the reflected power radiated through the antenna 46 is adjusted by controlled mismatching of the diodes 20, 22.
Zur Optimierung des Arbeitspunktes der Dioden 20, 22 ist für jede Diode eine Vorspannungszufuhrung 50 bzw. 52 vorgesehen. Die Vorspannungszufuhrungen 50 und 52 sind exakt symmetrisch zueinander aufgebaut und enthalten jeweils einen Tiefpaßfilter 54.To optimize the operating point of the diodes 20, 22, a bias supply 50 or 52 is provided for each diode. The Vorspannungszufuhrungen 50 and 52 are constructed exactly symmetrical to each other and each include a low-pass filter 54th
Bei der Vorspannungszufuhrung 50 für die Diode 20 liegt an einem Vorspannungsanschluß 56 eine Gleichspannung Vl an. Dieser Vorspannungsanschluß ist über einen Widerstand 58 des Tiefpaßfilters 54 und einen als Hochfrequenzsperre dienenden Filter 60 mit der HF-Masse 24 verbunden. Der Tiefpaßfilter 54 wird durch ein R-C-Netzwerk gebildet, das außer dem Widerstand 58 eine Kapazität 62 aufweist, die zwischen den mit der Hochfrequenzmasse verbundenen Pol des Widerstands 58 und eine DC-Masse 64 geschaltet ist.In biasing supply 50 for diode 20, a DC voltage Vl is applied to a biasing terminal 56. This bias terminal is connected to the RF ground 24 via a resistor 58 of the low pass filter 54 and a high frequency blocking filter 60. The low-pass filter 54 is formed by an RC network, which has, in addition to the resistor 58, a capacity 62 which is between the with the High frequency ground connected pole of the resistor 58 and a DC ground 64 is connected.
Die Vorspannungszufuhrung 52 für die Diode 22 hat den gleichen Aufbau, nur liegt an dem Gleichspannungsanschluß 56 eine Gleichspannung V2 an. Vorzugsweise gilt V2 = -Vl.The Vorspannungszufuhrung 52 for the diode 22 has the same structure, only is applied to the DC voltage terminal 56, a DC voltage V2. Preferably, V2 = -Vl.
Der Nutzsignalabgriff 48 ist über eine Serienkapazitat 66 eines weiteren R-C-Netzwerkes 68 und einen als Hochfrequenzsperre dienenden Filter 70 mit dem Antennenport 14 des Balun- Transformers 10 verbunden, um das von den Dioden 20, 22 demodulierte Nutzsignal abzugreifen.The Nutzsignalabgriff 48 is connected via a series capacitance 66 of another R-C network 68 and serving as a high-frequency lock filter 70 with the antenna port 14 of the Balun transformer 10 to tap the demodulated by the diodes 20, 22 useful signal.
Mit Hilfe der Widerstände 58, die identische Widerstandswerte aufweisen, werden die Dioden 20, 22 so vorgespannt, daß sie in Verbindung mit der vom MMIC-Oszillator 38 gelieferten HF- Leistung ihren optimalen Arbeitspunkt erreichen. Die Tiefpaßfilter 54 verhindern dabei ein Abfließen des Nutzsignals, bei dem es sich um ein Zwischenfrequenzsignal handelt, über die Vorspannungszufuhrungen 50 und 52.By means of the resistors 58 having identical resistance values, the diodes 20, 22 are biased to reach their optimum operating point in conjunction with the RF power supplied by the MMIC oscillator 38. The low-pass filter 54 thereby prevent a discharge of the useful signal, which is an intermediate frequency signal, via the Vorspannungszufuhrungen 50 and 52nd
Das R-C-Netzwerk 68 enthalt neben der Serienkapazitat 66 noch einen auf Masse geschalteten Widerstand 72 und verhindert mit seiner Serienkapazitat 66 ein Abfließen des von den Vorspannungszufuhrungen 50 und 52 zugefuhrten Gleichstromes über den Nutzsignalabgriff 48. Ebenso verhindern die Viertelwellenlangen-Leitungskoppler 32, 40 ein Abfließen des Gleichstromes über die Leitungen 34 und 42. Somit ist sichergestellt, daß die beiden Dioden 20 und 22 stets von demselben Strom durchflössen werden. Die Filter 60 und 70 verhindern ein Abfließen der HF-Signale über die Vorspannungsfuhrungen 50 und 52 oder den Nutzsignalabgriff 48.The RC network 68 contains in addition to the Serienkapazitat 66 still connected to ground resistor 72 and prevented with its Serienkapazitat 66 a flowing of the Vorspannungszufuhrungen 50 and 52 zugefuhrten direct current through the Nutzsignalabgriff 48. Similarly, prevent the quarter wave length line couplers 32, 40 a drain of the direct current via the lines 34 and 42. Thus, it is ensured that the two diodes 20 and 22 are always traversed by the same current. The filters 60 and 70 prevent the RF signals from flowing off via the bias leads 50 and 52 or the payload tap 48.
Durch die symmetrische Ausbildung der Tiefpaßfilter 54 ist eine vollkommene Symmetrie zwischen den Dioden 20 und 22 sichergestellt, so daß der Mischer als balancierter Mischer arbeitet und ein etwa in den HF-Signalen enthaltenes Amplitudenrauschen wirksam unterdruckt.The symmetrical design of the low-pass filter 54 ensures a perfect symmetry between the diodes 20 and 22, so that the mixer operates as a balanced mixer and effectively suppresses an amplitude noise contained approximately in the RF signals.
Unter geeigneten Bedingungen laßt sich mit dem beschriebenen Aufbau eine Unterdrückung des Amplitudenrauschens um bis zu 50 dB erreichen. Wenn dagegen in nur einem der beiden Tiefpaßfilter 54 der Widerstand 58 und/oder die kapazitive Kopplung an die DC- Masse 64 fortgelassen wird, betragt die Unterdrückung nur etwa 10 dB. Die Summe der Gleichspannungen Vl und V2 hat dagegen auf die Unterdrückung des Amplitudenrauschens nur einen geringen Einfluß, so daß es z.B. auch möglich ist, eine dieser beiden Spannungen auf Null zu setzen und somit auf eine bipolare Spannungsversorgung zu verzichten.Under suitable conditions, suppression of the amplitude noise by up to 50 dB can be achieved with the structure described. On the other hand, if the resistor 58 and / or the capacitive coupling to the DC ground 64 is omitted in only one of the two low-pass filters 54, the suppression is only about 10 dB. The sum of the DC voltages V 1 and V 2, on the other hand, has only a small influence on the suppression of the amplitude noise, so that e.g. It is also possible to set one of these two voltages to zero and thus to dispense with a bipolar voltage supply.
Durch geeignete Vorspannung der Dioden 20 und 22 laßt sich generell erreichen, daß die Unterdrückung des Amplitudenrauschens wie auch die AM/FM-Konversion in einem relativ weiten Bereich von Oszillatorleistungen annähernd konstant sind. By suitable biasing of the diodes 20 and 22, it can generally be achieved that the suppression of the amplitude noise as well as the AM / FM conversion are approximately constant in a relatively wide range of oscillator powers.

Claims

Ansprüche claims
1. Balancierter Serienmischer mit einem Balun-Transformer1. Balanced serial mixer with a balun transformer
(10), der auf einer Seite einen HF-Quellenport (12) und einen Antennenport (14) und auf der anderen Seite zwei Diodenports (16, 18) aufweist, zwei Dioden (20, 22), die jeweils zwischen einen der Diodenports (16, 18) und eine HF-Masse (24, 26) geschaltet sind, und einem Nutzsignalabgriff (48) für ein von den Dioden erzeugtes Mischprodukt aus einem über den Antennenport (14) zugefuhrten HF-Signal und einem Anteil eines über den HF- Quellenport (12) zugefuhrten HF-Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (20, 22) jeweils über eine auf der Seite der HF-Masse (24, 26) angeschlossene Vorspannungszufuhrung (50, 52) vorgespannt sind, daß die Dioden gleichstrommaßig vom Nutzsignalabgriff (48) und von den an den HF-Quellenport (12) und den Antennenport (14) angeschlossenen Leitungen (34, 42) getrennt sind und daß die beiden Vorspannungszufuhrungen (50, 52) zueinander symmetrisch ausgebildete Tiefpaßfilter (54) aufweisen.(10) having on one side an RF source port (12) and an antenna port (14) and on the other side two diode ports (16, 18), two diodes (20, 22) each between one of the diode ports (12). 16, 18) and an RF ground (24, 26) are connected, and a Nutzsignalabgriff (48) for a generated by the diodes mixed product of an over the antenna port (14) zugefuhrten RF signal and a portion of a via the RF Source port (12) supplied RF signal, characterized in that the diodes (20, 22) in each case via a on the side of the RF ground (24, 26) connected bias voltage supply (50, 52) are biased, that the diodes dc from Nutzsignalabgriff (48) and from the at the RF source port (12) and the antenna port (14) connected lines (34, 42) are separated and that the two Vorspannungszufuhrungen (50, 52) mutually symmetrically formed low-pass filter (54).
2. Serienmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Quellenport (12) und der Antennenport (14) über Viertelwellenlangen-Leitungskoppler (32, 40) zur gleichstrommaßigen Trennung an die zugehörigen Leitungen2. A series mixer according to claim 1, characterized in that the RF source port (12) and the antenna port (14) via quarter wave length line coupler (32, 40) for direct current separation to the associated lines
(34, 42) angeschlossen sind. (34, 42) are connected.
3. Serienmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzsignalabgriff (48) durch eine Serienkapazitat (66) gleichstrommaßig von den Dioden (24, 26) getrennt ist.3. A serial mixer according to claim 1 or 2, characterized in that the Nutzsignalabgriff (48) by a Serienkapazitat (66) is DC-separated from the diodes (24, 26).
4. Serienmischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzsignalabgriff (48) über die Serienkapazitat (66) mit dem Antennenport (14) des Balun-Transformers (10) verbunden ist.4. A series mixer according to claim 3, characterized in that the Nutzsignalabgriff (48) via the Serienkapazitat (66) to the antenna port (14) of the balun transformer (10) is connected.
5. Serienmischer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilter (54) durch R-C-Netzwerke gebildet werden, deren Widerstände (58) identische Widerstandswerte haben und die Vorspannung der Dioden (20, 22) bestimmen.Series mixer according to one of the preceding claims, characterized in that the low-pass filters (54) are formed by R-C networks whose resistors (58) have identical resistance values and determine the bias voltage of the diodes (20, 22).
6. Serienmischer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Vorspannungszufuhrungen6. Series mixer according to one of the preceding claims, characterized in that at the Vorspannungszufuhrungen
(50, 52) entgegengesetzt gleiche Gleichspannungen (Vl, V2) anliegen .(50, 52) opposite equal DC voltages (Vl, V2) abut.
7. Serienmischer nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Balun-Transformer (10) ein Qudraturkoppler ist.7. A series mixer according to one of the preceding claims, characterized in that the balun transformer (10) is a Qudraturkoppler.
8. Serienmischer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dioden (24, 26) und den Diodenports (16, 18) jeweils ein Anpaßnetzwerk8. A series mixer according to one of the preceding claims, characterized in that between the diodes (24, 26) and the diode ports (16, 18) each have a matching network
(28, 30) eingefugt ist. (28, 30) is inserted.
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