RU2479918C2 - Microwave mixer - Google Patents

Microwave mixer Download PDF

Info

Publication number
RU2479918C2
RU2479918C2 RU2010142178/07A RU2010142178A RU2479918C2 RU 2479918 C2 RU2479918 C2 RU 2479918C2 RU 2010142178/07 A RU2010142178/07 A RU 2010142178/07A RU 2010142178 A RU2010142178 A RU 2010142178A RU 2479918 C2 RU2479918 C2 RU 2479918C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lines
path
signal
slotted
local oscillator
Prior art date
Application number
RU2010142178/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010142178A (en
Inventor
Григорий Викторович Афонин
Антонина Ивановна Ремпель
Original Assignee
Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
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 Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО) filed Critical Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
Priority to RU2010142178/07A priority Critical patent/RU2479918C2/en
Publication of RU2010142178A publication Critical patent/RU2010142178A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2479918C2 publication Critical patent/RU2479918C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: mixer has a dielectric substrate, on one side of which there are two microstrip lines which are inputs of high-frequency signal paths and a heterodyne. On the other side of the electric substrate, there are slotted path lines in a metal coating, which lie coaxially with respect to each other and orthogonally with respect to the corresponding microstrip line. One end of the slotted lines is shorted and the other is the input of a conversion circuit which is made on one chip. The slotted line of each path, parallel to its input into the circuit, on the side of each conductor, includes short-circuited sections of slotted lines having a length which is equal to 1/4 of the heterodyne wavelength - in the heterodyne path, and 1/4 of the signal wavelength - in the signal path, which enables to achieve a high degree of decoupling between inputs of the high-frequency signal and the heterodyne. On the side of the dielectric substrate which is not metal coated, there are capacitance pads which are movable along the slotted lines on the section between its feed point and the circuit.
EFFECT: high decoupling between inputs of the high-frequency signal and the heterodyne.
4 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к радиотехнике, конкретнее к устройствам преобразования сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний в сигналы промежуточной частоты, и может быть использовано в приемопередающей и измерительной аппаратуре.The invention relates to radio engineering, and more particularly to devices for converting microwave (microwave) oscillations into intermediate frequency signals, and can be used in transceiver and measuring equipment.

Уровень техникиState of the art

Наиболее широкое распространение получили смесители, выполненные с использованием в качестве преобразующих активных элементов полупроводниковых диодов. Так известен кольцевой смеситель СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, на которой размещены два отрезка щелевых линий передачи, являющиеся входами сигналов ВЧ и гетеродина, поступающих с коаксиальных кабелей, согласующие трансформаторы в виде плавных переходов от щелевой линии передачи к планарной двухпроводной линии, и кольцевой диодный мост, к диагоналям которого подключены вторые концы планарных двухпроводных линий (см. патент на изобретение SU 1169175, МПК H04B 1/26, опубл. 23.07.1985 г.). Сигнал промежуточной частоты снимается с обеих диагоналей кольцевого моста через фильтр промежуточной частоты. Симметрия используемых в схеме трансформаторов и диодов обеспечивает взаимную развязку входов сигнала, гетеродина и выхода смесителя. Применение микрополосковой технологии изготовления обеспечивает малые габариты устройства.The most widespread are mixers made using semiconductor diodes as converting active elements. Thus, a microwave microwave mixer is known, which contains a dielectric substrate on which two segments of slotted transmission lines are located, which are inputs of RF and local oscillator signals coming from coaxial cables, matching transformers in the form of smooth transitions from a slotted transmission line to a planar two-wire line, and a ring diode bridge , to the diagonals of which the second ends of planar two-wire lines are connected (see patent for invention SU 1169175, IPC H04B 1/26, publ. 07.23.1985). The intermediate frequency signal is removed from both diagonals of the annular bridge through an intermediate frequency filter. The symmetry of the transformers and diodes used in the circuit provides mutual isolation of the signal inputs, the local oscillator and the mixer output. The use of microstrip manufacturing technology provides small dimensions of the device.

Недостатком известного смесителя является высокий уровень побочных продуктов преобразования, что обусловлено использованием диодов, характеризующихся несогласованностью нагрузки в широком диапазоне частот и наличием обратного преобразования.A disadvantage of the known mixer is the high level of conversion by-products, which is due to the use of diodes characterized by load inconsistency in a wide frequency range and the presence of the inverse conversion.

Известен кольцевой преобразователь частоты, выполненный на биполярных транзисторах разного типа проводимости, соединенных по схеме кольцевого моста (см. патент на изобретение SU №1587616, МПК H03D 7/12, опубл. 23.08.1990 г.). На входе и выходе кольцевого моста размещены дифференциальные трансформаторы, выполненные на катушках индуктивности. Недостатком известного преобразователя является невозможность реализации на СВЧ.Known ring frequency converter, made on bipolar transistors of different types of conductivity, connected according to the scheme of the ring bridge (see patent for invention SU No. 1587616, IPC H03D 7/12, publ. 08.23.1990). At the input and output of the annular bridge there are differential transformers made on inductors. A disadvantage of the known Converter is the inability to implement on the microwave.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения выбран двойной балансный смеситель СВЧ на полевых транзисторах (см. патент на изобретение US 4603435, МПК H04B 1/26, опубл. 29.07.86 г). Устройство смесителя включает диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены микрополосковые проводники, являющиеся входами высокочастотного сигнала и гетеродина, сообщенные с направленным ответвителем Ланге, четыре полевых транзистора, соединенные по двубалансной схеме, и выходной тракт с усилителем мощности промежуточной частоты. Использование полевых транзисторов, имеющих по сравнению с диодами большую линейность, позволяет значительно снизить уровень побочных продуктов преобразования.As the closest analogue to the claimed technical solution, a double balanced microwave mixer for field effect transistors was selected (see patent for US invention 4603435, IPC H04B 1/26, publ. 29.07.86 g). The mixer device includes a dielectric substrate, on one side of which there are microstrip conductors, which are inputs of a high-frequency signal and a local oscillator, connected with a directional Lange coupler, four field-effect transistors connected in a two-balanced circuit, and an output path with an intermediate frequency power amplifier. The use of field-effect transistors, which have greater linearity compared to diodes, can significantly reduce the level of conversion by-products.

Основным недостатком упомянутого смесителя является недостаточная развязка между входами сигнала и гетеродина, что обусловлено использованием в качестве развязывающего устройства направленного ответвителя Ланге. Недостаточная развязка между линиями передачи сигналов ведет к увеличению потерь преобразования и к повышенному влиянию сигнала гетеродина на выходной каскад МШУ, являющийся источником информационного сигнала.The main disadvantage of this mixer is the insufficient isolation between the signal and local oscillator inputs, which is due to the use of a directional Lange coupler as an decoupling device. Insufficient isolation between the signal lines leads to an increase in conversion losses and to an increased effect of the local oscillator signal on the LNA output stage, which is the source of the information signal.

Другим недостатком являются высокие требования к соблюдению симметрии и равенства балансных плеч схемы и, как следствие, высокие требования точности выполнения рисунка топологии и необходимость применения полупроводниковых элементов с идентичными характеристиками, что возможно только в партии одновременно изготавливаемых изделий. Использование же отдельных транзисторов, заведомо имеющих между собой разброс высокочастотных характеристик, усложняет выполнение согласующих цепей.Another disadvantage is the high requirements for observing the symmetry and equality of the balanced arms of the circuit and, as a result, the high requirements for the accuracy of the topology drawing and the need for semiconductor elements with identical characteristics, which is possible only in a batch of simultaneously manufactured products. The use of separate transistors, obviously having among themselves a spread of high-frequency characteristics, complicates the implementation of matching circuits.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является устранение упомянутых выше недостатков и разработка устройства смесителя СВЧ на базе полевых транзисторов, имеющего высокую степень развязки между входами сигнала и гетеродина и простоту технологической реализации.The task of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages and to develop a microwave mixer device based on field-effect transistors having a high degree of isolation between the signal and local oscillator inputs and the simplicity of technological implementation.

Поставленная задача решена за счет того, что в смесителе, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещены две микрополосковые линии, являющиеся входами трактов сигнала ВЧ и гетеродина, схему преобразования, выполненную на четырех полевых транзисторах и тракт промежуточной частоты, согласно заявляемому изобретению, полевые транзисторы включены по кольцевой схеме с возможностью работы в режиме управляемых сопротивлений, причем упомянутая схема реализована на одном кристалле, каждый из трактов сигнала ВЧ и гетеродина содержит щелевую линию, выполненную в металлизации на противоположной стороне диэлектрической подложки, ортогонально к соответствующей микрополосковой линии, щелевые линии трактов расположены соосно, один конец щелевых линий закорочен и образует четвертьволновой шлейфный переход с микрополосковой линией, а другой является входом схемы преобразования, при этом в щелевую линию каждого тракта, параллельно упомянутому входу, со стороны каждого ее проводника введены короткозамкнутые отрезки щелевых линий, выполненные с длиной, равной ¼ длины волны гетеродина - в тракте гетеродина и ¼ длины волны сигнала ВЧ - в тракте сигнала.The problem is solved due to the fact that in a mixer containing a dielectric substrate, on one side of which are two microstrip lines, which are inputs of the RF and local oscillator signal paths, the conversion circuit performed on four field-effect transistors and the intermediate frequency path, according to the claimed invention, are field transistors are turned on in a ring circuit with the possibility of operating in controlled resistance mode, the circuit being implemented on a single chip, each of the RF and hetero signal paths the dyne contains a slit line made in metallization on the opposite side of the dielectric substrate, orthogonally to the corresponding microstrip line, the slit lines of the paths are aligned, one end of the slit lines is shorted and forms a quarter-wave loop transition with a microstrip line, and the other is the input of the conversion circuit, while the slit line of each path parallel to the entrance, from the side of each of its conductor introduced short-circuited segments of the slit lines, made with a length equal to second ¼ wave length LO - a LO path and a ¼ wave length of the RF signal - in the signal path.

Одним положительным техническим результатом заявляемого изобретения является повышение развязки между входами сигнала высокой частоты и гетеродина.One positive technical result of the claimed invention is to increase the isolation between the inputs of the high frequency signal and the local oscillator.

Другим положительным результатом заявляемого изобретения стало снижение требований к точности выполнения топологического рисунка, что позволило упростить процесс изготовления устройства.Another positive result of the claimed invention was the reduction of requirements for the accuracy of the topological drawing, which allowed to simplify the manufacturing process of the device.

Как и в прототипе, в качестве активных преобразующих элементов в схеме преобразования (смешения частот) использованы полевые транзисторы, отличающиеся большой линейностью, и как следствие, низким уровнем побочных продуктов преобразования.As in the prototype, field-effect transistors are used as active converting elements in the conversion (frequency mixing) circuit, which are characterized by high linearity and, as a result, by a low level of conversion by-products.

В заявляемом устройстве полевые транзисторы включены по кольцевой схеме и работают в режиме управляемых сопротивлений. Использование кольцевой схемы соединения полевых транзисторов, в отличие от двубалансной схемы прототипа, позволяет существенно снизить требования к симметрии входных плеч схемы, а значит, к точности выполнения топологического рисунка и идентичности параметров используемых транзисторов. Даже при несимметричном возбуждении плеч моста кольцевая схема позволяет получить на выходе лучшее подавление побочных каналов преобразования по отношению к балансной схеме.In the inventive device field-effect transistors are included in a ring circuit and operate in a controlled resistance mode. The use of a ring connection circuit of field-effect transistors, in contrast to the two-balanced circuit of the prototype, can significantly reduce the requirements for the symmetry of the input arms of the circuit, and therefore, to the accuracy of the topological pattern and the identity of the parameters of the used transistors. Even with asymmetric excitation of the bridge arms, the ring circuit allows one to obtain at the output the best suppression of the side channels of the transformation with respect to the balanced circuit.

Входной информационный сигнал ВЧ подводится к одной диагонали кольцевого моста, сигнал гетеродина - к средним точкам диагоналей моста. Промежуточная частота снимается со второй диагонали кольцевого моста через согласующий трансформатор сопротивлений.The input RF signal is fed to one diagonal of the annular bridge, the local oscillator signal to the midpoints of the bridge diagonals. The intermediate frequency is removed from the second diagonal of the annular bridge through a matching resistance transformer.

Еще одним отличием от прототипа, в котором использованы отдельные транзисторы, заведомо имеющие между собой разброс высокочастотных характеристик, является выполнение схемы преобразования, т.е. собственно схемы смесителя, на едином кристалле в виде одной интегральной микросхемы. Это позволило добиться максимально возможного совпадения параметров полевых транзисторов и практически исключить влияние разбросов их параметров на электрические характеристики смесителя.Another difference from the prototype, in which individual transistors are used, obviously having a spread of high-frequency characteristics among themselves, is the implementation of a conversion circuit, i.e. the actual mixer circuit, on a single chip in the form of a single integrated circuit. This made it possible to achieve the maximum possible coincidence of the parameters of field-effect transistors and to practically eliminate the influence of variations in their parameters on the electrical characteristics of the mixer.

Однако выполнение схемы на одном кристалле привело к необходимости расположения входных трактов сигнала и гетеродина на одной линии, благодаря чему возникла вероятность взаимного шунтирования трактов по земляной поверхности платы. Исключить указанную вероятность и обеспечить высокую взаимную развязку входов сигнала ВЧ и гетеродина позволила заявляемая оригинальная топология смесителя.However, the implementation of the circuit on a single chip led to the need for the location of the input signal paths and the local oscillator on the same line, which made it possible for the paths to mutually bypass along the ground surface of the board. To exclude the specified probability and to ensure high mutual isolation of the RF and local oscillator signal inputs, the claimed original mixer topology allowed.

Каждый из трактов сигнала ВЧ и гетеродина в заявляемом смесителе включает микрополосковую линию, являющуюся входом соответствующего сигнала, и ортогонально расположенную к ней щелевую линию, выполненную в металлизации на противоположной стороне подложки. Между микрополосковой и щелевой линиями образован четвертьволновой шлейфный переход, обеспечивающий возможность распространения сигналов СВЧ из микрополосковой линии в щелевую и выполняющий функции симметрирующего трансформатора. Щелевые линии трактов расположены соосно, что обеспечивает подачу сигналов ВЧ и гетеродина на входы микросхемы преобразования.Each of the signal paths of the RF and local oscillator in the inventive mixer includes a microstrip line, which is the input of the corresponding signal, and a slot line orthogonally located thereto, made in metallization on the opposite side of the substrate. A quarter-wave loop junction is formed between the microstrip and slot lines, which makes it possible to propagate microwave signals from the microstrip line to the slot and performs the functions of a balancing transformer. The slotted lines of the paths are coaxial, which ensures the supply of RF and local oscillator signals to the inputs of the conversion chip.

Для предотвращения взаимного шунтирования щелевых линий «земляной» поверхностью платы и исключения прохождения подаваемых на схему сигналов в противолежащую щелевую линию в каждом тракте введено по два короткозамкнутых отрезка щелевых линий, имеющих длину, равную четверти длины волны соответствующего сигнала, т.е. ¼ длины волны гетеродина - в тракте гетеродина и 1/4 длины волны сигнала ВЧ - в тракте сигнала. Короткозамкнутые щелевые отрезки расположены симметрично относительно основной щелевой линии тракта и подключены параллельно к входу этой щелевой линии в микросхему, т.е. образуют два параллельных плеча.To prevent mutual shunting of the slotted lines by the “earthen” surface of the board and to prevent the signals supplied to the circuit from passing through the opposite slotted line in each path, two short-circuited pieces of slotted lines having a length equal to a quarter of the wavelength of the corresponding signal are introduced, i.e. ¼ the local oscillator wavelength in the local oscillator path and 1/4 of the HF signal wavelength in the signal path. Short-circuited slot segments are located symmetrically relative to the main slot line of the path and are connected in parallel to the input of this slot line in the microcircuit, i.e. form two parallel shoulders.

Короткозамкнутый четвертьволновой отрезок щелевой линии эквивалентен параллельному резонансному контуру. На входе такого контура образуется высокое входное сопротивление, которое стремится к бесконечности, что препятствует дальнейшему распространению сигнала и способствует тому, что вся мощность сигнала прикладывается к относительно низкоомному входу микросхемы смесителя. Таким образом, со стороны каждого проводника щелевой линии, т.е. со стороны металлических поверхностей платы, расположенных по сторонам относительно щелевой линии, и в тракте сигнала, и в тракте гетеродина организованы участки высокого сопротивления, что обеспечивает высокую изоляцию входов сигнала ВЧ и гетеродина. Такая развязка входов позволяет сократить потери мощности сигналов и снизить уровень побочных продуктов преобразования, за счет чего повысить полезный выход устройства, а также исключить влияние сигнала гетеродина на выходе малошумящего усилителя при использовании смесителя в различных приемопередающих устройствах.The short-circuited quarter-wave length of the slit line is equivalent to a parallel resonant circuit. At the input of such a circuit, a high input resistance is formed, which tends to infinity, which prevents further signal propagation and contributes to the fact that all the signal power is applied to the relatively low-impedance input of the mixer microcircuit. Thus, on the side of each conductor of the slit line, i.e. on the metal surfaces of the board, located on the sides relative to the slit line, in the signal path and in the local oscillator path, high-resistance sections are organized, which provides high isolation of the RF and local oscillator signal inputs. This isolation of inputs allows reducing signal power loss and reducing the level of conversion by-products, thereby increasing the useful output of the device, as well as eliminating the influence of the local oscillator signal at the output of a low-noise amplifier when using the mixer in various transceiver devices.

Для согласования сигналов ВЧ и гетеродина щелевые линии трактов от точки перехода из микрополосковой линии в щелевую (иначе, от точки возбуждения щелевой линии микрополосковой) до входа микросхемы выполняются длиной, равной ¼ длины соответствующего сигнала. По сути, на входах микросхемы в каждом тракте сформирован четвертьволновой согласующий трансформатор. Волновое сопротивление каждой щелевой линии, определяющее ее ширину, рассчитывается известными способами для каждого конкретного случая исполнения.To match the RF and local oscillator signals, the slotted path lines from the transition point from the microstrip line to the slotted line (otherwise, from the excitation point of the microstrip slot line) to the input of the microcircuit are performed with a length equal to выполня of the length of the corresponding signal. In fact, a quarter-wave matching transformer is formed at the inputs of the microcircuit in each path. The wave resistance of each slot line, which determines its width, is calculated by known methods for each specific case of execution.

Для компенсации неточностей выполнения щелевых линий и разбросов параметров используемых микросхем в схему смесителя введены корректирующие емкостные площадки, выполненные в виде металлических прямоугольников. Каждую площадку перемещают вдоль соответствующей щелевой линии с противоположной, неметаллизированной, стороны диэлектрической подложки (платы) на участке между точкой возбуждения щелевой линии и микросхемой. Перемещением емкостных площадок обеспечивают изменение параметров щелевых линий, их волнового сопротивления, что позволяет скорректировать неточности изготовления щелевых линий при настройке устройства и добиться компенсации паразитных входных реактивностей микросхемы.To compensate for inaccuracies in the implementation of slot lines and the scatter of the parameters of the used microcircuits, corrective capacitive platforms made in the form of metal rectangles are introduced into the mixer circuit. Each pad is moved along the corresponding slot line from the opposite, non-metallized side of the dielectric substrate (board) in the area between the point of excitation of the slot line and the microcircuit. Moving capacitive platforms provide a change in the parameters of the slot lines, their wave impedance, which allows you to correct the inaccuracies in the manufacture of slot lines when setting up the device and to compensate for the parasitic input reactance of the chip.

Наличие таких емкостных площадок позволяет снизить требования к точности выполнения рисунка топологии смесителя и обеспечить настройку устройства под каждую используемую микросхему, которые, как известно, имеют разброс параметров.The presence of such capacitive platforms can reduce the requirements for the accuracy of the design of the mixer topology and ensure that the device is configured for each microcircuit used, which, as you know, have a range of parameters.

Короткозамкнутые отрезки щелевых линий могут быть выполнены как прямолинейными, так и изогнутой формы (см. пример ниже), что может быть обусловлено конкретными расчетными параметрами щелевых линий или соображениями более компактного размещения элементов устройства.Short-circuited segments of the slotted lines can be made either rectilinear or curved (see example below), which may be due to specific design parameters of the slotted lines or considerations of a more compact arrangement of the elements of the device.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 представлена схема заявляемого смесителя;Figure 1 presents a diagram of the inventive mixer;

на фиг.2 - топологический чертеж предлагаемого устройства;figure 2 is a topological drawing of the proposed device;

на фиг.3 - сечение А-А с фиг.2;figure 3 is a section aa from figure 2;

на фиг.4 показано устройство заявляемого смесителя в сборе, вид на металлизированную сторону диэлектрической подложки;figure 4 shows the device of the inventive mixer assembly, a view of the metallized side of the dielectric substrate;

на фиг.5 - то же, вид на неметаллизированную сторону диэлектрической подложки.figure 5 is the same, view of the non-metallic side of the dielectric substrate.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Заявляемый смеситель СВЧ диапазона относится к кольцевым балансным смесителям. Смеситель включает (см. фиг.1) схему преобразования 1, выполненную по кольцевой схеме на полевых транзисторах, работающих в режиме управляемых сопротивлений, тракт сигнала ВЧ (высокой частоты), состоящий из микрополосковой линии (МПЛ) 2 и ортогонально расположенной к нему щелевой линии (ЩЛ) 3, и тракт гетеродина, состоящий из микрополосковой линии (МПЛ) 4 и ортогонально расположенной к нему щелевой линии (ЩЛ) 5.The inventive microwave range mixer relates to ring balanced mixers. The mixer includes (see Fig. 1) a conversion circuit 1, made according to a ring circuit on field-effect transistors operating in the controlled resistance mode, an RF (high frequency) signal path, consisting of a microstrip line (MPL) 2 and a slit line orthogonal to it (ЩЛ) 3, and the local oscillator path, consisting of a microstrip line (MPL) 4 and a slot line (ЩЛ) 5 orthogonally located to it.

МПЛ 2 и 4 оканчиваются четвертьволновым разомкнутым шлейфом, а щелевые линии 3 и 5 - короткозамкнутым четвертьволновым шлейфом. Переходы от микрополосковой линии к щелевой выполняют функции симметрирующих трансформаторов, размещенных на входе трактов сигнала ВЧ и гетеродина. Открытые концы щелевых линий 3 и 5 обеспечивают подачу сигналов на схему преобразования 1, причем сигнал ВЧ подается на одну диагональ кольцевого моста, сигнал гетеродина - к средним точкам диагоналей, а выходной сигнал промежуточной частоты снимается со второй диагонали моста схемы 1 через трансформатор сопротивлений 6.MPL 2 and 4 end with a quarter-wave open loop, and slot lines 3 and 5 with a short-circuited quarter-wave loop. Transitions from a microstrip line to a slot line perform the functions of balancing transformers located at the input of the RF and local oscillator signal paths. The open ends of the slit lines 3 and 5 provide signals to the conversion circuit 1, the RF signal being fed to one diagonal of the ring bridge, the local oscillator signal to the midpoints of the diagonals, and the intermediate frequency output signal is taken from the second diagonal of the bridge of circuit 1 through a resistance transformer 6.

Схема 1 смесителя выполнена на одном кристалле в виде одной микросхемы с выводами RF (сигнала ВЧ) и LO (сигнала гетеродина) и IF (сигнала промежуточной частоты). Подобные микросхемы в настоящее время выпускаются различными промышленными предприятиями. В конкретном случае осуществления изобретения, при изготовлении опытного образца была использована промышленно выпускаемая схема РЕ4140, однако это не ограничивает возможности применения других схем.Mixer circuit 1 is made on a single chip in the form of a single microcircuit with the findings of RF (RF signal) and LO (LO signal) and IF (intermediate frequency signal). Similar microcircuits are currently produced by various industrial enterprises. In the specific case of the invention, in the manufacture of the prototype was used commercially available scheme PE4140, however, this does not limit the possibility of using other schemes.

На фиг.2-5 показана топология заявляемого смесителя. Все элементы смесителя размещены на диэлектрической подложке 7, на неметаллизированной стороне 8 которой размещены (см. фиг.2, 3, 5) микрополосковые проводники 2 и 4 и трансформатор сопротивлений 6, а на второй, металлизированной, стороне 9 (см. фиг.2-4) выполнены соосные щелевые линии 3 и 5 трактов сигнала ВЧ и гетеродина и короткозамкнутые отрезки щелевых линий 10, 11, 12 и 13. Длина короткозамкнутых щелевых отрезков 10 и 11 в тракте сигнала составляет λсиг/4. Длина короткозамкнутых щелевых отрезков 12 и 13 в тракте гетеродина составляет λгет/4. Открытые концы короткозамкнутых четвертьволновых отрезков подключены к выходам щелевых линий передачи 3 и 5 сигнала и гетеродина соответственно.Figure 2-5 shows the topology of the inventive mixer. All elements of the mixer are placed on a dielectric substrate 7, on the non-metallized side 8 of which microstrip conductors 2 and 4 and a resistance transformer 6 are located (see Fig. 2, 3, 5), and on the second, metallized side 9 (see Fig. 2 -4) the coaxial slotted lines 3 and 5 of the RF and local oscillator signal paths and the short-circuited sections of the slotted lines 10, 11, 12 and 13 are made. The length of the short-circuited slotted sections 10 and 11 in the signal path is λ sig / 4. The length of the short-circuited slotted segments 12 and 13 in the local oscillator path is λ get / 4. The open ends of the short-circuited quarter-wave segments are connected to the outputs of the slotted transmission lines 3 and 5 of the signal and the local oscillator, respectively.

Смеситель работает следующим образом.The mixer operates as follows.

Входной сигнал ВЧ подается в противофазе по МПЛ 2, возбуждает щелевую линию 3 и по ней подводится к входам RF микросхемы 1. Сигнал гетеродина в противофазе поступает на МПЛ 4, возбуждает щелевую линию 5 и по ней подводится к входам LO микросхемы 1. Результат преобразования - сигнал промежуточной частоты также снимается в противофазе с выхода IF микросхемы 1 с помощью сосредоточенного симметрирующего трансформатора 6. При этом обеспечивается оптимальное сложение токов IF вида FIF=FRF±FLO и происходит максимальное подавление других комбинационных составляющих.The RF input signal is supplied in antiphase via MPL 2, excites the slot line 3 and is fed to the inputs of RF microcircuit 1 through it. The local oscillator signal in antiphase goes to the MPL 4, excites the slot line 5 and is fed to the inputs of LO microcircuit 1. The result of the conversion is the intermediate frequency signal is also removed in antiphase from the output IF of the microcircuit 1 using a concentrated balancing transformer 6. This ensures the optimal addition of IF currents of the form F IF = F RF ± F LO and the maximum suppression of other combination posing.

Отрезки щелевых линий 10 и 11 обеспечивают высокое сопротивление на выходе ЩЛ 3 тракта сигнала, отрезки щелевых линий 12 и 13 обеспечивают высокое сопротивление на выходе ЩЛ 5 тракта гетеродина, т.к. волновое сопротивление на открытом конце четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа стремится к бесконечности. Это предотвращает взаимное шунтирование линий передач и способствует тому, что вся мощность сигналов ВЧ и гетеродина приложена к соответствующим входам микросхемы 1 смесителя.The segments of the slit lines 10 and 11 provide high resistance at the output of the SchL 3 of the signal path, the segments of the slit lines 12 and 13 provide high resistance at the output of the SchL 5 of the local oscillator path, because wave resistance at the open end of a quarter-wave short-circuited loop tends to infinity. This prevents mutual shunting of the transmission lines and contributes to the fact that all the power of the RF and local oscillator signals is applied to the corresponding inputs of the mixer chip 1.

Над щелевыми линиями 3 и 5 трактов сигнала и гетеродина на стороне 8 подложки 7 размещены емкостные площадки 14 и 15, место расположения которых может быть изменено в процессе настройки устройства.Above the slotted lines 3 and 5 of the signal and local oscillator paths on the side 8 of the substrate 7, capacitive platforms 14 and 15 are located, the location of which can be changed during the device setup.

При перемещении емкостных площадок 14 и 15 происходит изменение волнового сопротивления щелевых линий, что позволяет скомпенсировать входные реактивности микросхемы смесителя и неточности изготовления рисунка щелевых линий. После настройки положение площадок фиксируется.When moving capacitive pads 14 and 15, the wave resistance of the slotted lines changes, which allows you to compensate for the input reactivity of the mixer chip and the inaccuracy of making the pattern of the slotted lines. After adjustment, the position of the pads is fixed.

Для согласования 50-омных трактов входного сигнала и сигнала гетеродина с 200-омными входами RF и LO микросхемы применены согласующие трансформаторы сопротивлений, выполненные в виде четвертьволновых участков щелевых линий 3 и 5 от точки (16, 17) возбуждения соответствующей ЩЛ до соответствующего входа в микросхему.To match the 50-ohm paths of the input signal and the local oscillator signal with the 200-ohm inputs of the RF and LO microcircuits, matching resistance transformers are used, made in the form of quarter-wave sections of the slot lines 3 and 5 from the point (16, 17) of the excitation of the corresponding alkali to the corresponding input to the microcircuit .

Claims (4)

1. Смеситель СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещены две микрополосковые линии, являющиеся входами трактов сигнала ВЧ и гетеродина, схему преобразования, выполненную на четырех полевых транзисторах, и тракт промежуточной частоты, отличающийся тем, что полевые транзисторы включены по кольцевой схеме с возможностью работы в режиме управляемых сопротивлений, причем упомянутая схема реализована на одном кристалле, каждый из трактов сигнала ВЧ и гетеродина содержит щелевую линию, выполненную в металлизации на противоположной стороне диэлектрической подложки ортогонально к соответствующей микрополосковой линии, щелевые линии трактов расположены соосно, один конец щелевых линий закорочен и образует четвертьволновой шлейфный переход с микрополосковой линией, а другой является входом схемы преобразования, при этом в щелевую линию каждого тракта, параллельно упомянутому входу, со стороны каждого ее проводника введены короткозамкнутые отрезки щелевых линий, выполненные длиной, равной ¼ длины волны гетеродина в тракте гетеродина, и ¼ длины волны сигнала ВЧ в тракте сигнала.1. Microwave mixer containing a dielectric substrate, on one side of which are two microstrip lines that are inputs of the RF and local oscillator signal paths, a conversion circuit made on four field-effect transistors, and an intermediate frequency path, characterized in that the field-effect transistors are connected in a ring circuit with the possibility of operating in controlled resistance mode, the aforementioned circuit being implemented on a single chip, each of the RF and local oscillator signal paths contains a slot line made in metallis on the opposite side of the dielectric substrate orthogonally to the corresponding microstrip line, the slotted lines of the paths are aligned, one end of the slotted lines is shorted and forms a quarter-wave loop transition with a microstrip line, and the other is the input of the conversion circuit, with the slotted line of each path parallel to the input , on the side of each of its conductors, short-circuited segments of slot lines are introduced, made with a length equal to ¼ the wavelength of the local oscillator in the path of the local oscillator, and ¼ length HF signal waves in the signal path. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен емкостными площадками, выполненными в виде металлических прямоугольных пластинок, перемещаемых вдоль щелевых линий с неметаллизированной стороны диэлектрической подложки, на участке между точкой возбуждения щелевой линии и микросхемой.2. The mixer according to claim 1, characterized in that it is equipped with capacitive platforms made in the form of rectangular metal plates moved along slotted lines from the nonmetallized side of the dielectric substrate, in the area between the slotted line excitation point and the microcircuit. 3. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что длина щелевой линии тракта сигнала от точки ее возбуждения микрополосковой линией до входа в микросхему равна ¼ волны сигнала.3. The mixer according to claim 1, characterized in that the length of the slit line of the signal path from the point of its excitation by the microstrip line to the input of the microcircuit is equal to ¼ of the signal wave. 4. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что длина щелевой линии тракта гетеродина от точки ее возбуждения микрополосковой линией до входа в микросхему равна ¼ волны гетеродина. 4. The mixer according to claim 1, characterized in that the length of the slot line of the local oscillator path from the point of its excitation by the microstrip line to the entrance to the microcircuit is equal to ¼ of the local oscillator wave.
RU2010142178/07A 2010-10-14 2010-10-14 Microwave mixer RU2479918C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142178/07A RU2479918C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Microwave mixer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142178/07A RU2479918C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Microwave mixer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010142178A RU2010142178A (en) 2012-04-20
RU2479918C2 true RU2479918C2 (en) 2013-04-20

Family

ID=46032341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010142178/07A RU2479918C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Microwave mixer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2479918C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723466C1 (en) * 2019-12-30 2020-06-11 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Техноякс" Microwave mixer

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3772599A (en) * 1972-04-17 1973-11-13 Rca Corp Microwave double balanced mixer
US4063176A (en) * 1976-07-29 1977-12-13 Vari-L Company, Inc. Broadband high frequency mixer
SU1169175A1 (en) * 1983-01-06 1985-07-23 Предприятие П/Я А-1490 Microwave mixer
SU1197094A1 (en) * 1984-07-26 1985-12-07 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Balanced microwave mixer
US4603435A (en) * 1984-08-20 1986-07-29 Gte Laboratories Incorporated Microwave mixer apparatus
SU1587616A1 (en) * 1988-11-16 1990-08-23 Предприятие П/Я Г-4554 Ring frequency converter
SU1760633A1 (en) * 1989-11-13 1992-09-07 Научно-производственное объединение "Салют" Uhf-mixer on the even harmonic of local oscillator
RU2068218C1 (en) * 1993-03-31 1996-10-20 Центральное конструкторское бюро автоматики Broad-band parallel balanced mixer

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3772599A (en) * 1972-04-17 1973-11-13 Rca Corp Microwave double balanced mixer
US4063176A (en) * 1976-07-29 1977-12-13 Vari-L Company, Inc. Broadband high frequency mixer
SU1169175A1 (en) * 1983-01-06 1985-07-23 Предприятие П/Я А-1490 Microwave mixer
SU1197094A1 (en) * 1984-07-26 1985-12-07 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Balanced microwave mixer
US4603435A (en) * 1984-08-20 1986-07-29 Gte Laboratories Incorporated Microwave mixer apparatus
SU1587616A1 (en) * 1988-11-16 1990-08-23 Предприятие П/Я Г-4554 Ring frequency converter
SU1760633A1 (en) * 1989-11-13 1992-09-07 Научно-производственное объединение "Салют" Uhf-mixer on the even harmonic of local oscillator
RU2068218C1 (en) * 1993-03-31 1996-10-20 Центральное конструкторское бюро автоматики Broad-band parallel balanced mixer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723466C1 (en) * 2019-12-30 2020-06-11 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Техноякс" Microwave mixer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010142178A (en) 2012-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9300022B2 (en) Vaisman baluns and microwave devices employing the same
Abbosh Wideband planar crossover using two-port and four-port microstrip to slotline transitions
Zhang et al. A broadband planar balun using aperture-coupled microstrip-to-SIW transition
Thyagarajan et al. A 240GHz wideband QPSK receiver in 65nm CMOS
Zhou et al. A 280-325 GHz frequency multiplier chain with 2.5 dBm peak output power
Pang et al. A planar balanced crossover
Yu et al. A 300-GHz transmitter front end with− 4.1-dBm peak output power for sub-THz communication using 130-nm SiGe BiCMOS technology
Muralidharan et al. A 165–230GHz SiGe amplifier-doubler chain with 5dBm peak output power
Zhang et al. A millimeter-wave sub-harmonic self-oscillating mixer using dual-mode substrate integrated waveguide cavity
Guo et al. A novel LTCC miniaturized dualband balun
CN101510629A (en) Seminorm substrate integration waveguide double-balance mixer and implementing method thereof
Varonen et al. A 100-GHz balanced FET frequency doubler in 65-nm CMOS
RU2479918C2 (en) Microwave mixer
Chen et al. A Q-band doubly balanced mixer in 0.15 um GaAs PHEMT technology
Kärkkäinen et al. Transmission line and lange coupler implementations in CMOS
Skafidas et al. A 60-GHz transceiver on CMOS
Nakatani et al. Small and low-loss quadrature hybrid and T/R local signal selection switch for 60 GHz direct conversion transceivers
Sardi et al. Design and fabrication of the novel miniaturized microstrip coupler 3dB using stepped impedance resonators for the ISM applications
Shi et al. Passive components design based on LTCC technology for front-end module in Ka-band
Zhao et al. A broadband multilayer magic-T using coupled microstrip-slotlines for monopulse antenna systems
Naghavi et al. A Compact and Wideband mmWave Passive CMOS Circulator Based on Switched All-Pass Networks
Duan et al. Single-band balanced coupler with wideband common-mode suppression
Ozis et al. A CMOS 5 GHz phase-compensated quadrature coupler
Jha et al. Design of Dual-Band Bandpass Filter on Coplanar Waveguide Using Meander Inductor
Xia et al. Modified CMOS monolithic stacked coupled stripline balun for millimeter-wave applications