DE2220279C2

DE2220279C2 - Schaltungsanordnung zur Frequenzwandlung mit einem Hohlleiterabschnitt und einem darin angeordneten nichtlinearen Halbleiterelement

Info

Publication number: DE2220279C2
Application number: DE2220279A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Sagamihara Konishi
Original assignee: NIPPON HOSO KYOKAI TOKYO JP
Current assignee: NIPPON HOSO KYOKAI TOKYO JP
Priority date: 1971-04-28
Filing date: 1972-04-25
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPS5250488B1; DE2220279A1; NL177870C; GB1329532A; NL7205667A; FR2134610A1; FR2134610B1; NL177870B; US3742335A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzwandlung mit einem Hohlleiterabschr.ltt und einem darin angeordneten nichtlinearen Halbleiterelement, mit mindestens einer als Antenne nutzbaren Bandleitung, die an einem Ende mit einem Anschluß des Halbleiterelements verbunden ist und parallel zum elektrischen Hochfrequenzfeld im Hohlleiter liegt.

Aus der DE-OS 14 66 044 ist ein Frequenzverdoppler bekannt, der aus zwei Hohlleitern mit verschiedenen Grenzfrequenzen besteht, welche über eine T-förmige Bandleitung so miteinander verbunden sind, daß sich die . elektrischen Felder in den entsprechenden Hohlleitern unter einem rechten Winkel schneiden. Die T-förmige Bandleitung ist im Verbindungsteil des Eingangshohlleiters mit dem Ausgangshohlleiter angeordnet. Durch den vertikalen Leiter der T-förmigen Bandleitung wird eine Grundwelle aufgenommen, und durch das mit dem horizontalen Teil der Bandleitung verbundene nichtlineare Element werden die erzeugten höheren Harmonischen durch den Aut'angshohlleiter abgeleitet. Dieser bekannte Frequenzverdoppler hat einen Aufbau, bei welchem übliche Filter dadurch weggelassen werden können, daß zwei Hohlleiter mit verschiedenen Grenzfrequenzen derart gekoppelt werden, daß sich die elektrischen Felder in den Hohlleitern unter einem rechten Winkel schneiden.

Führt man zwei Signale mit den Frequenzen /i und h einem Hohlleiter-Bauelement mit einem nichtlinearen Halbleiterelement zu, so entstehen Frequenzkomponenten n/j ± m/i, wobei π und m positive ganze Zahlen sind.

Die üblichen Abwärtsmischer odf r Frequenzvervielfacher für Mikrowellen enthalten Hohheiter-Resonanzkreise für mehr als zwei der gewünschten Frequenzkomponenten, die durch die nichtlineare Kennlinie des in das Hohlleiter-Bauelement eingefügten, nichtlinearen Halbleiterelements erzeugt werden.

Fig. 1 zeigt einen derartigen allgemeinen bekannten Abwärtsmischer im Querschnitt, während F i g. 2 einen allgemeinen bekannten Frequenzvervielfacher im Schnitt von vorn zeigt.

Wie diese Figuren zeigen, wird das Halbleiterelement durch vorspringende Streben oder dergleichen getragen. In Fig. 1 ist das Halbleiterelement 1 von einem Leitungselement 5 und von Streben 4 und 4' abgestützt. In diesem Beispiel erstreckt sich der Hohlleiter vom Randabschnitt 2 nach oben und unten. In der Form nach F i g. 2 wird das Halbleiterelement von Streben 4 und 4' getragen, von einem Isolator 6 im Hohlleiter gehalten. In F i g. 2 wird ein Eingangssignal über den Eingangshohlleiter 7 zugeführt und das gewünschte Ausgangssignal mit der gewünschten Frequenzkomponente über einen Ausgangshohlleiter 3 abgenommen. In Fig. 1 liefert ein Anschluß 8 eine Vorspannung und ein Pumpsignal für das Halbleiterelement 1. Man erkennt ferner in F i g. 2 ein Sperrfilter 9 und einen Koaxial-Tuner 10.

Diese bekannten Hohlleiter-Bauelemente haben vor allem den Nachteil, daß infolge von Leitungsverlusten am Kopplungsstück von Halbleiterelement 1 und zugehörigem Abstimmkreis die Kreisverluste relativ

groß sind und daß die ganze Konstruktion für eine Miniaturisierung zu kompliziert ist. Außerdem weist die bekannte Konstruktion Teile wie Streben und Isolatoren zur Montage des Halbleitereiements auf, so daß infolge der mechanischen Instabilität eine Anwendyng im Quasi-Millimeterbereich unmöglich war.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine bezüglich der gewünschten Frequenzkomponente einfach einstellbare Schaltungsanordnung zur Frequenzwandlung der eingangs definier- in ten Art mit einfachem zur Miniaturisierung geeigneten Aufbau und großer Stabilität zu schaffen.

Ausgehend von der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Eandleitung und Halbleiterelement als gedruckte Schaltung auf einer dielektrischen Basisplatte aufgebracht sind, und daß ein dielektrisches Element auf oder neben der Basisplatte zur Beeinflussung der Antennenfunktion der Bandleitung angeordnet ist :?<>

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann in bevorzugter Weise als Frequenzvervielfacher eingesetztwerden.

In diesem letzteren Anwendungsfall besteht das dielektrische Element aus einem dem oberen Ende der Bandleitung gegenüberliegendem Stab, wobei der Abstand zwischen dem oberen Ende des Stabes und dem oberen Ende der Bandleitung zur Festlegung der effektiven Länge der Bandleitung als Antenne einstellbar ist jo

Wird die Schaltungsanordnung nach der Erfindung als Frequenzvervielfacher eingesetzt, so arbeitet die Bandleitung als Antenne, und man erhält eine Grundwelle, während eine gewünschte Harmonische /i, die durch die Nichtlinearität des Halbieiterelements r> erzeugt wird, von der Bandleitung auf einen Ausgangshohlleiter abgestrahlt wird.

Die Bandleitung erhält für eine gewünschte Anzahl von Frequenzkomponenten die Funktion einer Empfangsantenne und auch einer Sendeantenne. Deshalb können die bei den bekannten Schaltungsanordnungen erforderlichen Abstimmkreise durch eine einzige Bandleitung ersetzt werden, was die Konstruktion der Schaltungsanordnung wesentlich vereinfacht. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich 4j aufgrund ihres sehr einfachen Aufbaus auch bevorzugt zur Massenfabrikation.

Bei der Verwendung der Schaltungsanordnung als Frequenzteiler werden mehrere Kombinationen von Bandleitungen und Halbleiterelementen auf einer ">» gemeinsamen, dielektrischen Basisplatte angeordnet, wenn hohe Signalpegel zu verarbeiten sind.

Auf die gleiche Weise kann man im Falle eines Frequenzvervielfachers mehrere Kombinationen von Bandleitungen und Halbleiterelementen einsetzen. 5 >

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und im Vergleich zum Stand der60 Technik unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines bekannten Abwärtsmischers,

Fig.2 eine schematische Darstellung eines bekann-65 ten Frequenzvervielfachers,

Fig.3a einen Längsschnitt durch einen Abwärtsmischer mit Merkmalen der Erfindung,

Fig.3b einen Querschnitt entlang der Linie A-A'in F ig. 3a,

Fig.4 ein Ersatzschaltbild des Abwärtsmischervfxvielfachers nach den Fig.3a und 3b für die Signalfrequenz fs und die Pumpfrequenz (p,

F ig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Bandleitung als Antenne des Abwärtsmischers nach F i g. 3,

F i g. 6 ein Ersatzschaltbild des Abwärtsmischers nach F i g. 3 für die Zwischenfrequenzkomponente f/,

F i g. 7a einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Frequenzvervielfachers mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig.7b einen Querschnitt entlang der Linie A-A'in F ig. 7a,

F i g. 8a einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Frequenzvervielfachers mit einem Idler-Kreis,

Fig.8b einen Querschnitt längs der Linie A-A'der F ig. 8a,

Fig.9 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Arbeitsweise des Idler-Kreises in der Ausführungsform nach F i g. 8,

Fig. 10a einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Frequenzvervielfachers,

Fi g. 10b einen Querschnitt durch den Hohlleiter, von der Link; A-A 'in F i g. 10a aus gesehen,

F ι g. 11 eine praktische Ausführungsform eines Frequenzvervielfachers, bei dem mehrere Bandleitungen mit Antennenfunktion vorgesehen sind, und

Fig. 12 eine Ausführungsform eines Abwärtsmischers mit mehreren Bandleitungen mit Antennenfunktion.

Die F i g. 3a und 3b zeigen einen typischen Abwärtsmischer gemäß der Erfindung. Fig.3a stellt einen Schnitt des Abwärtsmischers dar, von der Schmalseite eines Rechteck-Hohlleiters 12 aus gesehen. Fig.3b ist eine Frontansicht des Abwärtsmischers, vom seitlichen Querschnitt des Hohlleiters 12 aus gesehen. Eine dielektrische Basisplatte 11 ist in dem Hohlleiter 12 montiert und verschließt den gesamten Querschnitt des Hohlleiters 12. Wie besonders Fig.3b zeigt, ist eine Bandleitung 13 mit der Länge L\ beispielsweise durch Aufdampfen auf die dielektrische Basisplatte 11 aufgebracht. Die Bandleitung 13 besitzt die Funktion einer Antenne, und ihre Länge Li ist etw:i gleich einem Viertel des Mittelwertes der entsprechenden Wellenlänge λ, und λ_ρ eines Eingangssignals der Frequenz f_s und eines Pumpsignals der Frequenz fp. Die Länge L\ entspricht etwa (λ,+λ_ρ>? 1/8 s. Das obere Ende der Bandleitung 13 ist mit der anderen Bandleitung 14 verbunden, die paraijtel zur Breitseite des Hohlleiters 12 verläuft. Die Bandleitung 14 kann auf die dielektrische Basisplatte ebenfalls aufgedampft werden. Die beiden Bandieit'dngen 13 und 14 können gleichzeitig aufgebracht werden und bilden zusammen eine T-Bandleitung. Die beiden Enden der Bandleitung 14 sind mit den beiden Seitenflächen des Hohlleiters 12 verbunden, d. h. mit den Schmalseiten des Hohlleiters 12, und werden auf dem gleichen Potential dieser £-FIächen gehalten. Das untere Ende der Bandleitung 13 ist mit einem Ende einer Schöttky-Sperfsehichtdiöde 15 verbünden.
. Am anderen Ende dieser Schottky-Sperrschicht 15 liegt ein Ende einer Bandleitung 16, die den Mittelleiter eines noch zu erläuternden, koaxialen Anschlusses bildet. Die Länge I der Bandleitung 16 liegt bei ft_s+X_p)\/8soder L₁ (Fig.3b). Die Breite der Bandleitung 16 ist zur Verringerung ihres Wellenwiderstandes

so gewählt, wie es in der Figur dargestellt ist. Das untere Ende der Bandleitung 16 liegt an einem Verbindungsstück 18 zum Mittelleiter eines koaxialen Anschlusses 17. Die Breite des Abschnittes 18 entspricht etwa derjenigen der Bandleitung 13. Es soll beispielsweise ein > Signal der Frequenz f, dem Hohlleiter zugeführt werden, wie in Fig.3a durch einen Pfeil angedeutet. Eine Pumpenergie der Frequenz f_p gelangt zum Hohlleiter von der rechten Seite des Bauelementes aus, wie in Fig.3a ebenfalls durch einen Pfeil gezeigt. An u> tier Signaleingangsseite des Hohlleiters 12 ist ein Sperrfilter 19 in Form einer Innennut vorgesehen, das die Pumpfrequenzkomponente f_p sperrt. An der Pumpeingangsseite ist ein Sperrfilter in Form einer Innennut vorgesehen, das die Signalfrequenzkomponente f, sperrt.

Der oben beschriebene Abwärtsmischer mit Merkmalen nach der Erfindung besitzt eine Bandleitung 13 auf der dielektrischen Basisplatte 11 mit der Länge L die sowohl für die Eingangssignallrequenz f, afs auch für die μ Pumpsignalfrequenz f\ als Antenne arbeitet. Das Strahlungsdiagramm der durch die Bandleitung 13 gebildeten Antenne ist in Fig.5 gestrichelt dargestellt. Ein Spiegelsignal f_m gehört zum Pumpsignal mit der Frequenz/p(F ig. 5).

Werden gemäß Fig.4 die Signalenergie und die Pumpenergie mit der Frequenz /ibzw. /_pdem Hohlleiter von der linken bzw. rechten Seite des Wandlerelements aus zugeführt, so wird die Signal- und die Pumpenergie von der Bandleitung 13 empfangen und durch die Schottky-Diode geleitet. Infolge der Saugfunktion der Bandleitung 13 und infolge der Funktion eines Sperrfilters 20 kann die Signalenergie kaum nach der rechten Seite oder Eingangsseite des Pumpsignals entweichen. Ebenso kann die Pumpsignalenergie der Frequenz f_p infolge der Saugfunktion der Bandleitung 13 und des Sperrfilters 19 kaum nach der linken Seite oder der Signaleingangsseite des Hohlleiters 12 entweichen.

Eine resultierende Zwischenfrequenz h deren Lage gegenüber den Frequenzen f, und f_p in F i g. 5 dargestellt ist, wird von der Schottky-Diode erzeugt. Diese Zwischenfrequenz /) wird vom koaxialen Anschluß 17 über eine äquivalente Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität, deren Ersatzschaltbild in F i g. 6 gezeigt ist, abgenommen. Die Induktivität L im Ersatzschaltbild nach Fig.6 wird hauptsächlich durch die resultierende Induktivität der Bandleitungen 13 und 14 und eine Induktivität der Hohlleiterabschnitte 21 gebildet. Die Induktivität der mittleren Leiterabschnitte 16 und 18 kann mit Rücksicht auf die niedrige Frequenz so (, vernachlässigt werden. Die Kapazität Cin F i g. 6 wird gebildet von dem gegenüberliegenden Hohlleiterabschnitt 21 und der Bandleitung 16 größerer Breite. Der Bandleitungsabschnitt 16 zur Ableitung der Zwischenfrequenzkomponente f, besitzt eine größere Breite, so daß der Wellenwiderstand Wq vergleichsweise niedrig ist und ca. i Ohm beträgt Dagegen ist der mittlere Leiterabschnitt 18 des koaxialen Anschlusses 17 schmal, so daß der Wellenwiderstand Wb relativ groß ist und in der Größenordnung von ca. 50 Ohm liegt. Unter dieser m> Voraussetzung wird der Widerstand für die Zwischenfrequenzkomponente ί an der Eingangsseite der breiteren Bandleitung 16 zur Seite des koaxialen Anschlusses 17 aus folgendem Grunde sehr niedrig. Die Ableitschaltung der Zwischenfrequenzkomponente f-, <" entsteht durch die Kopplung einer niederohinigen Leitung 16 und eines hochohmigen Leitungsabschnittes 18. Deshalb ist die Bandleitung 16 an der Eingangsseite für die Zwischenfrequenzkomponente /!praktisch offen. Die Komponente /} wird vom Anschluß 17 praktisch ohne Schwächung abgenommen.

Außerdem ist die Länge der Bandleitung 16 gemäß βι + λ_ρ)\/8 gewählt, wie oben erwähnt. Infolge der Beziehung

/]_i_]\i/o~ ^S λ ρ

\λ, "Γ A_n) l/ö — —■— — —-—

wird für die Signal- und Pumpkomponenten f, und /J, die Impedanz am Eingang der Ableitschaltung der Komponente ft sehr niedrig, d. h. annähernd kurzgeschlossen. Infolge dieser niedrigen Impedanz werden die Komponenten /, und fp praktisch nicht zum koaxialen Anschluß 17 übertragen. Man kann annehmen, daß der Abschnitt 16 der Bandleitung mit größerer Breite und der Hohlleiterabschnitt 21 eine Ableitung nach Masse für die Komponenten f, und f_p bilden. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die untere Seite der Schottky-Diode i5 für HocEiireqüciiz kurzgeschlossen ist und daß deshalb die Signalenergie (f_s) und die Pumpenergie (f_p) nicht am koaxialen Anschluß 17 erscheinen.

Wie bereits erwähnt ist eine Bandleitung 14, die an den Enden mit den Seitenwänden des Hohlleiters 12 kurzgeschlossen ist, an das obere Ende der Bandleitung 13 angeschlossen, unter Funktion als Antenne. Durch Wahl der Länge der Bandleitung 14 gleich

3 A₁ 3 X_p

kann man das obere Ende der Bandleitung 13 für die Komponenten f, und f_p offen und für die Zwischenfrequenzkomponente //kurzgeschlossen machen.

Bei der obenerwähnten Konstruktion und Arbeitsweise fließt der Hauptteil der Signalenergie f, und f_p zur Schottky-Diode 15. Lediglich die Zwischenfrequenzkomponente .4 die in der Schottky-Diode erzeugt wird, fließt durch den koaxialen Anschluß 17, so daß die Zwischenfrequenzkomponente /j- vom koaxialen Anschluß 17 getrennt abnehmbar ist. Die Bandleitung 13, die als Antenne wirkt, erhält eine geringere Breite, so daß das »<?« der Antenne unter Last groß wird. Wählt man die Resonanzfrequenz der Bandleitung 13 lediglich in dem in F i g. 5 gestrichelt angedeuteten Frequenzbereich mit dem Signal- und Pumpkomponenten f_s und f_p und nicht in Resonanz mit der Spiegelsignalfrequenz fm, so wird der Wirkleistungs-Verlust für die Spiegelsignalfrequenz f_m sehr klein. Da die Signalenergie nicht in die Spiegelsignalenergie umgewandelt wird, ergibt sich ein großer Umwandlungswirkungsgrad für den Abwärtsmischer.

Die Tiefe h_s und h_p der Nuten der Drosseln 20 uYid 19 im Hohlleiter, die das Austreten von Signal- und Pumpenergie an der gegenüber liegenden Seite des Hohlleiters verhindern, kann etwa gleich Aj/4 bzw. Λ/4 gemacht werden. Der Abstand der Nuten 20 und 19 von der als Antenne wirkenden Bandleitung 13 kann zu Aj/2 bzw. Xpl2 gewählt werden. Bei der oben beschriebenen Anordnung kann der Widerstand für die Signal- oder Pumpkomponente f_s oder f_p an der Bandleitung 13 zu der jeweiligen Eingangsseite sehr groß gemacht werden. Zur weiteren Steigerung der Ausgangsleistung kann man auch die Signal- oder Pumpkomponente f_s oder f_p durch die Sperrfilter 20 oder 19 zur Bandleitung 13 zurückreflektieren.

Eine praktische Ausführungsform der Erfindung nach obiger Konstruktion zeigt einen sehr kleinen Umwand-

lungsverlust von 3,5 dB im Quasi-Millimeterwellenbereich. Im Vergleich zum Umwandlungsverlust von 5 dB bis 8 dB bei Abwärtsmischern bekannter Konstruktion ist dies ein beträchtlicher Fortschritt. Der Rauschindex der Zwischenfrequenz // ist gleich 5,3 dB. Gegenüber bekannten Abwärtsmischern mit einem Rauschindex von 6,5 dB beim Umwandlungsverlust von 5 dB bzw. von 8 dB ist dies ebenfalls ein erheblicher Fortschritt.

Di^ Fig.7a und 7b zeigen eine praktische Ausführungsform mit Merkmalen nach der Erfindung an einem Frequenzvervielfacher. Diese Ausführungsform liefert die dreifache Frequenz /j ( = 3 /i) einer Giundfrequenz /ι. Gemäß Fig. 7a liegt ein Hohlleiter 32 für den Durchgang lediglich der dritten harmonischen Schwingung h ( = 3/i) an der Ausgangsseite in der Fig. 7a rechts, eines Hohlleiters 31 für den Durchgang der Eingangsgrundwelle der Frequenz f\. In F i g. 7a ist Pdie Kopplungsfläche. Eine dielektrische Basisplatte 33 erstreckt sich im Hohlleiter 31 quer zur Wellen-Ausbreiiüngsriciiiüiig. Aiii die dielektrische Basispiaue 33 ist eine Bandleitung 34 beispielsweise aufgedampft. Die Bandleitung 34 wirkt als Antenne für die beiden Wellen f\ und fs. Die Basisplatte 33 ist im Hohlleiter 31 so angeordnet, daß die Bandleitung 34 von der P- Fläche um kg\IA entfernt ist, wobei X_gi die Wellenlänge der Grundschwingung /1 im Hohlleiter 31 ist. Die Länge der Bandleitung 34 ist etwa gleich λ|/4, wobei Ai die Wellenlänge der Grundschwingung in der dielektrischen Basisplatte ist. Am unteren Ende der Bandleitung 34 ist ein Ende eines Halbleiterelements 35 zur Vervielfachung angeschlossen. Das untere Ende des Halbk,iterelements 35 liegt an der unteren Breitseite des Hohlleiters 31, über eine kurze Bandleitung 36. Da bei einem Vervielfacher keine Zwischenfrequenz //entsteht, wird der Bandleitungsabschnitt 14 gemäß F i g. 3 nicht benötigt. Da der Abstand zwischen der Bandleitung 34 und der P-Fläche gleich A,i/4 ist und der Hohlleiterabschnitt 32 eine Ausbreitungsunterbrechung für eine Frequenzkomponente der Wellenlänge X_g\ darstellt, kann bei diesem Frequenzvervielfacher für die Grund-Schwingungskomponente /ι ebenso angenommen werden, daß eine kurzgeschlossene λ/4 Leitung vorhanden ist. Hierdurch ist ein elektrisches Feld mit der Grundschwingung /ι an der Bandleitung 34 konzentriert. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Frequenzvervielfachers ist dieser Abstand zwischen der Bandleitung 34 und der P-Fläche etwa gleich X_g2/2 für die zweite Harmonische /J, wobei X_g2 die Wellenlänge im Hohlleiter 31 der zweiten Harmonischen h ist. Die Lage der Bandleitung 34 entspricht deshalb einem Kurzschluß der zweiten Harmonischen /₂, so daß keine Umwandlungskomponente aus der Grundschwingung f\ in der zweiten Harmonischen h entsteht

Wie Fig.7a zeigt, ist ein Sperrfilter 37 zur Verhinderung der Ausbreitung der dritten Harmonisehen f₃ zum Eingang der Grundschwingung /i, im Hohlleiter 31 im Abstand von ca. X_g3/2 von der Bandleitung 34 vorgesehen, wobei X_g3 die Wellenlänge der dritten Harmonischen /j im Hohlleiter 31 ist Bei dem Frequenzvervielfacher mit Merkmalen gemäß der Erfindung wird die dritte Harmonische f₃ im Halbleiterelement 35 erzeugt, von der Bandleitung 34 zur Ausgangsseite abgestrahlt, d.h. in der Fig.7a nach rechts, und mit hohem Wirkungsgrad zum Ausgangshohlleiter 32 übertragen. In dieser Ausführungsform ergibt sich ein günstiger Umwandlungswirkungsgrad dadurch, daß keine Energieumwandlung in die zweite Harmonische 6 erfolgt

ι ο

Bei dem oben beschriebenen Abwärtsmischer oder Frequenzvervielfacher ist oft ein Resonanzkreis erforderlich, der ein Austreten der Idlerfrequenzkomponente verhindert, zur Erzielung einer weiteren Wirkungsgradverbesserung. Die Idlerfrequenz ist die Spiegelfrequenz f_m bei dem Abwärtsmischer und ist gleich dem Wert fp—f,und im Fall des dreifachen Frequenzverdreifachers gleich einem Wert von 3/i — f\ = 2f\.

Bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wurde der Übersichtlichkeit halber das zur Beeinflussung der Antennenfunktion der Bandleitung vorgesehene dielektrische Element noch nicht berücksichtigt.

Fig.8 zeigt eine Ausführungsform eines Frequenzvervielfachers nach F i g. 7 mit einem dielektrischen Element in Form eines Resonators 38, der auf die Idlerfrequenz abgestimmt ist. Der Resonator 38 ist neben der Bandleitung 34 mit Antennenfunktion auf der dielektrischen Basisplatte angebracht. Der dielektrische Resonator 38 ist längs der Bandleitung 34 verschiebbar. Gemäß der Ersatzschaltung nach Fig.9 arbeitet der dielektrische Resonator 38 als Parallelresonanzkreis der Bandleitung 34. Der ganze Kreis kann deshalb wie ein die die Bandleitung 34 eingefügter Saugkreis betrachtet werden. Insbesondere verliert bei geeigneter Einstellung der Position des dielektrischen Resonators 38 die Bandleitung 34 für die Idlerfrequenz (in diesem Fall 2/Ί) die Antennenfunktion. Bei dieser Ausführungsform kann die Bandleitung 34 zwecks Resonanz in der Länge auf die Grundschwingung /i und die dritte Harmonische /3 abgestimmt werden. Der dielektrische Resonator 38 kann aus einem dielektrischen Material mit großer Dielektrizitätskonstante hergestellt werden.

Aus obigem folgt, daß die Schaltungsanordnung mit Merkmalen nach der Erfindung eine ausgezeichnete Kopplung zwischen dem Hohlleiter und der Bandleitung mit der Antennenfunktion und zwischen der Bandleitung und dem Halbleiterelement auf einer dielektrischen Basispiatts bewirken kann. Außerdem sind lediglich Bandieitungen mit dem Halbleiterelement auf der dielektrischen Basisplatte verbunden, so daß die Kreisverluste sehr klein sind. Die erwähnten Bandleitungen und das Halbleiterelement auf der dielektrischen Basisplatte können als Ganzes sehr einfach mittels der Technik der integrierten Schaltungen wie in der Mikrowellentechnik üblich gefertigt werden. Ebenso einfach ist der Zusammenbau des gesamten Elements, da alle Schaltungsteile auf einer dielektrischen Basisplatte als gedruckte Schaltung angeordnet sind, die in dem Hohlleiter montiert wird. Auch ist das Halbleiterelement in die gedruckte Schaltung eingefügt, die gesamte Anordnung ist sehr starr, so daß keine besonderen Maßnahmen zur Abstützung des Halbleiterelements mit Isoliermaterial benötigt werden und das Bauteil für den Quasi-Millimeterbereich sehr gut geeignet ist

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Leiterstab oder dielektrischer Stab 44 die Wand des Hohlleiters 43 gegenüber dem oberen Ende einer Bandleitung 42 durchdringt die als Antenne auf einer dielektrischen Basisplatte 41 vorhanden ist Durch Einstellung des Abstandes zwischen dem Ende des Stabes 44 und dem oberen Ende der Bandleitung 42 kann die wirksame Länge der Bandleitung 42 als Antenne auf eine gewünschte Frequenzkomponente eingestellt werden. Ein Halbleiterelement 45 ist vorgesehen.

Die dielektrische Basisplatte wird vorzugsweise aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante

annähernd gleich derjenigen von Luft hergestellt, beispielsweise aus Berylliumoxyd od. dgl.

Die Fig. 11 und 12 zeigen modifizierte Ausführungsformen mit mehreren Bandleilungen mit Antennenfunktion auf einer dielektrischen Basisplatte. Fig. Il zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Frequenzvervielfachers nach t i g. 7. Bei ckr Ausführungsform nach F i g. 7 mit einer einzigen Diode ist die vervielfachte Ausgangsenergic infolge Sättigung des Halbleiterelements begrenzt, wenn der Eingangspegel der Grundwelle f\ zu groß ist. Dieser Nachteil wird gemäß F i g. 11 durch eine Ausführungsform mit mehreren Bandleitungen 52, 52', 52" vermieden, die Antennenfunktion für mindestens zwei elektromagnetische Wellen aufweisen und auf der gleichen dielektrischen Basisplatte 51 vorgesehen sind. Eine entsprechende Anzahl Halbleiterelemente 53, 53', 53" sind mit einem Anschluß mit dem Ende der zugehörigen Bandieitung verbunden, während der andere Anschluß mit der Wand des Hohlleiters über Bandleitungen in Verbindung steht. Aiie Elemente sind auf einer dielektrischen Basisplatte als gedruckte Schaltung aufgebracht, die in dem Hohlleiter 54 so eingesetzt ist, daß die Richtung der Bandleitungen 52, 52', 52" parallel zum hochfrequenten elektrischen Feld im Hohlleiter liegt.

Bei dieser Ausführungsform nimmt jedes Halbleiterelement 52, 52', 52" an der Eingangsenergie der Grundschwingung f\ teil, so daß die Sättigung der Halbleiterelemente vermieden und eine mehrfach höhere Ausgangsleistung erzielbar ist.

Fig. 12 zeigt einen modifizierten Abwärtsmischer nach F i g. 3. Wenn einem Abwärtsmischer Eingangssignale mit hohem Eingangspegel an der Eingangsseite zugeführt werden, kann infolge der nichtlinearen Kennlinie der Halbleiterelemente eine Intermodulation der Schwingungen auftreten. Zur Vermeidung einer derartigen Intermodulation dienen mehrere Bandleitungen 62, 62', 62·', jeweils mit Antennenfunktion, und Halbleiterelemcnte 63,63', 63", die mit einem Anschluß mit der entsprechenden Bandleitung verbunden sind. Eine breitere Bandleitung 64 zur Verbindung des anderen Endes der Halbleiterelemente ist auf der gleichen dielektrischen Basisplatte 61 vorhanden. Ein Bandleitungs-Mittelleiter 66 dient zur Ableitung der Zwischenfrequenzkomponente f, zu einem koaxialen Anschluß 65. Eine Bandleitung 67 bildet einen geschlossenen Kreis für die Zwischenfrequenzkomponente h Beide sind als gedruckte Schaltung auf der gleichen dielektrischen Basisplatte 61 vorgesehen. Das gesamte Bauteil wird ebenso wie die vorher beschriebenen Ausführungsformen in den Hohlleiter eingebaut.

Bei dieser modifizierten Ausführungsform teilt sicli die Eingangsenergie jedes der Halbleiterelemente 63, 63', 63" so, daß jedes Element weniger Hochfrequenzenergie führt, wodurch die Intermodulation vermieden wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 11 kann ferner mit einer Anzahl dielektrischer Stäbe gegenüber den entsprechenden Bandleitungen 52, 52', 52" gemäß Fig. 10 zur Einstellung der wirksamen Länge jeder Bandleitung als Antenne versehen werden. Man kann ferner jeden dielektrischen Resonator auf der dielektrischen Basisplatte neben den entsprechenden Bandleitungen 52, 52', 52" so anordnen, daß die Bandleitung nicht auf eine Idlerfrequenz anspricht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ' '

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzwandlung .mit einem Hohlleiterabschnitt und einem darin angeordneten nicht-linearen Halbleiterelement mit' mindestens einer als Antenne nutzbaren Bändlet tung, die an einem Ende mit einem Anschluß des Halbleiterelements verbunden ist und parallel zum elektrischen Hochfrequenzfeld im Hohlleiter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß Bandleitung (34; 42) und Halbleiterelement (35; 45) als gedruckte Schaltung auf einer dielektrischen Basisplatte (33; 41) aufgebracht sind und daß ein dielektrisches Element (38; 44) auf oder neben der Basisplatte (33; 41) zur Beeinflussung der Antennenfunktion der Bandleitung angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Element ein Resonator. £38) für mindestens eine von zwei elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Frequenz der Bändleitung ist und auf der dielektrischen Basisplatte neben der Bandleitung so angeordnet ist, daß die Antennenfunktion der Bandleitung bei der Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators verloren geht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, in Verwendung als Frequenzvervielfacher, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Element (44) ein dem oberen Ende der Bandleitung (42) jo gegenüberliegender Stab (44) ist, wobei der Abstand zwischen dem oberen Ende des Stabs und dem oberen Ende der Bandleitung zur Festlegung der effektiven Länge der 3a^dleitung als Antenne einstellbar ist. ' J5

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dielektrischen Basisplatte (51) mehrere Bandleitungen (52, 52', 52") mit einer entsprechenden Anzahl von Halbleiterelementen (53, 53', 53") angeordnet sind, die eine Antennenfunktion für mindestens zwei elektromagnetische Wellen aufweisen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (53,53', 53") jeweils mit einem Anschluß mit dem Ende der zugehörigen Bandleitung (52, 52', 52") verbunden sind, und jeweils mit ihrem anderen Anschluß über Bandleitungen mit der Wand des Hohlleiterabschnitts (54) verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü- 5(; ehe 4 oder 5, gekennzeichnet durch mehrere dielektrische Elemente in Form von Stäben, die eine Wand des Hohlleiterabschnitts derart durchdringen, daß das Ende jedes dielektrischen Stabes dem oberen Endabschnitt einer Bandleitung mit Artitenriinfunktion gegenüberliegt, und durch eine derartige bewegliche Anordnung der dielektrischen Stäbe, daß durch Veränderung des Abstandes die wirksame Länge jeder Bandleitung einstellbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekenn- ω zeichnet durch drei nebeneinander auf einer gemeinsamen dielektrischen Basisplatte (61) angeordnete Bandleitungen (62,62', 62"), die an einem Ende elektrisch miteinander und mit den zwei Seitenwänden des Hohlleiterabschnitts verbunden sind, und die mit ihrem jeweiligen anderen Ende mit dem einen Anschluß von Halbleitereleme.iten (63, 63', 63") verbunden sind, deren jeweils anderer Anschluß mit einer gemeinsamen breiteren Bandleitung (64) verbunden ist, die mit einem Mittelleiter (66) eines koaxialen Anschlusses (65) verbunden ist