DE2921790A1

DE2921790A1 - Mikrowellen-mischschaltung

Info

Publication number: DE2921790A1
Application number: DE19792921790
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Makimoto; Hiroshi Onishi; Sadahiko Yamashita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1980-01-10
Also published as: JPS54155706A; DE2921790C2; CA1128135A; JPS6242403B2; US4412351A; FR2427696A1; FR2427696B1

Description

T.EDTKE - BOHÜNO - KlNNE ; Grupb - Peulmann _₅_.

9Q917QH Dipl.-lng. R Grupe £ 9 £ I / 3 U Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

29. Mai 1979 B "9(5 877ca.se PG50-7917

Matsushita Electric Industrial Company, Limited

Kadoma City, Osaka, Japan

Mikrowellen-Mischschaltung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Mikrowellen-Mischschaltungen und insbesondere auf eine Mikrowellen-Mischschaltung, die mit einer integrierten Mikrowellen-Schaltung aufgebaut ist.

Bei den meisten der mit integrierten Schaltungen aufgebauten herkömmlichen Mikrowellen-Mischschaltungen werden zwei Mischdioden verwendet. Aufgrund der Notwendigkeit zweier Dioden sind die Kosten der herkömmlichen Mikrowellen-Mischschaltungen hoch, während ferner im Vergleich zur Anwendung einer einzigen Diode die doppelte elektrische Leistung für das Überlagerungs-Signal notwendig ist.

Als Ersatz für diese Zweidioden-Mikrowellen-Mischschaltungen sind einige Mischschaltungen bekannt, die nur eine einzige Diode benötigen. Diese bekannten Einzeldioden-Mikrowellen-Mischschaltungen sind in der Praxis jedoch insofern nicht brauchbar, als die Verluste an dem Eingangshochfrequenz-Signal groß sind und/oder die uner-

VI /rs

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Deutsche Bank (München) Kto. 51/61Ort) Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Posischeck (München) Kto, 670-43-804

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wünschte Abstrahlung auf der Uberlagerungsfrequenz groß ist.

Die erfindungsgemäße Mischschaltung wurde zur Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile und Unzulänglichkeiten geschaffen, die den herkömmlichen oder bekannten Mikrowellen-Mischschaltungen anhaften.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einzeldioden-Mikrowellen-Mischschaltung zu schaffen, bei der die Verluste an dem Eingangshochfrequenz-Signal vernachlässigbar sind. Ferner soll mit der erfindungsgemäßen Mikrowellen-Mischschaltung die unerwünschte Abstrahlung auf der Überlagerungsfrequenz verhindert werden. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Mikrowellen-Mischschaltung eine geringere Leistung bei dem Überlagerungsfrequenz-Signal benötigen.

Mit der Erfindung soll somit eine Mikrowellen-Mischschaltung geschaffen werden, bei der die Leistung des Überlagerungsfrequenz-Signals wirkungsvoll zu einer Mischdiode übertragen wird.

Weiterhin soll bei der erfindungsgemäßen Mischschaltung ein Spiegelfrequenz-Signal wirkungsvoll dafür verwendet werden, die Größe eines Zwischenfrequenz-Ausgangssignals zu steigern.

Ferner soll mit der Erfindung eine rauscharme Mikrowellen-Mischschaltung geschaffen werden, die einfach aufgebaut und kompakt ist.

Zur Lösung der Aufgabe hat die erfindungsgemäße,

als integrierte Mikrowellenschaltung aufgebaute Mischschaltung eine Hauptübertragungsleitung mit einem Ein-

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' gang zur Aufnahme eines Hochfrequenz-Eingangssignals und einem Ausgang, ein Bandpaßfilter/ das ein Überlagerungsfrequenz-Signal aufnimmt und an die Übertragungsleitung an einem Punkt längs derselben elektromagnetisch angekoppelt ist, eine mit dem Ausgang verbundene Mischdiode zur Erzeugung eines Zwischenfrequenz-Signals, eine erste Vorrichtung zur Sperrung des tiberlagerungsfrequenz-Signals, die an die Hauptübertragungsleitung elektromagnetisch derart angekoppelt ist, daß vom Koppelpunkt

'0 her zu dem Eingang hin gesehen die Impedanz bei. der Überlagerungsfrequenz "unendlich" ist, und eine zweite Vorrichtung, die ein Spiegelfrequenz-Signal sperrt, das entsprechend der Eingangshochfrequenz und einer zweiten Harmonischen der Überlagerungsfrequenz erzeugt wird, und die an die Hauptübertragungsleitung elektromagnetisch in der Weise angekoppelt ist, daß vom Mischdiodeneingang her zu dem Koppelpunkt des Bandpaßfilters hin gesehen die Impedanz bei der Spiegelfrequenz entweder "O" oder "unendlich" ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Zweidioden-Mikrowellen -Mischschaltung·

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer herkömmlichen Einzel-30

dioden-Mikrowellen-Mischschaltung.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer herkömmlichen Einzeldioden-Mikrowellen -Mischschaltung, die einen Richtkoppier enthält.

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Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild

eines ersten Ausführungsbeispiels der Mikrowellen-Mischschaltung.

Fig.5 ist ein schematisches Blockschaltbild

eines zweiten Ausführungsbeispiels der Mikrowellen-Mischschaltung.

.Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Dämpfungseigenschaften eines bei

dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Bandsperrfilters in Abhängigkeit von der Frequenz zeigt.

Fig. 7 zeigt in Einzelheiten eine dem in Fig.

gezeigten ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Anordnung von Mikrowellen-Streifenleitern .

Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Bandsperrfilters,

das anstelle eines in Fig. 7 gezeigten Bandsperrfilters verwendbar ist.

Fig. 9 zeigt in Einzelheiten eine dem in Fig. ·" 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel

entsprechende Anordnung von Streifenleitern.

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Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Mikrowellen-Mischschaltung werden nachstehend zur Verdeutlichung der Aufgabe einige herkömmliche bzw. bekannte Mischschaltungen beschrieben. 5

In der Fig. 1 ist eine verbreitet verwendete herkömmliche symmetrische Zweidioden-Mikrowellen-Mischschaltung gezeigt, die durch eine integrierte Mikrowellen-Schaltung (MIC) gebildet ist. Ein Eingangshochfrequenz-Signal wird an einen an einem Ende eines Streifenleiters vorgesehenen ersten Eingang 1 angelegt, während ein Uberlagerungssignal an einen zweiten Eingang

2 angelegt wird, der an einem Ende eines weiteren Streifenleser vorgesehen ist, welcher unter gleichmäßigem Abstand zu dem ersten Streifenleiter angeordnet ist.

Die beiden Streifenleiter sind mit ihren zweiten Enden an die Eingänge eines Richtkopplers 3 angeschlossen, so daß das Eingangshochfrequenz-Signal und das überlagerungs-Signal an zwei Dioden 4a und 4b angelegt werden, die an die Ausgangsanschlüsse des Richtkopplers

3 angeschlossen sind, dessen Kopplungskoeffizient

3 dB ist. Die Dioden 4a und 4b sind so an ein Tiefpaßfilter 5 angeschlossen, daß ein von den Dioden 4a und 4b erzeugtes Zwischenfrequenz-Signal an einem Ausgang 6 der Mikrowellen-Mischschaltung entsteht.

Die größten Mangel der vorstehend beschriebenen herkömmlichen symmetrischen Zweidioden-Mischschaltung bestehen darin, daß aufgrund der Erfordernis zweier Misch-

dioden die Kosten hoch sind und daß die Schaltung doppelt so viel elektrische Leistung für das Überlagerungs-Signal benötigt als im Falle der Verwendung einer einzigen Diode.

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' Die Fig. 2 zeigt eine Mischschaltung, wie sie gewöhnlich bei Wellenleiter- bzw. Hohlleiter-Mischschaltungen angewandt wird. Die Mischschaltung hat einen ersten Eingang 1, der ein Eingangshochfrequenz-Signal aufnimmt, und einen zweiten Eingang 2, der ein überlagerungs-Signal aufnimmt. Diese beiden Signale liegen jeweils an einem ersten bzw. einem zweiten Bandpaßfilter 7 bzw. 8 an, deren Ausgänge jeweils über eine einzige Mischdiode 4 mit dem Ausgang eines Tiefpaßfilters 9 verbunden sind. In der Mischdiode 4 wird ein Zwischenfrequenz-Signal erzeugt, das an dem Tiefpaßfilter anliegt, welches es durchläßt. Wenn jedoch die vorstehend beschriebene Mischschaltung aus Elementen mit verhältnismäßig niedrigem Kreis-Gütefaktor Q wie Mikrowellen-Streifenleitern aufgebaut ist, sind aufgrund der dielektrischen Verluste an den Streifenleitern die Verluste des Eingangshochfrequenz-Signals groß. Dementsprechend steigen die Umsetzungsverluste bzw. Mischverluste an, so daß die Rauscheigenschaften und dementsprechend die

^iyj Empfindlichkeit verschlechtert sind.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Mischschaltung mit einem Richtkoppler. Zur Verringerung der Verluste bzw. der Dämpfung des Eingangshochfrequenz-

Signals wird ein Richtkoppler 10 mit einem niedrigen Koppelkoeffizienten verwendet, während zusätzlich ein Ersatzlastwiderstand 11, der als reflektionsfreies Abschlußelement wirkt, zum Aufrechterhalten der Richtwirkung des Richtkopplers 10 verwendet wird. Diese schaltung hat die Nachteile/ daß (D ein reflektionsfreies Abschlußelement notwendig ist, (2) der Leistungsverlust an dem Eingangshochfrequenz-Signal verhältnismäßig groß ist, da Leistung des Eingangshochfrequenz-Signals an den Abschlußwiderstand abgegeben wird, und (3) eine hohe Leistung auf der Überlagerungsfrequenz

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notwendig ist, da der Kopplungskoeffizient des Riehtkopplers nicht auf einen hohen Wert gewählt werden kann.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß dann, wenn eine Einzeldioden- bzw. Eintakt-Mischschaltung mittels einer integrierten Mikrowellen-Schaltung aufgebaut werden soll, zur Erzielung einer Mikrowellen-Mischschaltung mit überlegenen Eigenschaften und geringen Kosten alle nachstehenden Bedingungen erfüllt werden müssen: 10

(1) Die Anzahl der Mischdioden soll eins sein.

(2) Das Verfahren der Mischung eines Überlagerungsfrequenz-Signals mit einem Eingangshochfrequenz-Signal

'5 soll so gewählt werden, daß der Leistungsverlust an dem Eingangshochfrequenz-Signal möglichst gering gehalten ist, um damit die Rauscheigenschaften (Empfindlichkeit) zu verbessern.

^^w (3) Zur wirksamen Nutzung der überlagerungsfrequenz-Signalleistung soll das Signal wirksam an die Mischdiode angelegt werden.

(4) Die unerwünschte Abstrahlung des überlagerungs-

frequenz-Signals aus dem Hochfrequenz-Eingangsanschluß der Mischschaltung soll so weit wie möglich verringert werden.

(5) Ein Spiegelfrequenz-Signal soll unterdrückt

werden, während es zur Verbesserung der Rauscheigenschaften (Empfindlichkeit) der Mischschaltung verwendet wird.

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(6) Die Mischschaltung soll einfach aufgebaut

sein.

Bei den herkömmlichen Mischschaltungen ist mindestens eine der vorstehend angegebenen Erfordernisse erfüllt. Keine der herkömmlichen oder bekannten Mischschaltungen erfüllt jedoch gleichzeitig alle diese Bedingungen. Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Mikrowellen-Mischschaltung werden alle vorstehend aufgezählten Bedingungen bzw. Erfordernisse erfüllt.

In der Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Mikrowellen-Mischschaltung gezeigt. Die Mischschaltung hat eine Hauptübertragungsleistung 20 mit einem Eingang 1, der als ein erster Eingangsanschluß der Mischschaltung für die Aufnahme eines Signals mit der Eingangshochfrequenz fg dient, und einem Ausgang 20-1, der über eine Mischdiode 4 mit dem Eingang eines Tiefpaßfilters 9 verbunden ist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 9 ist mit einem Ausgangsanschluß 6 der Mischschaltung verbunden. Zur Aufnahme eines Signals mit einer Überlagerungsfrequenz f_L an einem zweiten Eingangsanschluß bzw. Eingang 2 der Mischschaltung ist ein Bandpäßfilter (BPF) 8 vorgesehen.

Der Ausgang des Bandpaßfilters 8 ist an die Hauptübertragungsleitung 20 an einem ersten Koppelpunkt 8P an derselben angekoppelt. An einem zweiten und einem dritten Koppelpunkt 12P bzw. 14P sind an die Hauptübertragungsleitung 20 ein erstes bzw. ein zweites Bandsperrfilter

(BSF) 12 bzw. 14 angekoppelt. Bei dieser Ankopplung des Bandpaßfilters 8 und des ersten und zweiten Bandsperrfilters 12 und 14 an die Hauptübertragungsleitung 20 sind diese Filter nicht physisch mit der Hauptübertragungsleitung 20 verbunden, sondern an diese elektro-

magnetisch angekoppelt, was nachstehend näher beschrieben wird und in der Zeichnung gezeigt ist.

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Das Bandpaßfilter 8 hat eine Frequenzcharakteristik bzw. einen Frequenzgang in der Weise, daß nur ein Frequenzband durchgelassen wird, dessen Mittelfrequenz die Überlagerungsfrequenz f_L ist; dadurch wird verhindert, daß das an den ersten Eingang 1 angelegte Signal mit der Eingangshochfrequenz £ in Richtung zu dem zweiten Eingang 2 übertragen wird. Das erste Bandsperrfilter 12 hat eine Resonanzfrequenz, die der überlagerungsfrequenz f_L entspricht, so daß damit verhindert wird, daß das an den zweiten Eingang 2 angelegte Signal mit der Überlagerungsfrequenz f über das Bandpaßfilter 8 über den Koppelpunkt 12P hinaus zu dem ersten Eingang 1 hin übertragen wird. Hierzu in anzumerken, daß der zweite Koppelpunkt 12P, an welchem das erste Bandsperrfilter 12 an die Hauptübertragungsleitung 20 angekoppelt ist, zwischen dem ersten Eingang 1 und dem ersten Koppelpunkt 8P liegt. Das zweite Bandsperrfilter 14 hat eine Resonanzfrequenz, die der Spiegelfrequenz entspricht, wie sie durch den Ausdruck

^fI = <^2fL -^fS>

gegeben ist und von der Mischdiode 4 erzeugt wird. Durch dieses zweite Bandsperrfilter 14 wird verhindert, daß das von der Mischdiode 4 erzeugte Signal mit der Spiegelfrequenz f entlang der Übertragungsleitung 20 in Richtung zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin übertragen wird.

Die vorstehend beschriebenen Funktionen des ersten und des zweiten Bandsperrfilters 12 und 14 werden nur dann erzielt, wenn diese an vorbestimmten Stellen gemäß der nachstehenden Beschreibung angeordnet bzw. angekoppelt werden. D. h., der Abstand zwischen dem ersten

^OJ Koppelpunkt 8P und dem zweiten Koppelpunkt 12P sowie der andere Abstand zwischen dem dritten Koppelpunkt 14P

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und dem Ausgang 20-1 der Hauptübertragungsleitung 20 müssen jeweils so festgelegt werden, daß das erste und das zweite Bandsperrfilter 12 bzw. 14 richtig arbeiten.

Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Koppelpunkt 8P bzw. 12P wird so bestimmt, daß die Impedanz bei der überlagerungsfrequenz vom ersten Koppelpunkt 8P her zu dem Eingang hin gesehen unendlich ist (offener Stromkreis bzw. Leerlauf), während der Abstand zwischen dem dritten Koppelpunkt 14P und dem Ausgang 20-1 so bestimmt wird, daß die Impedanz bei der Spiegelfrequenz f vom Ausgang 20-1 her zum ersten Koppelpunkt 8P hin gesehen entweder Null (Kurzschluß) oder unendlich (Leerlauf) ist. Bei diesen Anordnungen wird das von dem zweiten Eingang 2 an die Hauptübertragungsleitung 20 angelegte Signal mit der Überlagerungsfrequenz f_T an dem ersten Koppelpunkt so reflektiert, daß der größte Teil der Leistung mit der Überlagerungsfrequenz f entlang der Hauptübertragungsleitung 20 in der Richtung vom ersten Koppelpunkt 8P zu dem Ausgang 20-1 hin übertragen wird, während das durch die ilischdiode 4 erzeugte Signal mit der Spiegelfrequenz f_T an dem Ausgang 20-1 der Hauptübertragungsleitung 20 so reflektiert wird, daß das Signal wirkungsvoll zur Steigerung der Größe des Signals mit einer Zwischenfrequenz f genutzt wird, das am Ausgang der Mischdiode 4 gebildet wird.

Die Mischschaltung gemäß dem in Fig. 4 gezeigten

Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen: Ein an on

den ersten Eingang 1 angelegtes Signal mit der Eingangshochfrequenz f_ wird über die Hauptübertragungsleitung 20 zum Eingang der Mischdiode 4 übertragen, während an den gleichen Eingang der Mischdiode 4 ein an den zweiten Eingang 2 angelegtes Signal mit einer Überlagerungs-

frequenz f^, die entweder höher oder niedriger als die Eingangshochfrequenz f ist, gleichfalls über das Band-

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paßfilter 8 und den Teil der Übertragungsleitung 20 übertragen wird, der durch den ersten Koppelpunkt 8P und den Ausgang 20-1 begrenzt ist. Dabei wird aufgrund des ersten Bandsperrfilters 12 der größte Teil der Leistung mit der Überlagerungsfrequenz f_T zur Mischdiode 4 über-

Jj

tragen. Die Mischdiode 4 erzeugt im Ansprechen auf die vorstehend genannten beiden Eingangssignale mit den Frequenzen f_o und f_ ein Signal mit der Zwischenfrequenz.
10

^fIF ⁼

während das von der Mischdiode 4 erzeugte Signal mit der Spiegelfrequenz von der Mischdiode zur Erzeugung eines der Zwischenfrequenz f _p entsprechenden Signals genutzt wird, da das Spiegelfrequenz-Signal an seiner übertragung entlang der Hauptübertragungsleitung 20 zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin gehindert wird und danach mit dem Signal mit der Überlagerungsfrequenz f gemischt wird. D. h., das von der Mischdiode 4

Jj

erzeugte Signal mit der Spiegelfrequenz f_T wird durch das zweite Bandsperrfilter 14 an den Ausgang 20-1 der Hauptübertragungsleitung 20 reflektiert. Als Folge davon wird im Vergleich zu dem Fall, daß das Spiegelfrequenz-Signal nicht reflektiert wird, die Intensität bzw. Größe des vom Ausgang der Mischdiode 4 abgegebenen Zwischenfrequenzsignals gesteigert. Dieser Vorgang der Steigerung der Amplitude des Zwischenfrequenz-Signals wird Spiegelfrequenz-Rückgewinnung genannt. Es ist an-

zumerken, daß das vom Ausgang der Mischdiode 4 abgegebene Zwischenfrequenz-Signal die Summe aus zwei Signalen darstellt, die jeweils auf zwei verschiedene Weisen erzeugt werden, nämlich als

^fIF ⁼ J^fS - ^f

^fIF ⁼ l^fL - ^(2fL " ^fS>l ⁼

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■ Diese beiden Signale müssen zu ihrer richtigen Addition phasengleich sein, so daß die von dem Ausgang 20-1 zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin gesehene Impedanz bei

der Spiegelfrequenz ^fj ^auf einen gegebenen Wert zu wählen ist, was später beschrieben wird.

Da der erste Eingang 1 direkt über die Hauptübertragungsleitung 20 mit dem Eingang der Mischdiode 4 verbunden ist, sind die Verluste bei der Eingangshochfrequenz f mit Ausnahme des Fehlanpassungs-Verlusts bzw. der Fehlanpassungs-Dämpfung nur diejenigen, die durch das erste und das zweite Bandsperrfilter 12 und 14 verursacht werden. Wenn das erste und das zweite Bandsperrfilter 12 und 14 mit Mikrowellen-Streifenleitern

'5 aufgebaut werden, so ist die Summe der auf diese Bandsperrfilter zurückzuführenden Verluste beträchtlich kleiner als Verluste durch ein Bandpaßfilter, das bei einer herkömmlichen Mischschaltung in den Eingang der Hauptübertragungsleitung eingefügt ist. Ferner ist aufgrund

des zweiten Bandsperrfilters 14 und daher aufgrund der vorstehend genannten Spiegelfrequenz-Rückgewinnung der Ausgangspegel bei der Zwischenfrequenz f „ weitaus höher als im Falle einer herkömmlichen Mischschaltung.

Die physische Länge der Hauptübertragungsleitung

20 zwischen dem ersten Koppelpunkt 8P, an welchem das Bandpaßfilter 8 an die Hauptübertragungsleitung 20 angekoppelt ist, und dem Ausgang 20-1 der Hauptübertragungsleitung 20, der mit dem Eingang der Mischdiode

4 verbunden ist, kann uneingeschränkt im Hinblick auf die effektive Wellenlänge bestimmt werden. Wenn der Wert der Zwischenfrequenz f_T„ geeignet gewählt wird, kann daher ein einziges Bandsperrfilter sowohl als

' erstes Bandsperrfilter 12 als auch als zweites Band-35

Sperrfilter 14 dienen. D. h., die beiden Bandsperrfilter 12 und 14 können unter bestimmten Bedingungen durch ein Bandsperrfilter ersetzt werden.

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• Hierzu wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, die ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Mikrowellen-Mischschaltung zeigt. Die Schaltung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel hat den gleichen Aufbau wie die nach dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß anstelle des ersten und des zweiten Bandsperrfilters 12 und 14 beim ersten Ausführungsbeispiel ein einziges Bandsperrfilter 1 6 an die Hauptübertragungsleitung 20' elektromagnetisch an einem vierten Koppelpunkt 16P zwischen dem Eingang 1 und dem ersten Koppelpunkt 8P angekoppelt ist. Die Schaltungen bzw. Elemente, die den beim ersten Ausführungsbeispiel verwendeten entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Funktion des

'5. bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Bandsperrfilters 16 entspricht den Funktionen des ersten und des zweiten Bandsperrfilters 12 und 14 und wird nachstehend in Einzelheiten in Verbindung mit der Fig. 6 erläutert, die eine graphische Darstellung des

™ Dämpfungsfaktors des Bandsperrfilters 16 in bezug auf bei der Mischschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendete Signale darstellt.

Es sei angenommen, daß gemäß der Darstellung in Fig. 6 die Eingangshochfrequenz f um die Zwischenfrequenz f „ höher als die Überlagerungsfrequenz f ist. Unter dieser Bedingung liegt die Spiegelfrequenz f um die Zwischenfrequenz f_IF unter der Überlagerungsfrequenz f_. Das Bandsperrfilter 16 hat gemäß der Dar-

^L

stellung in Fig. 6 einen Frequenzgang mit einem Sperrband, das sowohl die überlagerungsfrequenz f, als auch die Spiegelfrequenz f enthält. Das Bandsperrfilter 16 ist an die Hauptübertragungsleitung 20' an einer solchen Stelle angekoppelt, daß die Impedanz bei der Überlagerungsfrequenz f_L von dem ersten Koppelpunkt 8P

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her zu dem Eingang 1 hin gesehen unendlich ist, während die Mischdiode 4 mit dem Ausgang 20'-1 der Hauptübertragungsleitung 20" so verbunden ist, daß die Impedanz bei der Spiegelfrequenz f von dem Ausgang 20'-1 bzw. dem Eingang der Mischdiode 4 her gesehen entweder unendlich oder Null ist.

Bei dieser Anordnung bewirkt das Bandsperrfilter 16, daß die Abstrahlung der Überlagerungsfrequenz f_T aus dem Eingang 1 verhindert ist, während die Spiegelfrequenz f-j. wirkungsvoll zur Steigerung der Größe des Signals mit der Zwischenfrequenz f_TF auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Mischschaltung genutzt wird. Vorstehend wurde zwar angenommen, daß die Eingangshochfrequenz f„ höher als die Überlagerungsfrequenz f ist, jedoch kann unter Erzie-

L·

lung des gleichen Ergebnisses dieses Verhältnis auch umgekehrt sein.

Im vorstehenden ist der Grundgedanke der Mikrowellen-Mischschaltung mit Hilfe schematischer Blockschaltbilder des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Nachstehend werden zwei Beispiele von Mischschaltungen beschrieben, die jeweils dem in Fig. 4 gezeigten ersten bzw. dem in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen. Diese Beispiele sind in den Fig. 7 und 9 in Form ausführlicher Schaltbilder von integrierten Mikrowellen-Schaltungen (MIC) gezeigt, die aus Mikrowellen-Streifenleitern

^ου aufgebaut sind.

Die Fig. 7 veranschaulicht in Einzelheiten eine dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechende Anordnung von Mikrowellen-Streifenleitern. Die Hauptübertragungsleitung 20, das Bandpaßfilter 8, das erste

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und das zweite Bandsperrfilter 12 und 14 sowie das Tiefpaßfilter 9 sind aus Mikrowellen-Streifenleitern gebildet. Die Hauptübertragungsleitung 20 hat an einem Ende den Eingang 1 und am anderen Ende den Ausgang 20-1. Die Hauptübertragungsleitung 20 ist aus einem ersten Abschnitt 20a und einem zweiten Abschnitt 20b gebildet und an dem zwischen diesen Abschnitten gelegenen Koppelpunkt 8P abgeknickt, so daß sie L-Form hat. Das Bandpaßfilter 8 weist eine Mehrzahl von Streifenleitern auf, die ein Halbwellen-Parallelkopplungs-Bandpaßfilter bilden. Die im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Mikrowellen-Streifenleiter des Bandpaßfilters 8 stehen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 2Oa der Hauptübertragungsleitung 20. Die Mikrowellen-Streifenleiter des

Bandpaßfilters 8 sind treppenartig angeordnet, wobei ein in Nachbarschaft zur Hauptübertragungsleitung 20 liegender Streifenleiter parallel zum zweiten Abschnitt 20b der Hauptübertragungsleitung 20 angeordnet ist, so daß er durch elektromagnetische Ankopplung an die

^zu Hauptübertragungsleitung an dem ersten Koppelpunkt 8P als Ausgang des Bandpaßfilters 8 wirkt; ein am anderen Ende liegender weiterer Streifenleiter dient als zweiter Eingang 2 für die Aufnahme des Signals mit der Überlagerungsfrequenz f_T .

^L

Das erste Bandsperrfilter 12 hat einen Frequenzgang mit Resonanz an der überlagerungsfrequenz f^ und ist in der Nähe des ersten Abschnitts 20a der Hauptübertragungsleitung 20 angeordnet, während das zweite

Bandsperrfilter 14 einen Frequenzgang mit Resonanz bei der Spiegelfrequenz f hat und in der Nähe des zweiten Abschnitts 20b der Hauptübertragungsleitung 20 angeordnet ist. Daher liegen der zweite bzw. der dritte Koppelpunkt 12P bzw. 14P an dem ersten bzw. dem zweiten Abschnitt 20a bzw. 20b der Hauptübertragungsleitung 20. Das erste und das zweite Bandsperrfilter 12 bzw.

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haben jeweils einen L-förmigen Streifenleiter, der einen ersten Abschnitt 12a bzw. 14a und einen zweiten Abschnitt 12b bzw. 14b hat. Mit dem Ausdruck "Koppelpunkt" zwischen dem ersten bzw. zweiten Bandsperrfilter 12 bzw. 14 und der Hauptübertragungsleitung 20 ist bei dieser Beschreibung ein Impedanznullpunkt gemeint.

Die Summe der Längen des ersten und des zweiten Abschnitts 12a und 12b des ersten Bandsperrfilters 12 ist gleich der Hälfte der effektiven Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz, d. h. der Überlagerungsfrequenz f_T, wobei die Längen des ersten und des zweiten Abschnitts 12a und 12b einander gleich sind. D. h., die Länge des ersten Abschnitts 12a des ersten Bandsperrfilters 12 entspricht einem Viertel der Wellenlänge der Überlageirungsfrequenz f . Dieser erste Abschnitt 12a ist unter einem vorgegebenen Abstand parallel zum ersten Abschnitt 20a der Hauptübertragungsleitung 20 angeordnet. Daher ist das erste Bandsperrfilter 12 mit der Hauptübertragungsleitung 20 innerhalb eines durch die Länge des ersten Abschnitts 12a bestimmten Bereichs gekoppelt. Der Koppelpunkt zwischen dem ersten Bandsperrfilter 12 und der Hauptübertragungsleitung 20 ist hierbei ein Impedanznullpunkt. Da auch der dritte Koppelpunkt 1 4P einem Impedanznullpunkt entspricht, werden diese Impedanznullpunkte, d. h. der zweite und der dritte Koppelpunkt 12P und 14P als Ankoppelungspunkte des ersten bzw. des zweiten Bandsperrfilters 12 bzw. 14 behandelt. Der L-förmige Streifenleiter

^ου des ersten Bandsperrfilters 12 ist so angeordnet, daß die Ecke des L-förmigen Streifenleiters zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin gerichtet ist. Das zweite Bandsperrfilter 14 ist auf gleichartige Weise ausgebildet, jedoch ist die Summe der Längen des ersten und des

zweiten Abschnitts 14a und 14b gleich der halben effektiven

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Wellenlänge bei der Spiegelfrequenz f_jr so daß ein Parallelkoppelungsfilter gebildet ist. Der L-förmige Streifenleiter des zweiten Bandsperrfilters 14 ist so angebracht, daß seine Ecke zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin gerichtet ist. Demnach ist die Länge des ersten Abschnitts 14a des zweiten Bandsperrfilters 14 gleich einem Viertel der effektiven Wellenlänge bei der Spiegelfrequenz f , während der dritte Koppelpunkt 14P einem Impedanznullpunkt entspricht.

Zwischen den Ausgang 20-1 der Hauptübertragungsleitung 20 und Masse ist ein Tiefpaßfilter 22 geschaltet, um damit an dem Hochfrequenzeingang der Mischdiode 4 beider Zwischenfrequenz f die Impedanz "0" und bei der Eingangshochfrequenz f_c sowie der Oberlagerungsfrequenz f die Impedanz "unendlich" zu schaffen, so daß vom Ausgang der Mischdiode 4 das Signal mit der Zwischenfrequenz f__ leicht und wirkungsvoll abgenommen werden kann. Der Ausgang der Mischdiode 4 ist mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 9 verbunden, das über dem Zwischenfrequenz-Band liegende Frequenzen sperrt. Das Tiefpaßfilter 9 weist einen ersten und einen zweiten T-förmigen Streifenleiter 9a bzw. 9b auf, die einteilig miteinander ausgebildet sind, wobei ein Ende des zweiten T-förmigen Streifenleiters 9b als Ausgangsanschluß 6 der Mischschaltung dient.

Die Lagen des ersten und des zweiten Bandsperrfilters 12 und 14 werden so festgelegt, daß der Abstand zwischen dem ersten Koppelpunkt 8P, an welchen das Bandpaßfilter 8 an die Hauptübertragungsleitung 20 angekoppelt ist, und dem zweiten Koppelpunkt 12P, an welchem das erste Bandsperrfilter 12 an die Hauptübertragungsleitung 20 angekoppelt ist, einer effektiven Wellenlänge gemäß dem Ausdruck:

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α,

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und A_T die effektive Wellenlänge bei der Überlagerungs-

Xj

frequenz f_ an der Hauptübertragungsleitung 20 ist, während der Abstand zwischen dem dritten Koppelpunkt 14P und dem Ausgang 20-1, an den der Eingang der Misch diode 4 angeschlossen ist, einer effektiven Wellenlänge gemäß dem Ausdruck:

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und 1Λ _T die effektive Wellenlänge bei der Spiegelfrequenz f_T an der Hauptübertragungsleitung 20 ist.

Aus den vorstehenden Gleichungen ist ersichtlich, daß der Abstand zwischen dem ersten Koppelpunkt 8P und dem zweiten Koppelpunkt 12P

1 y ³ y ⁵ λ

V V ^a

y y λ

sein kann, während der Abstand zwischen dem dritten Punkt 14P und dem Ausgang 20-1

i-v -Η

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sein kann.

Es ist ersichtlich, daß von dem ersten Koppelpunkt 8P her zu dem Eingang 1 hin gesehen die Impedanz bei der Überlagerungsfrequenz f_ immer "unendlich" ist, wenn der Abstand (physikalische Länge) zwischen dem ersten Koppelpunkt 8P und dem zweiten Koppelpunkt 12P gleich einer effektiven Wellenlänge gemäß der Definition durch die erste Gleichung (1) ist, während vom Ausgang 20-1 her zu dem ersten Koppelpunkt 8P hin gesehen die Impedanz bei der Spiegelfrequenz f entweder "0" oder "unendlich" ist, wenn der Abstand (physikalische Länge) zwischen dem dritten Koppelpunkt 14P und dem Ausgang 20-1 gleich einer effektiven Wellenlänge gemäß der Definition durch die zweite Gleichung (2) ist. Die zweite Gleichung (2) enthält zwei Möglichkeiten gemäß folgenden Ausdrücken:

ⁿ \ uftd (2n 2 1 ~ 4

Demnach ist im ersteren Fall die Impedanz bei degelfrequenz f gleich "ι
letzterem Fall "unendlich" ist.

der Spiegelfrequenz f gleich "0", während sie in

Sobald diese Abstände auf diese Weise richtig festgelegt sind, wird das Signal mit der Überlagerungsfrequenz f_T an dem ersten Koppelpunkt 8P so reflektiert,

daß es zu dem Ausgang 20-1 hin gerichtet wird, so daß daher die Ableitung der Leistung bei der überlagerungsfrequenz f_L zu dem Eingang 1 hin vernachlassigbar ist. Dies bedeutet, daß die Leistung bei der Überlagerungsfrequenz f_T nutzbar an die Mischdiode 4 angelegt wird,

während unerwünschte Abstrahlungen auf dieser Frequenz verhindert, worden. Darüber hinaus wird das Signal mil. der

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Spiegelfrequenz f an dem Ausgang 20-1 bzw. dem Eingang der Mischdiode 4 so reflektiert, daß von der Mischdiode 4 ein Zwischenfrequenz-Signal hohen Pegels abgegeben wird.
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Obgleich gemäß der Darstellung und Beschreibung bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel Parallelkopplungs-Bandsperrfilter 12 und 14 verwendet werden, können statt dessen jedoch auch nach Wunsch Bandsperrfilter anderer Art verwendet werden. Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Bandsperrfilters, das an eine Hauptübertragungsleitung 20 angekoppelt ist. Dieses Bandsperrfilter ist mit einer am Ende offenen Stichleitung 12' aufgebaut, die an einem Ende physisch mit der Hauptübertragungsleitung 20 verbunden ist, wobei die Längsausdehnung der Stichleitung 12' so gewählt ist, daß sie einem Viertel der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz entspricht.

Die Fig. 9 zeigt in Einzelheiten eine dem in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der Mischschaltung entsprechende Anordnung von Mikrowellen-Streifenleitern. Die Schaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in mancher Hinsicht gleich der

Schaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß daher die gleichen Schaltungen bzw. Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist abweichend gegenüber der Biegung der Hauptübertragungsleitung beim ersten Ausführungsbeispiel die Hauptübertragungsleitung 20' gerade. Dieser Unterschied zwischen den Formen der Hauptübertragungsleitungen 20 und 20' ergibt keinerlei wesentlichen Funktionsunterschied· D. h., die Form der Hauptübertragungsleitung 20 oder 20' kann auf geeignete Weise

nach Belieben festgelegt werden.

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Das Bandpaßfilter 8 ist auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut und unter senkrechtem Auftreffen an die Hauptübertragungsleitung 20' an dem ersten Koppelpunkt 8P angekoppelt. Das Bandsperrfilter 16 weist zwei L-förmige Streifenleiter 16a und 16b auf, die in bezug auf die ,Längsrichtung der Hauptübertragungsleitung 20' symmetrisch angeordnet sind; damit kann der Dämpfungsfaktor bei dem Sperrband höher als im Falle eines Einzelelements gemacht werden, während die Bandbreite des Sperrbandes breiter gewählt werden kann. Diese Streifenleiter 16a und 16b sind an die Hauptübertragungsleitung 20' an einem Impedanznullpunkt 16P bezüglich der Resonanzfrequenz angekoppelt. Der Abstand zwischen dem ersten · Koppelpunkt 8P, an dem das Bandpaßfilter 8 an die Hauptübertragungsleitung 20' angekoppelt ist, und dem Impedanznullpunkt 16P wird so festgelegt, daß er

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und ^ die effektive Wellenlänge bei der Überlagerungsfrequenz f_L ist.

Der Abstand zwischen dem vierten Koppelpunkt bzw. Impedanznullpunkt 16P und dem Ausgang 20'-1 der Hauptübertragungsleitung 20' wird so festgelegt, daß er

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entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und λ _T die effektive Wellenlänge bei der Spiegelfrequenz f in Sicht vom Eingang der Mischdiode 4 her ist.

Folglich ist vom ersten Koppelpunkt 8P her zu dem Eingang 1 hin gesehen die Impedanz bei der Überlagerungsfrequenz fL "unendlich", während vom Eingang der Mischdiode 4 her gesehen die Impedanz bei der Spiegelfrequenz f entweder "O" oder "unendlich" ist, so daß daher die Mischschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise wie diejenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel arbeitet, obgleich nur ein einziges Bandsperrfilter 16 verwendet wird.

Mit der Erfindung ist eine Mikrowellen-Mischschaltung geschaffen, die eine Hauptübertragungsleitung mit einem Eingang für die Aufnahme eines Eingangshochfrequenz-Signals und einem Ausgang, ein Bandpaßfilter für die Aufnahme eines Überlagerungs-

™ frequenz-Signals, ein erstes und ein zweites Bandsperrfilter und eine an den Ausgang der Hauptübertragungsleitung angeschlossene Mischdiode aufweist. Mittels des ersten Bandsperrfilters wird verhindert, daß das über das Bandpaßfilter an die Hauptübertragungsleitung angelegte Überlagerungsfrequenz-Signal zum Eingang hin übertragen wird, während mittels des zweiten Bandsperrfilters ein von der Mischdiode erzeugtes Spiegelfrequenz-Signal so reflektiert wird, daß es

an die Diode angelegt wird.
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Claims

10 Patentansprüche

1. JMikrowellen-Mischschaltung, die mit einer integrierten Mikrowellen—Schaltung aufgebaut ist, gekennzeichnet durch eine Hauptübertragungsleitung (20; 20') mit einem Eingang (1) für die Aufnähme eines Signals mit einer Eingangshochfrequenz (f_g) und einem Ausgang (20-1; 20'-1), ein Bandpaßfilter (8), das ein Signal mit einer Überlagerungsfrequenz (f ) aufnimmt und das an die Hauptübertragungsleitung an einem Koppelpunkt (8P) längs derselben angekoppelt ist, eine Mischdiode (4), die zur Erzeugung eines Signals mit einer Zwischenfrequenz (f_IF) an den Ausgang angeschlossen ist, eine erste Sperrvorrichtung (12) zur Sperrung des Überlagerungsfrequenz-Signals, die an die Hauptübertragungsleitung elektromagnetisch so angekoppelt ist, daß die Impedanz bei der Uberlagerungsfrequenz von dem Koppelpunkt zu dem Eingang hin gesehen "unendlich" ist, und eine zweite Sperrvorrichtung (14), die ein Signal mit einer entsprechend der Eingangshochfrequenz und der Überlagerungsfrequenz erzeugten Spiegelfrequenz (f^) sperrt und die an die Hauptübertragungsleitung elektromagnetisch so angekoppelt ist, daß die Impedanz bei der Spiegelfrequenz vom Mischdioden-Eingang zu dem Koppelpunkt hin gesehen entweder "0" oder "unendlich"

35 ist.

VI /rs

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Deutsche Bank (München) Klo. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. die zweite Sperrvorrichtung (12 bzw. 14) ein erstes bzw. ein zweites Bandsperrfilter aufweisen, von denen das erste Bandsperrfilter an die Hauptübertragungsleitung (20) zwischen dem Eingang (1) und dem Koppelpunkt (8P) angekoppelt ist, während das zweite Bandsperrfilter an die Hauptübertragungsleitung zwischen dem Koppelpunkt und dem Ausgang (20-1) angekoppelt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem Impedanznullpunkt in einem Ankopplungsbereich des ersten Bandsperrfilters (12) und dem Koppelpunkt (8P) der Strecke

(2n - 1) Λ_τ/4

Il

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und ^Xj. die effektive Wellenlänge der Überlagerungsfrequenz (f_L) an der Hauptübertragungsleitung (20) ist. 20

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem Impedanznullpunkt in einem Ankopplungsbereich des zweiten Bandsperrfilters (14) und dem Eingang der Mischdiode (4) der Strecke

η \/4

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist und Tu die effektive Wellenlänge der Spiegelfrequenz (f) an der Hauptübertragungsleitung (20) ist.

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' 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Sperrvorrichtung durch ein einziges Bandsperrfilter (16) gebildet sind, dessen Sperrband die Überlagerungsfrequenz (f ) und die Spiegelfrequenz (f ) enthält und das an die Hauptübertragungsleitung (20') zwischen dem Eingang (1) und dem Koppelpunkt (8P) angekoppelt ist.

.6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem Impedanznullpunkt in einem Änkopplungsbereich des Bandsperrfilters (16) und dem Koppelpunkt (8P) der Strecke

(2n - 1) A_L/4 15

entspricht und der Abstand zwischen dem Impedanznullpunkt und dem Eingang der Mischdiode (4) der Strecke

η Α /4
20

entspricht, wobei η eine positive ganze Zahl ist, V, die effektive Wellenlänge der Überlagerungsfrequenz

Xj

(f_.) an der Hauptübertragungsleitung (20) ist und A die effektive Wellenlänge der Spiegelfrequenz (f ) an

der Hauptübertragungsleitung ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsperrfilter (12, 14; 16) ein Parallelkopplungs-Streifenleiter-Filter auf-

.

weist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsperrfilter (12, 14) einen L-förmiaen Streifenleiter aufweist, der nahe der "

Hauptübertragungsleitung (20) angeordnet ist (Fig. 7).

§03882/0666

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9. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsperrfilter (12) eine physisch mit der Hauptübertragungsleitung (20) verbundene Stichleitung (12') aufweist (Fig. 8). 5

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsperrfilter (16) zwei L-förmige Streifenleiter (16a, 16b) aufweist, die symmetrisch in bezug auf die Längsrichtung der Hauptübertragungsleitung (2O¹) angeordnet sind (Fig. 9).

11. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaßfilter (8) ein

Parallelkopplungs-Streifenleiter-Filter aufweist. 15

12. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter (9), das an die Mischdiode (4) angeschlossen ist.

^ζυ 13. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Tiefpaßfilter (22), das zwischen den Ausgang (20-1; 20'-1) und Masse gesetzt ist.

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