DE2331500C3 - Frequenzwandler für Mikrowellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzwandler für Mikrowellen mit einer Schaltelemente darstellenden leitenden Schicht. ^M

Ein derartiger Frequenzwandler ist durch die DE-OS 05 796 bekanntgeworden. Dieser Frequenzwandler ist in Streifenleitungstechnik aufgebaut, wobei die Streifenleiter eine leitende Schicht auf einer isolierenden Basis sind.

Durch die Literaturstelle 1972 IEEE-GMTT International Microwave Symposium, May 22 — 24,1972, Seiten —223 ist es bekanntgeworden, Metallfinnen auf ein dielektrisches Substrat zu drucken und dieses Substrat in der Symmetrieebene eines Rechteckhohlleiters anzuordnen. Die Metallfinnen dienen der Vergrößerung der Bandbreite des Hohlleiters, Zusätzlich können konzentrierte Elemente wie Kondensatoren oder Halbleiterbauelemente hinzugefügt werden. Der Aufbau eines Frequenzwandlers ist nicht erwähnt

Bekannte Frequenzwandler bestehen fms verschiedenen Schaltungselementen, wie Bandpaßfilter, Oberlagerungsoszillator, Mischer, Tiefpaßfilter und zugehörigen Anschlüssen.

Bei einer bekannten Konstruktion wird zur Erzeugung eines Obertragungsschwingungssignals ein auf einem Mikrowellenleiter montierter, fester Oszillator verwendet Als Bandpaßfilter verwendet man eine Bauform mit Mikrowellenleiter. Auch der Mischer ist als Mikrowellenleiter ausgeführt oder auch als gedruckte Schaltung. Im allgemeinen werden die verschiedenen Elemente getrennt hergestellt und dann zu einem Frequenzwandler zusammengesetzt Das ganze Gerät wird dadurch relativ groß und aufwendig.

Dagegen soll durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung ein Frequenzwandler äußerst einfacher Konstruktion und mit hoher Frequenzstabilität und geringen Verlusten geschaffen werden. Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzwandler mit den im Anspruch 1 angegibenen Merkmalen gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zur ausführlichen Erläuterung wird auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen. Darin zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Schaltungsanordnung eines bekannten Frequenzwandlers für Mikrowellen,

Fig.2a eine vereinfachte Darstellung eines Frequenzwandlers, bei dem eine Basisplatte in einen Hohlleiter eingesetzt ist

F i g. 2 b und 2c weitere detaillierte Ansichten dieser Basisplatte,

F i g. 2d und 2e Stirnansichten des Frequenzwandlers,

F i g. 2f und 2g Draufsichten auf den Frequenzwandler,

F i g. 2h eine vergrößerte Darstellung der Leiterplatte, insbesondere zum Anschluß an eine Stromquelle,

F i g. 3a bis 3f Ersatzschaltbilder, für die verschiedenen Teile des Schaltungselements,

F i g. 4 ein Ersatzschaltbild der gesamten Anordnung des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers,

F i g. 5a und 5b ein weiter vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers,

Fig.6 eine praktische Ausführungsform der Basispiaite, gemäß der Erfindung,

F i g. 7a, 7b und 7c Ersatzschaltbilder zur Erläuterung der Funktion der gegossenen, modifizierten Ausführungsform und

F i g. 8 eine modifizierte Ausführung des Basisplattenmusters.

Bevor die erfindungsgemäße Anordnung näher erläutert wird, wird kurz auf den Aufbau eines bekannten Frequenzwandlers eingegangen.

Der bekannte Frequenzwandler für Mikrowellen nach Fig. 1 besitzt einen Eingangssignalanschluß l_m dem ein Eingangssignal der Frequenz f, zugeführt wird. Das zugeführte Eingangssignal passiert ein Bandpaßfilter 1 mit einer Durchlaßfrequenz f, und gelangt auf einen aus einer Diode bestehenden Mischer 2. Ein Überlagerungsoszillator 3 erzeugt eine Schwingung mit der Frequenz fp. Die Überlagerungsschwingung geht

durch ein Bandpaßfilter 4 mit der Durchlaßfrequenz f_p auf den Mischer 2, Der Mischer 2 liefert ein Zwischenfrequenzsignal mit der Frequenz:

Das ZwischenfrequenzsignaJ passiert das Tiefpaßfilter 5 und wird an einem Zwischenfrequenzausgangsanschluß /Fabgenommen.

Wie bereits angegeben, hat man als Oszillator 3 zur Erzeugung ues Oberlagerungssignals gewöhnlich einen auf den Mikrowellenleiter montierten, festen Oszillator verwendet Als Bandpaßfilter 1 verwendete man ein Filter in Form des Mikrowellenleiters und für den Mischer 2 ebenfalls einen Mikrowellenleiter oder aber eine gedruckte Schaltung.

Dadurch, daß der bekannte Frequenzwandler verschiedene, auf Mikrowellenleiter montierte Schaltungselemente umfaßt, wird die ganze Anordnung relativ groß und kompliziert. Der höhere Aufwand hatte wiederum höhere Kosten zur Folge.

In den F i g. 2a bis 2h ist dagegen eine Ausführungsform des Frequenzwandlers dargestellt Fig.2a zeigt ganz schematisch die Basiskonstruktion der Anordnung.

Ein Hohlleiter 6 überträgt die Schwingungsform Ηχο. Der Hohlleiter besitzt 2 Seitenflächen, zwischen die in der Mitte und parallel eine Leiterplatte 7 eingefügt ist Diese Leiterplatte 7 bildet die Basis für Schlitze oder Ausschnitte mit verschiedenem Leitungsmuster für die erforderlichen Schaltungselemente. Ausführungsformen dieser Muster sind in den F i g. 2b und 2c gezeigt

Die Leiterplatte 7 kann aus einer Platte aus Phosphorbronze bestehen. Die Platte 7 befindet sich in der Mitte von 2 U-förmigen Hohlleiterabschnitten 6, 6' in F i g. 2d. Zur einfachen Erläuterung der Funktion des erfindungsgemäßen Frequenzwandlers kann man von einer isolierenden Platte 7 mit leitenden Filmen auf den beiden Oberflächen ausgehen. Man erkennt 2 Oberflächen »A« und »β« der isolierenden Platte 7. Dieser Abschnitt des Hohlleiters wird auch als Fangleiter bezeichnet

Bei dieser Ausführung eines Hohlleiterabschnitts oder eines Fangleiters breitet sich die Signalwelle mit der Schwingung //10 im Querschnitt des Hohlleiters parallel zur Symmetrieebene gerade aus. Das bedeutet mit anderen Worten, daß die Ausbreitung in einem Querschnitt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung oder zur Längsachse des Hohlleiters gegenüber der Symmetrieebene symmetrisch ist Es fließt somit eine elektrische Stromkomponente der Signalwelle in der Oberfläche des Hohlleiters entlang der Leiterplatte. In so dieser Ausbreitungsart der H10-Welle stört die Ausführung des Kontakts der Leiterplatte 7 mii den Hohlleiterabschnitten 6, 6' nicht die Ausbreitung der Welle, so daß die Welle von der Leiterplatte 7 nicht nach außerhalb des Hohlleiters 6 gelangen kann.

Die Fig.2b und 2c zeigen Schlitzmuster auf der Oberfläche »A« bzw. »β« des auf die isolierende Bastsplatte aufgebrachten Leiterfilms. Das Muster der Oberfläche »ft< in Fig.2c ist von der Seite der isolierenden Basis aus gesehen. Ferner ist angenommen, daß das Eingangssignal in den F i g. 2a, 2b, 2g, 2f und 2g von links zugeführt wird.

In Fig.2c wird das erste Bandpaßfilter F, durch fensterförrnige Öffnungen im Metallfilm gebildet Das Bancbaßfilter läßt das Eingangssignal mit der Frequenz U passieren, die ir der Frequenzmitte des Durchlaßbandes liegt. Ein Ersatzschaltbild hierzu ist in Fig.3a gezeigt Ein zweites tsandpaßfilter F_P wird durch eine fensterförmige öffnung auf die gleiche Weise wie das Bandpaßfilter F, gebildet. Das zweite Bandpaßfilter F_P läßt den Ausgang eines Pumposzillators mit der Frequenz (_P durch Fig,3b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild,

In F i g. 2b nimmt eine Antenne A\ auf der Oberfläche »A« ein Eingangssignal der Frequenz f_s auf, das das erste Bandpaßfilter F_s passiert hat und erhält außerdem ein Pumpsignal mit der Frequenz fp, das das zweite Bandpaßfilter F_p passiert hat. Die Antenne A\ kann durch Aufkleben einer leitenden Streifenleitung oder Bandleitung hergestellt werden. Am einen Ende der Antenne A\ wird eine als Mischer verwendete Diode S angeschlossen. Ein Tiefpaßfilter fjläßt das Zwischenfrequenzsignal durch, das durch Mischung des Eingangssignals und des Pumpsignals über die Diode 5 entsteht Ein Ersatzschaltbild für die obengenannte Schaltung mit der Antenne A₁, der Diode S und dem Tiefpaßfilter Fi zeigt F i g. 3c.

Gemäß Fig.2c wird eine Resonanzschaltung F_g durch eine fensterförmige öffnung am Metallfilm auf der Oberfläche »&< gebildet, die eine "ieibstpumpschaitung für die Pumpschwingung bildet Fig.3e zeigt das Ersatzschaltbild dieser Schaltung.

Am einen Ende eines festen Oszillators G, der beispielsweise aus einer GUNN-Diode auf der Oberfläche »A« besteht ist eine Streifenleitung Ai oder Bandleitung Az angeschlossen. Diese Streifenleitung Ai ist ein Element mit Antennenfunktion zur Abstrahlung des Ausgangs des örtlichen Oszillators G. Die Zuführung von Gleichstrom zur GUNN-Diode G kann über eine Drossel erfolgen, die den Durchtritt der Schwingungskomponente zu einer äußeren Stromquelle verhindert Diese Stromversorgungsschaltung ist nicht weiter dargestellt

In Fig.2c bildet eine Ausnehmung oder Vertiefung im Leiterfilm auf der Oberfläche »ß« eine Übertragungsschaltung des Pumpsignals. Am einen Ende »a « der Ausnehmung ist gegen das Bandpaßfiltc? F_p ein keilförmiger Ausschnitt vorgesehen, der die Kopplung des übermittelten Pumpsignals auf das zweite Bandpaß-Tiiter F_p erleichtert. Fig.3f zeigt ein Ersatzschaltbild dieser Teile.

Neben dieser oben erläuterten Komponente gemäß den F i g. 2b und 2c sind Streifenleitungen A, h, h, U, h an dem Abschnitt zur Herstellung von Kontakt mit den beiden U-förmigen Wellenleiterabschnitten auf beiden Seiten der isolierenden Basis vorgesehen.

Die untere Streifenleitung auf der Oberfläche »/4« ist in 2 Abschnitte h und /3 unterteilt, die zwischen den Punkten R und S bzw. P und Q verlaufen. Diese Abschnitte sind gegen das Tiefpaßfilter F_t for Gleichstrom gesperrt Dao Tiefpaßfilter /·)· ist mit den St'ui'enleitungen k und h für die hochfrequente Komponente über die zugehörige kapazitive Komponente verbunden. Dieser Abschnitt kanr. deshalb als kontinuierliche Streifenleitung für die Streifenleitungsabschnitte h und h gegenüber dem Eingangssignal und dem Pumpsigaal angesehen werden und bildet gegenüber diesem Zwischenfrequenzsignal eine koaxiale Leitung, deren äußerer Leiter durch den Abschnitt zwischen Q und R und deren innerer Leiter durch ein Ende des Tiefpaßfilters F₁ gebildet wird. Ober die Koaxialleitung und den AusgangsanschluB IF wird das Zwischenfrequenzsignal abgeleitet.

F i g. 2f zeigt den Anschluß der Streifenleitungen /1 und U an U-förmige Hohlleiterabschnitte von beiden Seiten einer isolierenden Basis aus. Fig.2g zeigt die

Kopplung des Hohlleiters mit Streifenleitungen h, h und /5. An diesem Abschnitt ist die Koaxialleitung zur Ableitung des Zwischenfrequenzsignals, wie oben erläutert, gebildet.

Die Fig.2d und 2e zeigen den Hohlleiter im Querschnitt vom Ende der Hohlleiterachse am Abschnitt zwischen fund ζ) oder Kund S bzw. Q und /?aus gesehen.

Fig.4 zeigt eine Ersatzschaltung der gesamten Anordnung. Die Ersatzschaltung zeigt, daß das Eingangssignal mit der Frequenz f, und das Pumpsignal mit der Frequenz f_p in der Diode Sgemischt werden und daß ein Zwisnhenfrequenzsignal mit der Frequenz

entsteht und an einem Zwischenfrequenzausgangsanschluß /Fabgenommen wird.

In F i g. 4 ist die Länge der Übertragungsleitungen an der Eingangssignalseite und der Pumpsignalseite durch ρ_ρ und p,dargestellt. Durch Wahl der Längen pp und ρ, zu XpIA bzw. Ai ß_p ist die Wellenlänge des Pumpsignals, A, ist die Wellenlänge des Eingangssignals) kann man das Eingangssignal und das Pumpsignal in der Diode S wirksam konzentrieren. Die Länge g_g ist so zu wählen, daß die Länge der Leitung mit der Phasenlage O oder η übereinstimmt, so daß eine stabile Selbstpumpfunktion entsteht, indem ein Teil des Aufgangs des Überlagerungsoszillators durch Reflektion in der Resonanzschaltung zum Überlagerungsozillator Gzurückgeführt wird.

ρ', entspricht dem keilförmigen Ausschnitt »a« an der Pumpsignalübertragungsleitung L in Fig. 2c, die die Einführung des Pumpsignals in die Diode S erleichtert.

Infolge der oben erläuterten Ausführung des Frequenzwandlers passiert lediglich das Eingangssignal mit der Frequenzkomponente f, das erste Bandpaßfilter F₅. Seine Leistung dient zur Erregung der Antenne A\ und gelangt an eine an ein Ende angeschlossene Diode 5. Das im Pumposzillator G erzeugte Pumpsignal wird von einer Antenne Aj abgestrahlt, dann auf einen Leiter in der Oberfläche »fl «, der an die Antenne Ai angeschlossen ist, übertragen und zum Bandpaßfilter F_n über eine Übertragungsleitung L geführt In diesem Fall wird ein Teil der Oszillatorwelle durch eine Selbstpumpschaltung Fgzurückgeführt und auf den Oszillator G gegeben, wodurch die Oszillatorfrequenz stabilisiert wird. Von dem Pumpsignal, das dem Bandpaßfilter F_p zugeführt wird, passiert lediglich die Pumpsignalkomponente mit der Frequenz f_p das Filter, erregt die Antenne A\ und gelangt dann zur Diode S.

In der Diode 5 werden das Eingangssignal und das Pumpsignal gemischt, und es entsteht ein Zwischenfrequenzsignal mit de. Frequenz

Streifenleitung /5 ebenfalls in 2 Abschnitte unterteilt wird und wenn der durch die Antenne A\ die Diode 5 und das Tiefpaßfilter F, gebildete Schaltungsabschnitt, der auf der Oberfläche »Λ « vorgesehen war, wie es F i g. 2b zeigt, auf der Oberfläche »ö« vorgesehen wird, sämtliche Schaltungen auf einer Oberfläche anordnen, so daß die Herstellung sehr vereinfacht wird.

Bei der vorhergehenden Beschreibung war zur Vereinfachung der Schaltungserläuterung das Leiter muster auf einer isolierenden Basis zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit vorgesehen worden. Durch eine Anordnung, die sämtliche Elemente aul eine Oberfläche bringt, wie oben erläutert, und durch Verwendung einer Metallplatte, etwa aus Phosphor·

!'> bronze, die den Leiterfilm auf dieser Oberfläche erset/'. kann man bei Verwendung einer Platte mit einer Stärke von etwa 0,3 mm eine ausreichende Festigkeit erzielen. In diesem Fall kann das Schlitzmuster durch Pressen der Metallplatte ohne Verwendung einer isolierenden Ba».a

μ gebildet werden. Fig.6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines so hergestellten, leitenden Musters. Lediglich ein

Frequenzwandler mit Leiterplatte ohne isolierende Basisplatte ist Gegenstand der Erfindung. Bei der Ausführungsform nach Fig.6 haben die

2·> Sch'itzmuster die Funktion des Frequenzwandlers und sind auf einer Leiterplatte vorgesehen. Die Bezugszeichen F* Ai, S. IF. Fp, Fg, G, L stellen der Fig.2 entsprechende hiemente dar. In Fig.6 ist R_p ein Widerstb.tdsfilm zur Einstellung des Pumpausgangs und

in P_p ein Anpassungsleiter der Pumpausgangsschaltung. Der Gleichstromanschluß für den schwingenden Halbleiterist mit Dg bezeichnet.

In diesem Fall kann die Gleichstromzufuhr zur GUNN-Diode G beispielsweise gemäß Fig. 2h über

J5 eine Streifenleitung A\ erfolgen, indem man eine leitende Nut in der oberen Leiterplatte der Übertragungsleitung L vorsieht und die Streifenleitung A Ί unter Einfügung einer isolierenden Platte in deren mittleren Abschnitt anordnet

In diesem Fall ist eine A/4-Falle in der Übertragungsnut an der Stelle vorgesehen, die um eine Länge entsprechend λ/4 vom Oszillator getrennt ist, so daß die Leitfähigkeit zwischen der Streifenleitung A'i und der umgebenden Leiterplatte gegenüber der Schwingungs-

4ί welle gewährleistet ist, gegenüber der Diode G, und wodurch eine Isolation gegenüber der Gleichspannung entsteht

Anhand einer weiteren Ausführungsform wird die Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads des Frequenzwandlers erläutert, indem man die Schaltungsimpedanzen an beiden Enden der Mischerdiode gegenüber einer Spiegelfrequenz

Das Zwischenfrequenzsignal mit der Frequenz ί wird vom Ausgangsanschluß IF über ein Tiefpaßfilter F, abgenommen.

Die Diode G für die Pumpschwingung, die in F i g. 2b auf der Oberfläche »A« gezeigt ist, kann auch an der Stelle g⁷ auf der Oberfläche »&< in der Übertragungsschaltung L vorgesehen werden, wie in Fig.2c angedeutet In diesem Fall wird, wenn man die Länge zwischen einem Ende L' der Übertragungsschaltung L und dem Punkt g*=X/4 macht, die Impedanz von der Stelle ^nach dem Ende von !/unendlich, so daß sich die Oszillatorschwingung wirksam zum Bandpaßfilter F_p ausbreitet

Im vorliegenden Beispiel kann man, wenn die

als induktive Last ausführt

Fig.7a zeigt ein Ersatzschaltbild einer als Mischer verwendbaren Diode. In der Figur ist die Sperrschichtkapazität Cj einer Schottky-Grenzschichtdiode dargestellt Die Grenzschichtkapazität Q liegt parallel zu einem Widerstand η entsprechend der anliegenden Spannung, und zur Stromzufuhr. In Reihe zu der Parallelschaltung von Cj und r& liegt ein Reihenwiderstand γ_λ der den Widerstand einschließlich Verlustwiderstand repräsentiert Hierzu parallel liegt eine Kapazität C_n, der Diodenbefestigung. Damit die Anschlußimpedanz der Diode einer solchen Ersatzschaltung bei einer Spiegelfrequenz f_m eine Offenimpedanz ist wird eine Induktivität L zwischen 2 Anschlüsse

P und P' gemäß F'ig. 7b gelegt und die Werte C₁+C_m und L werden bei der Spiegelfrequenz f_m auf Resonanz abgestimmt. Wenn eine Widerstandskomponente r, = 0 angenommen ist, wird die Impedanz für die Anschlüsse (?und Q'an der induktiven Seite oder der Seite />und P' unendlich. Praktisch ist jedoch der Widerstand r, =4= 0, so daß die obige Impedanz einen endlichen Widerstand aufweist, und die Umwandlungsverluste größer werden als im Fall r, = 0. Deshalb werden die UmwaiiiJluiigsverlusle kleiner durch Kurzschließen der Anschlüsse /'und /"gemäß I i g. /c. Praktisch wird durch Kurzschließen der Anschlüsse P und P' gemäß F ι g. 7c eine Umwandlnngsvcrlustverringerung von etwa 1,5 dB erreicht.

Für den Frequenzwandler kann nan auch ein Leilermuster gemäß Fig. 8 verwenden. Soweit Teile mit Teilen nach F i g. 6 identisch sind, wurden die gleichen Bezugsziffern verwendet. F i g. 8 zeigt die .spiegel Mgi'idiweiicMidügc λ_m ItTi ι iöiiiiCfίCT iiCr ιTCCjüCriZ fm. die Pumpsignalwellenlänge λ_ρ der Frequenz f_p und dir FinpangssignalwcllenlängeA,der Frequenz/",.

Bei dom dargestellten Leitermuster wird, indem man einen Schlitzresonator F'_p für das Pumpsignal f_p bei einem Abstand λ^/2 getrennt von einer Streifenleitungsantenne Ai. angeschlossen an eine Diode 5 und an der Seite dos ankommenden Signals vorsieht, vom Bandpaßfilter F₁ abgegeben, die Leitung des Pumpsignals, das das Bandpaßfilter F₀ passiert hat, über die Antenne Ai wirkungsvoll auf die Mischerdiode 5 gegeben. Gegenüber der Spiegelfrequenz f_m wird durch Wahl des JO Abslandes zwischen der Antenne A] und des rechten Endes des Bandpaßfilters P, gleich der Wellenlänge X_m des Spiegelfrequenzsignals innerhalb des Hohlleiters die Impedanz gegenüber der Diode S für die Seite des ankommenden Signals bei der Spiegelfrequenz f_m kurzgeschlossen. Man kann somit durch Einführung der obenerwähnten Zuordnung des Leitermusters die Ersatzschaltung nach Fig. 7c realisieren. In der Praxis kann man bei Verwendung dieses Leitermusters einen Frequenzwandler mit einem Umwandlungsverlust von *o etwa 2.0 bis 2,5 dB erreichen.

Im folgenden wird eine Maßnahme erläutert, die eine Veränderung der Oszillatorfrequenz des Frequenzwandler infolge Temperatur- oder Feuchtigkeitsschwankungen verhindert. *5

Bei Verwendung einer GUNN-Diode oder einer PN-Silizium Diode (IMPATT) wird die Arbeitsfrequenz mit dem Temperaturanstieg kieiner. F i g. 5a zeigt hierzu eine Ersatzschaltung. Die obengenannte Änderung entspricht einer Veränderung der Resonanzfrequenz einer Induktivität L_g. Die Kapazität Q läßt sich durch eine Rutilplatte mit einer dazwischenliegenden Isolierplatte kompensieren, deren Dielektrizitätskonstante bei Temperaturanstieg kleiner wird. Die durch die Rutilplatte bewirkte Ersatzkapazität Cr liegt parallel zur Kapazität Q, so daß der resultierende Wert der Kapazitäten Q und Chr bei Temperaturanstieg kleiner wird (in dem Cr kleiner wird). Die Frequenzverringerung infolge der Temperaturerhöhung kann durch eine Vergrößerung von Lg gemäß obiger Erläuterung w kompensiert werden.

Man kann die Oszillatorfrequenz durch Verwendung dieser Temperaturkompensation und das Selbstpumpen der Oszillatorschaltung F_f stabiler gestalten.

Die Veränderung der Oszillatorresonanzfrequenz der Resonanzschaltung F'_f kann man beispielsweise auf eine Größenordnung 10~⁸/°C bringen, indem man Siliziumdioxyd S1O2 für die obengenannte isolierende Platte verwendet, so daß die Veränderung bei Temperaturschwankungen kleiner wird als IO-⁸/°C, wenn man einen üblichen Hohlraumresonator verwendet. Bisher wurde bei Verwendung eines solchen Hohlraumresonators die Resonanzfrequenz durch Temperaturschwankungen verändert. Gemäß der Erfindung kann man jedoch den Teil der Resonanzschaltung F_f zusätzlich durch einen getrennten SiOj-FiIm bedecken, wodurch infolge Schwächung des elektrischen Feldes in der Luft der Schaltung F_g der Einfluß der Temperaturschwankung kleiner wird.

Der Wert Q des Resonators F_g auf der isolierenden

Γϊ η η λ ψ·Λ n,,r\

Qo = 1500, d. h. um eine Größenordnung geringer als bei einem Hohlraumresonator mit einem Qo von etwa 15 000. Wenn deshalb Q_e. das äußere Q eines Oszillators, gleich ist, wird die Verbesserung des Selbstpumpens um eine Größenordnung geringer. Der Wert Q_g eines Oszillators gemäß der Erfindung kann jedoch gegenüber dem Wert Q_g eines konventionellen Hohlleiteroszillators (etwa 100) um eine Größenordnung kleiner gemacht werden. Man erhält so eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem bekannten Stand der Technik.

Da die Verbesserung proportional dem Wert QJQ_f ist, kann man Q_f kleiner als 10 machen, so daß bei Verwendung einer Resonanzschaltung mit Qa= 1500die Frequenzabweichung etwa 1 /20 beträgt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an Stelle des Pumposzillators G im Leitermuster gemäß Fig. 6 eine Speicherschaltdiode verwendet werden, die einen Ausgang auf einen äußeren Quarzoszillator gibt. Beispielsweise wird der Ausgang eines Quarzoszillators von 100 MHz vervierfacht, so daß man ein hochfrequentes Signal von 400 MHz und etwa 150mW erhält. Der Ausgang wird dann auf die Speicherschaltdiode gegeben, die an Stelle des Oszillators C in Fig. 6 vorgesehen ist. ein hochfrequentes Ausgangssignal im 12-GHz-Band mit einer Leistung von etwa 5 mW wird erreicht. Auf diese Weise fließt ein Strom vom etwa 3 mA zur Schottky-Diode des Mischers, und die Überlagerungsschwingung wird stabilisiert. Bei Verwendung der Speicherschaltdiode an Stelle des festen Oszillators C kann die Resonanzschaltung F_f zum Selbstpumpen entfallen.

Sämtliche Schaltungselemente können damit auf einer Leiterplatte angeordnet werden, die zwischen 2 U-förmigen Hohlleiterabschnitten liegt, so daß man einen sehr einfachen Frequenzwandler mit entsprechend niedrigen Herstellungskosten erhält.

Auch hinsichtlich Temperaturschwankungen ist die Frequenzstabilität durch das Selbstpumpen erheblich besser als im Fall der Verwendung eines Hohlraumresonators. Außerdem ist der Grad der Frequenzstabilisierung bei Temperaturschwankung viel besser als bei Verwendung konventioneller Hohlraumresonatoren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Frequenzwandler for Mikrowellen mit einer Schaltelemente darstellenden leitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht aus einer Leiterplatte besteht, welche in der Symmetrieebene eines Rechteckhohlleiters angeordnet ist, wobei das elektrische Feld im Querschnitt des Hohlleiters parallel zur Symmetrieebene des Hohlleiters verläuft, daß ein Leitermuster zum Bilden planarer Schaltungselemente in dem Frequenzwandler auf der Leiterplatte vorgesehen ist, und daß folgende planare Schaltungselemente ausgebildet sind: ein erstes geschlitzes Bandpaßfilter zum Obertragen der Eingangssignalwelle,

ein zweites geschlitztes Bandpaßfilter zum Obertragen einer Pumpsignalwelle, welche von einem eine Diode znm Erzeugen des Pumpsignals durch ^M Zuführen von Gleichspannungsenergie oder Hochfrequenzenergie enthaltenden Pumposzillator abgeleitet ist,

erste und zweite mit den Bandpaßfiltem gekoppelte Schlitzschaltungen, welche eine jeweilige Schlitzlänge entsprechend etwa einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge der Eingangssignalwelle bzw. der Pumpsignalweile aufweisen und welche zwischen sich einen Leiterabschnitt zum Aufnehmen sowohl der Eingangssignalwelle als auch der ^J0 Pumpsignalwelle und zum Zuführen beider Signalwellen zu einer mit dem Leiterabschnitt verbundenen Mischerdiode aufweise:,, und ein Streifenfilter zum Obertragen eines Zwischenfrequenzsignals von der Miscf irdiode.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischerdiode eine Schottky-Diode ist, und daß die Oszillatordiode eine GUNN-Diode, eine INPATT-Diode oder eine Speicherschaltdiode ist, welche durch den Ausgang eines Quarzoszillators erregt ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte zwischen zwei Hälften des Hohlleiters eingeschlossen ist.

4. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des ersten geschlitzten Bandpaßfilters oder der ersten Schlitzschaltung eine geschlitzte Resonanzschaltung in Resonanz mit der Pumpsignalwelle vorgesehen ist.

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^x zeichnet, daß die Schlitzlänge der ersten oder zweiten Schliteschaliung gleich der Weiieniänge der Spiegelfrequenz in dem Hohlleiter ist