DE3004019C2 - Einrichtung zur Frequenzumwandlung für einen Mikrowellen-Empfänger oder -Sender - Google Patents

Description

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tung zur Frequenzumwandlung für einen Mikrowellen- Mischsignals zur Verstärkervorrichtung durch ein Filter Empfänger oder -Sender der eingangs genannten Art rückgekoppelt wird, das auf die Hilfssehwingungsfre-.iind zusätzlich zum Frequenzmischer Frequenzweichen quenz eingestellt ist, und die Rückkopplungs- bzw. Revorgesehen, zwischen denen die Verstärker'orrichtung flektionskomponente durch das nichtlineare Element und die Rückkopplungsvorrichtung gekoppelt ist, wel- 5 auf einen im wesentlichen konstanten Pegel begrenzt ehe letztere zusätzlich einen Richtkoppier aufweist, der ist, dient der Frequenzmischer sowohl als eigentlicher den Hauptteil der Hilfsschwingungsenergie der zweiten Frequenzmischer als auch als eine Begrenzungsvorrichrrequenz dem Frequenzmischer zuführt In nachteiliger tung für die Reflektionskomponente. Aus diesem Grun-Weise benötigt diese bekannte Einrichtung für ein stabi- de bewirkt die Reflektionskomponente, die die positive tes Schwingen unterhalb der Sättigung die genannte io Rückkopplungsvorrichtung durchlaufen ist, daß die Vielzahl von Bauelementen, wobei die Signalmischung Verstärkervorrichtung auch für Eingangssignale mit ho- bzw.-trennung in verschiedenen Bauteilen und Zweigen hem Pegel in ihrem linearen Bereich betrieben ist Der der Einrichtung erfolgt Frequenzmischer dient nämlich nicht nur als Frequenz-

Eine Sender/Empfänger-Einrichtung, die die o. g. Pro- mischer, sondern auch als Begrenzer. Die Verwendung

bleme der Intermodulationsverzerrung und des Schwin- 15 des Frequenzmischers und der positiven Rückkopp-

gungsausgangspegels lösen soll, und die einen einzigen lungsvorrichtung macht es außerdem möglich, die bei

Laufzeitröhrenverstärker gemeinsam für die Verstär- der bekannten Einrichtung nach Fig.2 bzw. 1 verwen-

kun^ und die Schwingung enthält wurde von T. Kawa- deten Weiche. Richtungskoppler und den LPC-Schalt-

^'^¹ '" ^{dem Artlkel} »Solid-Sta'e 4GHz kreis wegzulassen und damit die Schaltung auch gegen-

1200-Channell System«, veröffentlicht in IEEE Interna- 20 über dem anderen genannten Stand der Technik zu ver-

tional Communications Conference, Philadelphia, Juni einfachen.

1966, S. 156.157 beschrieben. Die vorgeschlagene Ein- Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfin-

richtung enthält einen nicht-linearen Schaltkreis, eine dung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen in

sogenannte »Hilfsenergiesteuerung« (abgekürzt: LPC), der im Vergleich zu einer bekannten Einrichtung die

die in die Rückkopplungsschleife eingesetzt ist die ei- 25 Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten

nen Schwingungskreis zum Zwecke der Stabilisierung Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert

des Schwingungsausganges bildet Wie ersichtlich, ist wird. Es zeigt

diese Einrichtung so ausgebildet daß die Schwingung Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Sender-

im ungesättigten Bereich des Verstärkers bewirkt wird, Einrichtung zur Frequenzumwandlung für die Verwen-

um solche Probleme wie die Intermodulationsverzer- 30 dung bei Überlagerungszwischensendern

rung zu vermeiden. Des weiteren wird bei dieser Ein- Fig.2 ein Blockschaltbild einer bekannten Empfän-

nchtung die Frequenzmischung durch Mischen des ger-Einrichtung zur Frequenzumwandlung für die Ver-

Schwingungsausgangssignales, das aus der Schwin- Wendung bei Überlagerungszwischensendern

gungsschleife mit Hilfe bspw. eines Richtungskoppler Fig.3 ein Blockschaltbild einer Empfänger-Einrich-

ausgeblendet ist mit dem empfangenen Signal bewirkt. 35 tung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorlie-

Diese bekannte Einrichtung ist zwar dahingehend von gender Erfindung, Vorteil, daß man einen einzigen Verstärker sowohl zu F i g. 4 und 5 Kennlinien zur Erläuterung der Arbeits- Verstärkungs- als auch zu Oszillationszwecken verwen- weise der in F i g. 3 gezeigten Einrichtung

det sie ist jedoch in ihrem Aufbau kompliziert und un- F i g. 6 und 7 Blockschaltbilder einer Empfänger-Ein-

wirtschafthch, da sie einen LPC-Schaltkreis aufweist, 40 richtung gemäß einem zweiten und dritten Ausfüh-

der spezielle für die Stabilisierung des Schwingungsaus- rungsbeispiel vorliegender Erfindung, die Modifikatio-

gangssignales und der Schwingung im ungesättigten Be- nen der Einrichtung nach F i g. 3 darstellen

reich des Verstärkers vorgesehen ist und da der Fre- Fig.8 ein Blockschaltbild einer Empfänger-Einrich-

quenzmischer außerhalb der Oszillationsschleife ange- tung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel vorlie-

^ordnetlst· 45 gender Erfindung,

Entsprechendes gilt für die nachfolgend in Fig.2 Fig.9 ein Blockschaltbild einer Empfänger-Einrich- bzw. 1 dargestellte bekannte Einrichtung zur Frequenz- tung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel vorlieumwandlung für einen Mikrowellen-Empfänger bzw. gender Erfindung, das eine Modifikation der Einrichtender, bei der der Frequenzmischer keine Begrenzer- tung nach F i g. 8 darstellt

funktion besitzt und aus diesem Grunde die Einrichtung 50 F i g. 10 ein Blockschaltbild einer Sender-Einrichtung

auf jeden Fall einen LPC-Schaltkreis benötigt, um die gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfin-

Verstärkervorrichtung in ihren linearen Bereich einzu- dung, und

^ste'^len· ..._,, Fig. 11 Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, der Einrichtung nach F i g 10

eine Einrichtung zur Frequenzumwandlung für einen 55 In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 3 einen Fre-Mikrowellen-Empfänger bzw. -Sender zu schaffen, bei quenzmischer, der aus einer Mischdiode 1 und einem der die Signaltrennung und die Begrenzung in dem Fre- Zirkulator 2 besteht und der dazu dient, das Zvischenquenzmischer erfolgt frequenzsignal, das der Klemme 204 zugeführt wird, mit Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Fre- einem Hilfs- bzw. Überlagerungsschwingungssignal, das quenzumwandlung der genannten Art durch die im eo an einer anderen Klemme 5 eintritt, zu mischen und Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale dadurch ein Übertragungs- bzw. Sendesignal zu bilden. £ L j ι· j r- ,· ^Das Übertragungssignal, das auf diese Weise durch Fre-Da bei der vorliegenden Erfindung der mit dem nicht- qucnz jmwandlung gebildet ist. wird einem Kombinahnearen Element versehene Frequenzmischer das ver- tionsfilter bzw. Weiche 8 zugeführt, die aus einem Bandstärkte RF-S.gnal und das verstärkte Hilfsschwingungs- 65 paßfilter (BPF) 6 und einem Zirkulator 7 besteht. Die signal, das von der Verstärkervorrichtung geliefert wird, Mittenfrequenz des BPF 6 ist gleich der Frequenz des hinsichtlich der Frequenz mischt und so ein IF (Zwi- Übertragungssignals eingestellt. Der Ausgang des Zirschenfrequenz)-Signa! erzeugt, wobei ein Teil dieses kulators 7 wird von einer Sende-Leistunffsverstiirker.

vorrichtung 212 verstärkt, die einen Verstärker 211 aufweist, der an seinen gegenüberliegenden Enden von Zirkulatoren 209 und 210 geschützt ist und dann einem vierten Zirkulator 218 zugeführt. Der Ausgang des vierten Zirkulator 218 wird durch ein BPF 208 mit einer Mittenfrequenz gleich der Frequenz des Sende- bzw. Übertragungssignales und durch einen Zirkulator 213 geleitet und dann von einer Antenne 214 ausgesendet.

Das Hilfsschwingungssignal wird mit Hilfe einer Rückkopplungsvorrichtung erzeugt, in welcher das Signal, das im vierten Zirkulator 218 beginnt und durch ein BPF 216, einen Phaseneinsteller 217, einen Richtungskoppler 19 und einen Hilfsleistungssteuerschaltkreis (LPC) 20 und den Zirkulator 7 fortschreitet, am BPF 6 reflektiert wird und so das Eingangsende der \5 Verstärkervorrichtung 212 erreicht. Es sei angemerkt, daß der LPC-Schaltkreis 20 ein nicht-linearer Schaltkreis ist, der dazu vorgesehen ist, Leistungsschwankungen oder ein Aufhören der Schwingungen des Hilfsschwingungssignals zu verhindern. Das BPF 216 hat eine Mittenfrequenz, die gleich der Frequenz des Hilfsschwingungssignals eingestellt ist. Der Phaseneinsteller 217 dient zum Einstellen bzw. Abgleichen der Phase des Rückkopplungssignals, um die Rückkopplungsschleifc positiv zu machen. Der Richtungskoppler 19 ist dazu vorgesehen, das Hilfssignal auch dem Frequenzmischer 3 zuzuführen.

In Fig.2 ist ein Trennfilter- bzw. Weichen-Schaltkreis 104 dargestellt, der einen Zirkulator 102 und ein BPF 103 aufweist und der es nur der gewünschten Si- jo gnalkomponente des ankommenden Signals, das von einer Empfangsantenne 101 empfangen worden ist, ermöglicht, zur Klemme 25 zu gelangen.

Das Ausgangssignal von der Klemme 25 wird von einer Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 verstärkt, die einen Verstärker 107 enthält, der an seinem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Ende von einem zweiten Zirkulator 105 bzw. einem dritten Zirkulator 106 geschützt ist. Das verstärkte Ausgangssignal wird über ein Trennfilter bzw. Weiche 32. die einen Zirkula- *o tor 30 und ein BPF 31 enthält, einem Mischerschaltkreis 37 zugeführt. Der Mischerschaltkrcis 37 besitzt ein Sperrfilter (BRF) 33 das eine Sperrmittenfrequenz besitzt, die auf die Frequenz des Hilfsschwingungsausgangssignals eingestellt ist, ferner einen Zirkulator 34, eine Mischdiode 35 und ein BPF 36, das eine Durchlaßmittenfrequenz gleich der Zwischenfrequenz besitzt. An der Mischdiode 35 werden das Signal, das durch das BRF 33 gelangt, und das Oszillationsausgangssignal, das an der Klemme 38 zugeführt wird, durch den Zirkulator 34 gelangt und vcir. BRF 33 reflektiert wird, miteinander gemischt, so daß ein Zwischenfrequenzsignal gebildet wird, das einer weiteren Klemme 115 zugeführt wird.

Das Oszillation- bzw. Schwingungsausgangssignal wird mit Hilfe der Rückkopplungsvorrichtung erhalten, in welcher das Signal vom Trennfilter 32 aus durch einen Zirkulator 119, ein BPF 118. einen Richtungskoppler 44, einen Phaseneinsteller 122, einen LPC 43 und den Zirkulator 105 hindurchgeht und am BPF 103 reflektiert wird und so zum Eingangszirkuiator 105 in der Hochfrequenz- Verstärkervorrichtung 108 zurückkehrt Das so erhaltene Oszillationsausgangssignal wird am Richtungskoppler 44 von der Oszillationsschleife abgezweigt und zur Klemme 38 des Mischerschahkreises 37 zur Frequenzumwandlung zugeführt. Der LPC 43, der Phaseneinsteller 122 und das BPF118 dienen denselben Funktionen wie der LPC 20, der Phaseneinsteller 217 bzw. das BPF 216 der Fig. 1. Der Zirkulator 119 wird eingefügt, um die vom BPF 118 reflektierten Wellen zu absorbieren.

Bezüglich weiterer Einzelheiten der Sender-Einrichtung zur Frequenzumwandlung gemäß Fig. 1 sei auf den oben genannten Artikel von T. Kawahashi et al hingewiesen und bezüglich weiterer Einzelheiten der Arbeitsweise der LPCs 20 und 43 auf die US-PS

31 04 359.

Wie aus den Beschreibungen der F i g. 1 und 2 hervorgeht, verwendet die bekannte sender- oder empfangsseitige Einrichtung zur Frequenzumwandlung einen einzigen Verstärker zur Verstärkung des Sende- oder Empfangssignals und auch zur Oszillation eines Hilfssignals. Diese Einrichtung benötigt jedoch zur Frequenzmischung einen Richtungskoppler, um das Absondern bzw. Ausblenden des Oszillaiionsausgangssignals aus der Rückkopplungsschleife zu ermöglichen. Um die Hilfsschwingungsenergie zu stabilisieren muß zusätzlich ein LPC-Schaltkreis in die Rückkopplungsschleife eingesetzt werden. Außerdem wird ein Kombinationsfilter 8 zum Anlegen des Hilfsschwingungssignals an den Sende-Leistungsvcrstärkerschaltkreis oder ein Trennfilter

32 zum Ausblenden des Hilfsschwingungssignals benötigt.

Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zur Verstärkung und Frequenzumwandlung vorgesehen, die hinsichtlich des Schaltkreisaufbaues wesentlich vereinfacht ist, d. h. die weder einen LPC-Schaltkreis, noch eine Vorrichtung zum Ausblenden des Hilfsschwingungssignals noch ein Kombinations- oder Trennfilter aufweist.

F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Frequenzumwandlung, anhand der das Prinzip vorliegender Erfindung dargestellt ist und die auf der Empfängerseite bspw. in einer Überlagerungs-Zwischensenderstation verwendbar ist. Es ein nun die Anordnung und die Arbeitsweise der Einrichtung beschrieben, mit der man ein Hochfrequenzsignal verstärken und daraus ein Zwischenfrequenzsignal erhalten kann. Die Bezugsziffer 104 kennzeichnet ein Abzweig bzw. Eingangsteil, das einen Zirkulator 102 und ein BPF 103 aufweist und so aufgebaut ist. daß nur die gewünschte Signalkomponente des ankommenden Signals, das von einer Empfangsantenne 101 empfangen wird, zu einer Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 zugeführt wird. Das Signal, das in die letztere Vorrichtung eintritt wird von einem Verstärker 107 verstärkt, dessen cingangsseitiges und ausgangsseitiges Ende von einem zweiten Zirkulator 105 b?."w. einem driiien Zirkulator 106 geschüizt ist; das verstärkte Signal wird über ein BR!⁷111 und einen ersten Zirkulator 112 zu einen nicht-linearen Element in Form einer Mischdiode 113 geleitet Das BRF111 dient zum Eliminieren der Spiegelfrequenz des Empfangssignals relativ zum Hilfsschwingungssignal und besitzt eine Sperrmittenfrequenz, die auf die Spiegelfrequenz eingestellt ist

Das Hilfsschwingungssignal wird durch eine Rückkopplungsvorrichtung bewirkt, in welcher das Signal vom Ausgang der Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 aus durch einen Frequenzmischer 110, einen Zirkulator 119, ein BPF 118, einen Phaseneinsteller 122 und ein Dämpfungsglied 123 führt und vom Abzweigteil 104 reflektiert wird und dann zum eingangsseitigen Ende des Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 zurückkehrt Mit anderen Worten, die Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 wird mit einer Signalphase in

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Schwingungen versetzt, die für die positive Rückkopp- Rückkoppliingsvorrichtung erhält, die zwischen dem lung vom Phaseneinsteller 122 abgeglichen ist, und der BPF118 (F i g. 3) und dem Phaseneinsteller 122 geöffnet Ruckkopplungsfaktor wird vom Dämpfungsglied 123 ist, und in welchem die Abszisse den Pegel des Eingangs auf einen optimalen Wert eingestellt. Das Hilfsschwin- des Phaseneinstellers 122 und die Ordinate den Pegel gungssignal wird zusammen mit dem Empfangssignal 5 des Ausgangs des Filters 118 und der Verstärkervorder Mischdiode 113 aufgeprägt, an der das Empfangssi- richtung 108 darstellt. In diesem Diagramm sind die gnal in ein Zwischenfrequenzsignal umgewandelt wird, , Kennlinien bei offener Schleife bzw. Leerlaufkennlinien dessen Frequenz in der Differenz zwischen der Emp- der Rückkopplungsvorrichtung der Fig.3 dargestellt, fangs- und der Hilfsschwingungs-Signalfrequenz ent- in welcher das Signal vom ausgangsseitigen Ende des spricht. Das Zwischenfrequenzsignal, das durch ein BPF io Hochfrequenz-Vorverstärkers 108 durch den Frequenz-114 geht, wird am ausgangsseitigen Ende 115 abgenom- mischer HO, den Zirkulator 119 und das BPF 118, den ^men· Phaseneinsteller 122 und das Dämpfungsglied 123 ge-

Im folgenden sei die Arbeitsweise der vorliegenden richtet und vom Abzweigfilterteil 104 reflektiert wird, Erfindung anhand des Kennliniendiagramms der Fig.4 so daß es zum eingangsseitigen Ende der Hochfrein weiteren Einzelheiten beschrieben, in welcher die Be- 15 quenz-Verstärkervorrichtung 108 zurückkehrt. In zugsbuchstaben A, B und C Beispiele von Sättigungs- F i g. 5 stellen die Kurven Ä', B' und C die Eingangskennlinien relativ zum Hilfsschwingungssignal angeben, Ausgangs-Kennlinien bei offener Rückkopplungsvorwie sie am Frequenzmischer 110 tatsächlich gemessen richtung (Leerlauf) dar, die den Kurven A, B bzw. Cder wurden, dessen eingangsseitiges Ende gemäß F i g. 3 an F i g. 4 entsprechen. Der Bezugsbuchstabe O stellt die der Klemme 120 und dessen ausgangsseitiges Ende an 20 Ausgangskennlinie der Hochfrequenz-Verstärkervorder Klemme 121 liegt richtung 108 dar; der Buchstabe E zeigt eine gerade

Gemäß F i g. 3 wird das Hilfsschwingungssignal, wie Linie bei 0 dB-Gewinn der offenen Rückkopplung; und

man es von der Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung die Buchstaben K, L und Anzeigen die Schnittpunkte der

108 bei positiver Rückkopplung erhält, zusammen mit geraden Linie E mit den Kurven A', B' bzw. C. Die

dem verstärkten Empfangssignal der Klemme 120 und 25 Bezugsbuchstaben N, O und /»zeigen die Betriebspunk-

darüber hinaus über das BRF 111 und den ersten Zirku- te der Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108, die

lator 112 auch der Mischdiode 113 aufgeprägt. Die Fre- der Rückkopplungsleistung an den Schnittpunkten K, L

quenzmischung wird durch die vom nicht-linearen Wi- bzw. M entsprechen.

derstand bestimmten Arbeitsweise der Mischdiode 113 Es sei nun nochmals auf Fig. 3 Bezug genommen,

bewirkt, wenn die Hochfrequenzamplitude die die 30 Sowohl das Hilfsschwingungssignal als auch das Emp-

Durchlaßspannung der Mischdiode 113 übersteigt, in fangssignal werden der Klemme 120 aufgeprägt, so daß

den Durchlaßberiich eintritt. Es sei angemerkt, daß die sich nach der Frequenzumwandlung ein Zwischenfre-

Mischdiode 113 in einem Zustand derart eingestellt ist. quenzsignal ergibt, und werden teilweise reflektiert, so

daß man in nicht-linearem Zustand der Arbeitsweise daß sie an der Klemme 121 erscheinen. Solange der

Impedanzanpassung erhält. ₃₅ p_egel des Hilfsschwingungssignals verglichen mit dem Demgemäß wird, so lange der der Eingangsklemme des Empfangssignals genügend hoch ist, und solange die

120 aufgeprägte Hilfssignalpegel niedrig ist, das Hilfs- vom Empfangssignal reflektierte Energie am BPF 118 Schwingungssignal im wesentlichen vollständig an der gesperrt wird, erscheint an der Ausgangsseite des FiI-Mischdiode 113 reflektiert, so daß es an der Ausgangs- ters 118 die Sättigungskennlinie des Hilfsschwingungssiklemme 121 unverändert erscheint. Beim Ansteigen des 40 gnals, die dieselbe wie in F i g. 4 dargestellte ist. Demge-Hilfsschwingungssignalpegels wird, da dessen Amplitu- maß erhält man bei der Rückkopplungsvorrichtung der de anfängt, die Durchlaßspannung der Mischdiode 113 F i g. 3, die bspw. zwischen dem BPF 118 und dem Phazu übersteigen, die Impedanzanpassung allmählich be- seneinsteller 122 geöffnet ist, Eingangs-Ausgangswirkt, daß die reflektierte Leistung, die an der Klemme Kennlinien, wie sie durch die Kurven A'. B' und C in

121 erscheint, trotz des hohen Pegels des Hilfsschwin- 45 Fig.5 dargestellt sind, vorausgesetzt, die Gleichspangungssignals im wesentlichen konstant wird. Mit einem nungsvorspannung an der Mischdiode und das Dämpweiteren Ansteigen des Hilfssignalpegels wird jedoch fungsmaß des Dämpfungsgliedes 123 sind in der Mittendie Impedanzanpassung nach und nach beeinträchtigt frequenz des BPF 118 bei geöffneter Schleife in geeig- und die reflektierte Leistung beginnt wieder zuzuneh- neter Weise ausgewählt worden, wobei deren eingangsmen. Eine solche Kennlinie des Hilfsschwingungssignals, 50 und ausgangsseitiges Ende an der Seite des Phaseneindessen eingangsseitiges und ausgangsseitiges Ende an stellers 122 bzw. der des BPF 118 lie«. Unter dieser der Klemme 120 bzw. 121 liegt, besitz! einen Sättigungs- Bedingung besitzt die Hochfrequenz"Verstärkervorbereich, wie er in Fig.4 bei der Kurve A beobachtet richtung 108 eine Ausgangskennlinie, wie sie durch die werden kann, die die tatsächlich gemessene Werte wie- Kurve D in F i g. 5 gezeigt ist

dergibt 55 Die Rückkopplungsvorrichtung mit einer solchen Des weiteren sei angemerkt, daß die Größe der Am- Leerlaufkennlinie ist für eine genaue positive Rückplitude der Hochfrequenzspannung, die zum Erreichen kopplung mit Hilfe des Phaseneinstellers 122 in der Phader Durchlaßspannung der Mischdiode 113 erforderlich se einstellbar, so daß man eine stabile Schwingung an ist, durch Anwendung einer Gleichspannungsvorspan- den Schnittpunkten K, L und M erreicht, an denen der nung an der Mischdiode geändert werden kann und daß 60 Gewinn bzw. die Verstärkung einer solchen offenen auf diese Weise der Sättigungspegel des Hilfsschwin- Schleife OdB für die betreffenden Werte der Gleichgungssignals in gewünschter Weise verändert werden Spannungsvorspannung an der Mischdiode 113 ist Unkann. Die Kurven B und C in F i g. 4 stellen Sättigungs- ter dieser Bedingung arbeit« die Hochfrequenz-Verkennlinien mit verschiedenen Sättigungspegeln bei ei- Stärkervorrichtung 108 entsprechend den Gleichspanner Gleichspannungsvorspannung an der Diode 113 von 65 nungsvorspannungswerten für die Mischdiode 113 in 0,2 V bzw. 0,4 V dar. den Punkten N, O und P, die den betreffenden Schnitt-Fi g. 5 zeigt ein weiteres, die Arbeitsweise vorliegen- punkten K, Lund Af entsprechen. Die Arbeitspunkte N, der Erfindung erklärendes Diagramm, das man bei einer O und Pentsprechen den betreffenden Pegeln des Hilfs-

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; Schwingungssignals und man erhält jeden gewünschten GaAs-FET 139 und dem des zweiten Zirkulator 105

Hilfsschwingungssignalpege! durch geeignetes Auswäh- entspricht.

;: len des Wertes der Gleichspannungsvorspannung für Fig. 9 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbei-

Jf die Mischdiode 113. spiel vorliegender Erfindung, das eine Modifikation der

ft Wie man aus Fig.5 erkennt, liegen diese Arbeits- 5 Einrichtung nach Fig.8 ist und keinen Abzweigfilter-

U punkte der Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung 108 in schaltkreis 104 an dem Empfangssignal-Eingangsende

;| deren linearem Bereich. Es folgt deshalb daraus, daß verwendet. Ansonsten ist dieses Ausführungsbeispiel

i| zwischen dem Hilfsschwingungssignal und dem Emp- dasselbe wie das der F i g. 8. Bei dem Ausführungsbei-

';^: fangssignal, für welche beide die Hochfrequenz-Ver- spiel der F i g. 8 oder 9 kann in den Fällen, in denen die

$ Stärkervorrichtung in ihrem linearen Bereich verwendet 10 Rauschzahl keine besondere Berücksichtigung findet,

wird, keine bemerkbare gegenseitige Interferenz auf- bzw. keine kritische Größe ist, das BRF 111 wie beim

p tritt und jegliche Verschlechterung des Rauschfaktors Ausführungsbeispiel der F i g. 7 weggelassen werden.

bzw. der Rauschzahl für das zu verstärkende Empfangs- F i g. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der der fc signal oder Einflüsse des Empfangssignalspegels auf den Verstärkung und der Frequenzumwandlung dienenden

II Hilfsschwingungssignalpegel im wesentlichen unter- 15 Einrichtung, die in der Lage ist, eine Frequenzumwand- §ξ drückt werden. Dies ermöglicht eine gemeinsame Ver- lung eines bestimmten Signals in ein anderes Signal und

wendung der Hochfrequenz-Verstärkervorrichtung so- eine Verstärkung des letzteren Signales zu erreichen. Es wohl für das Hilfsschwingungssignal als auch für das sei hier nun eine Einrichtung beschrieben, die in der Empfangssignal und man kann alle aktiven Schaltkreise, Weise verwendet wird, daß man ein Hochfrequenzdie ausschließlich für die Hilfsschwingung vorgesehen 20 Übertragungs- bzw. Sendesignal aus einem Zwischensind, weglassen, so daß eine erhebliche Verringerung frequenzsignal erhält und das so erhaltene Sendesignal der Kosten und des Leistungsverbrauches der Einrich- verstärkt. Bei dieser Einrichtung wird dem Frequenzmitung erreichbar ist. scher 203 an einer Klemme 204 das Zwischenfrequenz-

In F i g. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel vorlie- signal und an einer weiteren Klemme 205 das Hilfsgender Erfindung dargestellt Die Bezugsziffer 138 be- 25 Schwingungssignal zugeführt; das Signal, das an einer zeichnet ein Bandsperrfilter, das zum Sperren der Fre- Mischdiode 201 in die Sendesignalfrequenz umgewanquenz des Hilfsschwingungspegels vorgesehen ist. Bei delt wurde, erscheint an einer Klemme 207, nachdem es diesem Ausführungsbeispiel, das ansonsten dem in durch einen ersten Zirkulator 202 gelangt ist Das Aus-F i g. 3 dargestellten ähnlich ist, bewirkt das Bandsperr- gangssignal von der Klemme 207 wird von einem Senfilter 138, das eine Sperrmittenfrequenz gleich der des 30 de-Leistungsverstärkervorrichtung 212 leistungsver-Hilfsschwingungssignals ist, daß die Rückkopplungslei- stärkt und durch einen vierten Zirkulator 218 zu einem stung des Hilfsschwingungssignals in die Hochfrequenz- BPF 208 geführt; das Sendesignal, das vom BPF 208 Verstärkervorrichtung 108 reflektiert wird, wenn es an ausgewählt ist, gelangt durch einen Zirkulator 213 und einem Arm des Zirkulator^ 105 angelegt wird, wodurch wird von einer Antenne 214 ausgestrahlt Es sei angeeine Rückkopplung gebildet ist 35 merkt, daß das BPF 208 eine Mittenfrequenz besitzt, die

Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel vorlie- auf die Sendesignalfrequenz eingestellt ist

gender Erfindung, das in den Fällen anwendbar ist in Das Hilfsschwingungssignal erhält man durch eine

denen die Rauschzahl keine besondere Berücksichti- Rückkopplungsvorrichtung, die so angeordnet ist daß

gung zu finden braucht. Dieses Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal von der Leistungsverstärkervor-

ähnlich dem der Einrichtung nach F i g. 3, außer daß das 40 richtung 212 in dem es durch den vierten Zirkulator 218

Bandsperrfilter Ul der Fig.3 weggelassen ist. Bei die- gelangt, vom BPF 208 reflektiert wird, und, in dem es

sem Ausführungsbeispiel ist nur die Rauschzahl mehr durch den vierten Zirkulator 218, das Dämpfungsglied

oder weniger beeinträchtigt, da das thermische Rau- 215, das BPF 216, den Phaseneinsteller 217 und den

sehen, das im Schaltungsbereich des BRF Ul auftritt, in ersten Zirkulator 202 gelangt ist, von der Mischdiode

die Frequenzumwandlung gelangen muß. 45 201 teilweise reflektiert wird und dann durch den ersten

F i g. 8 zeigt schematisch eine der Verstärkung und Zirkulator 202 zum Eingangsende der Lcistungsverstärder Frequenzumwandlung dienende Einrichtung gemäß kervorrichtung 212 zurückkehrt Zur tatsächlichen Ereinem weiteren Ausführungsbeispiel, bei welcher ein zeugung des Hilfsschwingungssignals wird die Leiaktives Bauelement in Form eines Zwei-Gate-GaAs- stungsverstärkervorrichtung 212 in Schwingungen ver-FET, das bei 139 dargestellt ist, verwendet wird; anson- 50 setzt wobei die Rückkopplungsvorrichtung für positive sten ist sie ähnlich der Einrichtung der Fig.3. Bei die- Rückkopplung mit Hilfe des Phaseneinstellers 217 in »ern Ausführungsbeispiei werden die Probleme der Aus- Phase gebracht und der Rückkopplungsfaktor vom streuung des Hilfsschwingungssignals am Empfänger- Dämpfungsglied 215 auf einen optimalen Wert eingeeingangsende und der unnötig vergrößerten Linge des stellt wird. Das Hilfsschwingungssignal, das auf diese Rückkopplungsschaltkreises gelöst 55 Weise erzeugt ist, wird zur Frequenzumwandlung in das

Die Gates (Steuerelektroden) des Zwei-Gate-GaAs- Sendesignal an die Mischdiode 201 zusammen mit dem FET (-Feldeffekttransistors) 139 sind elektrisch unab- Zwischenfrequenzsignal angelegt Es ist daraus ersichthängig voneinander, so daß die Linge der Rückkopp- lieh, daß diese Einrichtung den Verstärker 211 gemeinlungsvorrichtung verglichen mit der der Einrichtung sam sowohl zur Leistungsverstärkung des Sendesignals nach den Fig. 3, 6 und 7 kurzgemacht werden kann, eo als auch für die Hilfssignalschwingung verwendet indem man das Empfangssignal am einen Gate zur Ver- Die Prinzipien der Arbeitsweise der Einrichtung gestärkung, dagegen das Ruckkopplungssignal des Hilfs- maß F i g. 10 sind im wesentlichen dieselben, wie sie zuschwingungssignals an das andere Gate, wie dies durch vor in Verbindung mit den ersten bis fünften Ausfühdie Pfeilein F ig. 8 gekennzeichnet ist anlegt Des wei- rungsbeispielen vorliegender Erfindung beschrieben teren ist das Ausstreuen des Hilfsschwingungssignals 65 wurden. Beider Einrichtung der Fig. 10 sei angemerkt vom BPF103 oder BRF13S an irgendeine andere Emp- daß das Hilfsschwingungssignal, das an die Mischdiode fängereinheit um einen Betrag verringert der der Sum- 201 angelegt wird, mit dem Zwischenfrequenzsignal in me der Isolation zwischen den Gates des Zwei-Gate- das Sendesignal teilweise frequenzumgswandelt wird,

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der Rest davon jedoch zur Verstärkervorrichtung 212 Phaseneinsteller 217 hinsichtlich der Phase eingestellt unverändert reflektiert wird und dort zusammen mit und so geschlossen ist, so erhält man eine stabile dem Sendesignal verstärkt wird. Das verstärkte Hilfs- Schwingung am Punkte it oder /, an dem die Verstärschwingungssignal wird durch den vierten Zirkulator kung der offenen Rückkopplung 0 dB entsprechend der 218 in die Rückkopplungsvorrichtung geführt, während 5 an der Mischdiode 201 angelegten Gleichspannungsvordas Sendesignal zur Ausgangsklemme 213 der Einrich- spannung ist. Für diesen Zustand ist der Arbeitspunkt tung geführt wird. der Leistungsverstärkervorrichtung 212 in Fig. 11 bei

Die Eingangs-Ausgangs-Kennlinien des Hilfsschwin- m oder η angegeben. Diese Arbeitspunkte m oder n, die gungssignals, wie es von der Klemme 205 zur Klemme dem betreffenden Pegel des Hilfsschwingungssignals 207 läuft, ist nach Art einer Sättigungskennlinie, wie sie io entsprechen, können in Übereinstimmung mit dem gedurch die Kurven A oder B in F i g. 11 dargestellt ist, wünschten Pegel des Hilfsschwingungssignals durch gewobei die Abszisse die Eingangsleistung des Frequenz- eignete Auswahl der Gleichspannungsvorspannung der mischers 203 und die Ordinate die Rückkopplungslei- Mischdiode 201 variiert werden. Auf diese Weise kann stung und die Ausgangsleistung des Verstärkers 211 der Arbeitspunkt der Leistungsverstärkervorrichtung kennzeichnet Der Vorgang der Frequenzmischung der 15 212 für die Hilfsschwingung in ihrem linearen Bereich Mischdiode 20S ist in der Tat eine nichi-üneare Arbeits- eingesteiit werden.

weise, die man erhält, wenn die Hochfrequenzsignalam- Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersicht-

plitude, die die Durchlaßspannung der Mischdiode über- lieh ist, kann gemäß vorliegender Erfindung ein einziges steigt, in den Durchlaßbereich eintritt. Es versteht sich, aktives Bauelement gemeinsam sowohl für die Verstärdaß der Frequenzmischer 203 so eingestellt ist, daß die 20 kung und für die Hilfsschwingung verwendet werden, Impedanzanpassung mit dem nicht-linearen Zustand und der Arbeitspunkt einer solchen Hilfsschwingung der Arbeitsweise der Mischdiode 201 erzielt wird. kann in den linearen Bereich des aktiven Bauelementes

Wie aus den Eingangs-Ausgangs-Kennlinien A oder B gelegt werden. Infolgedessen kann die Abhängigkeit des der Mischdiode 201 im Verhältnis zum Hilfsschwin- Oszillationsausgangspegels auf den zu verstärkenden gungssignal ersichtlich ist, wird das Hilfsschwingungssi- 25 Signalpegel im wesentlichen unverändert gehalten wergnal von der Mischdiode 201 vollständig reflektiert und den, was es möglich macht, die Intermodulationsverzererscheint an der Klemme 207 unverändert, so lange wie rung auf ein Minimum zu begrenzen. Hierbei wird eine der Pegel des angelegten Hilfsschwingungssignals nied- Mischdiode, die in die positive Rückkopplungsvorrichrig ist. Demzufolge erhält mit dem Ansteigen des Hilfssi- tung eingesetzt ist, zum Einstellen des Arbeitspunktes gnalpegels, da seine Amplitude die Durchlaßspannung 30 der Schwingung verwendet, und dies ermöglicht das der Mischdiode 201 übersteigt, allmählich eine Impe- Weglassen jeglicher ausschließlich für die Schwingung danzanpassung, so daß die reflektierte Leistung, die an verwendeter aktiver Bauelemente, so daß also zusätzlider Klemme 207 erscheint, trotz des Anstiegs des Hilfs- ehe Schaltkreise, wie LPCs und Kombinations- oder Abschwingungssignalpegels im wesentlichen konstant ge- zweigfiiter, wie sie in bekannter Weise gemäß den halten wird. Beim weiteren Anstieg des Signalpegels 35 F i g. 1 und 2 verwendet sind, nicht notwendig sind, so wird die Impedanzanpassung allmählich beeinträchtigt daß eine erhebliche Verringerung der Kosten und des und die reflektierte Leistung beginnt wieder anzuwach- Leistungsverbrauches der Einrichtung möglich ist.

sen.

Die Kennlinien A und B erhält man unter Berücksich- Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

tung der verschiedenen Gleichspannungsvorspannun- 40

gen an der Mischdiode 201. Mit anderen Worten, der
Wert der Hochfrequenzamplitude, der erforderlich ist,
um die Durchlaßspannung der Mischdiode 201 zu erreichen, kann durch Ändern der daran angelegten Gleichspannungsvorspannung in gewünschter Weise variiert 45
werden, und auf diese Weise kann der Sättigungspegel
der Rückkopplungsleistung in gewünschter Weise variiert werden.

Gemäß Fi g. 10 kann die Eingangs-Ausgangs-Kennünie der offenen Rückkopplungsvorrichtung, die zwi- 50
sehen dem Phaseneinsteller 217 und der Klemme 205
geöffnet ist, in derselben Weise erzeugt werden, wie dies
durch die Kurve A oder B in F i g. 11 dargestellt ist,
vorausgesetzt, daß das Dämpfungsmaß des Dämpfungsgliedes 215 und die Vorspannung an der Mischdiode 201 55
in geeigneter Weise ausgewählt sind. Unter dieser Bedingung kann die Sätügungscharakteristik der Eingangs-Ausgangs-Kennlinie bei offener Rückkopplung
durch die Sättigungscharakteristik des Frequenzmischers 203 bestimmt werden, jedoch nicht durch den 60
Sättigungsbereich der Sender-Leistungsverstärkervorrichtung 212.

Die Ausgangskennlinie der Sende-Leistungsverstärkervorrichtung 212 unter der eingestellten, oben beschriebenen Bedingung, wird durch die Kurve C in 65
F i g. 11 gekennzeichnet Ist die Rückkopplungsvorrichtung, die eine Leerlaufcharakteristik gemäß den Kurven
A oder B besitzt, zur positiven Rückkopplung durch den

Claims (4)

1 2 Transistoren, sind Versuche gemacht worden, MikroPatentansprüche: wellen-Sender/Empfänger in einer vollständigen Festkörperform zu verwirklichen. Eine solche Form des

1. Einrichtung zur Frequenzumwandlung für einen Senders/Empfängers ist gegenüber den bisher bekann-Mikrowellen-Empfänger oder -Sender, bei der ein 5 ten Laufzeitröhren hinsichtlich Zuverlässigkeit, Kosten Signal einer ersten Frequenz und ein Signal einer und Energieverbrauch wesentlich vorteilhafter, zweiten Frequenz in ein Signal einer dritten Fre- Beim Senderabschnitt eines Überlagerungs-Mikroquenz umgewandelt ist, mit einem Eingangsteil, an wellen-Senders/Empfängers für Zwischensender besitzt dem das Signal erster Frequenz anliegt, mit einer der Sender-Frequenzumwandier im allgemeinen einen Verstärkervorrichtung, die die Signale erster und io Frequenzmischer, in dem das Zwischenfrequenzsignal zweiter Frequenz linear verstärkt und beim Signal und das Hilfssignal in eine Sendesignal frequenz umgezweiter Frequenz schwingt, mit einem Frequenzmi- wandelt werden, und einen Sender-Lcistungsverstärscher mit einem nicht-linearen Element zum Mi- kerabschnitt, in dem das Sendcsignal zur Übertragungsschen der Signale erster und zweiter Frequenz zum leistung verstärkt wird. Ferner wird bei einem Emp-Signtl dritter Frequenz, und mit einer positiven is fangs-Frequenzumwandler, der bspw. im Empfängerab-Rückkopplungsvorrichtung zum Aussteuern der schnitt einer Sender/Empfänger-Einheit der oben be-Verstärkervorrichtung in einen frequenz-selektiven schriebenen Art oder allgemein in einer Überlagerungs-Schwingungszustand bei der zweiten Frequenz, bei Mikrowellenempfangseinheit verwendet wird, das empder in Reihenschaltung ein Filter und ein Phasenein- fangene Signal beim Verlassen des Abzweigfilters durch steller angeordnet sind, dadurch gekenn- 20 einen Hochfrequenz-Vorverstärker verstärkt und dann zeichnet, daß der Frequenzmischer (110; 203) in einem Frequenzmischer mit dem Hilfsschwingungssimit der Verstärkervorrichtung (108; 212) unmittel- gnal vermischt und in eine Zwischenfrequenz umgewanbar verbunden ist und die mit einem Eingang und delL Solche Sender- und Empfangsfrequenzumwandler einem Ausgang versehene ROckkopplungsvorrich- dienen zur Signalverstärkung, zur Frequenzmischung tung (118,119,122,123; 215—217) den Frequenzmi- 2s und für die Hilfsschwingung, wobei zur Reduzierung der scher (UO; 203) mit der Verstärkervorrichtung (108, Größe und der Kosten vorgeschlagen wurde, ein einzi-212) verbindet, daß der Frequenzmischer (110,203) ges oder gemeinsames aktives Bauelement zu verwendas nicht-lineare Element (113; 201) und einen ersten den, das sowohl zu Hilfsschwingungs- als auch zu Si-Zirkulator (112; 202) aufweist, und daß in dem Fre- gnalverstärkungszwecken dient.

quenzmischer (UO; 203) gleichzeitig die Mischung 30 Verstärkungs-Schwingungs-Schaltungen, die ein geder Signale erster und zweiter Frequenz und die meinsames aktives Bauteil enthalten, sind jedoch desBegrenzung des Signals zweiter Frequenz erfolgt. halb problematisch, da der stelige Schwingungszustand

2. Einrichtung zur Frequenzumwandlung nach im Sättigungsbereich des aktiven Bauelementes aufge-Anspruch 1 für einen Mikrowellen-Empfänger, da- baut wird. Im einzelnen gilt folgendes: A sei der Verstärdurch gekennzeichnet, daß der Frequenzmischer 35 kungsfaktor des aktiven Bauelementes und/?der Betrag (110) eine Bandsperre (111) mit einer Mittenfre- der Rückkopplung durch den Rückkopplungskreis; es quenz gleich der Spiegelfrequenz der ersten Fre- ist erforderlich, daß, um die einmal begonnene Schwinquenz relativ zur zweiten Frequenz, die zwischen gung aufrecht zu erhalten, die Summe der Phasenkomdem Ausgang der VerstärkervorrichUing (108) und ponente (Ap) des Verstärkungsfaktors und die Phasendem ersten Zirkulator (112)geschaltet ist, aufweist. 40 komponente {ßp) der Rückkopplung Null bzw.

3. Einrichtung zur Frequenzumwandlung nach \Aß\ > 1. ist, und daß im stetigen Zustand Ap + ßp - 0 Anspruch 1 oder 2 für einen Mikrowellen-Empfän- und Aß - 1 gilt Mit anderen Worten, bei der positiven ger, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker- Rückkopplung verschiebt sich, so lange wie \Aß\ > 1 vorrichtung (108) einen Zwei-Gate-Feldeffektransi- gilt, der Arbeitspunkt der Schwingung in den Sättistor (139) aufweist, der zwischen einem zweiten Zir- 45 gungsbereich des aktiven Bauelementes, da die Schwinkulator (105) und einem dritten Zirkulator (106) an- gung sich zu entwickeln beginnt und der Verstärkungsgeordnet und der mit der Rückkopplungsvorrich- faktor A mit der Sättigung des aktiven Bauelementes tung (118,119,122,123) verbunden ist. abzunehmen beginnt, bis die Schwingung im Sättigungs-

4. Einrichtung zur Frequenzumwandlung nach punkt stabilisiert ist, wo \Aß\ « 1 ist

Anspruch 1 für einen Mikrowellen-Sender, dadurch so Liegt der Arbeitspunkt der Schwingung im Sättigekennzeichnet, daß eine Auskoppelvorrichtung gungsbereich des aktiven Bauelementes, sei angemerkt, (218,208,214,213) vorgesehen ist, die ein Bandpaß- daß dann das zu verstärkende Signal und der Schwinfilter (208) mit einer Mittenfrequenz gleich der drit- gungsausgang störend aufeinander einwirken, und zwar ten Frequenz und einen vierten Zirkulator (218) auf- in den Fällen, in denen ein einziges aktives Bauelement weist, der mit dem Ausgang der Verstärkervorrich- 55 oder eine einzige aktive Bauelementen-Schaltungseintung (212) verbunden ist. heit gemeinsam zu Schwingungs- und Verstärkungszwecken verwendet wird. Eine solche Überlagerungs-

störung bewirkt ein Anwachsen der Zwischenmodula-

tions-Verzerrung. Ferner wird der Pegel des Schwin-

eo gungsausganges, der vom Sättigungspegel des aktiven

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein- Bauelementes abhängig ist, weniger stabil, wobei er mit richtung zur Frequenzumwandlung für einen Mikrowel- dem Pegel des zu verstärkenden Signals sich in breitem len-Empfänger oder -Sender nach dem Oberbegriff des Rahmen ändert, wenn sich das letztere dem Sättigungs-Anspruchs 1. pegel des aktiven Bauelementes annähert. Ein solcher Mit der Ausweitung des Arbeitsfrequenzbereiches, 65 instabiler Schwingungsausgang ist als Hilfsschwindem Vergrößern der Ausgangsleistung und der Kosten- gungsausgangssignal für Empfangs- oder Sendezwecke verringerung von Hochfrequenztransistoren, wie bspw. ungeeignet, bipolaren Silizium-Transistoren und GaAs-Feldeffekt- Bei einer aus der US-PS 31 23 771 bekannten Einrich-