DE69713191T2

DE69713191T2 - Vorrichtung mit einem Ring-Mischer

Info

Publication number: DE69713191T2
Application number: DE69713191T
Authority: DE
Inventors: Christophe Boyavalle; Patrick Jean; Eric Puechberty
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: EP0795954A1; EP0795954B1; FR2746228A1; US6026287A; DE69713191D1; JPH1070481A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen eines Eingangssignals mit einer ersten Frequenz RF mit einem Eingangssignal aus einem Empfangsoszillator mit einer zweiten Frequenz LO, und zum Abgeben eines Ausgangssignals mit einer Zwischenfrequenz IF, mit Unterdrückung der Oberschwingungen der zweiten Frequenz LO bis zu einer sehr hohen Größenordnung, z. B. über 10, wobei diese Schaltung einen Ring-Mischer mit doppelt getrimmten Feldeffekttransistoren aufweist.
Die Erfindung findet in der Industrie für integrierte Schaltkreise im Bereich der Fernmeldetechnik Anwendung, und insbesondere in der Industrie für monolithisch integrierte Hyperfrequenzschaltungen (MMIC).
Eine Vorrichtung mit einem doppelt getrimmten Mischer, die monolithisch integriert ist und einen sehr hoch gelegenen Grenzpunkt dritter Größenordnung aufweist, ist nach dem Stand der Technik bereits aus dem Patent US 5060298 (Quelle WAUGH vom 22. Oktober 1991) bekannt.
Dieses Dokument beschreibt einen Hyperfrequenz-Mischer, der eine Frequenz RF eines Eingangssignals in eine Zwischenfrequenz IF eines Ausgangssignals wandelt, indem er die Frequenz RF des besagten Eingangssignals und die Frequenz LO eines vom Empfangsoszillator gelieferten Signals zusammenfügt.
Zur Anfertigung des Mischers an sich werden vier Feldeffekttransistoren ohne Drain-Source-Polarisierung in Ringform angeordnet. Die Transistoren werden derart geschaltet, daß eine Source eines Transistors mit der Source des einerseits angrenzenden Transistors, und daß der Drain des besagten Transistors mit dem Drain des andererseits angrenzenden Transistors verbunden wird. Die Gates der nicht angrenzenden Transistoren werden paarweise gekoppelt.
Der Mischer enthält auch eine Impedanz-Übertragungsschaltung (BALUN), eine Frequenz-Zusammenführschaltung (COMBINER) und eine Phasen-Trennschaltung (PHASE SPLITTER). Die Impedanz-Übertragungsschaltung enthält mindestens sechs verkettete Stufen mit Feldeffekttransistoren und wird dem Signal aus dem Empfangsoszillator zugeführt, um zwei Signale mit der Frequenz LO zu liefern, in entgegengesetzter Phase, den gekoppelten Gates der Transistoren des Ring-Mischers zugeführt. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Impedanz-Übertragungsschaltung an den beiden Ausgangsklemmen in Gegenphasigkeit gegenüber der respektiven Masse (Fig. 3 des Dokuments) keine identischen Impedanzen aufweist. Die Zusammenführschaltung enthält zwei verkettete Stufen und wird den gekoppelten Sources des Ring-Mischers zugeführt, um die Ausgangssignale mit der Zwischenfrequenz IF in Gegenphasigkeit zusammenzuführen. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Schaltung zum Zusammenführen des Signals IF und seines Zusatzes nicht dieselben Impedanzen an ihren beiden Eingangsklemmen aufweisen kann, da das zusammengeführte Signal sich ansonsten aufheben würde. Die Phasen-Trennschaltung enthält eine Doppel-Gate-Transistorstufe und liefert anhand eines Eingangssignals mit der Frequenz RF zwei Signale mit der Frequenz RF in Gegenphasigkeit, um sie den gekoppelten Drains des Ring-Mischers zuzuführen. Ebenso wie die anderen, dem Mischer zugeführten Schaltungen kann diese Phasen-Trennschaltung keine identischen Phasen an ihren Ausgangsklemmen gegenüber der respektiven Masse aufweisen, da die Ausgangssignale sich ansonsten aufheben würden.
Ziel dieser bekannten Vorrichtung ist es, einen über 30 dBm gelegenen Grenzpunkt IP3 zu liefern. Zum Erlangen des gesetzten Zieles ist diese Mischerschaltung doppelt getrimmt, d. h. sie erhält an den beiden aus gekoppelten Drains der Transistoren gebildeten Klemmen Signale in entgegengesetzter Phase und liefert an die beiden aus den gekoppelten Sources der Transistoren gebildeten Klemmen Signale in entgegengesetzter Phase; ebenso erhalten die Gates der paarweise über Kreuz gekoppelten Transistoren Signale in entgegengesetzter Phase. Die Signale mit den Frequenzen RF und LO liegen in einem engen Frequenzbereich zwischen 8,5 und 10,5 GHz, um ein Signal mit der entfernt liegenden Zwischenfrequenz von 0,5 bis 2 MHz zu erzeugen.
Die bekannte Vorrichtung des erwähnten Dokuments ist nur an der Oberschwingung 3 interessiert. Allgemein weiß der Fachmann, daß der Wert des Grenzpunktes IP3 größtenteils vom Ring-Mischer abhängt, und somit, daß die Feldeffekttransistoren verwendet werden, um den Ring-Mischer anzufertigen, wobei der Wert dieses Grenzpunktes relativ groß ist. Dieser Wert hängt auch von den Umwandlungsverhältnissen der Impedanzwandler ab.
Dann stellt sich ein technisches Problem, wenn das Eingangssignal mit der Frequenz RF und das Ausgangssignal mit der Frequenz IF in einem sehr engen Frequenzbereich liegen, anstatt des Signals mit der Frequenz RF und des Signals mit der Frequenz des Empfangsoszillator, wie in dem erwähnten Dokument. Um ein Signal mit der Zwischenfrequenz IF zu erzeugen, das grundlegend nahe der Frequenz RF des Eingangssignals liegt, muß das Signal des Empfangsoszillators dann eine wesentlich geringere Frequenz LO als die des Signals mit der Frequenz RF haben, um die gewünschte Frequenzmischung zu erhalten.
Der Fachmann weiß, daß in einem beliebigen Mischersystem immer Oberschwingungen erhalten werden. Wenn das Signal des Empfangsoszillators eine geringere und sehr unterschiedliche Frequenz zu dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal mit den Frequenzen RF und IF hat, die einerseits wesentlich höher und andererseits untereinander nicht sehr unterschiedlich sind, führt dies dazu, daß hohe Oberschwingungen, z. B. Oberschwingungen der Größenordnung 10 oder 11 des Frequenzsignals LO des Empfangsoszillators, im engen Frequenzbereich des Eingangs- und Ausgangssignals mit den respektiven Frequenzen RF und IF liegen.
Die Ausgrenzung der Oberschwingungen der Frequenz LO des Empfangsoszillators, mindestens bis zur Größenordnung 10 reichend, ist folglich ein anderes als das in dem erwähnten Dokument behandelte Problem. Dieses Problem kann nur mit spezifischen Verfahren gelöst werden.
Ein anderes Problem, das sich bislang stellt, aufgrund der Nachfrage am Markt und des Zustands des Wettbewerbs, besteht in der Tatsache, daß nur die am wenigsten Energie verbrauchenden Schaltungen Abnehmer finden. Von diesem Gesichtspunkt aus ist die bekannte Vorrichtung des Dokuments ungünstig, da sie aufgrund der Tatsache sehr viel verbraucht, daß die Schaltungen, die mit den Mischern verwendet werden, aktive Schaltungen mit zahlreichen Transistorstufen sind.
Der Erfindung nach werden diese Probleme gelöst, mit einer Vorrichtung zum Mischen eines Eingangssignals mit einer ersten Frequenz FR mit einem Eingangssignal aus einem Empfangsoszillator mit einer zweiten Frequenz LO, und zum Liefern eines Ausgangssignals mit einer Zwischenfrequenz IF, mit Unterdrückung der Oberschwingungen der zweiten Frequenz LO bis zu einer sehr hohen Größenordnung, z. B. über 10, wobei diese Vorrichtung enthält:
einen Ring-Mischer mit doppelt getrimmten Feldeffekttransistoren mit einem ersten und einem zweiten Paar Eingangsklemmen und mit einem Paar Ausgangsklemmen,
einen ersten und einen zweiten Koppler, respektive Phasen-Trenner und Zusammenführer für das besagte Eingangssignal mit der ersten Frequenz RF und das Ausgangssignal mit der Zwischenfrequenz IF, respektive mit dem ersten Paar Eingangsklemmen und dem Paar Ausgangsklemmen des Ring-Mischers verbunden,
Vorrichtung, in der der erste und der zweite Koppler respektive aus einer ersten und einer zweiten identischen passiven Phasenschieb-Unterschaltung gebildet wird, damit die Impedanzen respektive an den Klemmen des ersten Eingangspaares und an den Klemmen des Ausgangspaares des Mischers identisch sind.
Ein Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß die diametral entgegengesetzten Klemmen des Ring-Mischers exakt identische Impedanzen in einem sehr breiten Frequenzband erhalten, woraus sich ergibt, daß dieser Mischer die Oberschwingungen einer sehr hohen Größenordnung unterdrückt, z. B. einer Größenordnung über 10 des Signals des Empfangsoszillators, wenn die Frequenzen des Eingangs- und Ausgangssignal RF und IF im engen Frequenzbereich von ca. 11 bis 14,5 GHz liegen und die Frequenz des Empfangsoszillators eine Größenordnung von 1 bis 3 GHz hat.
Ein anderer Vorteil dieser Vorrichtung liegt in einem sehr geringen Verbrauch des Mischers und der Koppler, was heute besonders vorteilhaft ist, dieser Verbrauch liegt z. B. unter 500 mW.
Es folgt eine knappe Beschreibung der schematischen, eine Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulichenden FIGUREN:
Fig. 1A zeigt eine Vorrichtung mit einem Ring-Mischer mit Feldeffekttransistoren, die einen symmetrischer Koppler und einen Verstärker für die Eingänge, und einen symmetrischen Koppler für die Ausgänge einbezieht;
Fig. 1B zeigt die Vorrichtung der Fig. 1A mit der symmetrischen Schaltung der Koppler;
Fig. 2A zeigt die Vorrichtung der Fig. 1A mit, im Detail, einem symmetrischen Koppler für das Eingangssignal mit der Frequenz RF;
Fig. 2B zeigt die Vorrichtung der Fig. 1A mit, im Detail, einem symmetrischen Koppler für das Ausgangssignal mit der Frequenz IF;
Fig. 3 zeigt einen Verstärker für das Signal mit der Frequenz LO des Empfangsoszillators.
Die Vorrichtung wird hiernach im Detail anhand einer vorgezogenen Durchführungsform beschrieben, die nicht erschöpfend ist.
Fig. 1A zeigt eine Vorrichtung zum Mischen eines Eingangssignals IRF mit einer ersten Frequenz RF mit einem Eingangssignal ILO mit einer zweiten Frequenz LO eines Empfangsoszillators, nicht dargestellt, und um ein Ausgangssignal OIF mit einer Zwischenfrequenz IF zu liefern, mit Unterdrückung der Oberschwingungen der Frequenz LO des Empfangsoszillators bis zu einer hohen Größenordnung. Diese Vorrichtung enthält:
einen Ring-Mischer 17 mit doppelt getrimmten Feldeffekttransistoren 12, 13, 14, 15 mit einem ersten Eingangspaar 3, 4 für ein erstes Signal I(RF) mit einer ersten Frequenz RF und seinen Zusatz I(RFB), mit einem Ausgangspaar 5, 6 für ein zweites Signal O(IF) mit der Zwischenfrequenz IF und seinen Zusatz O(IFB), und mit einem zweiten Eingangspaar 1, 2 für ein drittes Signal I(LO) mit der Frequenz LO des Empfangsoszillators und seinen Zusatz I(LOB),
einen ersten Koppler 18 mit einer sogenannten externen Eingangsklemme 10 für das Eingangssignal IRF mit der ersten Frequenz RF, und ein sogenanntes internes Paar Ausgangsklemmen 3' und 4' für das besagte erste Signal und seinen Zusatz I(RF) und I(RFB), mit den Klemmen des ersten Eingangspaares 3 und 4 des Ring-Mischers 17 verbunden,
einen zweiten Koppler 19 mit zwei sogenannten internen Eingangsklemme 5' und 6' für das zweite Signal O(IF) und sein Zusatz O(IFB), mit den Klemmen des Ausgangspaares 5, 6 des Ring-Mischers 17 verbunden, und eine sogenannte externe Ausgangsklemme 8 für das besagte Ausgangssignal OIF mit der Zwischenfrequenz IF,
einen dritten Koppler 20 mit einer sogenannten externen Eingangsklemme 7 für das Eingangssignal ILO aus einem Empfangsoszillator, und ein sogenanntes internes Paar Ausgangsklemmen 1' und 2' für das besagte dritte Signal I(LO) und seinen Zusatz I(LOB), mit den Klemmen des zweiten Eingangspaares 1 und 2 des Ring-Mischers 17 verbunden.
Die Signale am Eingang und am Ausgang der Koppler sind respektive auf unterschiedliche Art bezeichnet, da die besagten Koppler gewissermaßen die Phase der an den internen Klemmen vorhandenen Signale angesichts der an den externen Klemmen vorhandenen Signale schieben können.
Die Schaltung des Ring-Mischers 17 enthält vier Feldeffekttransistoren 12, 13, 14, 15 mit jeweils Gate-, Drain- und Source-Elektroden, im Ring geschaltet, mit:
den Drains der angrenzenden Transistoren 12 und 13 einerseits, und 14 und 15 andererseits paarweise gekoppelt, um das erste Paar Eingangsklemmen 3, 4 zu bilden,
den Gates der nicht angrenzenden Transistoren 13 und 15 einerseits, und 12 und 14 andererseits paarweise über Kreuz gekoppelt, um das zweite Paar Eingangsklemmen 1, 2 zu liefern,
und den Sources der Angrenzenden Transistoren 13 und 14 einerseits, und 15 und 12 andererseits paarweise gekoppelt, um das Paar Ausgangsklemmen 5, 6 zu liefern.
Diese Schaltung des Ring-Mischers enthält zudem Gate-Drain-Gleichstrom- Polarisierungsverfahren der Transistoren. Diese Polarisierungsverfahren enthalten:
die Anwendung einer Polarisierungsspannung VG über einen Widerstand R0 an die gekoppelten Gates der Transistoren 12 und 14,
die Anwendung einer Polarisierungsspannung VG über einen Widerstand R1 an die gekoppelten Gates der Transistoren 13 und 15,
die Verbindung der gekoppelten Drains 3 der Transistoren 12 und 13 mit der Masse über einen Widerstand R3,
die Verbindung der gekoppelten Drains 4 der Transistoren 14 und 15 mit der Masse über einen Widerstand R4.
Die Feldeffekttransistoren können vom Typ MESFET oder besser vom Typ MOSFET sein.
In bezug auf Fig. 1B der Schaltung bestehen der erste und der zweite Koppler 18, 19 jeweils aus zwei identischen passiven Phasenschieb-Unterschaltungen, gebildet aus georteten Elementen mit der respektiven Bezeichnung 300 und 400 für den ersten Koppler 18, und 500 und 600 für den zweiten Koppler 19, und symmetrisch geschaltet, damit die Impedanzen für den ersten und den zweiten Koppler unabhängig an der besagten ersten und zweiten internen Klemme angesichts der Masse identisch sind. Daraus ergeht, daß die Eingangsklemme 3 und die Eingangsklemme 4 des Ring-Mischers 17 genau dieselben Impedanzen angesichts der Masse erhalten, und die Ausgangsklemme 5 und die Ausgangsklemme 6 des Ring-Mischers 17 erhalten genau dieselbe Impedanz angesichts der Masse. Der erste und der zweite Koppler 18, 19 werden symmetrische Koppler bezeichnet.
Im ersten symmetrischen Koppler 18 haben die erste Unterschaltung 300 und die zweite Unterschaltung 400 jeweils eine erste und eine zweite externe Klemme, respektive 33, 39 und 43, 49, und sie haben jeweils respektive eine erste und eine zweite interne Klemme, respektive 38, 34 und 48, 44. Die beiden Unterschaltungen 300, 400 sind symmetrisch geschaltet. Zu diesem Zweck ist die erste externe Klemme 33 der ersten Unterschaltung 300 an die externe Klemme 10 des entsprechenden Kopplers 18 angeschlossen, wo das Eingangssignal IRF mit der ersten Frequenz RF zugeführt wird, und die erste externe Klemme 43 der zweiten Unterschaltung 400 ist an eine Ladung R11 angeschlossen, entsprechend dem Wert der Impedanz des Generators des besagten Eingangssignals mit der ersten Frequenz RF. Die zweiten externen Klemmen, respektive 39 und 49, der ersten und der zweiten Unterschaltung sind über Kreuz an die ersten internen Klemmen, respektive 48 und 38, der zweiten und der ersten Unterschaltung gekoppelt. Diese Kopplungsstellen bilden die internen Klemmen 3', 4' des entsprechenden Kopplers 18. Die zweiten internen Klemmen, respektive 34 und 44, der ersten und der zweiten Unterschaltung, sind frei.
Im zweiten symmetrischen Koppler 19 haben die erste Unterschaltung 500 und die zweite Unterschaltung 600 jeweils eine erste und eine zweite externe Klemme, respektive 53, 59 und 63, 69, und sie haben jeweils respektive eine erste und eine zweite interne Klemme, respektive 58, 54 und 68, 64. Die beiden Unterschaltungen 500, 600 sind symmetrisch geschaltet. Zu diesem Zweck ist die erste externe Klemme 53 der ersten Unterschaltung 500 an die externe Klemme 8 des entsprechenden Kopplers 19 angeschlossen, wo das Ausgangssignal OIF mit der Zwischenfrequenz IF verfügbar ist, und die erste externe Klemme 63 der zweiten Unterschaltung 600 ist an eine Ladung R9 angeschlossen, entsprechend dem Wert der Impedanz des Ausgangs. Die zweiten externen Klemmen, respektive 59 und 69, der ersten und der zweiten Unterschaltung sind über Kreuz an die ersten internen Klemmen, respektive 68 und 58, der zweiten und der ersten Unterschaltung gekoppelt. Diese Kopplungsstellen bilden die, internen Klemmen 5', 6' des entsprechenden Kopplers 19. Die zweiten internen Klemmen, respektive 54 und 64, der ersten und der zweiten Unterschaltung, sind frei.
Das an der zweiten externen Klemme (39, 49) vorhandene Signal jeder Unterschaltung des ersten Kopplers 18 weist eine Phasenschiebung um 180º in bezug auf das an der ersten internen Klemme (38, 48) vorhandene Signal auf, womit die an den internen Klemmen des ersten Kopplers 18 vorhandenen Signale einer Phasenschiebung um 180º unterliegen.
Der erste Koppler 18 hat eine Phasen-Trennfunktion, da er zwei Signale I(RF) und I(RFB) in Gegenphasigkeit liefert, anhand des Eingangssignals IRF mit der Eingangsfrequenz RF.
Das an der zweiten externen Klemme (59, 69) vorhandene Signal jeder Unterschaltung des ersten Kopplers 19 weist eine Phasenschiebung um 180º in bezug auf das an der ersten internen Klemme (58, 68) vorhandene Signal auf, womit die an den internen Klemmen 5', 6' des zweiten Kopplers 19 vorhandenen Signale O(IF) und O(IFB) einer Phasenschiebung um 180º unterliegen.
Der zweite Koppler 19 hat demnach eine Verbindungsfunktion, da er das Ausgangssignal OIF mit der Zwischenfrequenz anhand der zwei Signale O(IF) und O(IFB) in Gegenphasigkeit liefert.
In bezug auf die Fig. 2A und Fig. 2B wird jede passive Phasenschieb- Unterschaltung 300, 400, 500, 600 gebildet aus:
einer Kapazität 37, 47, 57, 67, zwischen der ersten externen Klemme 33, 43, 53, 63 und der ersten internen Klemme 38, 48, 58, 68 geschaltet,
einer Induktanz 30, 40, 50, 60, zwischen der ersten externen Klemme und der zweiten externen Klemme 39, 49, 59, 69 geschaltet,
einer Kapazität 35, 45, 55, 65 zwischen der zweiten externen Klemme und der Masse,
einer Induktanz 31, 41, 51, 61 zwischen der zweiten externen Klemme und der zweiten internen Klemme 34, 44, 54, 64,
einer Induktanz 32, 42, 52, 62 zwischen der zweiten internen Klemme und der ersten internen Klemme,
mit einer Kapazität 36, 46, 56, 66 zwischen der zweiten internen Klemme und der Masse.
Die Werte der georteten Elemente zur Bildung der ersten und der zweiten Unterschaltung des ersten Kopplers 18 sind respektive exakt identisch. Die Werte der georteten Elemente zur Bildung der ersten und der zweiten Unterschaltung des zweiten Kopplers 19 sind respektive exakt identisch.
In bezug auf Fig. 3 beinhaltet der dritte Koppler 20 vorzugsweise eine Differential-Verstärkerstufe und eine Pufferstufe.
Die Differential-Verstärkerstufe enthält zwei Feldeffekttransistoren 70 und 71, über ihre gemeinsamen Sources an den Drain eines Transistors 72 gekoppelt, als Stromquelle mit seiner Source und seinem Gate, an der Masse vereint, geschaltet. Die Drains der Differential-Transistoren sind mit einer Polarisierungsspannung VDD über einen Widerstand, respektive 76 und 77, polarisiert. Die Anschlußstellen dieser Widerstände 76 und 77 mit ihren die Polarisierungsspannung VDD abgebenden Klemmen sind über einen Widerstand 74 und eine Kapazität 75 parallel gekoppelt. Das Eingangssignal ILO auf dem Empfangsoszillator wird dem Gate des ersten und des zweiten Differential-Transistors 70, 71 zugeführt, an eine Impedanz 73, mit dem Gate des ersten Differential-Transistors 70 und der Masse verbunden, wobei das Gate des zweiten Differential-Transistors 71 außerdem mit der Masse verbunden ist. Die Gates der beiden Differential-Transistoren 70, 71 sind über eine Schaltung aus zwei parallelen Widerständen 78 und 79 polarisiert, wovon die Kopplungsstelle mit der Polarisierungsspannung VDD über einen Widerstand 83 verbunden ist, und über einen Widerstand 82 mit der Masse verbunden ist.
Die Pufferstufe enthält ein erstes Paar Feldeffekttransistoren mit einem unteren 86 und einem oberen 84 Transistor, in Serie zwischen die Masse und eine Klemme für die Polarisierungsspannung VDD geschaltet, und ein zweites Paar Feldeffekttransistoren mit einem unteren 87 und einem oberen 85 Transistor, in Serie zwischen die Masse und eine Klemme für die Polarisierungsspannung VDD geschaltet. Die Drains der Differential- Transistoren 70, 71 sind direkt an die Gates der oberen Transistoren 84 und 85 des ersten und des zweiten Transistorpaars der respektiven Pufferstufe angeschlossen, und sind direkt an die Gates der unteren Transistoren 87 und 86 des zweiten und des ersten Transistors respektive dieser Pufferstufe angeschlossen. Die Gates der unteren Transistoren sind zudem in bezug auf die Masse über die Widerstände 88 und 89 polarisiert.
Die dritten Signale I(OL) und I(OLB) in Gegenphasigkeit zu der Frequenz des Empfangsoszillators sind an den Klemmen 1' und 2' verfügbar, an den gemeinsamen Stellen der oberen und unteren Transistoren.
Dank dieser symmetrischen Schaltung der Differential-Stufen und Puffer erhält der Ring- Mischer 17 identische Impedanzen angesichts der Masse an seinen zweiten Eingangsklemmen 1 und 2.
Als Beispiel wurde eine Vorrichtung gemäß der weiter oben beschriebenen mit folgenden Spezifikationen erstellt:
Eingangsfrequenz RF 13-14,5 GHz
Ausgangsfrequenz IF 10,95-12,75 GHz
Frequenz OL 1,25-3, 3 GHz
Verbrauch < 500 mW

Im ersten Koppler (18)

R11 = 50 Ω
Die Induktanzen (30, 31, 32) = 1 nH jeweils
Die Induktanzen (40, 41, 42) = 1 nH jeweils
Die Kapazitäten (37, 47) 0,1 pF jeweils
Die Kapazitäten (35, 36; 45, 46) 1 pF jeweils
Im zweite Koppler (19)
R9 = 50 Ω
Die Induktanzen (50, 51, 52) = 1 nH jeweils
Die Induktanzen (60, 61, 62) = 1 nH jeweils
Die Kapazitäten (57, 67) 0,1 pF jeweils
Die Kapazitäten (55, 56; 65, 66) 1 pF jeweils
Die Gleichstrom-Isolationskapazitäten haben einen Wert von ca. 3 pF.
Im Mischer
VG = -1 V
Die Widerstände R3 = R4 = 5 kΩ
Die Gate-Breite der MESFET-Transistoren = 140 um jeweils
Im dritten Koppler VDD = 8 V
Die Gate-Breiten der Transistoren der Differential-Stufe = 180 um.
Die Gate-Breiten der Transistoren der Puffer-Stufe = 70 um.
Die Widerstände (76, 77) = 260 Ω jeweils.
Die Widerstände (78, 79) = 7 kΩ jeweils.
Die Widerstände (88, 89) = 10 kΩ jeweils.
Eine Vorrichtung gemäß der weiter oben beschriebenen wurde auf einem Substrat der chemischen Gruppe III-V integriert, vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs), um eine Halbleiterschaltung monolithisch integrierter Hyperfrequenz (MMIC) zu bilden.
Eine Vorrichtung gemäß der weiter oben beschriebenen wurde in einem Frequenzwandler verwendet. Sie kann auch vorteilhaft ein einem Fernmelde-Sender und/oder Empfänger eingesetzt werden. Diese Vorrichtung kann z. B. in der Satellitenübertragung verwendet werden, oder z. B. bei der Hochfrequenz-Funkübertragung für das Telefon, Fernsehen etc.

Claims

1. Vorrichtung zum Mischen eines Eingangssignals (IRF) mit einer ersten Frequenz (RF) mit einem Eingangssignal (ILO) aus einem Empfangsoszillator mit einer zweiten Frequenz (LO), und zum Abgeben eines Ausgangssignals (OIF) mit einer Zwischenfrequenz (IF), mit Unterdrückung der Oberschwingungen der zweiten Frequenz (LO) bis zu einer sehr hohen Größenordnung, z. B. über 10, wobei diese Schaltung enthält:

einen Ring-Mischer (17) mit doppelt getrimmten Feldeffekttransistoren (12, 13, 14, 15) mit einem ersten und einem zweiten Paar Eingangsklemmen (3, 4; 1, 2) und mit einem Paar Ausgangsklemmen (5, 6),

einen ersten und einen zweiten Koppler (18, 19), respektive Phasen-Trenner und Zusammenführer für das besagte Eingangssignal (IRF) mit der ersten Frequenz (RF) und das Ausgangssignal (OIF) mit der Zwischenfrequenz (IF), respektive mit dem ersten Paar Eingangsklemmen (3, 4) und dem Paar Ausgangsklemmen (5, 6) des Ring-Mischers (17) verbunden,

Vorrichtung, in der der erste und der zweite Koppler (18, 19) respektive aus einer ersten und einer zweiten identischen passiven Phasenschieb-Unterschaltung (300, 400; 500, 600) aus georteten Elementen gebildet wird, und symmetrisch geschaltet, damit die Impedanzen respektive an den Klemmen des ersten Eingangspaars und den Klemmen des Ausgangspaars des Mischers identisch sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der erste und der zweite Koppler (18, 19) jeweils eine sogenannte externe Klemme (10, 8) aufweisen, für respektive das besagte Eingangssignal (IRF) mit der ersten Frequenz (RF) und das Ausgangssignal (OIF) mit der Zwischenfrequenz (IF), und ein sogenanntes internes Klemmenpaar (3', 4'; 5', 6') für respektive erste Signale in Gegenphasigkeit zu der Frequenz des besagten Eingangssignals (I(RF), I(RFB)) und zweite Signale in Gegenphasigkeit (I(IF), I(IFB)) zur Frequenz des Ausgangssignals, und sie sind respektive mit dem ersten Paar Eingangsklemmen (3, 4) und dem Paar Ausgangsklemmen (5, 6) des Ring-Mischers (17) verbunden,

und in der im ersten und im zweiten Koppler (18, 19) die erste und zweite Unter-Schaltung jeweils eine erste und eine zweite externe Klemme aufweisen, und eine erste und eine zweite interne Klemme, und sie sind symmetrisch mit der ersten externen Klemme (33, 53) der ersten Unter-Schaltung (300, 500) geschaltet, mit der externen Klemme (10, 8) des entsprechenden Kopplers (18, 19) verbunden, und der ersten externen Klemme (43, 63) der zweiten Unter-Schaltung (400, 600), mit einer Ladung (R11, R9) verbunden, und der zweiten externen Klemme (39, 49; 59, 69) jeder Unter-Schaltung, kreuzweise gekoppelt mit der ersten internen Klemme (38, 48; 58, 68) der symmetrischen Unter- Schaltung, wobei diese gekoppelten Klemmen respektive mit der ersten und der zweiten internen Klemme (3', 4'; 5', 6') des entsprechenden Kopplers (18, 19) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der jede passive Phasenschieb-Unter- Schaltung besteht aus:

einer Kapazität (37, 47, 57, 67), zwischen der ersten externen Klemme (33, 43, 53, 63) und der ersten internen Klemme (38, 48, 58, 68) geschaltet, einer Induktanz (30, 40, 50, 60), zwischen der besagten ersten externen Klemme und der zweiten externen Klemme (39, 49, 59, 69) geschaltet, einer Kapazität (35, 45, 55, 65) zwischen der besagten zweiten externen Klemme und der Masse, einer Induktanz (31, 41, 51, 61) zwischen der zweiten externen Klemme und der zweiten internen Klemme (34, 44, 54, 64), und einer Induktanz (32, 42, 52, 62) zwischen der besagten zweiten und der besagten ersten internen Klemme, und mit einer Kapazität (36, 46, 56, 66) zwischen der besagten zweiten internen Klemme und der Masse.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, in der die Ring-Mischer-Schaltung (17) vier Feldeffekttransistoren (12, 13, 14, 15) enthält, mit jeweils Gate-, Drain- und Source- Elektroden, im Ring geschaltet, mit den Drains der angrenzenden Transistoren gekoppelt, um das erste Paar Eingangsklemmen (3, 4) zu bilden, den Sources der Angrenzenden Transistoren gekoppelt, um das Paar Ausgangsklemmen (5, 6) zu liefern, und den Gates der nicht angrenzenden Transistoren paarweise über Kreuz gekoppelt, um das zweite Paar Eingangsklemmen (1, 2) zu liefern, wobei diese Schaltung zudem Gate-Drain-Gleichstrom- Polarisierungsverfahren (VG, R3; VG, R4) der Transistoren enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, mit einem dritten Koppler (20) mit einer sogenannten externen Eingangsklemme (7) für das besagte Eingangssignal (ILO) mit der Frequenz des Empfangsoszillators, und einem sogenannten internen Klemmenpaar (1', 2') für ein drittes Signal und seinen Zusatz (I(LO), I(LOB)) mit der Frequenz des besagten Signals des Empfangsoszillators, mit dem zweiten Paar Eingangsklemmen (1, 2) des Ring-Mischers (17) verbunden, in dem die Impedanzen an den besagten ersten und zweiten internen Klemmen angesichts der Masse identisch sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, in der der dritte Koppler eine Differential- Verstärkerstufe mit Feldeffekttransistoren enthält, die an der externen Klemme (7) das Eingangssignal ILO mit der Frequenz (LO) des Empfangsoszillators erhält, und eine symmetrische Pufferstufe mit Feldeffekttransistoren, ausgehend an den internen Klemmen (1', 2') mit symmetrischen identischen Impedanzen angesichts der Masse.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der die Feldeffekttransistoren des Mischers (17) vom Typ MESFET sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der die Feldeffekttransistoren des Mischers (17) vom Typ MOSFET sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die auf einem Halbleitersubstrat oder Halbisolator aus einem Material der Gruppe III-IV monolithisch integriert ist, um in Hyperfrequenzen (MMIC) zu arbeiten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, für einen Betrieb mit einem Eingangssignal (IRF) und einem Ausgangssignal (OIF) mit nahen Frequenzen, die ca. fünf bis fünfzehn mal dem Wert der Frequenz des Signals (ILO) des Empfangsoszillators entsprechen.

11. Frequenz-Wandlungs-Gerät mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Sende- und/oder Empfangsgerät mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

13. Gerät nach Anspruch 12 für die Übertragung von Funksignalen.