DE1065026B - Hohlleiter-Brueckenschaltung fuer Mikrowellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Hohlleiter-Brückenschaltung als Mischer oder Frequenzumsetzer für Mikrowellen, bei der zur Entkopplung die Mikrowellen einerseits als H_i0-Wellen und andererseits als Lecherwellen zwei in einem Hohlleiter liegenden Mischdioden zugeführt werden.

Brückenschaltungen werden in der Elektrotechnik sehr vielseitig angewendet. Sie dienen entweder in der Meßtechnik zur vergleichenden Messung elektrischer Größen oder sie werden dort angewendet, wo zwei gegeneinander zu entkoppelnde Stromkreise auf der gleichen Leitung arbeiten. Hierzu gehören Gabelschaltungen sowie Anordnungen zur Frequenzmischung oder Vervielfachung.

Auch für den Bereich der Mikrowellen sind solche Brückenschaltungen bekannt. Diese sind nicht mehr aus konzentrierten Schaltelementen, sondern aus entsprechenden Leitungselementen aufgebaut und unter der Bezeichnung »magischer Ring«, »magisches T« oder »magisches Y« bekannt. Die Anwendung der bekannten Schaltungen für eine Frequenzmischung oder -Umsetzung bringt bekanntlich den Nachteil mit sich, daß diese mit /l/4-Leitungselementen arbeitenden Anordnungen sehr sperrig aufgebaut sind. Bei dem beträchtlichen Raumbedarf einer solchen Brückenschaltung als Mischer liegen zwangläufig die Dioden bzw. die erforderlichen Anschlüsse verhältnismäßig weit auseinander. Dies hat zur Folge, daß sich ungünstig lange Zwischenfrequenzleitungen ergeben. Außerdem bereitet bei den bekannten Schaltungen die Nachstimmung auf eine andere Betriebsfrequenz oder die Vornahme eines Diodenwechsels erhebliche Schwierigkeiten in bezug auf die anzupassenden Leitungen.

Bei einer bekannten Anordnung werden diese Nachteile vermieden. Dabei werden die Oszillatorfrequenz in Form von Lecherwellen über ein Koaxialkabel und die Eingangsfrequenz in Form von Hohlleiterwellen über einen rechteckigen Hohlleiter einem Mischraum zugeführt, der zwei imGegentaktgeschalteteDiodenaufweist.

Die entstehende Zwischenfrequenz wird durch eine Wand des Hohlleiters symmetrisch herausgeführt. Mit dieser Anordung läßt sich eine gute Entkoppelung der Empfangsfrequenz von der benachbarten Oszillatorfrequenz in gedrängter Form erreichen.

Ferner sind Anordnungen bekannt, bei denen ebenfalls die Eingangsfrequenz über einen Hohlleiter und die Oszillatorfrequenz über eine Koaxialleitung einem gemeinsamen Mischraum in verschiedenen Wellenformen zugeführt werden. Als Mischraum ist dabei ein besonderer Hohlraumresonator vorgesehen. Soweit bei diesen bekannten Anordnungen die Dioden zur Erzielung eines möglichst großen Ausgangspegels in Gegentakt geschaltet sind, läßt sich jedoch nur eine symmetrische Zwischenfrequenzspannung gewinnen.

Hohlleiter-Brückenschaltung
für Mikrowellen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dr.-Ing. Martin Müller, Pforzheim,
ist als Erfinder genannt worden

Eine symmetrische Zwischenfrequenzspannung ist jedoch in vielen Fällen nicht !erwünscht oder mit Schaltungsschwierigkeiten verbunden. Deshalb wird mit der Erfindung eine Anordnung mit unsymmetrischem Zwischenfrequenzausgang geschaffen, die auch für Höchstfrequenzen geeignet ist, da bei ihr der Gebrauch von Koaxialleitungen vollständig vermieden wird. ; ■

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter einen teilweise in seiner Längsrichtung sich erstreckenden Innenleiter und einen senkrecht zu diesem und zur Übertragungsrichtung des Hohlleiters liegenden leitenden Quersteg, aufweist, der mit mindestens einer Seitenwand kapazitiv hochfrequenzmäßig und mit dem Innenleiter galvanisch verbunden ist und durch eine Öffnung der Seitenwand aus dem Hohlleiter herausgeführt ist, und daß der nach außen über den . Quersteg angeschlossene Verbindungspunkt der Dioden als Anschluß einer unsymmetrisch gegen Masse liegenden ZF-Spannung dient.

Während der eingebrachte Innenleiter für die im Hohlleiter auftretenden H₁₀-Wellen nur eine sehr geringe kapazitive Belastung darstellt, ist andererseits eine Übertragung der L-Wellen über das Ende des Innenleiters hinaus nicht möglich, da deren Felder sich dort gegenseitig auslöschen. Dabei hat sich ergeben, daß ohne Schwierigkeiten eine Dämpfung von etwa 30 bis 50 db erreicht wird. Um die längs des Innenleiters zwischen den benachbarten Hohlleiterwandungen sich nach Art einer koaxialen Leitung ausbreitenden L-Wellen ein- bzw. auszukoppeln, wird

909 627/287

gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das andere Ende des eingebrachten Innenleiters durch einen koaxialen Leitungsübergang an einen zweiten Hohlleiter angekoppelt ist. ■ ■ . · · ■

Ein solcher koaxialer Leitungsübergang kann beispielsweise in der Fortführung des Innenleiters durch eine zentrale öffnung in einer Abschluß wand des ersten Hohlleiters vorgenommen werden, durch die die H₁₀-Wellen bekanntlich nicht hindurchtreten können. Dabei wird diese Abschlußwand zweckmäßig auf optimale Anpassung der H₁₀-Wellen an die Dioden bemessen. Der hierdurch geführte Innenleiter durchsetzt dann in bekannter Weise den Innenraum des angekoppelten zweiten Hohlleiters, der sich senkrecht zum Hohlleiter der Brückenschaltung erstreckt und dadurch von den L-Wellen angeregt werden kann.

Um auch den Ausgang der Brückenschaltung für die L-Wellen optimal zu bemessen, wird vorgeschlagen, daß der Innenleiter zwecks Anpassung eine als Serienkapazität wirkende Unterbrechung aufweist, deren Länge vorzugsweise dadurch veränderbar ist, daß der am koaxialen Leitungsübergang durch den Innenraum des zweiten Hohlleiters ragende Teil des Innenleiters beispielsweise mit einer Schraube einstellbar ist.

Die eigentliche Mischung der beiden Hochfrequenzen bzw. die Umsetzung einer Hohlleiterfrequenz mit Hilfe einer Oszillatorfrequenz wird dadurch vorgenommen, daß in bekannter Weise an der Anschlußstelle der beiden Mischdioden senkrecht zur Übertragungsrichtung des Hohlleiters ein leitender Quersteg angeordnet ist. Dieser stellt die Verbindung des gemeinsamen Anschlusses der Dioden mit Masse oder mit einem Zwischenfrequenzanschluß dar.

Die grundsätzliche Schaltung dieses Anschlusses wird in bekannter Weise so· vorgenommen, daß der leitende Quersteg beide Seitenwände des Hohlleiters miteinander verbindet, daß die beiden Dioden gegeneinander und damit im Gegentakt bezüglich des Innenleiters geschaltet sind und daß die beiden äußeren Enden dieser Dioden einen symmetrischen Zwischenfrequenzanschluß bilden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der leitende Quersteg nur mit einer Seitenwand hochfrequenzmäßig kapazitiv verbunden und durch eine öffnung nach außen fortgeführt ist, daß die nun verschieden gepolten Dioden beide mit ihren äußeren Anschlüssen mit Masse verbunden sind und daß der nach außen über den Quersteg angeschlossene Verbindungspunkt der Dioden als Anschluß einer unsymmetrisch, gegen Masse liegenden ZF-Spannung dient. Die.Dioden erscheinen hierdurch für die ZF als parallel geschaltet. Dabei ist es vorteilhaft, für die Mikrowellen im Hohlleiter die Anordnung so zu bemessen, daß die hochfrequenzmäßig kapazitive Verbindung des leitenden Quersteges als Λ/4-Resonanzglied bemessen ist.

Um nun die bekannten Vorteile des durch Serienschaltung der Dioden erzielbaren hohen ZF-Widerstandes des Mischers mit den Vorteilen eines unsymmetrischen Zwischenfrequenzanschlusses zu vereinen, wird ferner vorgeschlagen, diesen nach außen führenden Quersteg unter Verwendung zweier gegeneinander geschalteten Dioden so· zu bemessen, daß er durch eine außerhalb des Hohlleiters angeordnete Zusatzkapazität bezüglich der Zwischenfrequenz symmetriert ist und daß dabei der Zwischenfrequenzanschluß von außen her unsymmetrisch über die beiden einander entgegengesetzt, gepolten Dioden in der Weise vorgenommen ist, daß das äußere Ende der einen Diode als ein' Anschluß und das äußere Ende der anderen Diode aber mit der auf Massepötential liegenden Hohlleiterwand als zweiter Anschluß der damit in bezug auf den Mischer symmetrischen Zwischenfrequenz dient.
Ferner wird vorgeschlagen, daß der symmetrierte Quersteg galvanisch über eine die Zwischenfrequenz sperrende Drossel durch den für die Dioden vorgesehenen Gleichspannungskreis schließt.

Um dabei gewissen Toleranzen der Dioden bzw. der

ίο Schaltung auszugleichen, ist es vorteilhaft, daß der gemeinsame Gleichstromanschluß der Dioden an den Abgriff eines für die ZF verbloekten Potentiometers geführt ist, das zur Gleichstromsymmetrierung der Arbeitspunkte der Dioden dient.

Ferner wird diese Brückenschaltung dadurch verbessert, daß zur hochfrequenzmäßigen Symmetrierung des Hohlleiters außer dem nach der einen. Seitenwand führenden Quersteg ein zwaiter Quersteg mit der gegenüberliegenden Seitenwand in Verbindung steht und daß dieser mit der Verbindungsstelle der Dioden gekoppelt ist und zum Ausgleich von Impedanzunterschieden der beiden Dioden in seiner räumlichen Lage mit Hilfe einer isolierten Stellschraube einstellbar ist. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Hohl-

■25 leiter-Brückenschaltung kann damit jederzeit bei Abstimmung auf eine andere Frequenz oder beim Auswechseln einer Diode auf optimales Betriebsverhalten nachgestimmt werden, wobei sich der für das Leistungsoptimum eingestellte Zustand nur unwesentsich von dem für die optimale Symmetrierung unterscheidet.

Die vorgeschlagene Brückenschaltung, die sowohl zur Erzeugung einer Zwischenfrequenz als auch zu einer entsprechenden Frequenzumsetzung einer Mikrowelle mit Hilfe einer Zwischenfrequenz dienen kann, eignet sich ebenfalls als Frequenzvervielfacher, wobei der als Ausgang dienende Hohlleiter so bemessen ist, daß seine Grenzfrequenz größer ist als die Grundfrequenz bzw. die unterhalb der Ausgangsfrequenz liegenden nicht gewünschten Harmonischen.

Die Erfindung wird auf Grund von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine Brückenschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 stellen einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit unsymmetrischem Zwischenfrequenz-Ausgang dar.

In Fig. 1 ist ein Hohlleiter 1 rechteckigen Querschnittes mit einem Innenleiter 2 versehen. Ausschließlich die längs dieses Innenleiters übertragenen L-Wellen stehen mit einem zweiten Hohlleiter 3 über ein koaxiales Kopplungsstück 4 in Verbindung. Diese Kopplung erfolgt einmal direkt auf den Ausgang bzw. Eingang und zum anderen in bekannter Weise über eine Reflexion an der einstellbaren Λ/4-Länge eines am gegenüberliegenden Ende des zweiten Hohlleiters 3 angebrachten Kurzschlusses 5. Zur besseren Anpassung an¹ die Impedanz der Dioden ist bei 6 eine kapazitive Unterbrechung des Innenleiters vorgesehen,

6a deren Wert durch eine Stellschraube auf der Außenseite des Hohlleiters 3 abstimmbar ist. Am anderen Ende des Innenleiters 2 sind zwei Dioden 7 und 8 angeschlossen. Die entstehende Zwischenfrequenz wird von den Punkten 9 und 10 abgeleitet.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung. Wie daraus ersichtlich, liegen beide Dioden für die Hohlleiterwelle gleichmäßig gepolt in Serie. Ein leitender Quersteg 15 ist dabei nur nach einer Seitenwand, hingeführt und mit einer dem Hohlleiter hochfrequenzmäßig als A/4-Sperre in be-

Claims (10)

kannter Weise abschließenden Kapazität 16 versehen. Der Zwischenfrequenz- bzw. der Gleichstromanschluß der Dioden ist mit 14 bezeichnet. Die beiden Dioden sind für die Zwischenfrequenz parallel geschaltet. Dadurch ist der Realteil der Zwischenfrequenzimpedanz nur halb so groß wie der einer einzelnen Diode. Diese Schaltung ist also in Verbindung mit der in der ZF-Leitun'g aufhebenden geringen Kapazität wegen ihres niedrigen reellen Widerstandes in solchen Fällen besonders vorteilhaft anzuwenden, wo eine große Bandbreite gewünscht wird. Sie eignet sich damit beispielsweise für einen Eingangsmischer, dessen ZF-Kreis nur durch die Dioden bedämpft ist. Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Dabei sind die Dioden gegeneinander geschaltet, arbeiten also im Gegentakt, was aus Gründen der Symmetrierung erwünscht ist. Es liegt aber nur eine Diode an dem mit einer Kapazität 19 hochfrequenzmäßig verblockten Zwischenfrequenzanschluß, während die andere Diode an Masse gelegt ist. Die Zwischenfrequenz ist außen unsymmetrisch angeschlossen, in bezug auf die Mischanordnung jedoch symmetriert. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Kondensator 21 vorgesehen ist, dessen Größe der gestrichelt angedeuteten Kapazität des Quersteges entspricht. Ferner ist die Gleichspannung über eine die Zwischenfrequenz sperrende Drosselspule 22 angeschlossen. Ein. Potentiometer 23, das seinerseits für die Zwischenfrequenz mit Hilfe eines Kondensators 24 überbrückt ist, gestattet einen Abgleich der beiden Diodenarbeitspunkte. Mit 25 ist die Induktivität -des Zwischenfrequenzkreises bezeichnet. Die Fig. 3 zeigt außerdem einen zweiten Quersteg 26, ähnlich dem Quersteg 15, der am Ende der gegenüberliegenden Seitenwand des Hohlleiters angebracht ist. Dieser zweite Steg ist kapazitiv an den Verbindungspunkt der Dioden in der Weise angekoppelt, daß die Anordnung auch hochfrequenzmäßig wirkt. Um ferner auch gewisse Impedanzunterschiede bei den. Dioden ausgleichen zu können, ist an diesem Teil des Hohlleiters noch eine isolierte Einstellschraube 27 angeordnet. Diese dient dazu, die räumliche Lage des zweiten Quersteges in bezug auf die beiden Dioden auf einen optimalen Symmetriewert festzulegen. Da bei dieser Anordnung die Dioden für die Zwischenfrequenz in. Serie geschaltet sind, ist der wirksame Impedanzwert doppelt so groß wie derjenige einer einzelnen Diode. Diese Schaltung eignet sich damit besonders als Anodenlast einer ZF-Ausgangsröhre und als Empfindlichkeitsmischer bei einer Gitterbasiseingangschaltung des entsprechenden ZF-Verstärkers, bei der bekanntlich ein hoher Quellwiderstand rauschmindernd wirkt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können entsprechend auch zur Frequenzvervielfachung verwendet werden. Dabei ergibt sich als besonderer Vorteil, daß neben der Grundwelle auch die dritte Harmonische wirksam unterdrückt werden kann. Die Unterdrückung der Grundwelle läßt sich dabei auf einen beliebig hohen Wert bringen durch entsprechende Wahl der Grenzfrequenz und der Länge des ausgangsscitigcn Hohlleiters. P Λ T K N T Λ N S P R 0 C H E :

1. Hohlleiter-Brückenschaltung als Mischer oder Frequenzumsetzer für Mikrowellen, bei der zur Entkopplung die Mikrowellen einerseits als H₁₀-Weilen und andererseits als Lecherwellen zwei in einem Hohlleiter liegenden Mischdioden zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter einen teilweise in seiner Längsrichtung sich erstreckenden Innenleiter und einen senkrecht zu diesem und zur Übertragungsrichtung des Hohlleiters liegenden leitenden Quersteg aufweist, der mit mindestens einer Seitenwand kapazitiv hochfrequenzmäßig und mit dem Innenleiter galvanisch verbunden ist und durch eine öffnung der Seitenwand aus dem Hohlleiter herausgeführt ist, und daß der nach außen über den Quersteg angeschlossene Verbindungspunkt der Dioden als Anschluß einer unsymmetrisch gegen Masse liegenden ZF-Spannung dient.

2. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des eingebrachten Innenleiters durch einen koaxialen Leitungsübergang an einen zweiten Hohlleiter angekoppelt ist.

3. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter zwecks Anpassung eine als Serienkapazität wirkende Unterbrechung aufweist, deren Länge vorzugsweise dadurch veränderbar ist, daß der am koaxialen Leitungsübergang durch den Innenraum dies zweiten Hohlleiters ragende Teil des Innenleiters beispielsweise mit einer Schraube einstellbar ist.

4. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, !daß der leitende Quersteg nur mit einer Seitenwand hochfrequenzmäßig kapazitiv verbunden und durch eine öffnung nach außen fortgeführt ist und durch beide Dioden mit ihren Außenanschlüssen mit Masse verbunden und bezüglich des Masseanschlusses verschieden gepolt sind.

5. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenzmäßig kapazitive Verbindung des leitenden Quersteges als /t/4-Resonanzglied bemessen ist.

6. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg durch eine außerhalb des Hohlleiters angeordnete Zusatzkapazität bezüglich der Zwischenfrequenz symmetriert ist und daß dabei der Zwischenfrequenzanschluß von außen her unsymmetrisch über die beiden bezüglich des Steges gleichsinnig gepolten Dioden in der Weise vorgenommen ist, daß das äußere Ende der einen Diode als ein Anschluß, das äußere Ende der anderen Diode aber mit der auf Massepotential liegenden Hohlleiterwand als zweiter Anschluß der damit in bezug auf den Mischer symmetrischen Zwischenfrequenz dient.

7. Brückenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der symmetrierte Quersteg galvanisch über eine die Zwischenfrequenz sperrende Drossel den für die Dioden vorgesehenen Gleichspannungskreis schließt.

8. Brückenschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gleichstromanschluß der Dioden an den. Abgriff eines für die ZF verblockten Potentiometers geführt ist, das zur Gleichstronisymmetrierung der Arbeitspunkte der Dioden dient.

9. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur hochfrequenzmäßigen Symmetrierung des Hohlleiters außer dem nach der einen Seitenwand führenden Quersteg ein zweiter Quersteg mit der gegenüberliegenden Seitenwand in Verbindung steht und daß dieser zweite Quersteg vorzugsweise nun kapazitiv mit der Verbindungsstelle der Dioden gekoppelt ist und zum Ausgleich von Impedanzunterschieden

der beiden Dioden in seiner räumlichen Lage mit Hilfe einer isolierten Stellschraube einstellbar ist.

10. Brückenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Frequenzvervielfacher und dadurch, daß der als Ausgang dienende Hohlleiter so bemessen ist, daß seine Grenzfrequenz größer ist als die Grundfrequenz bzw. die unterhalb der Aus-

gangsfrequenz liegenden nicht gewünschten Harmonischen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 860 504, 887 544, 556;

französische Patentschrift Nr. 890 885; USA.-Patentschriften Nr. 2 561 417, 2 576 481.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909' 627/287 9.59