186113. lajstromszámú szabadalom • Fin vonalas szélessávú, mikrohullámú (milliméteres hullámú/keverő) szubharmonikus keverő áramkör

1

186113

2

A találmány tárgya olyan fin vonalas szélessávú (teljes csőtápvonalsávú) mikrohullámú (millimétereshullámú) keverő áramkör, mely alkalmas igen nagy (több GHz-es) középfrekvenciás (továbbiakban KF) sávszélességű felhasználásra, valamint (megfelelő elektronikus vezérléssel) kedvező tulajdonságú szubharmonikus keverőként is működhet.

Mikrohullámú és millimétereshullámú (a továbbiakban mikrohullámú) méréstechnikai és híradástechnikai rendszerekben és berendezésekben gyakran fellépő feladat keverő illetve szubharmonikus keverő kialakítása.

Keverő és szubharmonikus keverő kialakítására eddig több különféle megoldást alkalmaztak a nagyobb mikrohullámú (millimétereshullámú) frekvenciákon. Ebben a frekvenciasávban igényes feladatok megoldására általában kétdiódás, kiegyenlített keverőt használnak.

A megoldásokat a továbbiakban az alábbi ábrákon szemléltetjük:

1. ábra: Keverő modellje; '

2. ábra: Fin vonal kialakítása;

3. ábra: Dióda elhelyezése fin vonal résében;

4. ábra: Fin vonalas keverő egyszerűsített felépítése;

5. ábra: Lokáloszcillátorszürő új megoldása;

6. ábra: Szalagvonal-koplanár tápvonal átmenet új megoldása;

7. ábra: KF hidegítés új megoldása;

8. ábra: Koplanár tápvonal magasabb módjának kiküszöbölése;

9. ábra: A találmány szerinti szubharmonikus keverő kialakítása.

A kétdiódás, kiegyenlített keverő egyik egyszerű modellje az 1. ábra szerinti megoldás.

A DX diplexer A bemenetére kell a lekeverni kívánt mikrohullámú (a továbbiakban RF) jelet és a helyi oszcillátor (a továbbiakban LO) jelét kapcsolni, a középfrekvencíás (a továbbiakban KF) jel a B csatlakozó ponton csatolható ki, a KI és K2 kimeneteire csatlakozik a keverést létrehozó Dl és D2 dióda.

Az elrendezés realizálásának nehézsége az RF jel és a lokál jel közös vonalra multiplexálása, valamint a KF jel leválasztása, tehát a DX diplexer létrehozása.

Eltekintve a TEM módusú (koax., szalag, stb.) realizálásoktól, melyek általában 18 GHz felett megvalósítási nehézségek, nagyobb csillapítások miatt nem használatosak, ezen frekvenciák felett elsősorben csőtápvonalas hullámvezető jön számításba. A csőtápvonalba helyezett diódákkal működő keverők azonban (a befogásnál és a tokozásnál fellépő jelentős parazita reaktanciák miatt) csak keskenysávú (5—10% relatív sávszélességű) üzemre alkalmasak.

A legutóbbi időkben két újfajta tápvonal elrendezés terjedt el: a koplanár tápvonal és a fin vonal.

Koplanár tápvonal az olyan speciális szalagtápvonal, ahol a meleg vezető szalagot (a dielektrikum azonos oldalán lévő, a meleg vezető szalagtól egy-egy réssel elválasztott) két hideg (föld) vezető veszi körül.

A Fin vonalak elterjedésével lehetővé vált szélessávú keverők realizálása. Ezt szemlélteti a 2. ábra. A fin vonal az R négyszögletes csőtápvonalba behelyezett Dl dielektrikumon kialakított vezető FI és F2 fémrétegekből és a közöttük lévő S résből áll. (Elvileg a vezetők a hordozó dielektrikum nélkül is kialakíthatók, de

gyakorlatilag célszerűbb dielektrikumos hordozó alkalmazása.)

A rés áthidalása technológiailag könnyen és kis járulékos parazita reaktanciákkal megoldható, mint ez a 3. ábrán látható. Itt a D dióda az FI és F2 fémrétegek közé csatlakozik. Két dióda alkalmazásával kiegyenlített keverő készíthető.

Az eddigi elrendezéseknek több hátrányos tulajdonsága van.

— A lokáloszcillátor-oldalon az alkalmazott szűrő általában keskenysávú, teljes csőtápvonalsávot nem fog át, (a szélessávú szűrő csupán bonyolult felépítéssel valósítható meg) és így a lokálfrekvenciasáv leszűkül. Ha viszont egyáltalán nem használunk (lokál) szűrőt, a hasznos KF sávszélesség igen nagymértékben lecsökken (néhányszor száz MHz-re).

— A KF hidegítés tökéletlensége miatt a KF sávszélesség korlátozott lesz, mert a hidegítő kondenzátorok nagyobb KF frekvenciákon már eléggé távol kerülnek a diódáktól.

Célunk a találmánnyal olyan keverőkonstrukció kialakítása, amely a felsorolt hátrányokat megszünteti és további kedvező tulajdonságokat is létrehoz.

A találmány feladata:

— olyan lokáloszcillátor szűrő létrehozása, amely extrém kis bemenő kapacitással (Cbe<0,05 pF) rendelkezik, miáltal a KF oldalt nem terheli;

— olyan KF hidegítési megoldás létrehozása, amely kb. 10 GHz KF frekvenciáig jól használható;

— olyan szalagvonalat, koplanár tápvonalat és fin vonalat tartalmazó keverő konstrukció létrehozása, melynél a szalagvonal — koplanár tápvonal átmenet extrém kis reflexiós tényezőjű (r < 1,1) és amely maximálisan biztosítja a széles LO frekvenciasávú működést;

— olyan kialakítású, hogy teljes csőtápvonalsávszélességben vizsgálva a konverziós csillapítás kis részsávokban sem nő jelentősen meg (a koplanár tápvonal zavaró módustól mentesen működik);

— olyan kialakítású, hogy egy szubharmonikus diplexerrel kiegészítve jó hatásfokú szubharmonikus keverőként működik.

A találmány szerinti fin vonalas szélessávú, mikrohullámú kiegyenlített két diódás keverő egyszerűsített felépítése látható a 4. ábrán. Az A1 lokáloszcillátor kapun belépő lokáloszcillátorjel a WS csőtápvonalszalagvonal átmenet után SZ lokáloszcillátor szűrőre kerül (mely a KF jel lokáloldalra kijutását akadályozza meg), majd a Dl és D2 diódákra az SK koplanár tápvonal-szalagvonal átmenetet követő KT koplanár tápvonalon keresztül kerül a lokálteljesítmény. A hasznos RF jel az A2 bemeneti kapun át, WF csőtápvonal — fin vonal átmenet után kerül a keverő diódákra s a kikeveredő KF jel az SA aluláteresztő szűrőn át jut a B csatlakozó pontra. A Cl és C2 hidegítő kondenzátorok a koplanár tápvonal földvezetőit nagyfrekcenciásan földelik.

A találmány szerint az SZ lokáloszcillátor szűrő új megoldása az S. ábrán látható. A csatolást egy újszerűén kiképzett villásan csatolt tápvonalszakasz adja, amelynek hossza A2/4, vagyis a lokálközépfrekvencia hullámhossz negyede. A villásan csatolt tápvonalszakaszok nyelv alakban kiképzett C3, C4, C5, C6 tápvonalkondenzátorokkal végződnek. Az így kialakított csatolt szakasz csatolása (a két csatolóéi miatt) hozzá5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2