Der zunehmende Umfang der Integration bei Kommuni- kationssystemen für diese Wellenlängen führt auch zu einem gesteigerten Bedarf nach platzsparend mo- nolithisch integrierbaren Frequenzumsetzern.

Ein Aufwärts-Frequenzumsetzer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus Nishikawa et al.,"Broad- band and Compact SiBJT Balanced Up-Converter MMIC using Si 3-D MMIC Technology", IEEE MMT-S Interna- tional Microwave Symposium 2001, Phoenix, Arizona, USA, S. 87-90, bekannt. Bei diesem bekannten Fre- quenzumsetzer liegen die zwei zu mischenden Signa- le, ein Zwischenfrequenzsignal und ein Lokaloszil- latorsignal, jeweils im Gegentakt an den Basen von zwei Bipolartransistoren an und modulieren durch die Bipolartransistoren fließende Ströme, die addi-

tiv zum auszugebenden Hochfrequenzsignal überlagert werden. Die an die Bipolartransistoren angelegten gegenphasigen Lokaloszillatorsignale werden von ei- nem auf dem Substrat integrierten Symmetrierglied geliefert, an dessen Eingang das Lokaloszillator- signal in asymmetrischer Form eingespeist wird. Das Symmetrierglied ist aufgebaut aus einer Mehrzahl von Leiterbahnabschnitten mit jeweils einer Länge k/4 und belegt auf dem Substrat der integrierten Schaltung mehr Platz als alle anderen Schaltungs- komponenten zusammen. Das ebenfalls in symmetri- scher Form benötigte Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz niedriger als die des Lokaloszillatorsig- nals ist, wird der Schaltung über zwei getrennte Anschlüsse von außen zugeführt. Unterschiede in den außerhalb der integrierten Schaltung liegenden Zu- leitungen zu diesen zwei Anschlüssen, insbesondere unterschiedliche Längen und Dämpfungen, können zu unterschiedlichen Amplituden der anliegenden Zwi- schenfrequenzsignale und Abweichungen ihrer Phasen- differenz von der gewünschten exakten Gegenphasig- keit und damit zu einer Asymmetrie im Verhalten der zwei Bipolartransistoren führen. Die Qualität des Mischungsergebnisses hängt somit unter anderem von der Verdrahtung der Schaltung ab ; d. h. Fertigungs- streuungen bei der Verdrahtung können die Wirksam- keit des Frequenzumsetzers beeinträchtigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen in- tegrierbaren Aufwärts-Frequenzumsetzer mit einem guten, reproduzierbaren und von Fertigungsstreuun- gen wenig abhängigen Umsetzverhalten zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Aufwärts- Frequenzumsetzer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Indem ein Symmetrierglied für die niedrigere Ein- gangsfrequenz auf dem Substrat integriert wird, werden Länge und Dämpfung der Verbindung zwischen dem Symmetrierglied und den ersten Hauptanschlüssen der zwei Steuerelemente exakt kontrollierbar und reproduzierbar.

Vorzugsweise wird als Symmetrierglied für die nied- rigere Eingangsfrequenz ein drittes Steuerelement eingesetzt, dessen Steueranschluss mit dem ersten Eingangssignal beschaltet ist und von dessen zwei Hauptanschlüssen jeder mit einem von zwei Versor- gungspotentialen des Aufwärts-Frequenzumsetzers und einem Anschluss wdes ersten bzw. zweiten Steuerele- mentes verbunden ist. Ein solches Symmetrierglied erfordert sehr wenig Substratfläche im Vergleich zu einem Symmetrierglied des bei Nishikawa et al. ein- gesetzten Typs, dessen Platzbedarf proportional zur Wellenlänge des zu symmetrierenden Signals ist, und es weist eine große Bandbreite auf.

Vorzugsweise sind die Anschlüsse des ersten bzw. zweiten Steuerelements, mit dem die Hauptanschlüsse des dritten Steuerelementes verbunden sind, jeweils deren zweite"Hauptanschlüsse. Dies erlaubt eine multiplikative Modulation des ersten Eingangssig- nals durch das zweite und damit eine hohe Effekti- vität des Mischvorgangs.

Als Steuerelemente werden vorzugsweise Transisto- ren, insbesondere HEMTs (High Electron Mobility Transistors) eingesetzt.

Um eine hohe Mischungseffizienz zu erreichen, sind das erste und das zweite Steuerelement vorzugsweise bis in die Nähe ihres Pinch-off-Bereiches vorge- spannt.

Zweckmäßigerweise ist auch für das zweite, höher frequente Eingangssignal ein Symmetrierglied vorge- sehen, das ausgangsseitig mit den Steuereingängen des ersten und des zweiten Steuerelements verbunden ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Einseiten- band-Frequenzumsetzer, der aus den oben beschriebe- nen Aufwärts-Frequenzumsetzern realisierbar ist, indem die Ausgänge zweier solcher Aufwärts- Frequenzumsetzer an Eingänge eines Lange-Kopplers angeschlossen sind, von dem ein Ausgang den Ausgang des Einseitenband-Frequenzumsetzers bildet.

Das zweite Symmetrierglied der Aufwärts-Frequenz- umsetzer eines solchen Einseitenband-Frequenzum- setzers, zweckmäßigerweise mit einem Leistungstei- ler verschmolzen, um Substratfläche einzusparen.

Der Leistungsteiler verteilt das zweite Eingangs- signal zu gleichen Teilen an die zwei Aufwärts- Frequenzumsetzer. Ein solches verschmolzenes oder kombiniertes Symmetrierglied ist einfach und platz- sparend realisierbar mit einem mittigen, mit einem Signaleingang des Einseitenband-Frequenzumsetzers verbundenen ersten Leiterabschnitt und, beiderseits des ersten Leiterabschnitts, einer Mehrzahl von zweiten Leiterabschnitten, wobei die Steuereingänge des ersten und zweiten Steuerelements des ersten

Aufwärts-Frequenzumsetzers mit zweiten Leiterab- schnitten auf einer Seite des mittigen Leiterab- schnitts verbunden sind und die Steuereingänge des ersten und zweiten Steuerelements des zweiten Auf- wärts-Frequenzumsetzers mit zweiten Leiterabschnit- ten auf der anderen Seite des mittigen Leiterab- schnitts verbunden sind.

Diese Leiterabschnitte sind als Mikrostreifenleiter in einer gemeinsamen Ebene einfach realisierbar.

Vorzugsweise weist das zweite Symmetrierglied je drei nebeneinanderliegende Leiterabschnitte beider- seits des mittigen Leiterabschnitts auf, von denen jeweils ein mittlerer unverbunden ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus- führungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Fi- guren. Es zeigen : Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines erfin- dungsgemäßen Aufwärts-Frequenzumsetzers ; Fig. 2 ein Schaltbild eines Einseitenband- Frequenzumsetzers ; und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Halb- leitersubstrates, auf dem der Einseiten- band-Frequenzumsetzer aus Fig. 2 integ- riert ist.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines auf einem Substrat integrierten Aufwärts-Frequenzum- setzers gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser umfasst als Steuerelemente zwei GaAs-HEMTs Q1 und Q2 in symmetrischer Anordnung. Die Gates der HEMTs Q1, Q2 sind mit einem Lokaloszillatorsignal LO über einen aus parallelen Streifenleitern S1 bis S4 auf- gebauten 180°-Hybrid-Koppler und Kondensatoren C1, C2 im Gegentakt beschaltet. Die Drains der HEMTs Q1, Q2 sind miteinander und über zwei Induktivitä- ten L8, L7 mit einem Eingangsanschluss für eine Versorgungsspannung VD2 verbunden. Die Source jedes HEMT Q1, Q2 ist über einen Kondensator C3 bzw. C4 mit Source bzw. Drain eines dritten HEMT Q3 sowie über einen Kondensator C5 bzw. C6 und über eine Se- rienschaltung mit einer Induktivität L5 bzw. L6 und einem Widerstand R1 bzw. R2 mit Masse verbunden.

Ein durch den Source-Strom des HEMT Q1 bzw. Q2 her- vorgerufener Spannungsabfall am Widerstand R1, R2 bewirkt eine automatische Arbeitspunkteinstellung (self-bias) des HEMT knapp unterhalb von dessen Pinch-Off- (Abschnür-) Bereich.

Source und Drain des HEMT Q3 sind jeweils über eine Induktivität Ll bzw. L2 mit Masse GND bzw. einem Versorgungspotential VD1 verbunden. An das Gate des HEMT Q3 ist eine Vorspannung VG1 über eine Indukti- vität L9 und das Zwischenfrequenzsignal IF über ei- nen Kondensator C13 angeschlossen.

Die Spannung am Gate des HEMT Q3 setzt sich somit aus einer von VG1 beigetragenen Gleichspannungskom- ponente und einer von IF beigetragenen Wechselspan- nungskomponente zusammen. Die Gleichspannungskompo-

nente ist so gewählt, dass der HEMT Q3 im linearen Bereich arbeitet ; IF moduliert weitgehend linear den Drain-Strom des HEMT Q3. Die Potentiale an Drain und Source des HEMT Q3 oszillieren somit ge- genphasig zueinander mit einer größeren Amplitude als der des IF-Signals.

Der HEMT Q3 wirkt somit gleichzeitig als Verstärker und als Symmetrierglied für das Zwischenfrequenz- signal IF. Im allgemeinen wird man gleiche Werte der Induktivitäten L1, L2 wählen, um gleiche Ampli- tuden des Zwischenfrequenzsignals an Source und Drain des HEMT Q3 zu erzielen.

Die Stromflüsse durch die zwei HEMTs Q1, Q2, an de- ren Drain jeweils über die Induktivitäten L8, L7 die Versorgungsspannung VD2 anliegt, setzen sich jeweils hauptsächlich zusammen aus einem Anteil mit der Frequenz des Lokaloszillatorsignals LO, einem Anteil mit der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals IF und Anteilen bei der Summe und der Differenz der Frequenzen von Lokaloszillatorsignal LO und Zwi- schenfrequenzsignal IF. Da die Gates der HEMTs Ql, Q2 gegenphasig mit dem Lokaloszillatorsignal LO be- schaltet sind, sind die Anteile dieser Stromflüsse mit der Lokaloszillatorfrequenz jeweils entgegenge- setzt gleich und heben einander auf. Ebenso sind die Zwischenfrequenz-Anteile jeweils entgegenge- setzt gleich und heben einander auf. Der durch die Induktivität L3 fließende Strom und damit das Po- tential am Verbindungspunkt zwischen den Induktivi- täten L7, L8 enthält somit nur Spektralanteile mit der Summen-bzw. Differenzfrequenz. Diese Anteile werden über einen Kondensator C8 an den Ausgang HF

ausgekoppelt und ergeben das Ausgangssignal des Aufwärts-Frequenzumsetzers, ein trägerloses Hoch- frequenzsignal mit zwei jeweils durch den Summen- bzw. Differenzfrequenzanteil gebildeten Seitenbän- dern.

Fig. 2 zeigt einen Einseitenband-Umsetzer, der aus zwei Aufwärts-Umsetzern vom in Fig. 1 gezeigten Typ zusammengesetzt ist. Die Anordnung der zwei Auf- wärts-Umsetzer ist-spiegelsymmetrisch, ihre Kompo- nenten haben in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, wobei die des zweiten Mischers in Fig. 2 jeweils durch ein Apostroph () gekennzeich- net sind. Das dem zweiten Mischer zugeführte Zwi- schenfrequenzsignal IF ist gegenüber dem Zwischen- frequenzsignal IF um 90° phasenverschoben. Dies führt dazu, dass am Ausgang HF des zweiten Auf- wärts-Mischers eines der zwei Seitenbänder phasen- gleich zum vom ersten Umsetzer gelieferten Signal, das andere Seitenband aber gegenphasig vorliegt.

Die Ausgangssignale der zwei Aufwärts-Umsetzer wer- den in einem Lange-Koppler LC überlagert, von des- sen zwei Ausgängen dann einer das obere Seitenband (USB), der andere das untere (LSB) liefert.

Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung der diversen Komponenten des Einseitenband-Mischers aus Fig. 2 auf einem Substrat. Die zwei Aufwärts-Mischer sind spiegelsymmetrisch beiderseits einer strichpunk- tierten Mittellinie A-A angeordnet. Entlang dieser Mittellinie A-A erstreckt sich ein zweifaches Sym- metrierglied, das sieben parallele Mikrostreifen- leiterabschnitte S1, S2, S3, S4, S2, S3, S4 um- fasst. Ein mittlerer dieser Abschnitte Sl ist an

einem seiner Enden mit einem Anschlusspad für das Lokaloszillatorsignal LO verbunden, das andere, von dem LO-Anschlusspad abgewandte Ende ist auf Masse gelegt. Von diesem mittleren Mikrostreifenleiter S1 nach außen sind der Reihe nach angeordnet : ein ers- ter Mikrostreifenleiter S2, S2, der an einem dem Lokaloszillator-Anschlusspad LO zugewandten Ende mit Masse verbunden ist und an einem gegenüberlie- genden Ende über den Kondensator C2 bzw. C2'mit dem HEMT Q2 bzw. Q2 verbunden ist, ein zweiter Mikrostreifenleiter S3, S3, der an seinem dem Lo- kaloszillator-Anschlusspad LO zugewandten Ende mit dem entsprechenden Ende des Mikrostreifenleiters Sl verbunden ist und an seinem abgewandten Ende wie der Mikrostreifenleiter S1 auf Masse gelegt ist, sowie ein dritter Mikrostreifenleiter S4, S4, der an seinem dem Lokaloszillator-Pad LO zugewandten Ende mit S1, S3, S3 verbunden und an seinem gege- nüberliegenden Ende über den Kondensator Cl bzw.

C1 mit dem HEMT Q1 bzw. Q1 verbunden ist.

Das doppelte Symmetrierglied fungiert so gleichzei- tig als Leistungsteiler, der das Lokaloszillator- signal LO mit gleicher Leistung den zwei Aufwärts- Frequenzumsetzern beiderseits der Mittellinie A-A zuführt.