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Richtungskoppler für sehr kurze elektromagnetische Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Richtungskoppler für sehr kurze elektromagnetische Wellen. Der
Richtungskoppler besteht aus zwei Koaxialleitungsabschmtten, die über einen Teil ihrer Länge den Aussenleiter gemeinsam haben. In diesem Bereich sind die beiden Innenleiter der Koaxialleitung bandförmig ausgebildet und mit ihren breiten Seiten der geforderten Richtkopplung entsprechend einander genähert.
Die beiden Enden jedes Koaxialleitungsabschnittes sind in einem spitzen Winkel gegenüber der durch den gerade geführten Teil der Innenleiter gebildeten Symmetrielinie zu einem Anschluss weggeführt. Zwischen den jeweils benachbarten, unter einem spitzen Winkel weggeführten Leitungsteilen ist, vom gemeinsamen Aussenleiter her, ein zusätzlicher Metallteil zwischen die Innenleiter eingeschoben. Dieser Metallteil soll sicherstellen, dass der Wellenwiderstand der einzelnen Koaxialleitung Zoü vom Anschluss aus betrachtet, bis zum Ansatzpunkt der bandförmigen Innenleiterteile praktisch konstant und gleich dem Wert Zo ist (Wellenwiderstand der Anschlussleitung).
Derartige Richtungskoppler zeichnen sich durch eine relativ gleichförmige Kopplung in einem weiten Frequenzgebiet aus. Nachteilig an den bekannten Richtungskopplern dieser Art ist jedoch ein relativ hoher Reflexionsfaktor, der vor allem in einem grösseren Frequenzbereich in der Praxis unbrauchbare Werte annimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Richtungskoppler der vorbeschriebenen Art, vor allem hinsichtlich des Reflexionsfaktors, wesentlich zu verbessern, um so zu ermöglichen, dass derartige Richtungskoppler vor allem auch im Bereich höherer Frequenzen, also beispielsweise im Bereich zwischen 4 GHz und 6 GHz und darüber in jedem gewünschten Masse eingesetzt werden können.
Ausgehend von einem Richtungskoppler der einleitend beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäss in der Weise gelöst, dass die beiden zusätzlichen Metallteile als keilförmige Blenden ausgebildet sind, und dass vom gemeinsamen Aussenleiterteil her in einer senkrecht zu der durch die beiden bandförmigen Innenleiter bestimmten Symmetrielinie und senkrecht zu jeder der durch das Band des ein- zelnen Innenleiters bestimmten Ebene zu dem jeweiligen Bandleiter gerichtet eine weitere derart bemessene Blende eingeführt ist, dass der Wellenwiderstand Zu wenigstens angenähert die an sich bekannte Bedingung Zu = Z /ZS erfüllt, worin Zs den Wellenwiderstand, betrachtet zwischen den beiden bandförmigen Innenleiterteilen,
und Zu den Wellenwiderstand zwischen den beiden bandförmigen Innenleitern einerseits gegen den gemeinsamen Aussenleiter anderseits, bedeuten.
Hiebei ist es vorteilhaft, wenn die durch die keilförmigen Blenden beeinflussten Innenleiterteile etwa konisch zu den bandförmigen Innenleiterteilen hin auslaufen und jeweils möglichst in einer Querschnittsebene in diese übergehen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für die Koaxialleitungsabschnitte, welche die durch die keilförmigen Blenden beeinflussten Innenleiterteile umfassen, zusätzliche Einstellmittel für den Wellenwiderstand Zoü, vorzugsweise kapazitiv wirkende Schraubenbolzen, die vom gemeinsamen Aussenleiter her in diese Leitungsteile eintauchen vorgesehen sind.
Als zweckmässig hat es sich ausserdem erwiesen, die Ausbildung derart zu treffen, dass die keilförmigen Blenden fest in ihrer Lage zu den durch sie beeinflussten Innenleiterteilen angeordnet sind, und dass zusätzlich der Feineinstellung dienende Kompensationsschrauben vorgesehen sind, die aus den keilförmigen Blenden in den Raum zu den benachbarten Innenleiterteilen hereinragend von ausserhalb des gemein-
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samen Aussenleiterabschnittes einstellbar sind.
Vorteilhaft haben zugleich die Aussenleiterteile im gemeinsamen Aussenleiterabschnitt, die im Bereich der bandförmigen Innenleiter liegen, u. zw. den schmalen Bandleiterkanten benachbart, eine vor- zugsweise in der Tiefe einstellbare Aussparung.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 in einem Längsschnitt, in der Fig. 2 in einem Querschnitt längs der
Linie a-b und in Fig. 3 in einem Querschnitt längs der Linie c-d einen gemäss der Erfindung ausgebildeten Richtungskoppler. In einem Metallkörper ist eine sechseckige Aussparung vorgesehen, die den eigentlichen Richtungskoppler aufnimmt. Dieser besteht aus zwei Koaxialleitungen 1, 2, die im Kopplungsbereich als Bandleiter ausgebildet sind und über Übergangsstücke 3, 4, 5 und 6 in normale Koaxialleitungen mit denInnenleitern7, 8, 9, 10übergehen. DergemeinsameAussenleiterderKoaxialleitungenwirddurch die Innenfläche 11, 12 der sechseckigen Aussparung in Verbindung mit den Stirnseiten 13, 14 gebildet, u. zw. im Bereich der eigentlichen Koppelleiter 1, 2 und der Übergangsleiter 3, 4, 5 und 6.
In den andern Teilen der Koaxialleitungsabschnitte besteht der Aussenleiter aus den üblichen rohrförmigen Aussenleiterteilen 15, 16, 17 und 18. Die Koaxialleitungen 7, 15 ; 8, 16 ; ij, 17 und 10, 18 gehen in nicht näher dargestellte Anschlüsse in Koaxialbauweise über und haben beispielsweise einen üblichen Wellenwiderstand von 60 Q.
Eine der Koaxialleitungen, die Koaxialleitung 7, 15, geht in ein Winkelstück über, so dass dieser Anschluss auf die Zeichenebene bezogen, von der Rückseite des Richtungskopplers her zugänglich ist. Zur Kompensation einer eventuellen Reflexionsstelle im Übergangsknie vom Innenleiter 7 in den entsprechenden Innenleiterteil des Winkelsteckers ist eine Kompensationsschraube 19 in an sich bekannter Weise vorgesehen. Die beiden bandförmigen Kopplungsleiter 1, 2 werden in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise über zwei Brücken 20, 21 aus dielektrischem Material zueinander gehalten. Diese Brücken lassen sich z.
B. in der Weise herstellen, dass auf jeden der Bandleiter an der entsprechenden Stelle seitlich zwei kleine m-förmige Profile unter Druck aufgeschoben werden, die anschliessend mit ihren an den Streifen anliegenden Flächen zusammengeklebt werden.
Von besonderer Bedeutung bei dem dargestellten erfindungsgemässen Richtungskoppler ist folgendes.
Die Übergangsstücke 3, 4, 5 und 6 sind, von den Koaxialanschlussleitungen aus betrachtet, keilförmig sich verjüngend zu den bandförmigen Koppelleitern 1, 2 geführt, um so sicherzustellen, dass sie im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen definiert in einer Querschnittsebene 22 bzw. 23 in diese Koppelleiter übergehen. Da in diesem Bereich im Grund genommen für den einzelnen Innenleiter mit dem zugehörigen Aussenleiter betrachtet, ein Übergang von einer rotationssymmetrischen Leitung auf eine nicht mehr rotationssymmetrische Leitung vorliegt, sind keilförmige Blenden 24, 25 vorgesehen, die in der Symmetrieebene der Bandleiter vom Aussenleiter her derart eingeschoben sind. dass jeweils von der Koaxialanschlussleitung, z. B. 7, 15 her, der Wellenwiderstandswert bis zur Ebene 23 hin konstant ist.
Zusätzlich sind zu diesen Blenden noch Abgleichschrauben 26, 27, 28, 29 vorgesehen, die dem gleichem Zweck dienen. Die Blenden 24, 25 haben dabei zugleich die Aufgabe, eine kapazitive Streukopplung zwischen den Leiterteilen 3, 4 bzw. 5, 6 weitgehend zu unterbinden. Zur Feineinstellung sind in den beim Ausführungsbeispiel fest eingestellten keilförmigen Blenden 24, 25 noch kleine Abgleichstifte 30, 31 vorgesehen, die von ausserhalb des Richtungskopplers her beispielsweise über einen Schraubenzieherschlitz und ein in der keil- formigenBlende 24, 25 ruhendes Gegenlager in der Eintauchtiefe in erforderlichem Masse eingestellterden können.
Weiterhin sind Blenden 32, 33 senkrecht zu der durch den einzelnen Bandleiter gebildeten Ebene vom Aussenleiter her eintauchend vorgesehen, die ebenfalls eine unmittelbare Kopplung vermeiden, u. zw. zwischen den Leitungsteilen 3 und 5 bzw. 4 und 6.
Zur Sicherstellung von nachstehend noch erläuterten Wellenwiderstandsbedingungen sind in den Seitenteilen 13 und 14 die Aussparungen 34, 35 kreisförmigen Querschnitts vorgesehen, die in ihrer Tiefe beim Ausführungsbeispiel zwar unveränderbar, in der Praxis jedoch vorzugsweise einstellbar sind. Die Éinstellbarkeit zumindest einer der Aussparungen in der Tiefe kann vorteilhaft in der Weise geschehen, dass die beiden Flächen dieser Aussparung oder vor allem ein zentrisch gelegener Teil davon durch einen mehr oder weniger weiten einschraubbaren Schraubenbolzen ersetzt wird.
Zur Wirkungsweise der vorstehend erläuterten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Richtungskopplers ist folgendes zu bemerken. Grundsätzlich ist die Frequenzabhängigkeit der Leitungsteilung bei
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koppler. Bei höheren Frequenzen, vor allem über 2 GHz, kommen jedoch die Abmessungen der Koppelleitungen (1, 2), deren Länge vorzugsweise À/4 beträgt, bereits in die Grössenanordnung der Querschnitts-
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abmessungen der Anschlussleitungen (7, 15 ; 8, 16 ; 9, 17 ; 10, 18). Dabei ist À die Betriebswellenlänge in dem fraglichen Leitungsabschnitt. Hierin ist der Grund dafür zu sehen, dass die einleitend erwähnten bekannten Richtungskoppler hinsichtlich des Reflexionsfaktors nur ungenügend die Forderungen der Praxis erfüllen.
Zusätzlich tritt in diesem Frequenzgebiet noch die Schwierigkeit auf, dass sich mit zunehmender Frequenz und damit sich verkleinernder Betriebswellenlänge die geforderten Fertigungsgenauigkeiten ausserordentlich erhöhen.
Beim vorstehend geschilderten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel liessen sich diese Schwierigkeiten durch folgende besondere Ausbildungen beheben.
Die Übergangsleitung zwischen den Anschlussleitungen und den eigentlichen Kopplungsleitungen sind konstruktiv so kurz wie möglich bemessen und derart ausgebildet, dass ein nahezu stetiger Übergang von den Anschlussleitungen zu den Kopplungsleitungen gegeben ist. Hiefür ist vor allem wesentlich, dass der Übergang zwischen den Übergangsleitungen und den Kopplungsleitungen für je zwei benachbarte Übergangsleitungen in einer Querschnittsebene erfolgt, so dass die Koppelleitungen für ihren symmetrischen Wellenwiderstand Z und ihren unsymmetrischen Wellenwiderstand Zu das gleiche Phasenmass besitzen.
Zs ist hiebei der Wellenwiderstand, der nur durch die beiden bandförmigen Innenleiterteile 1, 2 gegeben ist, u, zw. durch deren Abmessungen, ihren Abstand und das dazwischen befindliche Dielektrikum, das gegebenenfalls auch ein festes Dielektrikum sein kann. Der unsvmmetrische Wellenwiderstand ist der Wellenwiderstand, der sich ergibt, wenn man sich die beiden bandförmigeninnenleiterteile als einen Teil denkt, der den einen Leiter einer Doppelleitung bildet, deren anderer Leiter durch den gemeinsamen Aussenleiter des Richtungskopplers gebildet wird.
Die keilförmigen Blenden 24, 25 zwischen den Innenleitern zweier benachbarter Anschlussleitungen bzw. Übergangsleitungen ermöglichen eine sehr gute Anpassung der Übergangsleitungen hinsichtlich ihres Wellenwiderstandswertes an den Wellenwiderstandswert der eigentlichen Anschlussleitung. Gleichzeitig heben diese Blenden die Entkopplung zwischen den entsprechenden Übergangsleitern wesentlich an.
Die eigentlichen Koppelleitungen werden im Wellenwiderstand breitbandig durch die Aussparungen 34, 35 im gemeinsamen Aussenleiter angepasst, wobei der Durchmesser dieser Aussparungen vorzugsweise wenigstens nahezu gleich der Länge der Koppelleitungen ist. Weiterhin erfolgt die Wellenwiderstandsanpassung dieser Abschnitte noch durch die weiteren Blenden 32, 33, die so ausgebildet sind, dass ihr Einfluss auf die Ubergangsleitungen (3, 4, 5, 6) vernachlässigbar gering ist.
Physikalisch betrachtet bilden die beiden Koppelleiter 1, 2 des Richtungskopplers zusammen mit dem gemeinsamenAussenleiter ein Dreileitersystem, das den vorerwähnten symmetrischen Wellenwiderstandswert Zs und den vorerwähnten unsymmetrischen Wellenwiderstandswert Zu besitzt. Der Richtungskoppler
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AnschlussleitungenZon = Zo haben. Die hieraus sich zunächst ergebenden extrem geringen zulässigen Fertigungstoleranzen lassen sich beim Ausführungsbeispiel durch die gezeigten Abgleichmöglichkeiten bequem beherrschen.
So erlauben die Blenden 32, 33 durch mehr oder weniger grosses Eintauchen bzw. Einschrauben die Einstellung des unsymmetrischen Wellenwiderstandes der Koppelleitungen. Ein weiteres Einschrauben dieser Blenden in Richtung zu den Koppelleitern hin hat eine Verringerung des unsymmetrischen Wellenwiderstandes zur Folge und umgekehrt.
Mittels der stiftförmigen Abgleichschrauben 26, 27, 28, 29 ist eine Feineinstellung des Wellenwiderstandes Zoü der Übergangsleitungen möglich, u. zw. bewirkt ein tieferes Eintauchen dieser Abgleichschrauben eine Verkleinerung von Zoü und umgekehrt. Die in den keilförmigen Blenden vorgesehenen Abgleichschrauben 30, 31 ermöglichen ebenfalls eine Verringerung des Wellenwiderstandes Zoa, wennsie weiter zwischen die Übergangsleiter 3, 4 bzw. 5, 6 hineingeschraubt werden. Diese Abgleichschrauben verkleinern jedoch gleichzeitig den symmetrischen Wellenwiderstand Zs der Koppelleitungen innerhalb an sich geringer Grenzen und umgekehrt. Eine Beeinflussung des symmetrischen Wellenwiderstandswertes Zs erfolgt daher vor allem auch durch die Blenden 24, 25.
Durch die entsprechende Abstimmung über die Abgleichmittel 26, 27, 28, 29 und 32, 33 kann der Richtungskoppler zunächst breitbandig an die Anschlussleitungen angepasst werden. Ist nun der so erzielte Kopplungsfaktor K zwischen den beiden durchgehenden Koaxialleitungen beispielsweise zu gross, d. h. wird entsprechend der vorgegebenen Forderung zu viel Energie vom einen zum andern Koppelleiter übergekoppelt, so lässt sich durch weiteres Herausdrehen der Abgleichschrauben 30, 31 bzw. eventuelles weiteres
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Herausziehen der Blenden 24, 25 der Wellenwiderstand Zs vergrössern, bei gleichzeitiger Erhöhung des Wellenwiderstandes Zo.
Hiedurch geht der Kopplungsfaktor zurück, den dieser ist durch die Gleichung
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EMI4.2
EMI4.3
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mehrerfolgt dann durch Verkleinerung des Wellenwiderstandes Zu, also durch weiteres Hineinschrauben der Blenden 32, 33, u. zw. so weit, dass wieder
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ist. Zur vollständigen Anpassung des Richtungskopplers lässt sich dann der Widerstand Zoü durch geringfügiges weiteres Einschrauben der Abgleichschrauben 26, 27, 28, 29 wieder etwas verringern, so dass auch die Bedingung Zoü = Zo erfüllt ist.
Erwähnenswert an der gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist noch die stabile Halterung der Koppelleiter innerhalb des den gemeinsamen Aussenleiter bildenden Richtungskopplergehäuses.
Um mechanische Spannungen von den Anschlussleitungen auf die Übergangsteile zu vermeiden, sind dort nicht näher bezeichnete, aber dargestellte Steckverbindungen im Innenleiter-vorgesehen.
Für die Anwendung eines erfindungsgemässen Richtungskopplers in einer Bandpassbrückenweiche hat es sich ausserdem als konstruktiv besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zwei in Diagonalrichtung des Richtungskopplers gegenüberliegende Anschlüsse unter einem Winkel von 900 als Koaxialleitungsanschlüsse herausgeführt sind, so wie es beim Ausführungsbeispiel für die -Anschlussleitung 7, 19 gezeigt ist.
Eine Schrägansicht des in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiels ist zur besseren Übersicht noch in Fig. 4 wiedergegeben, mit dem einzigen Unterschied, dass zwei diagonal gegenüberliegende Koaxialleitungsanschlüsse nach unten herausgeführt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Richtungskoppler für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus zwei Koaxialleitungsabschnitten, die über einen Teil ihrer Länge den Aussenleiter gemeinsam haben und deren Innenleiter in diesem Bereich bandförmig ausgebildet und der geforderten Richtkopplung entsprechend einander genähert sind, wobei jeder der beiden Koaxialleitungsabschnitte an seinen Enden unter einem spitzen Winkel gegenüber der durch den gerade geführten Teil derinnenleiier gebildetensymmetrielinie zu einemAnschluss weggeführt ist und zwischen den jeweils benachbarten, unter einem spitzen Winkel weggeführten Leitungstei-
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förmige Blenden ausgebildet sind,
und dass vom gemeinsamen Aussenleiieneil her in einer senkrecht zu der durch die beiden bandförmigen Innenleiter bestimmten Symmetrielinie und senkrecht zu jeder der durch das Band (1, 2) des einzelnen Innenleiters bestimmten Ebene zum jeweiligen Bandleiter gerichtet eine weitere derart bemessene Blende (32, 33) eingeführt ist, derart, dass der Wellenwiderstand Zu wenigstens angenähert die an sich bekannte Bedingung Zu = Z/Z erfüllt, worin Zs den Wellenwiderstand, betrachtet zwischen den beiden bandförmigen Innenleiterteilen und Zu den Wellenwiderstand zwischen den beiden bandförmigen Innenleitern einerseits, gegen den gemeinsamen Aussenleiter anderseits, bedeuten.