DD149286C2 - Vierphasenumschalter fuer mikrowellen,insbesondere in streifenleitertechnik - Google Patents

Description

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Titel der Erfindimg

Vierphasenumschalter für Mikrowellen, insbesondere in Streifenleitertechnik 5

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Vierphasenumschalter für Mikrowellen, der insbesondere in Streifenleitertechnik aufgebaut № ist und vorzugsweise als 4-PSK-Modulator angewendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Grundsätzliche Betrachtungen über den Aufbau von Reflexionsphasenumschaltern sind in der Zeitschrift "Wissenschaftliche Berichte AEG-Telefunken" 48 (1975) 1, S. 1-bis 9, enthalten. Insbesondere wird u.a. außer mehreren Begriffserläuterungen der Aufbau verschiedener 1-Bit-Reflexionsphasenumschalter be-

Ю schrieben. Diese bestehen aus einer Torschaltung und einer ihr eigenen Anssahl ¥bn binär schaltbaren Eintoren. Darüber hinaus werden die für den digitalen Modulationsbetrieb wesentlichen technischen Parameter, nämlich minimaler Phasenwinkelschrit-tfehler und möglichst gleiche und minimale Absorptionsdämpfung für beide Schaltzustände der Eintore herausgestellt.

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Weiterhin wird in dem Konferenzbericht "Conference Proceedings Hamburg, Germany" Sept. 1 - 4, 1975, S. 133 bis 137, in einem Beitrag, der sich mit den Eigenschaften eines hybridgekoppelten Vierphasenmodulators in Streifenleitertechnik auseinandersetzt, darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft ist, den Abstand zum 3-dB-Hybridring im Hinblick auf unerwünschte Amplitudenmodulation dann auszuwählen, wenn der Modulator bei einer Frequenz arbeitet, welche von der Mittenfrequenz des Hybridringes, die maximale Isolation zwischen Ausgang und Eingang bedingt, abweicht. Nachteilig bei diesem Vierphasenmodulator ist seine äußerst geringe relative Bandbreite, die bei Anwendung dieser Anordnung im Bereich niederer Radiofrequenzen (RP) einen kanalweisen Abgleich erfordert. Die Ursache dafür ist sowohl die für die Eintorpaare gewählte Schaltungskonzeption als auch die Art der Zusammenschaltung mit den als Torschaltungen fungierenden Hybriden, die in der Fachliteratur häufig auch als Abzweigkoppler bezeichnet werden.

Des weiteren wird in einer Mitteilung in der Zeitschrift "Frequenz" 31 (1977) 3, S. 81 bis 86, ein verlustarmer Reflexionsphasenmodulator mit vier Schaltzuständen (Phasenwinkelschritten) in Hohlleitertechnik beschrieben. Er besteht aus zwei in Kette geschalteten Phasenumschaltern, die bei gleichem mechanischen Aufbau so abgeglichen werden, daß sich mit einem PhasenwinkelschrittΑφ (Phasenwinkeländerung) von 90° und mit dem anderen ein Phasenwinkelschritt д<р von 180° einstellen läßt. Es gereicht der abgleichbaren Anordnung jedoch zum Nachteil, daß sich die Beträge der Phasenwinkelschrittfehler beider Einzelphasenumschalter addieren und sich somit für den 270°- Winkelschritt deren Summe ergibt· Die Bandbreite des Reflexionsphasenmodulators wird dadurch erheblich eingeschränkt.

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Ferner werden in dem Konferenzbericht "Conference Proceedings, 9. European Mikrowave Conference Brighton", Sept. 79, S. 496 bis 500, die Schaltungsanordnungen zweier zu einem Vierphasenmodulator gehörigen Reflexionsphasenumschalter mit 180°- und 90°-Winkelschritten erläutert, die als Torschaltungen Abzweigkoppler enthalten und deren Eintore lediglich aus je einem durch eine parallel liegende Diode in seiner Länge beeinflußbaren leerlaufenden Leitungsabschnitt bestehen. Nachteilig ist bei den gefundenen Anordnungen, daß sich die Fehler der Phasenwinkelschritte beider Einzelreflexionsphasenumschalter bei Abweichungen der RF von der Bereichsmitte addieren, so daß sich für den 270 -WinkeIschritt ein wesentlich größerer Phasenwinkelschrittfehler im interessierenden Bereich ergibt als für beide Einzelreflexionsphasenumschalter. Darüber hinaus ist diese Anordnung grundsätzlich auf spezielle Schaltdioden ausgerichtet. Dazu ist aus der Zeitschrift "NTZ" 1972, H. 5, S. 232 bis 237, bekannt, daß für die diesen Eintoren zugrunde liegende Schaltungskonzeption die eingangs erwähnte Forderung nach gleicher und minimaler Dämpfung in beiden Sehaltzuständen nicht erfüllt werden kann, was ebenfalls ein Nachteil dieser Anordnung ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vierphasenumschalter für Mikrowellen, insbesondere in Streifenleitertechnik, zu schaffen, welcher in einem bestimmten RF-Bereich ohne kanalweise Nachstimmung für alle vier Phasenwinkelschritte sowohl einen möglichst geringen Phasenwinkel-Schrittfehler als auch einen möglichst gleichen Betrag des Übertragungsfaktors aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird bei einem insbesondere in Streifenleitertechnik aufgebauten Vierphasenumschalter für Mikrowellen unter Verwendung einer Kettenschaltung eines 180°-Reflexionsphasenumschalters und eines 90°-Reflexionsphasenumschalters, die aus je einem Abzweigkoppler und je zwei paarweise zugeordneten

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binär schaltbaren Eintoren bestehen und in Frequenzbereichsmitte auf Phasenwinkelschrittfehler »0 ausgelegt sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zum 180°-Reflexionsphasenumschalter gehörige Abzweigkoppler mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren durch ein erstes Transformationsleitungspaar solcher Länge verbunden ist, das gleiche Phasenwinkelschrittfehler des zum 180°-Reflexionsphasenumschalter gehörigen Übertragungsfaktors an beiden Frequenzbereichsgrenzen aufweist. Hierbei tritt im Zuge einer kontinuierlichen Verlängerung des Transformationsleitungspaares bei aufeinanderfolgenden Längen mit gleichen Phasenwinkelschrittfehlern des Übertragungsfaktors ein Vorzeichenwechsel auf. Der zum 90°-Reflexionsphasenumschalter gehörige Abzweigkoppler ist mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren durch ein zweites Transformationsleitungspaar solcher Länge verbunden, die der zuerst genannten Länge benachbart ist und ebenfalls gleiche, in ihrem Vorzeichen jedoch entgegengesetzte, Phasenwinkelschrittfehler des zum 90°-Reflexionsphasenumschalter gehörigen Übertragungsfaktors aufweist, wobei im Interesse einer geringen Frequenzabhängigkeit der Phasenwinkelschrittfehler der Übertragungsfaktoren sowie geringer und möglichst gleicher Dämpfung beider Einzelreflexionsphasenumschalter es zweckmäßig ist, das Intervall, innerhalb dessen die Längen beider Transformationsleitungspaare liegen sollen, unter Berücksichtigung der entgegengesetzten Vorzeichen auf Οί:1-^3/4λ und 0-I₀ £3/4λ zu beschrän-

i C.

In der vorstehenden Beziehung bedeuten:

λ = elektrische Wellenlänge der RF an der unteren Frequenzbereichsgrenze

I₁ = Länge des ersten Transformationsleitungspaares I« = Länge des zweiten Transformationsleitungspaares

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Der 27O°-Phasenwinkelschritt wird durch die Addition des 180°- und des 90°-PhasenwinkeIschrittes gewonnen. Die Phasenwinkel-8chrittfehler der Übertragungsfaktoren beider Einzelreflexionsphasenumschalter addieren sich vorzeichenbehaftet. Somit kann die Bandbreite des Vierphasenumschalters erheblich vergrößert werden, da jeder der Einzelfehler den für den Maximalfehler zugestandenen Wert annehmen darf·

Ausführungsbeispiel 10

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung eines Vierphasenumschalters in Streifenleitertechnik Fig. 2 die PhasenwinkelschrittfehlerM(p der Übertragungs-

faktoren der Einzelreflexionsphasenumschalter in Abhängigkeit der Längen 1- und I₂ der Transformationsleitungspaare

Fig. 3 den Verlauf der Phasenwinkelschrittfehler AAjpder Übertragungsfaktoren beider Einzelreflexionsphasenumschalter und des 270°-Phasenwinkelschrittes in Abhängigkeit der Radiofrequenz

In Fig· 1 ist ein Vierphasenumschalter in Streifenleitertechnik dargestellt, wobei alle Leiterzüge in bekannter Weise auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Substrat aufgebracht sind. Der Vierphasenumschalter besteht aus einem 180°-Reflexionsphasenumschalter 180°-Ph und einem dazu in Kette geschalteten 90°-Reflexionsphasenumschalter 90°-Ph. In den beiden Einzelreflexionsphasenumschaltern sind die zugehörigen Abzweigkoppler mit 1 und 2 bezeichnet. Sie wirken hier als Torschaltungen und sind für die Frequenzbereichsmitte f,. der RF auf maximale Isolation dimensioniert. Die elektrische Wellenlänge in Frequenzbereichsmitte wird mit λ_Μ bezeichnet·

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Der zum 180°-Reflexionsphasenumschalter 180°-Ph gehörige Abzweigkoppler 1 ist mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren 3a und 3b über ein erstes Transformationsleitungspaar der Länge 1.. verbunden. Ebenso ist der zum 90°-Reflexionsphasenumschalter 9O°-Ph gehörige Abzweigkoppler 2 mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren 4a und 4b über ein zweites Transformationsleitungspaar der Länge Ip verbunden. Über einen ersten Anschluß 5 und eine zugehörige Leitung 5a wird dem 180°-Reflexionsphasenumschalter 180°-Ph ein digitales Schaltsignal und über einen zweiten Anschluß 6 mit einer zugehörigen Leitung 6a dem 90°-Reflexionsphasenumschalter 9O°-Ph ein weiteres digitales Schaltsignal zugeführt. Das umzutastende RF-Signal gelangt über einen Eingang 7 in den Vierphasenumschalter und verläßt ihn an einem Ausgang 8. Schaltdioden 9a und 9b im 180°-Reflexionsphasenumschalter 180°-Ph sowie Schaltdioden 10a und 10b im 90°-Reflexionsphasenumschalter 90°-Ph bewirken beim Umschalten vom Fluß- in den Sperrzustand PhasenwinkeIschritte, die im allgemeinen zwischen 90° und 180° liegen. Die den Schaltdioden 9a; 9b; 10a; 10b vorgeschalteten Transformationsnetzwerke bestehen bei beiden Einzelreflexionsphasenumschaltern paarweise aus Längsleitungen 11a; 11b sowie 12a; 12b und paarweise aus Stichleitungen 13a; 13b sowie 14a; 14b. Sie sind ebenfalls für Frequenzbereichsmitte dimensioniert und sorgen dafür, daß die aus beiden Schaltzuständen resultierenden Phasenwinkelschritte von 180° bzw. 90° daselbst in den Bezugsebenen BE 1 und BE 2 ohne Phasenwinkelschrittfehler des Reflexionsfaktors und mit gleichem Betrag des Reflexionsfaktors wirksam werden.

Die leerlaufenden Stichleitungen 15a; 15b; 16a; 16b; 17a; 17b; 18a; 18b und Längsleitungen 19a; 19b; 20a; 20b besitzen jeweils eine elektrische Länge von λ_Μ/^ . Ihre Zusammenschaltungen dienen in bekannter Weise als Bandsperren für das RF-Signal und als Zuleitungen für die digitalen Schaltsignale. Am Eingang 7 ist noch eine in der Zeichnung nicht dargestellte galvanische Verbindung mit Masse für die Rückführung der digitalen Schaltsignale vorhanden, die für die RF einen Sperrkreis darstellt.

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In Pig· 2 wird auszugsweise für beide Einzelreflexionsphasenumschalter die als Phasenwinkelschrittfehler ΔΑψ des Übertragungsfaktors bezeichnete Abweichung von den Winkelschrittsollwerten in Abhängigkeit der Längen 1- und 1« der Transformationsleitungspaare beschrieben.

Parameter sind hierbei zwei zur Frequenzbereichsmitte f„ symmetrisch liegende Frequenzen f- = f« -Af und f« = f_M +Af.

Die Schnittpunkte S₁ S_n der Kurven für f.. und fp liegen

bei solchen Längen 1.. bzw. Ip, die demnach für f.. und f₂ gleiche Phasenwinkelschrittfehler des Übertragungsfaktors aufweisen. Das Vorzeichen der PhasenwinkelschrittfehlerM(f des Übertragungsfaktors wechselt in beiden Darstellungen. Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung sind beispielsweise die Längen I₁ (S-,, 180°) mit I₂ (S₂, 90°) oder I₁ (S₂, 180°) mit I₂ (S-, 90°) zu kombinieren und zwar innerhalb der Längen O^ I₁ £3/4 λ und 0~ I₂^ 3/4 λ , um die Dämpfungen und die Frequenzabhängigkeiten der Phasenwinkelschrittfehler AL· ψ der Übertragungsfaktoren gering zu halten.

In Fig. 3 ist u.a. der Verlauf der Phasenwinkelschrittfehler ΔΔψ der Übertragungsfaktoren beider Einzelreflexionsphasenumschalter in Abhängigkeit von der Radiofrequenz für die Kombination zweier benachbarter Längen mit entgegengesetztem Vorzeichen der Phasenwinkelschrittfehler ΔΔφ der Übertragungsfaktoren der Einzelreflexionsphasenumsehalter dargestellt. Es wurde hierbei die Kombination I₁ (S₁, 180°) mit I₂ (S₂, 90°) gewählt. Die Phasenwinkelschrittfehler Д&φ der Übertragungsfaktoren haben in diesem Falle unterschiedliche Vorzeichen und entgegengesetzte Tendenz, so daß der ebenfalls in Fig. 3 dargestellte Phasenwinkelschrittfehler Д& ψ des Übertragungsfaktors des 270°-Phasenwinkelschrittes über einen sehr großen RF-Bereich wesentlich kleiner ist als jeder der Einzelfehler, da er sich aus ihrer vorzeichenbehafteten Addition ergibt.

Claims (2)

Erfindungsanspruch

1· Vierphasenumschalter für Mikrowellen, insbesondere in Streifenleitertechnik, zusammengesetzt aus der Kettenschaltung eines 180°-Reflexionsphasenumschalters und eines 90°-Reflexionsphasenumschalters, die aus je einem Abzweigkoppler und je zwei paarweise zugeordneten binär schaltbaren Eintoren bestehen, die in Frequenzbereichsmitte auf Phasenwinkelschrittfehler эдО ausgelegt sind, gekennzeichnet dadurch, daß der zum 180°-Reflexionsphasenumschalter (180°-Ph) gehörige Abzweigkoppler (1) mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren (3a; 3b) durch ein erstes Transfomiationsleitungspaar solcher Länge (1-) verbunden ist, das gleiche Phasenwinkelschrittfehler (Αά φ ) des zum 180°-Reflexionsphasenumschalter gehörigen Übertragungsfaktors an beiden Frequenzbereichsgrenzen aufweist und daß der zum 90°-Reflexionsphasenumschalter (9O°-Ph) gehörige Abzweigkoppler (2) mit den ihm zugeordneten binär schaltbaren Eintoren (4a; 4b) durch ein zweites Transformationsleitungspaar solcher Länge (Ip) verbunden ist, die der zuerst genannten Länge (I^) benachbart ist und ebenfalls gleiche, in ihrem Vorzeichen jedoch entgegengesetzte, Phasenwinkelschrittfehler (ΔΔ(ρ) des zum 90°-Reflexionsphasenumschalter gehörigen Übertragungsfaktors aufweist.

2. Vierphasenumschalter nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Längen (1-; Ip) der beiden Transformationsleitungspaare im Intervall 0^I₁ ·£ 3/4 λ und 0^I₂ :£ 3/4 λ liegen.

Hierzu._.^iSeiten Zeichnungen