DD226698A1

DD226698A1 - double directional

Info

Publication number: DD226698A1
Application number: DD26754184A
Authority: DD
Inventors: Wolfram Senf; Stefan Derwischev
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-09-24
Filing date: 1984-09-24
Publication date: 1985-08-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die reflexionsarme richtungsabhaengige Auskopplung von Mikrowellensignalen in Systemen, die hauptsaechlich aus antipodalen Finleitungen oder Rechteckhohlleitern aufgebaut sind. Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz von Doppelrichtkopplern mit niedrigen Uebertragungsverlusten in Rechteckhohlleitersystemen mit geringerem technischen Aufwand als bisher zu ermoeglichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelrichtkoppler in Finleitungstechnik zu entwickeln, der eine geringe Anzahl von wesentlich vereinfachten Uebergaengen zwischen Rechteckhohlleiter und Microstrip-Leitung aufweist. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass eine ueberlappende antipodale Finleitung (1) zwischen Rechteckhohlleiterflansche ausgebildet ist und dass jeder Metallisierung der Finleitung (1) auf der Substratplatte als Koppelsektion ein Microstrip-Leitungsabschnitt (2) zugeordnet ist. Die Koppelsektionen gehen an ihren Enden in Microstrip-Leitungen (4, 5) ueber, die zur jeweiligen Hohlleiterwand fuehren. Die Erfindung kann zur getrennten Messung der vor- und ruecklaufenden Welle in der Hauptleitung, als Leistungsteiler zur Pegelregelung und zur Auskopplung von Mikrowellenenergie in den Buckinzweig von Homodynanordnungen angewendet werden. Fig. 1The invention relates to the reflection-poor directional decoupling of microwave signals in systems which are mainly constructed of antipodal fin lines or rectangular waveguides. The aim of the invention is to enable the use of Doppelrichtkopplern with low Uebertragungsverlusten in rectangular waveguide systems with less technical effort than before. The invention has for its object to develop a Doppelrichtkoppler in Finleitungstechnik, which has a small number of significantly simplified transitions between rectangular waveguide and microstrip line. According to the invention, this is achieved in that an overlapping antipodal fin line (1) is formed between rectangular waveguide flanges and that a microstrip line section (2) is assigned to each metallization of the fin line (1) on the substrate plate as a coupling section. The coupling sections go at their ends in microstrip lines (4, 5) over which lead to the respective waveguide wall. The invention can be used to separately measure the forward and reverse wave in the main line, as a power divider for level control and for coupling out microwave energy in the buck branch of homodyne arrays. Fig. 1

Description

Doppelrichtkopplerdouble directional

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur reflexionsarmen richtungsabhängigen Auskopplung von Mikrowellensignalen in Systemen, die hauptsächlich aus antipodalen Einleitungen oder Rechteckhohlleitern aufgebaut sind, sie kann angewendet werden zur getrennten Messung der vor- und rücklaufenden Wellen in der Hauptleitung (Ref1ektometeranordnung), als Leistungsteiler zur Pegelregelung und zur Auskopplung von Mikrowellenenergie in den Buckinzweig von Homodynanordnungen, wie z· B. in EPR-Spektrometern.The invention relates to an arrangement for low reflection directional coupling of microwave signals in systems, which are mainly composed of antipodal discharges or rectangular waveguides, it can be used for separate measurement of forward and backward waves in the main line (Ref1ektometeranordnung), as power dividers for level control and Coupling of microwave energy into the buck branch of homodyne arrays, such as in EPR spectrometers.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind in Microstrip-Technik aufgebaute Riehtkoppler bekannt (Rarekar, R. and Pande, M.: MIC coupler with improved directivity using thin-film Bi₂O, overlay, IEEE Trans on Microwave Theory and Tech. Vol. MTT-25, 1977, p. 74-75). Hier lassen sich jedoch wegen der nicht symmetrischen Übertragungsstruktur Doppelrichtkoppler nicht herstel!en.Microscope-constructed directivity couplers are known (Rarekar, R. and Pande, M .: MIC coupler with improved directivity using thin-film Bi ₂ O, overlay, IEEE Trans on Microwave Theory and Tech., Vol. MTT-25, 1977 , p.74-75). However, because of the non-symmetrical transmission structure, double directional couplers can not be manufactured here.

Es sind Doppelrichtkoppler in Rechteckhohlleitertechnik bekannt, z. B. in (Harvey, A.: Microwave Engineering, Academic Press, London and Uew York, 1963, Cap. 3.3), bei denen sowohl der Haupt zweig als auch der Hebenzweig als Recht-There are Doppelrichtkoppler in rectangular waveguide technology known, for. (Harvey, A .: Microwave Engineering, Academic Press, London and Uew York, 1963, Cap.3.3), in which both the main branch and the hoisting branch are considered

r\Λ QQ"70 r \ Λ QQ "70

eckhohlleiter gestaltet sind· Zunehmend werden auch integrierte.. Mikrowellenschaltungen eingesetzt, die in Microstrip-Technik aufgebaut sind. Vielfach besteht bei vielen schon existierenden Rechteckhohlleitersystemen die Hotwendigkeit, die ausgekoppelte Mikrowellenenergie im Nebenzweig in einer Schaltung, die in Microstrip-Technik aufgebaut ist, weiter zu bearbeiten. Dafür verwendet man zwei Übergänge vom Rechteckhohlleiter auf Koaxialleitung und von Koaxialleitung auf Microstrip-Leitung. Das verteuert wesentlich die Konstruktion und führt zu zusätzlichen Verlusten der Hikrowellenenergie. Außerdem erfordert der Aufbau von Doppelrichtkopplera in Rechteckhohlleitertechnik einen hohen mechanischen Aufwand. Derartige Richtkoppler weisen große Abmessungen auf.· Increasingly, integrated microwave circuits are also used, which are constructed using microstrip technology. In many cases, in many already existing rectangular waveguide systems there is the need to further process the coupled-out microwave energy in the secondary branch in a circuit which is constructed in microstrip technology. For this one uses two transitions from the rectangular waveguide to coaxial line and from coaxial line to microstrip line. This significantly increases the cost of the construction and leads to additional losses of the microwave energy. In addition, the construction of Doppelrichtkopplera in rectangular waveguide technology requires a high mechanical complexity. Such directional couplers have large dimensions.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz von Doppelrichtkopplern mit niedrigen Übertragungsverlusten in Rechteckhohlleitersystemen mit geringerem technischen Aufwand als bisher zu ermöglichen.The aim of the invention is to enable the use of Doppelrichtkopplern with low transmission losses in rectangular waveguide systems with less technical effort than before.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelrichtkoppler in Pinieitungstechnik zu entwickeln, der eine geringe Anzahl von wesentlich vereinfachten Übergängen zwischen Rechteckhohlleiter und Microstrip-Leitung aufweist.The invention has for its object to develop a Doppelrichtkoppler in Pinieitungstechnik having a small number of much simplified transitions between rectangular waveguide and microstrip line.

Erfindungsgemäß wird das bei einem Doppelrichtkoppler mit zwei als Rechteckhohlleiterflansche ausgebildeten Anschlüssen sowie Microstrip-Leitungen im Uebenzweig dadurch erreicht, daß eine überlappende antipodale Einleitung mit Übergängen auf Rechteckhohlleiter zwischen den Rechteckhohlleiterflanschen ausgebildet ist, daß jeder Metallisierung der antipodalen Pinleitung im Bereich ihrer größten Ausdehnung senkrecht zur Hohlleiterlängsachse auf der Substratplatte als Koppelsektion ein Microstrip-LeitungsabschnittAccording to the invention in a Doppelrichtkoppler formed with two rectangular waveguide terminals and microstrip lines in the Uebenzweig is achieved in that an overlapping antipodal initiation is formed with transitions to rectangular waveguide between the Rechteckhohlleiterflanschen that each metallization of the antipodal pin line in the region of its greatest extent perpendicular to the waveguide longitudinal axis on the substrate plate as a coupling section a microstrip line section

zugeordnet ist, so daß !seide Koppelsektionen parallel zueinander, jedoch auf entgegengesetzten Seiten der Substratplatte jeweils in geringem Abstand parallel zur Kante, der sich auf der gleichen Seite der Substratplatte befindenden Metallisierung, ausgebildet sind, wobei jeweils eine der Microstrip-Leitungen über Absorber angepaßt abgeschlossen ist. Die Koppelsektionen gehen an ihren Enden in Microstrip-Leitungen über, die zur jeweiligen Hohlleiterwand führen. Der Abstand zwischen der Kante der Metallisierung und dem Microstrip-Leitungsabschnitt beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm· Die Enden der Koppelsektionen können als Stichleitungen oder als Kondensatoren ausgebildet sein oder es können über den Koppelsektionen dielektrische Materialien angeordnet werden· Wenn nur eine Koppelsektion ausgebildet ist, kann der Doppelrichtkoppler als einzelner Richtkoppler verwendet werden· Der erfindungsgemäße Doppelrichtkoppler besitzt nur zwei Übergänge von Rechteckhohlleiter auf antipodale Einleitung, die niedrige ToIeranzanforderungen stellen und schnell und billig herzustellen sind. Die ausgekoppelten Leistungsanteile der hinlaufenden und der rücklaufenden Welle werden unmittelbar auf Microstrip-Leitungen weitergeführt. Somit sind im Uebenzweig keine weiteren Übergänge von Hohlleiter über Koaxial,- auf Microstrip-Leitung wie bisher erforderlich. Damit werden die Herstellungskosten verringert und durch den Wegfall der Übergänge gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften verbessert. Dabei können die nachfolgenden Microstrip-Baugruppen noch im Hohlleiter angeordnet werden, womit der Aufbau verkleinert, die Übertragungseigenschaften noch zusätzlich verbessert und die Herstellungskosten weiter verringert werden.is assigned, so that! silk coupling sections parallel to each other, but on opposite sides of the substrate plate in each case at a small distance parallel to the edge, which are located on the same side of the substrate plate metallization, formed, each completed one of the microstrip lines adapted via absorber is. The coupling sections go over at their ends in microstrip lines that lead to the respective waveguide wall. The distance between the edge of the metallization and the microstrip line section is preferably less than 1 mm. The ends of the coupling sections may be formed as stubs or as capacitors or dielectric materials may be arranged over the coupling sections. If only one coupling section is formed The double-directional coupler according to the invention has only two transitions from rectangular waveguide to antipodal introduction, which provide low tolerance requirements and are quick and inexpensive to manufacture. The decoupled power components of the outgoing and the returning wave are continued directly on microstrip lines. Thus, in the Uebenzweig no further transitions from waveguide via coaxial, on microstrip line as previously required. Thus, the manufacturing cost is reduced and at the same time improves the electrical properties by eliminating the transitions. In this case, the subsequent microstrip assemblies can still be arranged in the waveguide, whereby the structure is reduced, the transmission properties are further improved and the manufacturing costs are further reduced.

Ausführungsbeispielembodiment

Anhand des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert.Reference to the reproduced in the drawing embodiment, the invention is explained in detail.

Die Anordnung kann, wie hier im Bild gezeigt, an beiden Seiten der antipodalen Pinleitung mit Übergängen auf Rechteckhohlleiter versehen werden, so daß eine abgeschlossene Baugruppe gebildet wird. Der Richtkoppler hat folgende Eigenschaften: Eine in das Tor 1 einlaufende Welle wird mittels des Überganges 9 in eine symmetrische Pinleitungsmode transformiert und liefert Energie an die Tore 2, 4 und 6; es soll dabei jedoch keine Energie an die Tore 3 und 5 gelangen. Dabei ist vorausgesetzt, daß in die Tore 2, 4 und 6 keine Welle einläuft, d. h., daß diese Tore angepaßt abgeschlossen sind. Damit sind die Tore 3 und 5 von der einfallenden Welle entkoppelt. In gleicher Weise sind die Tore 4 und 6 von einer Welle entkoppelt, die in Tor 2 eingespeist wird. Zweckmäßigerweise werden die Tore 3 und 6 mit Absorbern angepaßt abgeschlossen. Da, der Pinieitungs-Doppelrichtkoppler vollkommen symmetrisch aufgebaut ist, erscheinen an den Toren 4 und 5 immer die gleichen Leistungsanteile entsprechend der hinlaufenden und rücklaufenden Welle auf der Hauptleitung.The arrangement can be provided, as shown in the picture, on both sides of the antipodal pin line with transitions to rectangular waveguides, so that a closed assembly is formed. The directional coupler has the following characteristics: A wave entering the port 1 is transformed by means of the transition 9 into a symmetrical pin line mode and supplies energy to the ports 2, 4 and 6; However, it should not get any energy to the gates 3 and 5. It is assumed that in the gates 2, 4 and 6 no wave enters, d. h., That these gates are completed adjusted. Thus, the gates 3 and 5 are decoupled from the incident wave. In the same way, the gates 4 and 6 are decoupled from a shaft which is fed into port 2. Conveniently, the gates are 3 and 6 completed with absorbers completed. Since the Pinieitungs Doppelrichtkoppler is constructed completely symmetrical, appear at the gates 4 and 5 always the same power components corresponding to the incoming and returning wave on the main line.

Die Richtwirkung der Koppelsektionen, bestehend aus antipodaler Pinleitung und Microstrip-Leitung, wird durch die Theorie der gekoppelten Leitungen erklärt. Das elektromagnetische PeId der gekoppelten Leitungen kann durch zwei spezielle Zustände charakterisiert werden, indem die Welle auf der gekoppelten Leitung in eine Gleichtaktwelle (even-Mode) und eine Gegentaktwelle (odd-Mode) zerlegt wird. Im Bild 2a ist der Peldlinienverlauf der elektrischen Feldstärke für den Gleichtaktbetrieb mit gleichem Potential der Microstrip-Leitungen und der ihnen zugeordneten .Metallisierung der antipodalen Pinleitung dargestellt. Bild 2 b zeigt den Gegentaktbetrieb, bei dem die Microstrip-Leitungen und die ihnen zugeordneten Metallisierungen der antipodalen Pinleitung entgegengesetztes Potential aufweisen. Sind die Phasengeschwindigkeiten der beiden Moden gleich, ergibt sich bei einer Länge der Koppelsektion von Λ/4 im Tor 3 eineThe directivity of the coupling sections, consisting of antipodal pin line and microstrip line, is explained by the theory of coupled lines. The electromagnetic power of the coupled lines can be characterized by two special states by breaking the wave on the coupled line into a common-mode and a odd-mode. In Figure 2a, the Peldlinienverlauf the electric field strength for the common mode operation with the same potential of the microstrip lines and their associated .Metallisierung the antipodal pin line is shown. Figure 2 b shows push-pull operation, in which the microstrip lines and their associated metallizations of the antipodal pin line have opposite potential. If the phase velocities of the two modes are the same, the result for a length of the coupling section of Λ / 4 in the port 3 is one

4 Hierin zeigen:4 show in:

Pig. 1 Einen Finleitungs-Doppelrichtkoppler (Vorder-, seite) mit Rechteckhohlleiteranschlüssen, teilweise im Schnitt,Pig. 1 A fin line double-directional coupler (front, side) with rectangular waveguide connections, partly in section,

Pig. 2 Querschnitt der KoppelsektionPig. 2 Cross section of the coupling section

a.) Feldbild der elektrischen Feldstärke des geraden Wellentypsa.) Field image of the electric field strength of the straight shaft type

b) Peldbild der elektrischen Feldstärke des ungeraden Wellentypsb) Peld image of the electric field strength of the odd wave type

Die Fig. 1 zeigt im Prinzip eine zweckmäßige Konstruktion eines Finleitungs-Doppelrichtkopplers entsprechend der Erfindungsoffenbarung· Der Finleitungs-Doppelrichtkoppler besteht aus zwei Koppelsektionen, die parallel zueinander angeordnet sind. Die erste Koppelsektion dient zur Auskopplung eines Anteils der hinlaufenden Welle, die in Tor 1 eingespeist wird. Sie befindet sich auf der Substratoberseite. Mit der zweiten Koppelsektion wird ein Anteil der rücklaufenden, d. h. der in Tor 2 eingespeisten Welle ausgekoppelt. Diese Koppelsektion befindet sich auf der Substratunterseite. Da beide Koppelsektionen den gleichen Aufbau haben, wird im folgenden nur die Anordnung auf der Substratoberseite näher erläutert. Die Koppelsektion besteht aus einem etwa. J)/4 langen Microstrip-Leitungsstreifen 2,1 shows, in principle, an expedient construction of a fin-type double-directional coupler according to the disclosure of the invention. The fin-type double-directional coupler consists of two coupling sections, which are arranged parallel to one another. The first coupling section serves to decouple a portion of the outgoing wave which is fed into port 1. It is located on the substrate top. With the second coupling section, a portion of the returning, ie fed from Tor 2 shaft is coupled out. This coupling section is located on the underside of the substrate. Since both coupling sections have the same structure, only the arrangement on the substrate top will be explained in more detail below. The coupling section consists of an approximately. J) / 4 long microstrip line strips 2,

tutu

der in geringem Abstand parallel zur oberen Metallisierung 3 der überlappenden Finleitung 1 verläuft. Λ ist die Leitungswellenlänge der Mittenfrequenz des zu übertragenden Frequenzbandes. Die beiden Enden dieses Abschnittes werden weiter ausgebildet als Microstrip-Leitungen 4 und 5, die zu den Microstrip-Baugruppen zur Weiterverarbeitung der Signale führen können, oder, wie im vorliegenden Beispiel gezeigt, Mikrowellenenergie an den koaxialen Stecker 6 und den Absorber 7 liefern· Die untere Metallisierung 8 der überlappenden antipodalen Finleitung 1 dient gleichzeitig als Massemetallisierung der Microstrip-Leitungen 4 und 5.which runs at a small distance parallel to the upper metallization 3 of the overlapping fin line 1. Λ is the line wavelength of the center frequency of the frequency band to be transmitted. The two ends of this section are further formed as microstrip lines 4 and 5, which can lead to the microstrip assemblies for further processing of the signals, or, as shown in the present example, provide microwave energy to the coaxial connector 6 and the absorber 7 · The lower metallization 8 of the overlapping antipodal fin line 1 also serves as ground metallization of the microstrip lines 4 and 5.

Auslösclrung aller von Tor 1 eingespeisten Leistungsanteile· Entsprechend sind auch Tor 5 und Tor 2 voneinander entkoppelt· Beim Vergleich der Bilder 2 a und 2 b ist jedoch zu erkennen, daß im Pail des ungeraden Wellentyps ein größerer Energieanteil des elektromagnetischen Peldes im Luftbereich gespeichert wird als im Pail des geraden Wellentyps, d. h· die Phasengeschwindigkeiten, mit denen sich die Wellen des geraden und ungeraden Wellentyps ausbreiten, sind unterschiedlich und verschlechtern das Verhalten des Richtkopplers. Eine Verbesserung läßt sich durch verschiedene Kompensationsmaßnahmen erzielen· So bewirken die leerlaufenden gekoppelten Leitungsstücke 11 (Bild T) eine Verlängerung der Hauptkoppelstrecke sowohl für den geraden als auch für den ungeraden Wellentyp. Durch die geeignete Wahl der Wellenwiderstände dieser zusätzlichen Leitungsstücke wird der ungerade Wellentyp jedoch stärker beeinflußt als der gerade. Somit wird die Richtwirkung der Richtkoppler etwas verbessert. Ebenso läßt sich durch Aufbringen einer zusätzlichen dielektrischen Schicht auf die Koppelsektion oder durch kapazitive Belastung der Enden der Koppelsektion gleichfalls eine Verbesserung des Richtkopplerverhaltens erzielen.Triggering of all power components fed in by Tor 1 · Correspondingly Tor 5 and Tor 2 are also decoupled from each other · When comparing the images 2 a and 2 b it can be seen that in the Pail of the odd mode a larger part of the electromagnetic field is stored in the air in the Pail of the straight wave type, d. The phase velocities with which the waves of the even and odd wave types propagate are different and worsen the behavior of the directional coupler. An improvement can be achieved by various compensation measures · Thus cause the idle coupled line sections 11 (Figure T) an extension of the main coupling path for both the even and the odd mode. By the appropriate choice of the characteristic impedances of these additional line sections, however, the odd wave type is more strongly influenced than the straight one. Thus, the directivity of the directional coupler is somewhat improved. Likewise, by applying an additional dielectric layer on the coupling section or by capacitive loading of the ends of the coupling section can also achieve an improvement of the directional coupler behavior.

Aus Pig. 2 b wird ersichtlich, daß die antipodale Pinleitung einen symmetrischen Leitungstyp darstellt. Die elektrische Wand verläuft in der Mitte des Substrates, wodurch der Aufbau des symmetrischen Doppelrichtkopplers praktisch möglich wird. Dabei haben beide Metallisierungen entgegengesetzte Potentiale. In Richtung zur Hohlleiterwand aber, kurz hinter dem Überlappungsbereich nimmt das elektrische PeId schnell ab und beide Metallisierungen liegen HP-mäßig auf Hullpotential, d. h. die Metallisierungen werden zur Massefläche für die Microstrip-Leitungen·From Pig. 2 b it can be seen that the antipodal pin line represents a symmetrical type of line. The electrical wall runs in the middle of the substrate, whereby the construction of the symmetrical Doppelrichtkopplers is practically possible. Both metallizations have opposite potentials. In the direction of the waveguide wall, however, shortly after the overlap region, the electrical charge decreases rapidly and both metallizations are HP-moderately at the hull potential, ie. H. the metallizations become the ground plane for the microstrip lines ·

Claims

invention claim

1. Doppelrichtkoppler with two trained as Rechteckhohlleiterflansche terminals and microstrip lines in the Uebenzweig, characterized in that an overlapping antipodal pin line (1) is formed with transitions to rectangular waveguide (9,10) between the Rechteckhohlleiterflanschen that each metallization of the antipodal introduction (1 ) in the region of its greatest extent perpendicular to the waveguide longitudinal axis on the substrate plate as a coupling section a microstrip line section (2) is assigned, so that both coupling sections parallel to each other, but on opposite sides of the substrate plate in each case at a small distance parallel to the edge on the same side are formed of the substrate plate metallization and that the coupling sections at their ends in microstrip lines (4,5) pass, leading to the respective waveguide wall, each one of the microstrip lines is completed adjusted via absorber and the other leads to a connector.

2. Double-directional coupler according to item 1, characterized in that the distance between the edge of the metallization and the microstrip line section is less than 1 mm in each case ·

3 · Doppelrichtkoppler according to item 1 and 2, characterized in that the ends of the coupling sections are formed as stub lines (11) or as capacitors, or dielectric materials are formed over the coupling sections.

4 · double-directional coupler according to item 1 to 3, characterized in that only one coupling section is formed.

For this 2 sheets of drawings