DE102005007784A1 - Leistungsteiler - Google Patents

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DE102005007784A1
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DE200510007784
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Andrea Dr. Bonacina
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/48Networks for connecting several sources or loads, working on the same frequency or frequency band, to a common load or source
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

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  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsteiler, umfassend ein Eingangstor (IN) und zwei Ausgangstore (OUT1; OUT2), mit zwischen dem Eingangstor (IN) und jedem Ausgangstor (OOT; OUT2) verschalteten lambda/4-Leitungen (L1; L2). Gemäß der Erfindung ist jede lambda/4-Leitung (L1; L2) mit einer zweiten lambda/4-Leitung (GL1; GL2) gekoppelt, welcher Schalter (S3, S4; S5, S6) zugeordnet sind, welche die zweite lambda/4-Leitung (GL1, GL2) mit Masse (M) verbinden. Erfindungsgemäß sind weitere Schalter (S1; S2) vorhanden, welche das Ausgangstor (OUT1; OUT2) mit Masse (M) verbinden, wobei alle Schalter (S1, S2, S3, S4, S5, S6) in einen ersten oder zweiten Schaltzustand (1, 2) schaltbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Leistungsteiler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Leistungsteiler sind im Stand der Technik z.B. als Dreitorleistungsteiler in der Form eines Wilkinson-Leistungsteilers bekannt. Wilkinsonteiler sind Hybridteiler, mit denen sich Signale nahezu verlustfrei teilen lassen. Die Ausgangsleistung reduziert sich lediglich im Teilungsverhältnis.
  • 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Wilkinson-Leistungsteilers. Mit einem Wilkinson-Leistungsteiler ist es möglich, Leistung nahezu verlustfrei auf zwei Ausgänge zu verteilen. Gleichzeit wird gewährleistet, dass die Ausgänge reflexionsfrei angepasst sind, wobei die Übertragung von den Ausgängen her nur dann verlustfrei ist, wenn diese mit gleicher Amplitude und Phase gespeist werden. In umgekehrter Richtung sichert diese Verteilung die verlust- und reflexionsfreie Addition der Gleichtaktleistung, während die Gegentaktleistung im Widerstand R absorbiert wird.
  • Der Wilkinson-Teiler ist zunächst eine reaktive Verzweigung, wobei die Anpassung vom Eingang her durch die Leistungswellenwiderstände der λ/4-Transformatoren R_T=√2R_W. Der Widerstand R=2·R_W bewirkt die Anpassung der beiden Ausgänge A1, A2.
  • Die Wirkungsweise eines Wilkinson-Leistungsteilers ist wie folgt:
    Bei einer Signalübertragung vom Eingangstor E auf die Ausgangstore A1, A2, wobei jedes Tor E, A1, A2 einen Wellenwiderstand R_W aufweist, sieht die Verzweigung durch die λ/4-Transformatoren zwei Widerstände zu 2·R_W parallel. Die Übertra gung ist somit angepasst. Die beiden Ausgangsspannungen sind gleich, somit ist R spannungslos und bringt keine Verluste.
  • Aus Gründen der Reziprozität ist dann auch beim Anlegen der gleichen Spannung mit gleicher Phase die Übertragung in umgekehrter Richtung verlust- und reflexionsfrei.
  • Werden an die beiden Ausgänge gleichgroße aber um 180° versetzte Spannungen anlegt, so treffen diese an der Verzweigung auch gegenphasig aufeinander, d.h. sie schließen einander kurz. Dieser Kurzschluss wird durch die λ/4-Leitungen in einen Leerlauf transformiert zu dem der Widerstand R parallel liegt. In diesem Fall absorbiert der Widerstand R die gesamte Leistung. Aus Symmetriegründen liegt die Mitte des Widerstands auf dem Potential der Rückleitungen, und damit sieht auch in diesem Fall jeder Ausgang den Wellenwiderstand. Der Fall beliebiger Spannungen an den Ausgangsleitungen lässt sich immer als Überlagerung dieser beiden Fälle auffassen.
  • Ein Nachteil dieser Dreitorschaltung ist allerdings, dass sie ausschließlich der Leistungsteilung auf die beiden Ausgänge dient.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leistungsteiler anzugeben, mit der es einerseits möglich ist eine Leistungsaufteilung zwischen den beiden Ausgängen zu erreichen und mit der es anderseits auch möglich ist, die zu übertragene Leistung auf einen der beiden Ausgänge zu schalten.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Leistungsteiler gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist jede λ/4-Leitung mit einer zweiten λ/4-Leitung gekoppelt, welcher Schalter zugeordnet sind, welche die zweite λ/4-Leitung mit Masse verbinden. Des Weiteren sind erfindungsgemäß weitere Schalter vorhanden, welche das Ausgangstor mit Masse verbinden, wobei alle Schalter in einen ersten oder zweiten Schaltzustand schaltbar sind.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die zwei gekoppelten λ/4-Leitungen parallel zueinander verlaufende Mikrostreifenleitungen. Die Wellenimpedanzen der Leitungen können zweckmäßig mittels der Schlitzbreite zwischen den beiden parallelen Mikrostreifenleitungen oder mittels der Breite der einzelnen Mikrostreifenleitungen eingestellt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Schalter PIN-Dioden.
  • Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Wilkinson-Leistungsteiler gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 eine Schaltung für einen erfindungsgemäßen Leistungsteiler.
  • 1 zeigt einen Wilkinson-Leistungsteiler gemäß dem Stand der Technik. Der Leistungsteilerumfasst ein Eingangstor E sowie zwei Ausgangstore A1, A2. Jedes Tor E, A1, A2 weist einen Wellenwiderstand R_W von 50 Ω auf. Die Ausgangstor A1, A2 sind jeweils über eine λ/4-Leitung L1, L2 mit dem Eingangstor E verbunden. An der den Ausgangstoren A1, A2 zugewandten Anschlussseite sind die beiden λ/4-Leitung L1, L2 über einen Widerstand R_L mit einem Widerstandswert von 2·R_W miteinander verbunden.
  • Eine am Eingangstor E einfallende Welle wird bei diesem Leistungsteiler zu gleichen Teilen auf die Ausgangstore A1, A2 aufgeteilt.
  • 2 zeigt eine Schaltung für einen erfindungsgemäßen Leistungsteiler. Der Leistungsteiler umfasst ein Eingangstor E und zwei Ausgangstore A1, A2. Jedes Tor E, A1, A2 weist einen Wellenwiderstand R_W von 50 Ω auf.
  • Jedes Ausgangstor A1, A2 ist über eine λ/4-Leitung L1, L2 am Knotenpunkt K mit dem Eingangstor E verbunden. Jede der λ/4-Leitung L1, L2 ist wiederum mit einer weiteren λ/4-Leitung GL1, GL2 gekoppelt. Jede dieser weiteren λ/4-Leitungen GL1, GL2 ist über einen Schalter S3, S4; S5, S6 mit Masse M verbunden.
  • Jedes Ausgangstor A1, A2 ist über jeweils einen weiteren Schalter S1, S2 mit Masse M verbunden.
  • Jeder Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 ist zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand schaltbar.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Leistungsteiler ist es möglich, je nach Stellung der Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 die Leistung einer am Eingangstor E einfallenden Welle entweder auf beide Ausgangstore A1, A2 aufzuteilen oder zwischen den beiden Ausgangstoren A1, A2 umzuschalten.
  • Durch Umschalten der Schalterstellung eines Schalterpaars S3, S4 bzw. S5, S6 wird der Wellenwiderstand der zugehörigen gekoppelten λ/4-Leitungen L1, GL1 bzw. L2, GL2 zwischen zwei vorgebbaren Werten umgeschaltet. Die Schalter S3, S4 und S5, S6 sind hierbei als gekoppelte Schalter ausgeführt, d.h. die Schalter S3, S4 und S5, S6 nehmen jeweils gleiche Schaltzustände an.
  • Im Weiteren wird zugrunde gelegt, dass die λ/4-Leitungen L1, GL1 bzw. L2, GL2 wie oben beschrieben derart ausgeführt sind, dass bei jeweils geschlossenem Zustand eines Schalterpaars S3, S4 bzw. S5, S6 der Wellenwiderstand der jeweiligen λ/4-Leitungen L1, GL1 bzw. L2, GL2 einen Wert von 50 Ω annimmt. Bei jeweils geöffnetem Zustand eines Schalterpaars S3, S4 bzw. S5, S6 nimmt der Wellenwiderstand der jeweiligen λ/4-Leitungen L1, GL1 bzw. L2, GL2 einen Wert von 70,7 Ω an.
  • Selbstverständlich ist es möglich, die gekoppelten λ/4-Leitungen derart auszuführen, dass der Wellenwiderstand einer gekoppelten λ/4-Leitung je nach Schalterstellung der Schalterpaare S3, S4 bzw. S5, S6 einen anderen Wert als 50 Ω bzw. 70,7 Ω annimmt.
  • Für die in 2 dargestellte Schaltung bedeutet dies, dass sich bei geöffneten Schaltern S1, S2, S3, S4, S5, S6 die Schaltung wie ein herkömmlicher Wilkinson-Teiler verhält bei welchem die am Eingangstor E einfallende Leistung zu gleichen Teilen auf die Ausgangstore A1, A2 aufgeteilt wird. Der Wellenwiderstand der gekoppelten λ/4-Leitungen L1, GL1; L2, GL2 beträgt jeweils 70,7 Ω.
  • Werden die Schalterpaare S3, S4 und S5, S6 geschlossen, so nimmt der Wellenwiderstand der jeweiligen λ/4-Leitungen L1, GL1; L2, GL2 einen Wert von 50 Ω an.
  • Wird nun der Schalter S1 zusätzlich geschlossen, wobei der Schalter S2 geöffnet bleibt, so bewirkt dies, dass die gesamte am Eingangstor E einfallende Leistung zu dem Ausgangstor A2 fließt.
  • Durch das Schließen des Schalters S1 wird ein Kurzschluss zu Masse M am Ende der gekoppelten λ/4-Leitungen L1, GL1 erzeugt, wodurch ein Leerlauf im Leitungsabschnitt zwischen dem Ausgangstor A1 und dem Knotenpunkt K erzeugt wird.
  • Umgekehrt bewirkt bei geschlossenen Schalterpaaren S3, S4 und S5, S6 ein geöffneter Schalter S1 und ein geschlossener Schalter S2, dass die gesamte am Eingangstor E einfallende Leistung zu dem Ausgangstor A1 fließt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es somit möglich, je nach Schalterstellung der Schalterpaare S3, S4 bzw. S5, S6 sowie der Schalter S1, S2 die einfallende Leistung entweder auf die beiden Ausgangstore A1, A2 gleichmäßig zu verteilen oder eine gezielte Leitung der gesamten einfallenden Leistung auf eines der beiden Ausgangstore A1, A2 zu bewirken.
  • Selbstverständlich ist es möglich, die erfindungsgemäße Schaltung mit mehr als zwei Ausgangstoren aufzubauen.

Claims (3)

  1. Leistungsteiler umfassend ein Eingangstor (IN) und zwei Ausgangstore (OUT1; OUT2) mit zwischen dem Eingangstor (IN) und jedem Ausgangstor (OUT1; OUT2) verschalteten λ/4-Leitungen (L1; L2), dadurch gekennzeichnet, dass jede λ/4-Leitung (L1; L2) mit einer zweiten λ/4-Leitung (GL1; GL2) gekoppelt ist, welcher Schalter (S3, S4; S5, S6) zugeordnet sind, welche die zweite λ/4-Leitung (GL1, GL2) mit Masse (M) verbinden und dass weitere Schalter (S1; S2) vorhanden sind, welche das Ausgangstor (OUT1; OUT2) mit Masse (M) verbinden, wobei alle Schalter (S1, S2, S3, S4, S5, S6) in einen ersten oder zweiten Schaltzustand (1, 2) schaltbar sind.
  2. Leistungsteiler nach Anspruch 1, wobei die zwei gekoppelten λ/4-Leitungen (L1, GL1; L2; GL2) parallel zueinander verlaufende Mikrostreifenleitungen sind.
  3. Leistungsteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schalter (S1, S2, S3, S4; S5, S6) PIN-Dioden sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007018165A1 (de) * 2007-04-18 2008-11-13 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Schaltbarer HF-Leistungsteiler

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19815651A1 (de) * 1997-04-26 1998-11-19 Samsung Electronics Co Ltd Funkfrequenz-Leistungsteiler

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