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Die
Erfindung betrifft einen Leistungsteiler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
Gründen
der Reziprozität
ist dann auch beim Anlegen der gleichen Spannung mit gleicher Phase
die Übertragung
in umgekehrter Richtung verlust- und reflexionsfrei.
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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.
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Ein
Nachteil dieser Dreitorschaltung ist allerdings, dass sie ausschließlich der
Leistungsteilung auf die beiden Ausgänge dient.
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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.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Leistungsteiler gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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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.
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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.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die
Schalter PIN-Dioden.
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Die
Erfindung wird im Weiteren anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Wilkinson-Leistungsteiler gemäß dem Stand
der Technik,
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2 eine
Schaltung für
einen erfindungsgemäßen Leistungsteiler.
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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.
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Eine
am Eingangstor E einfallende Welle wird bei diesem Leistungsteiler
zu gleichen Teilen auf die Ausgangstore A1, A2 aufgeteilt.
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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.
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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.
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Jedes
Ausgangstor A1, A2 ist über
jeweils einen weiteren Schalter S1, S2 mit Masse M verbunden.
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Jeder
Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 ist zwischen einem offenen und einem
geschlossenen Zustand schaltbar.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
die erfindungsgemäße Schaltung
mit mehr als zwei Ausgangstoren aufzubauen.