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Die
Erfindung betrifft einen Richtkoppler zur gerichteten Übertragung
von Hochfrequenz-Signalen.
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Zum
Stand der Technik sei hier z. B. auf die
US 5,424,694 verwiesen. In dieser
wird ein Richtkoppler beschrieben, welcher in Streifenleitungstechnik
auf einer Substratebene aufgebaut ist. Durch ohmsche Widerstände
und Induktivitäten wird das Frequenzverhalten des Richtkopplers
beeinflusst. Eine Überlagerung von Signalen zur Ausnutzung
von Interferenz findet jedoch nicht statt.
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Herkömmlich
werden in Richtkopplern gekoppelte Leitungen eingesetzt. Mit einem
einlagigen Aufbau auf einer Leiterplatte lassen sich jedoch lediglich
geringe Richtschärfen erzielen. Eine Richtschärfe
von über 30 dB lässt sich bei herkömmlichem
Aufbau erst mit einem mindestens dreilagigen oder mechanisch sehr
komplexen Aufbau oder durch eine explizierte Optimierung der Richtschärfe
jedes einzelnen Richtkopplers während der Herstellung erreichen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Richtkoppler zu schaffen,
die bei geringem Aufwand des Schaltungsaufbaus eine hohe Richtschärfe in
einem gewünschten Frequenzbereich aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Richtkoppler
mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen
Unteransprüche.
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Der
erfindungsgemäße Richtkoppler verfügt über
zumindest zwei gekoppelte Leitungen, zumindest drei Anschlüsse
und zumindest eine Induktivität. Ein Hochfrequenz-Signal
wird von der ersten gekoppelten Leitung auf die zweite gekoppelte
Leitung übertragen. Die zweite gekoppelte Leitung verfügt dabei über
einen Vorwärtspfad und über einen Rückwärtspfad,
die mit einem gemeinsamen Anschluss verbunden sind. Eine erste Induktivität
ist in Reihe mit dem Rückwärtspfad geschaltet.
Dieser Aufbau der Schaltung ermöglicht die erforderlich
hohe Richtschärfe im gewünschten Frequenzbereich.
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Die
erste gekoppelte Leitung verfügt vorteilhafterweise über
mindestens zwei Anschlüsse. Die zweite gekoppelte Leitung
verfügt vorteilhafterweise über mindestens einen
Anschluss. Dieser Aufbau ermöglicht die Einprägung
von Signalen in die Schaltung und das Abgreifen von Signalen an
der Schaltung.
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Die
gewünschte Kopplung erfolgt von einem ersten Anschluss
der ersten Leitung zu einem Anschluss der zweiten Leitung. Eine
solche Kopplung erfolgt vorteilhafterweise bei höchstens
geringer Dämpfung. Eine Kopplung von einem zweiten Anschluss
der ersten Leitung zu dem Anschluss der zweiten Leitung ist unerwünscht.
Eine solche Kopplung erfolgt vorteilhafterweise bei starker Dämpfung. Somit
ist eine hohe Richtschärfe erreichbar.
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Vorteilhafterweise
ist die zweite gekoppelte Leitung mit einem Absorber bzw. Wellensumpf
verbunden. Die Schaltung ist bevorzugt in Streifenleitungstechnik
aufgebaut. Die Schaltung ist vorteilhafterweise auf der Vorderseite
eines Substrats aufgebaut. Die Rückseite des Substrats
ist vorteilhafterweise metallisiert. Der Wellensumpf ist vorteilhafterweise
durch eine ohmsche Verbindung zu der metallisierten Rückseite
des Substrats, welches vorteilhafterweise Bezugspotential bzw. Massepotential
aufweist, ausgebildet. Die Verbindung zu einem Wellensumpf sorgt
für einen reflexionsfreien Abschluss.
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Die
Länge des Vorwärtspfades und/oder die Länge
des Rückwärtspfades und/oder die Größe
der ersten Induktivität bestimmen vorteilhafterweise frequenzabhängig
die Übertragungseigenschaften und die Richtschärfe
der Schaltung. Durch die Bestimmung der drei Parameter ist die Abstimmung
des gewünschten Frequenzverlaufs der Richtschärfe
möglich.
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Vorteilhafterweise
ist der dritte Anschluss der Schaltung mit einer zweiten Induktivität
in Reihe und vorteilhafterweise mit einer Kapazität parallel
geschaltet. Vorteilhafterweise bilden die zweite Induktivität
und die Kapazität ein LC-Glied. Vorteilhafterweise ist
der Frequenzverlauf der Richtschärfe und der Übertragungseigenschaften über
die Größe der zweiten Induktivität und
die Größe der Kapazität genau bestimmbar.
Dies ermöglicht eine noch größere Flexibilität
der Abstimmbarkeit des Frequenzverlaufs der Richtschärfe.
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Vorzugsweise
werden zwei zweite gekoppelte Leitungen und zweite erste Induktivitäten
eingesetzt. Damit wird vorteilhafterweise ein punktsymmetrischer
Aufbau des Richtkopplers erreicht, wobei der Symmetriepunkt auf
der ersten Leitung liegt. Durch den symmetrischen Aufbau sind beide
Koppelrichtungen in dem Richtkoppler realisiert.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
erstes beispielhaftes Prinzip-Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
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2 eine
beispielhafte Darstellung der Anordnung der Bauelemente des ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Richtkopplers;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Richtkopplers, und
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4 eine
beispielhafte Darstellung der Anordnung der Bauelemente des zweiten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Richtkopplers.
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Anhand
der 1–4 wird der
schaltungstechnische Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen
Richtkopplers erläutert. Identische Elemente wurden in ähnlichen
Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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1 zeigt
ein erstes beispielhaftes Schaltbild eines erfindungsgemäßen
Richtkopplers. Eine erste Leitung 19 ist mit einer zweiten
Leitung 18 gekoppelt. Die erste Leitung verfügt über
die beiden Anschlüsse 10 und 14. Die
zweite Leitung ist über einen Vorwärtspfad 17 und
einen Rückwärtspfad 15 mit einem Anschluss 12 verbunden.
Dem Rückwärtspfad 15 in Serie geschaltet
bzw. in den Rückwärtspfad 15 integriert
ist dabei eine Induktivität 16. Eine Kopplung 11 der
Signale von dem Anschluss 10 auf den Anschluss 12 ist
gewünscht, während eine Kopplung 13 von
dem Anschluss 14 auf den Anschluss 12 unerwünscht
ist. Durch Übertragung der Signale der Anschlüsse 10 und 14 über
den Vorwärtspfad 17 und den Rückwärtspfad 15 an
den gemeinsamen Anschluss 12 wird dort eine Überlagerung
der Signal-Anteile erreicht. Durch eine optimierte Länge
des Vorwärtspfades 17 und des Rückwärtspfades 15 und eine
optimierte Größe der Induktivität 16 wird
am Anschluss 12 ein gewünschter Frequenzverlauf
der Richtschärfe durch konstruktive und destruktive Überlagerung
erzeugt.
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In 2 ist
eine erste beispielhafte Darstellung der Anordnung der Bauelemente
des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Richtkopplers dargestellt.
Die Schaltung ist auf einem Substrat 31 mit metallisierter
Rückseite in Streifenleitungstechnik aufgebaut. Der Aufbau
bildet einen Richtkoppler, welcher Anschlüsse für
beide Koppelrichtungen enthält. Eine erste Streifenleitung 32 ist
mit zwei Koaxialanschlüssen 30 und 40 abgeschlossen.
Zweite Streifenleitungen 33 und 36 sind an die
erste Streifenleitung 32 gekoppelt. Die zweiten Streifenleitungen 33 und 36 sind über
jeweils einen Vorwärtspfad 34 und 35 und
jeweils einen Rückwärtspfad 39 und 44 mit
jeweils einem Koaxialanschluss 37 und 42 verbunden.
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Den
Rückwärtspfaden 39 und 44 sind
Induktivitäten 38 und 43 in Serie geschaltet
bzw. die Induktivitäten 38, 42 sind in
die Rückwärtspfade 39, 44 integriert.
Die erwünschten Koppelrichtungen führen von Anschluss 30 zu
Anschluss 37 und von Anschluss 40 zu Anschluss 42.
Die unerwünschten Koppelrichtungen führen von
Anschluss 30 zu Anschluss 42 und von Anschluss 40 zu
Anschluss 37. Durch die räumliche Nähe
der ersten Steifenleitung 32 zu den zweiten Streifenleitungen 33 und 36 sind die
Streifenleitungen elektromagnetisch gekoppelt. Durch Übertragung
der Signale der Anschlüsse 30 und 40 über
Vorwärtspfade 34 und 35 und Rückwärtspfade 39 und 44 an
die gemeinsamen Anschlüsse 37 und 42 wird
durch eine Überlagerung der Signal-Anteile erreicht. Durch
eine optimierte Länge der Vorwärtspfade 34 und 35 und
der Rückwärtspfade 39 und 44 und
eine optimierte Größen der Induktivitäten 38 und 43 wird
an den Anschlüssen 37 und 42 ein gewünschter
Frequenzverlauf der Richtschärfe durch konstruktive und
destruktive Überlagerung in einem breiten Frequenzband
erzeugt.
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Die
zweiten Streifenleitungen 33 und 36, die zugehörigen
Vorwärtspfade 34 und 35, Rückwärtspfade 39 und 44,
Induktivitäten 38, 43 und Koaxialanschlüsse 37 und 42 sind
punktsymmetrisch zu einem Punkt auf der ersten Streifenleitung 32 angeordnet. Damit
ergibt sich ein Richtkoppler mit vier Anschlüssen 30, 37, 40 und 42 und
zwei vorgesehen Koppelrichtungen.
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3 zeigt
ein zweites beispielhaftes Prinzip-Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Kopplers. Eine erste Leitung 62 ist
mit einer zweiten Leitung 61 gekoppelt. Die erste Leitung
verfügt über die beiden Anschlüsse 50 und 56.
Die zweite Leitung ist über einen Vorwärtspfad 60 und
einen Rückwärtspfad 57 mit einem Anschluss 53 verbunden.
Dem Rückwärtspfad in Serie geschaltet bzw. in
diesen integriert ist dabei eine Induktivität 59.
Dem Anschluss 53 in Serie geschaltet bzw. in diesen integriert
ist eine zweite Induktivität 54. Eine Kapazität 52 ist
dem Vorwärtspfad 60 parallel geschaltet, indem
der Vorwärtspfad 60 über die Kapazität 52 mit
dem Bezugspotential bzw. der Schaltungsmasse verbunden ist. Die
Induktivität 54 und die Kapazität 52 bilden
ein LC-Glied. Ein Wellensumpf bzw. Absorber 58 ist dem
Rückwärtspfad 57 parallel geschaltet,
indem der Rückwärtspfad 57 über
einen ohmschen Widerstand 58 mit dem Bezugspotential bzw.
der Schaltungsmasse verbunden ist. Eine Kopplung 51 der
Signale von dem Anschluss 50 auf den Anschluss 53 ist
gewünscht, während eine Kopplung 55 von
dem Anschluss 56 auf den Anschluss 53 unerwünscht
ist. Durch Übertragung der Signale der Anschlüsse 50 und 56 über
den Vorwärtspfad 60 und den Rückwärtspfad 57 an
den gemeinsamen Anschluss 53 wird dort eine Überlagerung
der Signal-Anteile erreicht. Durch eine optimierte Länge
des Vorwärtspfades 60 und des Rückwärtspfades 57 und eine
optimierte Größe der Induktivität 59 wird
am Anschluss 53 ein gewünschter Frequenzverlauf
der Richtschärfe durch konstruktive und destruktive Überlagerung
erzeugt. Das zusätzliche LC-Glied dient der genauen Einstellung
des gewünschten Frequenzverlaufs der Richtschärfe.
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In 4 ist
eine zweite beispielhafte Darstellung der Anordnung der Bauelemente
einer erfindungsgemäßen Schaltung entsprechend
dem Ausführungsbeispiel nach 3 dargestellt.
Die Schaltung ist auf einem Substrat 81 mit metallisierter
Rückseite in Streifenleitungstechnik aufgebaut. Der Aufbau
bildet einen Richtkoppler, welcher Anschlüsse für
beide Koppelrichtungen enthält. Eine erste Streifenleitung 82 ist
mit zwei Koaxialanschlüssen 80 und 93 abgeschlossen.
Zweite Streifenleitungen 83 und 86 sind an die
erste Streifenleitung 82 gekoppelt. Die zweiten Streifenleitungen 83 und 86 sind über
jeweils einen Vorwärtspfad 84 und 85 und
jeweils einen Rückwärtspfad 92 und 100 mit
jeweils einem Koaxialanschluss 88 und 96 verbunden.
Den Rückwärtspfaden 92 und 100 sind
erste Induktivitäten 90 und 98 in Serie
geschaltet. Den Anschlüssen 88 und 96 sind zweite
Induktivitäten 89 und 97 in Reihe geschaltet.
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Den
Vorwärtspfaden 84 und 85 sind zusätzlich
Kapazitäten 87 und 95 parallel geschaltet.
Die Kapazitäten 87 und 95 sind mit der
metallisierten Rückseite des Substrats 81 verbunden.
Die zweiten Induktivitäten und die Kapazitäten
bilden LC-Glieder. Den Rückwärtspfaden 92 und 100 sind
weiterhin Wellensümpfe 91 und 99 parallel
geschaltet. Die Wellensümpfe sind durch ohmsche Verbindungen
zu der metallisierten Rückseite des Substrats 81 realisiert.
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Die
erwünschten Koppelrichtungen führen von Anschluss 80 zu
Anschluss 88 und von Anschluss 93 zu Anschluss 96.
Die unerwünschten Koppelrichtungen führen von
Anschluss 80 zu Anschluss 96 und von Anschluss 93 zu
Anschluss 88. Durch die räumliche Nähe
der ersten Streifenleitung 82 und den zweiten Streifenleitungen 83 und 86 sind die
Streifenleitungen elektromagnetisch gekoppelt. Durch Übertragung
der Signale der Anschlüsse 80 und 93 über
die Vorwärtspfade 84 und 85 und die Rückwärtspfade 92 und 100 an
die gemeinsamen Anschlüsse 88 und 96 wird
dort eine Überlagerung der Signal-Anteile erreicht. Durch
eine optimierte Länge der Vorwärtspfade 84 und 85 und
der Rückwärtspfade 92 und 100 und
eine optimierte Größen der Induktivitäten 90 und 98 wird
an den Anschlüssen 88 und 96 ein gewünschter
Frequenzverlauf der Richtschärfe in einem breiten Frequenzband
durch konstruktive und destruktive Überlagerung erzeugt. Die
zusätzlichen LC-Glieder dienen der genauen Einstellung
des gewünschten Frequenzverlaufs der Richtschärfe.
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Die
zweiten Streifenleitungen 83 und 86, die zugehörigen
Vorwärtspfade 84 und 85, Rückwärtspfade 92 und 100,
Induktivitäten 89, 90 und 97, 98, Kapazitäten 87 und 95,
Wellensümpfe 91 und 99 und Koaxialanschlüsse 88 und 96 sind
punktsymmetrisch zu einem Punkt auf der ersten Streifenleitung 82 angeordnet.
Damit ergibt sich ein Richtkoppler mit vier Anschlüssen 80, 88, 93 und 96 und
zwei vorgesehen Koppelrichtungen.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So können unterschiedliche weitere,
den Frequenzgang der Richtschärfe beeinflussende Bauelemente
eingesetzt werden. Ebenso ist ein Einsatz der Struktur in mehrlagigen
Leiterplatten denkbar. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder
in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander
kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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