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Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler zum Erfassen von Signalen proportional zu Hochfrequenzsignalen propagierender elektromagnetischer Wellen in Hochfrequenzleitungen.
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Richtkoppler dienen zum Erfassen von Signaleigenschaften propagierender Hochfrequenzsignale, also elektromagnetischer Wellen in Hochfrequenzleitungen. Dabei wird ein Teil der Hochfrequenzsignale richtungsabhängig aus einer Hochfrequenzleitung über eine Kopplungsleitung ausgekoppelt. Diese Signale können über Messanschlüsse der Kopplungsleitung abgegriffen und in einem Detektor ausgewertet werden. Somit sind Aussagen über die Qualität der propagierenden Hochfrequenzsignale möglich. Es kann beispielsweise eine Aussage über den Betrag, die übertragene Leistung oder die Phase eines Hochfrequenzsignals auf einer Hochfrequenzleitung getroffen werden. Typische Koppeldämpfungen, also Anteile des Leistungspegels der propagierenden Hochfrequenzsignale, welche ausgekoppelt werden, können beispielsweise zwischen –3 dB und –20 dB liegen.
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Weit verbreitete Anwendung finden Richtkoppler bei der richtungsabhängigen Erfassung von Leistungsdifferenzen zwischen einer in einem Signalweg hinlaufenden und einer rücklaufenden elektromagnetischen Welle, um daraus das so genannte Stehwellenverhältnis (VSWR = voltage standing wave ratio) berechnen zu können. Das Stehwellenverhältnis ist ein Maß für Leistungsverluste elektromagnetischer Wellen, z. B. verursacht durch Reflexion aufgrund von fehlangepassten Leitungsabschnitten im Signalweg mit Unstetigkeiten in der Impedanz.
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In elektronischen Kommunikationsendgeräten, beispielsweise in Mobiltelefonen oder anderen drahtlosen Sende-/Empfangseinheiten, werden mehrere Frequenzbereiche (so genannte Frequenzbänder) genutzt, um Informationen und Daten zu übertragen, beispielsweise Bänder zwischen 700 MHz und 1000 MHz bzw. 1400 MHz und 6000 MHz.
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Bei herkömmlichen Lösungen wird pro verwendetes Frequenzband jeweils ein Richtkoppler eingesetzt, um Signaleigenschaften der propagierenden Hochfrequenzsignale in diesem Frequenzband zu erfassen. Beispielsweise wird die Leistung einer propagierenden elektromagnetischen Welle zwischen einem Sender und einer Antenne erfasst, um ein kontrolliertes Hochfahren der Leistung eines Leistungsverstärkers (power amplifier) im Sender zu ermöglichen. Ferner kann die Leistung einer hin- und rücklaufenden elektromagnetischen Welle zwischen Sender und Antenne erfasst werden, um eine Fehlanpassung zu erkennen und eine Impedanzanpassung zwischen dem Sender und der Antenne durchzuführen) In der Regel sind die Leitungslängen der Kopplungsleitung und der Leitungen zwischen dem Richtkoppler und einem daran angeschlossenen Detektor zum Messen der ausgekoppelten Signale abhängig vom jeweiligen Frequenzband und daher unterschiedlich. Unterschiedliche Leitungslängen ergeben sich daraus, dass für bestimmte Funktionen eine von der Wellenlänge abhängige Leitungslänge, beispielsweise ein Viertel oder die Hälfte der Wellenlänge vorgegeben ist.
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Trotz unterschiedlicher Leitungslängen für unterschiedliche Frequenzbänder muss eine stabile und definierte Kopplung im Richtkoppler gewährleistet sein. Dies gilt sowohl für die Erfassung hinlaufender als auch rücklaufender Wellen. Zur Anpassung eines Richtkopplers an das verwendete Frequenzband und gegebenenfalls auch an die resultierende Leitungslänge zwischen dem Richtkoppler und dem Detektor kann ein herkömmlicher Richtkoppler zwischen der Kopplungsleitung und den Messanschlüssen in Richtung Detektor resistive Dämpfungsglieder aufweisen. Die Dämpfungsglieder sind dabei in PI- oder T-Form durch diskrete Widerstände aufgebaut.
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Aus der
US 2009/0045888 A1 ist ein Richtkoppler bekannt, der mittels eines Leiterabschnitts parallel aus zwei HF Leitungen Signale auskoppelt.
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Aus der
US 2009/0128255 A1 ist ein Richtkoppler mit einer Koppelleitung und einer HF Leitung bekannt. Ein Leiterbahnabschnitt der Koppelleitung ist über resistive Glieder angeschlossen, die als Π Glieder von Widerstandselementen ausgebildet sind.
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All diese Anforderungen – unterschiedliche Frequenzbänder, Verwendung von Richtkopplern in unterschiedlichen Umgebungen, diskrete resistive Anpassungsglieder – resultieren in einem hohen Aufwand bezogen auf den Platzbedarf und die Kosten eines Richtkopplers für unterschiedliche Frequenzbänder.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Richtkoppler derart zu verbessern, dass weniger Platzbedarf und geringere Kosten des Richtkopplers erzielbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen Richtkoppler nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Der Richtkoppler umfasst eine erste Hochfrequenzleitung zum Führen eines ersten Hochfrequenzsignals, eine zweite Hochfrequenzleitung zum Führen eines zweiten Hochfrequenzsignals und eine Kopplungsleitung zum Auskoppeln von Signalen aus der ersten und der zweiten Hochfrequenzleitung, wobei die Kopplungsleitung resistive Abschnitte aufweist, welche jeweils eine vorbestimmte Impedanz besitzen, wobei der Richtkoppler als Mehrlagenschaltung aufgebaut ist und gedruckte Leiterbahnen und Leiterbahnabschnitte aufweist, die die Widerstandselemente ausbilden und daher keine diskreten Widerstands-Bauelemente aufweist, wobei erste und zweite Hochfrequenzleitung in einer ersten Schichtebene der Mehrlagenschaltung angeordnet sind, wobei die Kopplungsleitung und deren resistive Abschnitte in einer zweiten Schichtebene der Mehrlagenschaltung angeordnet sind, wobei die Kopplungsleitung einen zentralen Abschnitt aufweist, der über den beiden Hochfrequenzleitungen angeordnet ist und von dem aus weitere Abschnitte entspringen, die mit einem Ende mit dem zentralen Abschnitt und mit dem anderen Ende mit einem Masseanschluss verbunden sind wobei einzelne Abschnitte durch unterschiedliche Längen, Breiten oder Querschnitte bestimmte unterschiedliche Impedanzwerte aufweisen.
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Ein derartiger Richtkoppler besitzt den Vorteil, dass diskrete Widerstände nicht mehr notwendig sind und vorteilhaft gänzlich entfallen. Ein diskreter Widerstand soll hier als ein einzelnes, beispielsweise in einem eigenen Gehäuse befindliches elektrisches Widerstands-Bauelement mit eigenen äußeren Anschlüssen verstanden werden. Resistive Leitungsabschnitte vorbestimmter Impedanz sind in die Kopplungsleitung integriert. Diese erfüllt eine Kopplungsfunktion und besitzt vorbestimmte resistive Eigenschaften. Somit kann Platz eingespart werden, welcher bei herkömmlichen Lösungen notwendig war. Der Richtkoppler kann als kompaktes und vorteilhaft integriertes Bauteil oder Bauelement aufgebaut werden, wodurch Platz und Kosten gespart werden können.
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Bevorzugt ist die Kopplungsleitung dazu eingerichtet, Signale eines ersten Frequenzbereichs aus der ersten Hochfrequenzleitung und Signale eines zweiten Frequenzbereichs aus der zweiten Hochfrequenzleitung auszukoppeln. Das bedeutet, dass der Richtkoppler für unterschiedliche Frequenzbereiche parallel einsetzbar ist. Somit können hin- und rücklaufende Wellen propagierender Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzbereiche mit einem einzigen Richtkoppler richtungsabhängig ausgekoppelt werden. Auch dies spart Kosten, da anstelle von mehreren Richtkopplern für unterschiedliche Frequenzbänder lediglich ein Richtkoppler eingesetzt werden kann.
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Bevorzugt sind die resistiven Abschnitte der Kopplungsleitung derart angeordnet, dass ein oder mehrere resistive Anpassungsglieder zur Anpassung ausgekoppelter Signale gebildet sind. Durch die resistiven Abschnitte der Kopplungsleitung, wobei jeder resistive Abschnitt jeweils eine vorbestimmte Impedanz besitzt, können Anpassungsglieder aufgebaut werden, welche bisher durch diskrete Bauelemente, also Widerstände, realisiert wurden. Durch eine gezielte Anordnung der Abschnitte in der Kopplungsleitung kann somit eine Anpassung des Richtkopplers an die verwendeten Frequenzbereiche der Hochfrequenzsignale erzielt werden.
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Insbesondere können die Anpassungsglieder vorteilhaft für eine Dämpfung der ausgekoppelten Signale zumindest eines der Frequenzbereiche und/oder für eine Impedanzanpassung des Richtkopplers in zumindest einem der Frequenzbereiche eingerichtet sein. Vorteilhaft sind die resistiven Anpassungsglieder in PI-Form angeordnet. Die Anpassungsglieder bilden ein oder mehrere PI-Glieder zur Anpassung in einem oder mehreren Frequenzbereichen aus.
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Diese Eigenschaften erlauben eine Anpassung des Dynamikbereichs der ausgekoppelten Signale an dem Richtkoppler nachfolgende Komponenten und Bauteile, beispielsweise logarithmische Verstärker. Zudem kann die Impedanz des Richtkopplers an die Impedanzen der gekoppelten Leitungen und Bauteile angepasst werden, sodass eine bestmögliche Kopplung mit einem guten Koppelfaktor für jeden der verwendeten Frequenzbereiche erzielbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kopplungsleitung aus gedruckten Leiterbahnen ausgeführt und weist Messanschlüsse zum Abgreifen der ausgekoppelten Signale sowie einen oder mehrere Masseanschlüsse auf. Vorteilhaft sind die Leiterbahnen der Kopplungsleitung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Ein Aufbau des Richtkopplers ist bevorzugt derart gestaltet, dass die Kopplungsleitung einen zentralen Abschnitt zum Leiten von ausgekoppelten Signalen zwischen den Messanschlüssen sowie weitere Abschnitte umfasst, die jeweils mit einem ersten Ende am zentralen Abschnitt entspringen, von diesem wegführen und mit ihrem zweiten Ende jeweils mit einem der Masseanschlüsse verbunden sind.
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Eine derartige Ausführung der Kopplungsleitung ermöglicht eine wirksame Dimensionierung resistiver Dämpfungs- und Anpassungsglieder in der Kopplungsleitung. Mehrere Abschnitte, beispielsweise der zentrale Abschnitt und zwei daran entspringende und zum Beispiel mit Masse verbundene Abschnitte, ergeben ein Anpassungsglied. Die Leiterbahnen der Kopplungsleitung sind somit derart eingerichtet, dass die Kopplungsleitung sowohl die Funktion des Auskoppelns von Hochfrequenzsignalen aus den Hochfrequenzleitungen als auch die der Anpassung der ausgekoppelten Signale durch Integration resistiver Anpassungsglieder in der Kopplungsleitung erfüllt. Der Aufbau des Richtkopplers erlaubt eine besonders kompakte Bauweise bei hervorragenden Kopplungs- und Dämpfungseigenschaften.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbart.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisierte Darstellung zweier herkömmlicher Richtkoppler für unterschiedliche Frequenzbänder,
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2a schematisiert eine erste Ausführungsform eines Richtkopplers für zwei unterschiedliche Frequenzbereiche,
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2b schematisiert eine detailliertere Darstellung der Ausführungsform gemäß 2a und
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3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Richtkopplers.
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1 zeigt schematisiert den Schaltungsaufbau zweier herkömmlicher Richtkoppler 1a und 1b für unterschiedliche Frequenzbereiche. Ein erster Richtkoppler 1a weist eine erste Hochfrequenzleitung 2 mit Anschlüssen 11a und 11b zum Führen eines ersten Hochfrequenzsignals in einem ersten Frequenzbereich auf. Eine Kopplungsleitung 4 dient zum Auskoppeln eines Teils eines propagierenden Hochfrequenzsignals in der ersten Hochfrequenzleitung 2. Das ausgekoppelte Signal kann über die Kopplungsleitung 4 an Messanschlüssen 7a oder 7b von einem nachfolgenden Detektor erfasst werden. Ein nachfolgender Detektor kann beispielsweise einen logarithmischen Verstärker zur Signalverarbeitung der ausgekoppelten Hochfrequenzsignale aufweisen. Ein entsprechender Detektor ist jedoch nicht dargestellt. Zur Anpassung des Richtkopplers 1a an den Frequenzbereich des in der ersten Hochfrequenzleitung 2 propagierenden Hochfrequenzsignals und zur Dämpfung und Anpassung des Dynamikbereichs eines ausgekoppelten Signals sind zwischen der Kopplungsleitung 4 und den beiden Anschlüssen 7a und 7b jeweils diskrete Widerstände 10 verschaltet.
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Drei Widerstände 10, welche jeweils unterschiedliche Werte aufweisen dürfen, sind jeweils zwischen der Kopplungsleitung 4 und einem Messanschluss 7a oder 7b zu einem Anpassungsglied 6 verschaltet. Die hier dargestellte Anordnung der Widerstände 10 in einem Anpassungsglied 6 entspricht einer so genannten PI-Schaltung. Durch die Anpassungsglieder 6 zwischen der Kopplungsleitung 4 und den Anschlüssen 7a und 7b erfolgt eine Dämpfung der ausgekoppelten Signale und somit eine Anpassung des Dynamikbereichs der ausgekoppelten Signale an einen niedrigen Dynamikbereich eines Verstärkers eines nachfolgenden Detektors, welcher beispielsweise um einige Dekaden niedriger sein kann. Ferner können durch geeignete Dimensionierung der Anpassungsglieder 6 der Koppelfaktor (coupling), die Entkopplung (isolation) sowie das Richtverhältnis (Verhältnis der ausgekoppelten Leistungen) zwischen den Anschlüssen 11a und 11b und den Messausgängen 7a und 7b eingestellt werden.
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Falls die Widerstände 10 auf der Eingangs- beziehungsweise Ausgangsseite eines Anpassungsglieds 6, also die beiden Widerstände 10, welche mit Massepotential verbunden sind, unterschiedliche Werte besitzen, findet gleichzeitig mit der Dämpfung eine Impedanzanpassung durch das Anpassungsglied 6 statt. Eine Impedanzanpassung des Richtkupplers 1a ist beispielsweise notwendig, um den Richtkuppler 1a an eine Impedanz der ersten Hochfrequenzleitung 2 sowie an eine Impedanz eines nachfolgenden Detektors anzugleichen, um Reflexionen und somit Leistungsverluste möglichst gering zu halten und eine Kopplung hochfrequenter Signale aus der ersten Hochfrequenzleitung 2 in die Kopplungsleitung 4 zu verbessern. Gängige Impedanzwerte können beispielsweise eine aus der Funk- und Radartechnik bekannte Impedanz von 50 Ω oder eine aus Antennenanlagen für terrestrisches, Kabel- und Satellitenfernsehen bekannte Impedanz von 75 Ω aufweisen. Andere Impedanzwerte sind freilich auch denkbar.
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Zur Auskopplung von Hochfrequenzsignalen aus einer zweiten Hochfrequenzleitung 3 in einem zweiten Frequenzbereich, welcher unterschiedlich zum ersten Frequenzbereich der ersten Hochfrequenzleitung 2 des Richtkopplers 1a sein kann, mit Anschlüssen 12a und 12b dient ein weiterer Richtkoppler 1b, welcher identisch aufgebaut ist zu dem bereits erläuterten Richtkoppler 1a. Der Richtkoppler 1b weist eine zum Richtkoppler 1a identische Struktur auf. Lediglich die Impedanzwerte der Widerstände 10 und folglich die Dämpfung und Impedanz der Anpassglieder 6 des Richtkopplers 1b können aufgrund des unterschiedlichen Frequenzbereichs, in dem der Richtkoppler 1b verglichen mit dem Richtkoppler 1a arbeitet, andere Werte aufweisen.
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Die beiden Richtkoppler 1a und 1b aus 1 werden zur Kopplung aus unterschiedlichen Hochfrequenzleitungen 2 und 3 mit unterschiedlichen Frequenzbereichen eingesetzt. Aufgrund dieser Tatsache und aufgrund der Verwendung von diskreten Widerständen 10 in Anpassungsgliedern der beiden Richtkoppler 1a und 1b benötigt die Anordnung aus 1 relativ viel Bauvolumen, wobei der Kostenaufwand zum Aufbau der Anordnung hoch ist.
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2a zeigt schematisiert ein Schaltbild einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Richtkopplers 1. Dieser Richtkoppler 1 stellt gewissermaßen eine Kombination und Zusammenführung beider Richtkoppler 1a und 1b aus 1 dar. Der Richtkoppler 1 gemäß 2a weist eine erste Hochfrequenzleitung 2 mit Anschlüssen 11a und 11b und eine zweite Hochfrequenzleitung 3 mit Anschlüssen 12a und 12b auf. Beide Hochfrequenzleitungen 2 und 3 führen Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzbereiche. So führt die Hochfrequenzleitung 2 beispielhaft Hochfrequenzsignale eines Frequenzbands im 1-GHz Frequenzbereich und die Hochfrequenzleitung 3 Hochfrequenzsignale eines Frequenzbands im 2-GHz-Frequenzbereich. Die beiden Frequenzbereiche sind durch einen ausreichend großen Bandabstand voneinander getrennt.
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Zur Auskopplung von Hochfrequenzsignalen aus den beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 weist der Richtkoppler 1 ferner eine Kopplungsleitung 4 mit Messanschlüssen 7a und 7b zum Erfassen ausgekoppelter Signale durch einen an den Anschlüssen 7a und 7b angeschlossenen Detektor (nicht dargestellt) auf. Der Richtkoppler 1 gemäß 2a integriert eine Kopplung aus den Hochfrequenzleitungen 2 und 3 in die Kopplungsleitung 4 und resistive Anpassungseigenschaften in der Kopplungsleitung 4, wie nachfolgend erläutert wird. Somit kann der Richtkoppler 1 wesentlich kompakter und kostengünstiger aufgebaut werden als eine Anordnung zweier Richtkoppler 1a und 1b gemäß 1 und dient dennoch zur Erfassung von Signaleigenschaften zweier unterschiedlicher Hochfrequenzleitungen 2 und 3.
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2b zeigt schematisiert ein Ersatzschaltbild des Richtkopplers 1 gemäß 2a. Insbesondere der schaltungstechnische Aufbau der Kopplungsleitung 4 ist in 2b näher erläutert.
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Die Kopplungsleitung 4 weist mehrere Abschnitte 5a, 5b, 5c, 15a, 15b, 15c, 25a, 25b, 25c, 35a, 35b sowie 35c auf, welche resistive Eigenschaften mit vorbestimmten Impedanzwerten besitzen. Diese Impedanzwerte sind symbolisch durch resistive Elemente dargestellt. Ein Abschnitt 45a ist zwischen den beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 angeordnet und ist zur Auskopplung von Hochfrequenzsignalen aus den beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 eingerichtet. Der Abschnitt 45a weist ebenfalls einen vorbestimmten Impedanzwert auf.
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Die Kopplungsleitung 4 besitzt neben einer Koppelfunktion elektromagnetischer Signale aus den beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 auch resistive Eigenschaften. Abschnitte 5a bis 5c, 15a bis 15c, 25a bis 25c, 35a bis 35c sind jeweils derart angeordnet, dass sich Anpassungsglieder 6 ergeben. Die Abschnitte 5a bis 5c, 15a bis 15c, 25a bis 25c, 35a bis 35c sind hier jeweils derart angeordnet, dass die Anpassungsglieder 6 in PI-Form aufgebaut sind.
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Alle Abschnitte 5a, 5b, 5c, 15a, 15b, 15c, 25a, 25b, 25c, 35a, 35b, 35c sowie 45a dürfen jeweils unterschiedliche Impedanzwerte aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn für unterschiedliche Frequenzen der beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 unterschiedliche Dämpfungseigenschaften zu erzielen sind.
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Durch die resistiven Abschnitte 5a, 5b, 5c, 15a, 15b, 15c, 25a, 25b, 25c, 35a, 35b, 35c sowie 45a der Kopplungsleitung 4 können somit Dämpfungseigenschaften vorbestimmt werden, welche die bereits zur 1 erläuterten Dämpfungs- und Anpassungswirkungen für auskoppelte Hochfrequenzsignale aus den Hochfrequenzleitungen 2 und 3 entfalten. Somit kann der Richtkoppler 1 gemäß 2a und 2b an Impedanzen der Hochfrequenzleitungen 2 und 3 sowie an Impedanzen eines oder mehrerer nachfolgender Detektoren an den Messanschlüssen 7a und 7b angepasst werden. Ebenso kann der Dynamikbereich ausgekoppelter Signale an Dynamikbereiche eines oder mehrerer nachfolgender Detektoren angepasst werden. Resistive Dämpfungseigenschaften und eine Kopplung hochfrequenter Signale aus den Hochfrequenzleitungen 2 und 3 sind in der Kopplungsleitung 4 des Richtkopplers 1 gemäß den 2a und 2b integriert.
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3 zeigt eine perspektivische schematisierte Darstellung eines Beispiels eines als Richtkoppler 1 arbeitenden Bauelements. Der Richtkoppler 1 ist schaltungstechnisch gemäß dem schematisierten Schaltbild aus 2b aufgebaut. Das Bauelement ist als geschichtete Mehrlagenschaltung aufgebaut und umfasst mehrere Schichten gedruckter Leiterbahnen, welche durch dielektrische Schichten voneinander getrennt übereinander gestapelt und prozesstechnisch zu einem Bauelement zusammengefügt wurden. Eine derartige Schichtprozesstechnologie wird beispielsweise bei der so genannten LTCC-Technologie (LTCC = low temperature co-fired ceramics) angewendet. Dabei werden Leiterbahnen und elektrische Bauelemente durch photochemische Prozesse oder durch Druckverfahren auf Folien aufgebracht. Die Folien sind beispielsweise als dünne keramische Grünfolien ausgeführt und werden einzeln strukturiert. Danach werden die Trägersubstrate gestapelt, laminiert und beispielsweise in einem Hochtemperaturprozess gesintert und verpresst. Die Mehrlagenschaltung kann jedoch auch aus Folien eines organischen Materials z. B. aus FR4 Material aufgebaut sein.
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In einer innen liegenden, unteren Schichtebene weist der Richtkoppler 1 zunächst eine erste Hochfrequenzleitung 2 und eine zweite Hochfrequenzleitung 3 auf. Diese sind entsprechend auf einer ersten Folie oder einem ersten Schichtaufbau aufgebracht und strukturiert und in das Bauteil verpresst. Anschlüsse 11a und 11b sowie 12a und 12b der beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 sind nach außen aus dem Richtkoppler 1 zur Kontaktierung mit einem Signalpfad in einem Sende-/Empfangsgerät herausgeführt. Die Anschlüsse weisen nach unten.
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In einer oberen, vorzugsweise der obersten Schichtebene des Richtkopplers 1 ist eine Kopplungsleitung 4 in Form aufgedruckter Leiterbahnen angeordnet. Die gedruckten Leiterbahnen können beispielsweise durch Aufbringen von Silberpaste in einem Druckverfahren auf die oberste Substratschicht (Folie) des Richtkopplers 1 erzeugt werden. Insbesondere weist die Kopplungsleitung 4 einen zentral gelegenen Abschnitt 45a auf, welcher unmittelbar über den Hochfrequenzleitungen 2 und 3 angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass Hochfrequenzsignale aus den Hochfrequenzleitungen 2 und 3 zumindest teilweise richtungsabhängig in den zentralen Bereich 45a ausgekoppelt werden können. Einzelne Abschnitte der Kopplungsleitung 4 können sich in Länge und/oder Breite unterscheiden, wodurch deren jeweiliger Impedanzwert bestimmt wird.
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Zum Abgreifen der ausgekoppelten Signale, insbesondere zur Weiterleitung der Signale an eine oder mehrere Detektoreinheiten (nicht dargestellt), dienen Messanschlüsse 7a und 7b, zwischen denen der zentrale Abschnitt 45a angeordnet ist. Von dem Abschnitt 45a entspringen jeweils mit einem ersten Ende 9a weitere Abschnitte, welche vom zentralen Abschnitt 45a wegführen und mit einem zweiten Ende 9b jeweils mit einem Masseanschluss 8 verbunden sind.
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Somit ergeben sich beidseits des zentralen Abschnitts 45a jeweils drei annähernd parallel zueinander geführte und quer zum zentralen Abschnitt 45a verlaufende weitere Abschnitte, wobei die jeweils mittleren Abschnitte direkt mit dem Masseanschluss 8 verbunden sind und die jeweils äußeren Abschnitte über einen außen liegenden Steg 13 ebenfalls mit Massepotential kontaktiert sind. Der Steg 13 kann aus einem anderen Material gefertigt sein als die Kopplungsleitung 4 selbst. Insbesondere kann der Steg 13 aus einem Material mit einem äußerst geringen spezifischen Widerstand gebildet sein, um eine gute Masseverbindung zu ermöglichen.
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Die Abschnitte weisen aufgrund ihrer jeweiligen Breite und Abmessung beziehungsweise aufgrund ihres Querschnitts und in Abhängigkeit von der jeweiligen Länge der Abschnitte jeweils vorbestimmte Impedanzen auf. Beispielhaft sind auf einer Seite des zentralen Abschnitts 45a Abschnitte 5a, 5b, 5c und 15a, 15b, 15c bezeichnet, welche jeweils unterschiedliche Impedanzwerte aufweisen können. Die Abschnitte 5c und 15c können einen einheitlichen Abschnitt mit einem Impedanzwert bilden oder jeweils verschiedene Bereiche des mittleren Abschnitts mit jeweils unterschiedlichen Impedanzwerten definieren. Analog zu den Abschnitten 5a, 5b, 5c und 15a, 15b, 15c sind entsprechende Abschnitte auch auf der anderen Seite des zentralen Abschnitts 45a eingerichtet, sodass insgesamt alle vom zentralen Abschnitt 45a wegführenden Abschnitte unterschiedliche Impedanzwerte aufweisen können.
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Aufgrund der Verschaltung der Kopplungsleitung 4 mit Messanschlüssen 7a und 7b beziehungsweise mit Masseanschlüssen 8 und aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Kopplungsleitung 4 als Bereich mit einem zentralen Abschnitt 45a und nach außen führenden weiteren Abschnitten (beispielhaft 5a, 5b, 5c und 15a, 15b, 15c) können resistive Anpassungsglieder gebildet werden. So bilden beispielsweise die drei Abschnitte 5a, 5b und 5c auf einer Seite des zentralen Abschnitts 45a, gegebenenfalls mit dem zentralen Abschnitt 45a selbst, ein Anpassungsglied, wobei hier aufgrund der Anordnung der Abschnitte 5a, 5b und 5c ein resistives PI-Glied gebildet ist. Auch die Abschnitte 15a, 15b und 15c bilden ein derartiges weiteres Anpassungsglied in PI-Verschaltung.
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Durch unterschiedliche Dimensionierung der Abschnitte, welche vom zentralen Abschnitt 45a entspringen, können somit in unterschiedlichen Bereichen der Kopplungsleitung 4 unterschiedliche Dämpfungs- und Anpassungseigenschaften erzeugt werden. So weist die Kopplungsleitung 4 bezogen auf die ausgekoppelten Signale der ersten Hochfrequenzleitung 2 beispielsweise andere Dämpfungs- und Anpassungseigenschaften auf als bezogen auf ausgekoppelte Signale aus der zweiten Hochfrequenzleitung 3.
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Auf diese Weise können durch einen Bereich mit gedruckten Leiterbahnen einer Kopplungsleitung 4 gemäß der Ausführung aus 3 Hochfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzbereiche einer ersten Hochfrequenzleitung 2 und einer zweiten Hochfrequenzleitung 3 in die Kopplungsleitung 4 ausgekoppelt werden, über resistive Dämpfungseigenschaften der Kopplungsleitung 4 bedämpft werden und schließlich über Messanschlüsse 7a und 7b einem oder mehreren nachfolgenden Detektoren zugeführt werden. Über einen derartigen Richtkoppler 1 ist somit eine Auskopplung aus unterschiedlichen Hochfrequenzleitungen 2 und 3 möglich.
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Genaue Impedanzwerte der Abschnitte (beispielhaft 5a, 5b, 5c und 15a, 15b, 15c) können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Leiterbahnen durch Aufbringen von Leitpaste auf die oberste Substratschicht des Richtkopplers 1 erzeugt und anschließend über Lasertrimmen in ihrem Widerstandswert eingestellt werden. Lasertrimmen bedeutet, dass über einen Laser winzigste Mengen der leitenden Paste abgetragen werden, wodurch sich der Widerstandswert im jeweiligen Abschnitt vergrößert. Auf diese Weise sind unterschiedlichste resistive Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Kopplungsleitung 4 einstellbar. Vorteilhaft wird die Kopplungsleitung 4 mit ihren Leiterbahnen erst nach dem Sintern des Mehrlagensubstrats aufgebracht. Denn durch Sintern ergeben sich Volumenänderungen im Bauteil, welche eine exakte Einstellung gewünschter Impedanzwerte in den einzelnen Abschnitten erschweren würden. Durch nachträgliches Aufdrucken der Kopplungsleitung 4 und das erläuterte Lasertrimmen können feinste Einstellungen der Impedanzwerte vorgenommen werden.
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Der Richtkoppler 1 gemäß 3 stellt ein kompaktes platzsparendes Bauteil dar, welches kostengünstig aufgebaut werden kann. Durch eine derartige Ausführung können gute Koppelfaktoren sowohl in einem ersten Frequenzbereich einer ersten Hochfrequenzleitung 2 als auch in einem zweiten Frequenzbereich einer zweiten Hochfrequenzleitung 3, beispielsweise in unterschiedlichen Frequenzbändern gemäß einem Mobilfunk-Standard, erzielt werden. So ist in einem niederen Frequenzband beispielsweise ein Koppelfaktor zwischen –30 und –40 dB bei einer Entkopplung von bis zu –80 dB möglich. Für das höhere Frequenzband ist ebenfalls ein derartiger Koppelfaktor bei einer entsprechenden Entkopplung erzielbar.
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In nicht dargestellten Ausführungsformen kann ein Richtkoppler 1 auch derart aufgebaut sein, dass gedruckte Leiterbahnen der beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 in einer gemeinsamen Ebene mit der Kopplungsleitung 4 angeordnet sind. Dabei könnte die Kopplungsleitung 4 beispielsweise zwischen den beiden Hochfrequenzleitungen 2 und 3 angeordnet sein. Dies hat zudem den Vorteil, dass der Bereich mit den gedruckten Leiterbahnen der Kopplungsleitung 4 vor Zerstörung durch äußere Umwelteinflüsse geschützt in das Bauteil eingebettet ist.
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Es ist auch denkbar, die geometrische Ausgestaltung und Abmessung der Kopplungsleitung 4 zu variieren, je nach Anwendungsfall. So könnten einzelne Abschnitte (beispielhaft 5a, 5b, 5c und 15a, 15b, 15c) derart angeordnet sein, dass sich Anpassungsglieder in T-Form ergeben. Auch die Anordnung und Verschaltung mit Messanschlüssen 7a und 7b und Masseanschlüssen 8 kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Ein Richtkoppler 1 kann auch lediglich aus übereinandergelagerten Schichten bedruckter Folien bestehen, welche lediglich laminiert sind. Unterschiedlichste Prozesstechnologien der Dünnschicht- oder Dickschichttechnologie können Anwendung finden. Als leitende Paste zum Bedrucken der einzelnen Schichten eines Richtkopplers 1 können beispielsweise Silber-, Gold- oder Kupferpasten Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1,
- 1a, 1b Richtkoppler
- 2
- erste Hochfrequenzleitung
- 3
- zweite Hochfrequenzleitung
- 4
- Kopplungsleitung
- 5a, 5b, 5c
- resistive Abschnitte
- 6
- Anpassungsglied
- 7a, 7b
- Messanschlüsse
- 8
- Masseanschluss
- 9a, 9b
- Enden der Abschnitte
- 10
- Widerstand
- 11a, 11b
- Anschlüsse der ersten Hochfrequenzleitung
- 12a, 12b
- Anschlüsse der zweiten Hochfrequenzleitung
- 13
- Steg zur Masseverbindung
- 15a, 15b, 15c
- resistive Abschnitte
- 25a, 25b, 25c
- resistive Abschnitte
- 35a, 35b, 35c
- resistive Abschnitte
- 45a
- resistiver Abschnitt
