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Höchstfreauenz-Umschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Höchstfrequenz-Umschalter
mit einem Eingang und mehreren Ausgängen unter Verwendung von Hybridverzweigungen
mit je zwei Eingangszweigen und je zwei Ausgangszweigen, wobei die
Energie an dem einen oder dem anderen Ausgangszweig austritt, wenn sie den beiden
Eingangszweigen gleichphasig bzw. gegenphasig zu einer Bezugsenergie zugeführt wird,
und unter Verwendung einer Anzahl von Übertragungsleitungen, von denen jede eine
zwischen zwei Unstetigkeiten eingefügte, in der Sperrichtung vorgespannte Diode
enthält, auf welche die eine oder die andere von zwei Vorspannungen einwirkt, die
eine Phasenverschiebung der von den Unstetigkeiten reflektierten Energie um
0 bzw. um 7r bewirken.
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Ein bekannter Höchstfrequenz-Umschalter dieser Art dient dazu, die
Übertragung von Energie zwischen einem Eingangshohlleiter und einem Ausgangshohlleiter
zu steuern. Zu diesem Zweck sind die beiden Hohlleiter an zwei Zweige der Hybridverzweigung
angeschlossen, während an die beiden anderen Zweige je ein Hohlleiterabschnitt
angeschlossen ist, der eine Diode enthält.
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Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Höchstfrequenz-Umschalters,
der es ermöglicht, die einem Eingang zugeführte Energie wahlweise zu einem von 2-1
Ausgängen zu leiten.
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Der nach der Erfindung ausgeführte Höchstfrequenz-Umschalter ist gekennzeichnet
durch eine erste Gruppe von 2u-' Hybridverzweigungen, an deren Eingangszweige jeweils
eine Leitung angeschlossen ist, die zu beiden Seiten der in die Sperrichtung vorge-,spannten
Dioden reflektierende Impedanzen aufweisen, und durch (n-1) Gruppen von je 2-1 weiteren
Hybridverzweigungen, welche derart in Kaskade geschaltet sind, daß jede Hybridverzweigung
der (n-m)-ten Gruppe mit ihren beiden Eingangszweigen an je einen Ausgangszweig
von zwei Hybridverzweigungen der (n-m+1)-ten Gruppe angeschlossen ist, wobei mjeden
ganzzahligen Wertzwischen 1 und (n-1) haben kann, so daß die Hybridverzweigungen
der (n-1)-ten Gruppe mit allen übrigen Hybridverzweigungen gekoppelt sind und 2n
freie Zweige aufweisen, von denen einer als Eingang und die übrigen als Ausgänge
der Anordnung dienen.
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Diese Ausbildung des Höchstfrequenz-Umschalters ermöglicht es, durch
einfache Änderung der Vorspannungen der Dioden in verschiedenen Kombinationen die
dem Eingang zugeführte Energie wahlweise zu einem der Ausgänge zu übertragen. Die
Dioden werden dabei nur mit einem Bruchteil der übertragenen Leistung belastet,
der um so kleiner ist, je größer die Zahl der Ausgänge ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. Darin zeigt F i g. 1 die schematische Darstellung einer in dem
Umschalter verwendeten Phasenschieberanordnung, F i g. 2 eine andere Ausführungsform
der Phasenschieberanordnung von F i g. 1,
F i g. 3 ein Prinzipschaltbild
der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 4 eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und F i g. 5 eine auf dem
Prinzip der Mikrobandleitung aufgebaute Hybridverzweigung.
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F i g. 1 zeigt eine Mikrobandleitung mit einer Grundplatte
12 und einem Bandleiter 11. In dem Bandleiter 11 ist eine Diode
5 eingefügt. Ein plötzlicher Impedanzsprung 13 und ein reflektierender
Kurzschluß bilden einen Hohlraumresonator.
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Eine Gleichstromquelle 7 ist über den Schalter 8
an den
Bandleiter 1 vor und hinter der Diode so angeschlossen, daß sie der Diode
eine Vorspannung in der Sperrichtung erteilt. Für zwei Spannungen V, =
0
und V2 besitzt die aus der Diode und dem Hohlraumresonator bestehende Anordnung
zwei verschiedene Impedanzen, von denen die eine induktiv, die andere kapazitiv
ist. Die beim Übergang von der einen zur
anderen Impedanz auftretende
Phasenverschiebung wird so bemessen, daß sie den Wert ur hat.
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In F i g. 2 sind die der F i g. 1 entsprechenden Teile
mit den gleichen Bezugszeichen wie dort versehen. Die Unstetigkeit 13 besteht
aus einer Stichleitung. Im übrigen hat die Anordnung die gleiche Wirkungsweise wie
im Fall von F i g. 1.
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F i g. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Siebenweg-Umschalters,
der unter Verwendung von Phasenschieberanordnungen der in F i g. 1 oder 2
dargestellten Art sowie von Hybridverzweigungen, beispielsweise nach Art der »magischen
T« aufgebaut ist.
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Diese Anordnung enthält einen Eingang E und sieben Ausgänge
S, bis S, Eine Gruppe von mit Reflexion arbeitenden Phasenschieberanordnungen
D,
bis D, sind paarweise an vier *magische T« T12, TS4, T" und
T" angeschlossen, und zwar liegt in jedem Eingangszweig 1 bzw. 2 dieser vier
»magischen T« je eine der Phasenschieberanordnungen.
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Jedes »magische T« hat ferner zwei Ausgangszweige 3 und 4.
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Die Ausgangszweige 3 der Anordnungen TL, und T,4 sind mit den
Eingangszweigen 1 bzw. 2 eines #magischen T«T14 verbunden.
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In gleicher Weise sind die Ausgangszweige 3 der Anordnungen
T" und T7, mit den Eingangszweigen 1
bzw. 2 eines weiteren »magischen
T« T", verbunden.
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Die Ausgangszweige 4 der Anordnungen TI2 und T14 sind mit den Eingangszweigen
1 bzw. 2 eines *inagischen T« T,4 verbunden.
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Eine entsprechende Verbindung besteht zwischen den Anordnungen T ,5,
und T", und einem weiteren »magischen T« n.
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Die Anordnungen T14, T,4, T,8 und T-# sind mit den Eingangszweigen
von vier weiteren »magischen T« S231 S451 SI,7 und S,1 verbunden.
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Der Eingang liegt an einem der Zweige der Anordnung Sll.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist sofort erkennbar, wenn man
die wesentlichen Eigenschaften der »magischen T« kennt.
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Wenn zwei Signale gleichphasig an den Zweigen 1
und 2 zugeführt
werden, treten sie am Ausgang 3 in Phase aus. Wenn die den gleichen Zweigen
zugeführten Signale um 7r phasenverschoben sind, treten sie am Ausgang 4 in Phase
aus.
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Unter diesen Voraussetzungen ist leicht zu verstehen, daß
je nach den von den Phasenschiebern
D,
bis
D, erzeugten Phasenverschiebungen
der Ausgang an den Kanälen
S, bis
S7 nach der folgenden Tabelle erfolgt:
| D, D, Da D4 Ds D6 D7
Da |
| si 0 0 0 0 Z Z 3r |
| S2 0 0 Z :C 0 0 11r |
| S3 0 0 Z 11r ir ir 0 0 |
| S4 0 Z 0 -r 0 ur 0 zr |
| s5 0 Z 0 Z j-r 0 -r 0 |
| s6 0 Z Z 0 0 n 7r 0 |
| S, 0 -v ir 0 Z 0 0 Z |
Eine solche Anordnung läßt sich gemäß der Darstellung von F i
g. 4 ausschließlich
aus Mikrobandleitungen aufbauen.
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Eine Hybridverzweigung aus Mikrobandleitungen ist in F i
g. 5 dargestellt. Sie besitzt zwei Eingangszweige 1 und 2, zwei Ausgangszweige
3 und 4 und zwischen diesen Zweigen eine Ringgabel 5. Diese hat den
Wellenwiderstand
(wobei ZO der Wellenwiderstand der Zweige ist). Die Seiten der Ringgabel haben die
Länge
Die Wirkungsweise dieser Anordnung entspricht derjenigen eines »magischen T«. Es
ist aber zu bemerken, daß diese Verzweigung bei der Energieteilung eine Phasenverschiebung
von zu hervorruft.
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Die Zusammenschaltung dieser Verzweigungen J
(F i
g. 4) erfolgt in gleicher Weise wie bei den Verzweigungen T im Fall von F
i g. 3.
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Die zuvor aufgestellte Tabelle gilt auch für die Anordnung von F i
g. 4.
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Diese Anordnung eignet sich insbesondere für Flug. körper und Satelliten,
weil damit Flachantennen von sehr geringem Gewicht gebildet werden können und die
zur Steuerung erforderliche Leistung von Wert 0
hat.
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Eine solche Antenne ermöglicht eine schnelle Abtastung mit Hilfe von
entsprechend gespeisten Quellen oder Quellenanordnungen.
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Das System läßt sich auf 15, 31 ... (2n-1) Wege erweitern,
indem gleichartige Systeme paarweise zusammengefaßt werden und die entsprechenden
Wege miteinander verbunden werden.
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Da die DiodeD, stets in der gleichen Stellung0 bleibt ' kann
sie durch ein festes Element ersetzt werden. Allgemein kann man mit 2'n parallelgeschalteten
Zweigen, welche 24-1 Dioden und ein festes Element enthalten, eine Umschaltung auf
(2'4-1) Ausgänge vornehmen. Es ist zu erkennen, daß die Anordnung eine um so größere
Leistung aufnehmen kann, je
größer die Zahl der Ausgänge ist. Wenn beispielsweise
eine Leistung von 100 oder 200 Milliwatt pro Diode zulässig ist, kann bei
einem Umschalter mit 15 Ausgängen mit einer Sendeleistung in der Größenordnung
von einigen Watt gearbeitet werden.