DE1259424B

DE1259424B - Dreiarmiger Zirkulator fuer Simultanbetrieb eines mit der Antenne verbundenen Sende-Empfangsgeraetes fuer Mikrowellen

Info

Publication number: DE1259424B
Application number: DEST21136A
Authority: DE
Inventors: Adolf Frank; Dr-Ing Martin Mueller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1963-10-02
Filing date: 1963-10-02
Publication date: 1968-01-25
Also published as: US3387231A; BE669074A; NL6501936A; CH422915A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES mJT$& PATENTAMT Jm. CL:

HOIp

AUSLEGESCHRIFT

H03h
Deutsche KL: 21 a4 - 74

Nummer: 1 259 424

Aktenzeichen: St 21136 Di d/21 a4

Anmeldetag: 2. Oktober 1963

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen dreiarmigen Zirkulator für Simultanbetrieb eines mit der Antenne verbundenen Sende-Empfangs-Gerätes für Mikrowellen.

Unter einem Zirkulator versteht man bekanntlich ein elektrisches Schaltelement mit zyklisch angeordneten AbzweigariBen, «tit der Eigenschaft, daß eine an einem Arm eintretende Leistung nur am nächstfolgenden Arm wieder austritt. Gebräuchlich sind Zirkulatoren gemäß der F i g. 1 mit drei Anschlußpunkten bzw. Armen, bei denen am Arm 1 der Sender 11, am Arm 2 die Antenne 12 und am Arm 3 der Empfänger 13 angeschlossen sind. Bei einem derartigen bekannten Zirkulator speist der Sender 11 nur die Antenne, während der Empfänger 13 ohne zusätzliche Frequenzselektion vom Sender 11 entkoppelt ist. Die von der Antenne 12 kommende Empfangsleistung gelangt nur auf den Empfänger 13 und ist vom Sender 11 entkoppelt. Die Realisierung derartiger Zirkulatoren, insbesondere für Mikrowellen, ist bekannt.

Es sind auch Zirkulatoren bekannt, die als Quadruplexer mit relativ weit auseinanderliegenden Frequenzen arbeiten und in verschiedene Richtungen koppeln. Ferner ist es bekannt, Leitungsstücke, welche die Arme eines Zirkulators miteinander verbinden, mit nichtreziproken Phasenschiebern zu versehen.

Schließlich ist es auch bekannt, bei einem Sende-Empfangs-Gerät für Mikrowellen den Sender gleichzeitig als Empfangsoszillator zu verwenden. Diese sehr ökonomische Maßnahme liegt insofern nahe, als häufig die Sendeleistung etwa die gleiche Größe wie die für eine rauscharme Mischung benötigte Empfangsoszillatorleistung hat. Mithin wird die sonst übliche lose Ankopplung des Mischers an den Oszillator unökonomisch, so daß ein normaler Zirkulatoi hierbei nicht verwendet werden kann. Da bei derartigen Geräten die Sende- und Empfangsfrequenz nur einen relativen Abstand von etwa nur l°/o voneinander haben, lassen sich Sender und Empfänger auch nicht durch eine Frequenzselektion entkoppeln. Man könnte nur Oszillator, Mischer und Antenne direkt parallel schalten. Damit würde man aber im günstigsten Fall 3 db der Sendeleistung durch Reflexion und 3 db der Empfängerrauschzahl wegen der Bedämpfung durch den Oszillatorinnenwiderstand verlieren. 6 db Systemverlust sind jedoch nicht nur unökonomisch, sondern bedeuten auch einen Verlust der Hälfte an Reichweite.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen dreiarmigen Zirkulator zu schaffen, der für die Verwendung in Dreiarmiger Zirkulator für Simultanbetrieb eines mit der Antenne verbundenen
Sende-Empfangsgerätes für Mikrowellen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Martin Müller,
Adolf Frank, 7530 Pforzheim

Sende-Empfangs-Geräten für Mikrowellen mit der obenerwähnten zweifachen Ausnutzung der Senderenergie geeignet ist.

Erfindungsgemäß weist der Zirkulator einen bei gleichen Frequenzen nicht koppelnden, einen zirkulatorisch koppelnden und einen in beide Richtungen koppelnden Arm auf, und der Senderträger findet gleichzeitig als Empfängeroszillator Verwendung.

Ein derartiger Zirkulator weist demnach folgende Eigenschaften auf.

Arm 1: in beiden Richtungen koppelnd,
Arm 2: zirkulatorisch, also nur in einer Richtung koppelnd,
Arm 3: nichtkoppelnd.

Gemäß der Fig. 2 ist bei diesem Zirkulator an den Arm 4 der auch als Empfangsoszillator dienende Sender 14 angeschlossen, der unter Anpassung sowohl den Empfangsmischer 16 als auch die Antenne 15 zu gleichen Teilen speist, und die Empfangsenergie der an den Arm 5 angeschlossenen Antenne 15 gelangt nur an den Empfangsmischer 16.

Zur Realisierung eines solchen, am treffendsten als invertierten Zirkulator bezeichneten Schaltelementes werden in Weiterbildung der Erfindung die drei Arme des Zirkulators über Leitungsstücke von der Länge η λ/2 (η beliebige ganze Zahl) verbunden und das den in beiden Richtungen koppelnden Arm mit dem nichtkoppelnden Arm verbindende Leitungsstück mit einem nichtreziproken Phasenschieber versehen, der nur in der Richtung vom nichtkoppelnden zu dem in beiden Richtungen koppelnden Arm wirksam ist und dieses um 2/2 verkürzt oder verlängert.

709 720/188

Der Zirkulator gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es nun bei einem Mikrowellen-Sende-Empfangs-Gerät den Sender gleichzeitig als Empfangsoszillator zu verwenden, ohne daß nennenswerte Verluste und eine Verminderung der Empfängerempfindlichkeit auftreten.

An Hand eines in der F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Darin beträgt die Leirungslänge aller Dreieckverbindungen λ. In diesem Fall ist also η = 2. An dem Arm 7 sind der Sender, am Arm 8 die Antenne und am Arm 9 der Empfänger angeschlossen. Dabei entspricht eine Leitungslänge von λ/2 einei Phasenverschiebung um 180°. Mit 10 wird der in dem die Arme 7 und 9 verbindende Leitungsstück eingefügte, nichtreziproke Phasenschieber bezeichnet, der eine vom Arm 9 nach dem Arm 7 laufende Welle um 180° verzögert und eine in der Gegenrichtung laufende Welle unbeeinflußt läßt.

Eine am Anschluß 7 eingespeiste Welle teilt sich am Verzweigungspunkt hälftig auf. Die nach links zum Arm 8 laufende Welle erleidet 360° und die nach rechts über den Arm 9 zum Arm 8 laufende Welle 720° Phasenverschiebung. Gerade umgekehrt verhält sich die Phasenverschiebung zum Arm 9 hin. An den beiden Armen 8 und 9 erscheinen die beiden Teilwellen gleichphasig; die Leistung tritt also je hälftig in die Arme 8 und 9 ein. Der Arm 7 muß, wie in der Zeichnung angedeutet, den halben Wellenwiderstand der Dreieckleitung haben.

Eine beim Arm 8 eingespeiste Welle halbiert sich ebenfalls nach links und rechts, zum Arm 9 hin erleidet sie auf dem linken Weg 360° und auf dem rechten Weg 720° Phasenverschiebung. Es herrscht also dort Phasengleichheit, so daß die gesamte Leistung über den Arm 9 austritt. Zum Arm 7 hin beträgt die Phasenverschiebung der rechten Teilwelle 360° und die der Unken 900°. Die Teilwellen sind also zueinander gegenphasig und löschen sich aus. Über den Arm 7 tritt also keine von dem Arm 8 herkommende Leistung aus. Der Wellenwiderstand des Armes 8 ist gleich dem der Dreieckleitung. Eine in den Arm 9 eingespeiste Welle wird ebenfalls aufgeteilt. Zum Arm 8 hin erleidet ihr rechts verlaufendei Teil 360° und ihr linker Teil 900° und zum Arm 7 hin ihr rechter Teil 720° und ihr linker Teil 540° Phasenverschiebung. An beiden Armen herrscht also Phasenopposition, und die Wellen löschen sich aus. Die Verzweigung am Arm 9 erscheint für eine dort eintretende Welle als Kurzschluß. Der Wellenwiderstand des Armes 9 muß gleich dem der Dreieckleitung sein.

Eine andere Möglichkeit zur Realisierung des erfindungsgemäßen Zirkulators ergibt sich, wenn man die Leitungslängen vom Arm 8 zum Arm 9 und vom Arm 8 zum Arm 7 gleich λ/2 und die vom Arm 7 zum Arm 9 gleich λ wählt und einen Phasenschieber in dem die Arme 7 und 9 verbindenden Leitungsstück vorsieht, der es für eine sich in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung fortpflanzenden Welle um λ/2 verkürzt. Bei einer derartigen Anordnung ist das Endergebnis das gleiche. Eine vom Arm 7 eingespeiste Welle gelangt zu gleichen Teilen auf die

ίο Arme 8 und 9. Eine vom Arm 8 eingespeiste Welle gelangt nur auf den Arm 9, und für eine in den Arm 9 eingespeiste Welle besteht Kurzschluß.

Der beschriebene, einseitig invertierte Zirkulator kann vorteilhaft überall dort, wo eine Quelle mit zwei Verbrauchern mit entsprechenden Entkopplungsforderungen verbunden werden muß, deren einer wieder als Quelle für den zweiten Verbraucher wirkt, in der Meßtechnik, beispielsweise zur Mehrfach-Frequenzumsetzung, angewendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Dreiarmiger Zirkulator für Simultanbetrieb eines mit der Antenne verbundenen Sende-Empfangs-Gerätes für Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß er einen bei gleichen Frequenzen nicht koppelnden, einen zirkulatorisch koppelnden und einen in beide Richtungen koppelnden Arm aufweist und daß der Senderträger gleichzeitig als Empfangsoszillator Verwendung findet.

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Arme des Zirkulators über η · A/2-Leitungsstücke (n beliebige ganze Zahl) verbunden sind und das den in beiden Richtungen koppelnden Arm mit dem nichtkoppelnden Arm verbindende Leitungsstück einen nichtreziproken Phasenschieber aufweist, der nui

. in der Richtung vom nichtkoppelnden zu dem in beiden Richtungen koppelnden Arm wirksam ist und dieses um λ/2 verkürzt oder verlängert.

3. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach beiden Richtungen koppelnde Arm den halben Wellenwiderstand der Zirkulatorleitung aufweist und die beiden anderen Arme den gleichen Wellenwiderstand wie der Zirkulator haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques«, 1963, Januar, S. 90 bis 92;

»Proceedings of the IRE«, August 1960, S. 1497 bis 1498.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 720/188 1.68

ι Bundesdruckerei Berlin