DE1541906B2

DE1541906B2 - Breitband-frequenzweiche

Info

Publication number: DE1541906B2
Application number: DE19671541906
Authority: DE
Inventors: Claude Paris Aury
Original assignee: CSF-Compagnie Generale de Telegraphie Sans FiI, Paris
Priority date: 1966-02-25
Filing date: 1967-02-24
Publication date: 1976-03-11
Also published as: FR1475952A; DE1541906A1; GB1171985A

Description

des oberen Frequenzbandes ist, die Tiefpaßfilter (3,4) durch Leitungsabschnitte der gleichen Viertelwellenlänge gebildet sind und die Phasenschieberschaltung (5) durch einen Verbindungsleitungsabschnitt zwischen dem zweiten Tiefpaßfilter (4) und dem zweiten Richtkoppler (2) gebildet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitband-Frequenzweiche mit zwei 3-dB-Richtkopplern, von denen der erste Zweig des ersten Richtkoppiers mit dem ersten Zweig des zweiten Richtkoppiers über ein erstes Tiefpaßfilter und der zweite Zweig des ersten Richtkoppiers mit dem zweiten Zweig des zweiten Richtkoppiers über ein zweites Tiefpaßfilter gekoppelt sind, wobei die beiden Tiefpaßfilter die gleiche Grenzfrequenz haben, die gleichzeitig die Grenze der zu trennenden Frequenzbänder darstellt und innerhalb der Übertragungsbandbreite der beiden Richtkoppler liegt, und die zu trennenden Signale dem freien Ende des ersten Zweiges des ersten Richtkoppiers zugeführt und am freien Ende des zweiten Zweiges des ersten Richtkoppiers bzw. am freien Ende eines Zweiges des zweiten Richtkoppiers abgenommen werden.

Dieser Stand der Technik entspricht einer Abänderung einer aus dem Buch »Introduction to Radar Systems« von Merrill 1. S k ο 1 11 i k (McGraw Hill Book Company New York [1962]. S. 399, F i g. 8.24) bekannten Anordnung, bei der an Stelle der zuvor erwähnten Tiefpaßfilter TR-Schaltröhren zwischen die beiden Richtkoppler eingefügt sind, so daß eine Sende-Empfangs-Weiche gebildet wird. In der Ausbildung mit Tiefpaßfiltern an Stelle der Ti?-Schaltröhren ergibt diese bekannte Anordnung die folgende Wirkung: Die Signale des oberen Frequenzbandes, deren Frequenz somit oberhalb der Grenzfrequenz der beiden Tiefpaßfilter liegen, verteilen sich auf die beiden Zweige des ersten Richtkoppiers, werden dann an den beiden Tiefpaßfiltern reflektiert und vereinigen sich im zweiten Zweig des ersten Richtkoppiers, an dessen freiem Ende sie abgenommen werden können. Die Signale des unteren Frequenzbandes, soweit ihre Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Richtkoppler liegen, verteilen sich auf die beiden Zweige des ersten Richtkoppiers und vereinigen sich im zweiten Zweig des freien Richtkoppiers, an dessen freiem Ende sie abgenommen werden können. Alle Signale, deren Frequenzen unter der Grenzfrequenz der beiden Richtkoppler liegen, können nicht von einem zum anderen Zweig der Richtkoppler übertragen werden; sie gehen einfach durch das zwischen den ersten Zweigen der beiden Richtkoppler liegende Tiefpaßfilter hindurch und werden in einem reflexionsfreien Abschlußwiderstand vernichtet. Somit ist diese Frequenzweiche für Signale geeignet, deren Frequenz oberhalb der Grenzfrequenz der beiden Richtkoppler liegt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Frequenzweiche, deren Bandbreite zu den tiefen Frequenzen hin praktisch nicht begrenzt ist und bis zur Frequenz Null gehen kann.

Ausgehend von einer Frequenzweiche der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen das zweite Tiefpaßfilter und den zweiten Zweig des zweiten Richtkoppiers eine Phasenschieberschaltung eingefügt ist, die wenigstens bei einer im Durchlaßbereich der Tiefpaßfilter liegenden Frequenz eine Phasenverschiebung um 180° erzeugt, daß das freie Ende des zweiten Zweiges des zweiten Richtkoppiers durch einen angepaßten Abschlußwiderstand abgeschlossen ist und daß das freie Ende des ersten Zweiges des zweiten Richtkoppiers den Ausgang für die Signale mit den im Durchlaßbereich der Tiefpaßfilter liegenden Frequenzen bildet.

Bei der Frequenzweiche nach der Erfindung bleibt

die Wirkung für die Signale unverändert, deren Frequenzen über der Grundfrcqucnz der Tiefpaßfilter liegen: diese Signale werden wiederum an den Tiefpaßfiltcrn reflektiert und können am freien Ende des zweiten Zweiges des ersten Richtkopplcrs abgenommen werden. Die Signale des unteren Frequenzbandes, deren Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Riehtkopplcr liegen und die somit von einem zum anderen Zweig jedes Richtkopplers übertragen werden, werden dagegen infolge der von der Phasenschieberschaltung verursachten Phasendrehung im ersten Zweig des zweiten Richtkopplers vereinigt; sie erscheinen daher im gleichen Zweig wie die Signale, deren Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz der Richtkoppler liegen, und sie können zusammen mit diesen am freien Ende des ersten Zweiges des zweiten Richtkopplers liegen. Für diese Signale tritt somit die Grenzfrequenz der Richtkoppler überhaupt nicht in Erscheinung; das untere Frequenzband kann von der Frequenz Null bis zur Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter gehen.

Damit diese Wirkung eintritt, müssen die Richtkoppler natürlich aus Leitungselementen aufgebaut sein, die für die Übertragung sehr niedriger Frequenzen geeignet sind, wie Koaxialleitungen, Mikrobandleitungen, Dreifachbandleitungen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß sie als Dreifachbandleitungsschaltung ausgeführt ist, bei der die Richtkoppler durch Leitungen mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind, die durch Isolierglieder gestützt sind und jeweils einen Kopplungsabschnitt haben, dessen Länge gleich einer Viertelwellenlänge bei der Mittenfrequenz des oberen Frequenzbandes ist, die Tiefpaßfilter durch Leitungsabschnitte der gleichen Viertelwellenlänge gebildet sind und die Phasenschieberschaltung durch einen Verbindungsleitungsabschnitt zwischen dem zweiten Tiefpaßfilter und dem zweiten Richtkoppler gebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 das Prinzipschema der Frequenzweiche nach der Erfindung,

F i g. 2 das Prinzipschema einer vereinfachten Ausführungsform der Frequenzweiche nach der Erfindung,

F i g. 3 eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Weiche in Form einer Dreifachbandleitungsschaltung,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie I-I von F i g. 3 und

F i g. 5 ein Diagramm des Frequenzgangs der Einfügungsdämpfung der Frequenzweiche nach der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Frequenzweiche enthält zwei 3-dB-Richtkoppler 1 und 2, deren Bandbreite sich von F₁ bis F_M erstreckt und von denen jeder zwei zusammengekoppelte Zweige enthält. Der erste Zweig des Richtkopplers 1 endet an den Klemmen 10 und 11 und der zweite Zweig an den Klemmen 12 und 13. Der erste Zweig des Richtkopplers 2 endet an den Klemmen 20 und 21 und der zweite Zweig an den Klemmen 22 und 23. Die Signale mit den Frequenzen zwischen 0 und F_M werden der Klemme 10 zugeführt. Die Klemme 11 ist mit der Klemme 21 über ein Tiefpaßfilter 3 verbunden, das die Signale überträgt, deren Frequenz in dem Frequenzband von 0 bis F₁ liegt, wobei die Frequenz F₁ die Grenze der beiden zu trennenden Frequenzbänder ist. Die Klemme 12 ist mit der Klemme 22 über ein Tiefpaßfilter 4 verbunden, das dem Filter 3 gleich ist und in Kaskade mit einer Phasenschieberschaltung 5 liegt, welche den hindurchgehenden Signalen eine Phasenverschiebung um .-τ erteilt. Die Klemme 23 ist über einen angepaßten Abschlußwiderstand 6 mit Masse verbunden.

Diese Anordnung hat die folgende Wirkungsweise: Für die Signale, deren Frequenz größer als F₁ ist, teilt der Richtkoppler 1 die dem Eingang zugeführte Leistung in zwei gleiche Teile auf die Klemme 11 und 12 auf. Die dadurch mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung um .-t/2 an den Klemmen 11 und 12 erhaltenen Signale werden von den Filtern 3 und 4 mit der gleichen Phasendrehung reflektiert, wodurch infolge der vom Richtkoppler 1 hervorgerufenen Phasenverschiebung um .-t/2 die dem Eingang 10 zugeführten Signale an der Klemme 13 erscheinen, welche den Ausgang für die Signale bildet, die in dem Frequenzband von F₁ bis F_M enthalten sind.

Für die Signale, deren Frequenzen zwischen 0 und F₁ enthalten sind, teilen die Richtkoppler die Eingangsleistung nicht mehr in zwei gleiche Teile auf. Die Spannungen an den Klemmen 11 und 12 des Richtkopplers 1 können dann für ein gegebenes Signal folgendermaßen geschrieben werden:

und

Darin sind V die Spannung an der Eingangsklemme 10 und k ein vom Richtkoppler und der Frequenz des Signals abhängiger Koeffizient, für den gilt:

1/2 < k = -ψ- < 1,

worin P die Eingangsleistung und P₁₁ die zur Klemme 11 übertragene Leistung sind.

An den Klemmen 21 und 22 erscheinen dann folgende Spannungen:

und

worin θ die von der Schaltung 5 hervorgerufene Phasenverschiebung ist.

Die an den Klemmen 20 und 23 erhaltenen Spannungen sind dann durch die folgenden Gleichungen gegeben:

V₂₀ = k-V+(\-k)- Ve'^h- V₂₃ = fk- l/l -k- V ■ e ■>-§-· (1 +

Wenn θ unabhängig von der Frequenz (und somit unabhängig von k) den Wert π hat, gilt also F₂₃ = 0 und K₂₀ = V. Die Klemme 20 bildet also die Ausgangsklemme für die Signale, deren Frequenz zwischen 0 und F₁ enthalten ist. Der Koeffizient k geht nämlich nach 1, wenn die Frequenz nach 0 geht. Man stellt

dann fest, daß die durch die Gleichungen (1) gegebenen Spannungen K₂₀ und K₂₃ unabhängig von (-) nach K bzw. nach 0 gehen. Unter diesen Voraussetzungen kann die abgeänderte Schaltung von F i g. 2 verwendet werden, bei welcher die Phasenschieberschaltung 5 fortgelassen ist, während im übrigen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in F i g. 1 bezeichnen. Die Phasenverschiebung (-) wird dadurch erhalten, daß der Unterschied der Längen der Verbindungsleitungen zwischen den Filtern 3 bzw. 4 und dem Koppler 2 folgendermaßen bemessen werden:

Darin ist Z₀ eine Wellenlänge, die einer Frequenz F₀ entspricht, die in dem Frequenzintervall 0 bis F₁ geeignet gewählt ist. Für die Frequenz 0 und für die Frequenz F₀ (für welche die Phasenverschiebung (-) den Wert .τ hat) wird die gesamte Eingangsleistung an der Klemme 20 erhalten. Für die übrigen Frequenzen des Frequenzbandes 0 bis F₁ wird nicht die ganze Leistung an der Klemme 20 erhalten, so daß eine Einfügungsdümpfung entsteht. Durch geeignete Wahl von F₀ kann aber diese Einfügungsdämpfung klein gehalten werden. Der an der Klemme 23 erscheinende geringe Teil der Signale wird durch den angepaßten Abschlußwiderstand 6 absorbiert.

F i g. 3 zeigt eine praktische Ausflihrungsform der Anordnung von F i g. 2 in Form einer Dreifachbandleitungsschaltung. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen wieder die gleichen Teile wie in F i g. 2. Die 3-dB-Richtkoppler mit einem Kopplungsabschnitt

von der Länge //4 bei der Frequenz ——~—— sind

durch Leitungen mit rechteckigem Querschnitt gebildet, die von Isoliergliedern 7 getragen werden. Der Abschlußwiderstand 6 ist durch einen Subminiatur-Schichtwiderstand gebildet, der in einer Anpassungsordnung angebracht ist. Die Tiefpaßfilter 3 und 4 sind durch Leitungsabschnitte der Länge /./4 bei der Frequenz — ^l-——^- gebildet. Die Phasenverschiebung <-) wird bei der Frequenz F₀ = F₁ dadurch auf den Wert .-? eingestellt, daß die Länge der Verbindungsleitungen zwischen den Filtern und dem Richtkoppler 2 entsprechend bemessen werden. Die Verbindungen zwischen dem Kreis des Richtkopplers 1 und dem Kreis des Richtkopplers 2 erfolgt über Verbindungsleitungen 8.

F i g. 4 zeigt die gleiche Anordnung im Schnitt nach der Linie I-I. Das Band 25 ist den beiden Kreisen gemeinsam. Für den Kreis des Richtkopplers 1 werden die Bänder 25 und 14 und für den Kreis des Richtkopplers 2 die Bänder 25 und 24 benutzt. Diese Anordnung ergibt einen sehr kleinen Raumbedarf.

F i g. 5 zeigt ein Diagramm der Einfügungsdämpfung in den beiden Ausgangskanälen als Funktion der Frequenz. Auf der Ordinate sind die Werte von P/P, in Dezibel aufgetragen, wobei 1 für die Kurve A, welche den Verlauf der Einfügungsdämpfung für das Frequenzband von 0 bis F₁ darstellt, den Wert 20 hat, während für die Kurve B, welche den Verlauf der Einfügungsdämpfung für das Frequenzband von F₁ bis F_M darstellt, i den Wert 13 hat.

Die am Eingang der Frequenzweiche vorhandene Impedanz ist unabhängig von der Frequenz und gleich dem Wellenwiderstand des Systems, wodurch es möglich wird, die Anordnung im gesamten Frequenzband von 0 bis F_M praktisch vollkommen anzupassen. Es ist zu bemerken, daß die beschriebene Frequenzweiche dazu verwendet werden kann, die von zwei verschiedenen Quellen stammenden Signale zu einem gleichen Stromkreis zu leiten, der an die Klemme 10 angeschlossen ist, wobei die eine Quelle Signale im Frequenzband von 0 bis F₁ liefert und an die Klemme 20 angeschlossen ist, während die andere Quelle Signale im Frequenzband F₁ bis F_M liefert und an die Klemme 13 angeschlossen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Breitband-Frequenzweiche mit zwei 3-dB-Richtkopplern, von denen der erste Zweig des ersten Richtkoppiers mit dem ersten Zweig des zweiten Richtkoppiers über ein erstes Tiefpaßfilter und der zweite Zweig des ersten Richtkoppiers mit dem zweiten Zweig des zweiten Richtkoppiers über ein zweites Tiefpaßfilter gekoppelt sind, wobei die beiden Tiefpaßfilter die gleiche Grenzfrequenz (F₁) haben, die gleichzeitig die Grenze der zu trennenden Frequenzbänder darstellt, und innerhalb der Ubertragungsbandbreite (F_1n —F_M) der beiden Richtkoppler liegt, und die zu trennenden Signale dem freien Ende des ersten Zweiges des ersten Richtkoppiers zugeführt und am freien Ende des zweiten Zweiges des ersten Richtkoppiers bzw. am freien Ende eines Zweiges des zweiten Richtkoppiers abgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das zweite Tiefpaßfilter (4) und den zweiten Zweig (22—23) des zweiten Richtkoppiers (2) eine Phasenschieberschaltung (5) eingefügt ist, die wenigstens bei einer im Durchlaßbereich (0-F₁) der Tiefpaßfilter (3, 4) liegenden Frequenz (F₀) eine Phasenverschiebung um 180° erzeugt, daß das freie Ende (23) des zweiten Zweiges des zweiten Richtkoppiers (2) durch einen angepaßten Abschlußwiderstand (6) abgeschlossen ist, und daß das freie Ende (20) des ersten Zweiges des zweiten Richtkoppiers (2) den Ausgang für die Signale mit den im Durchlaßbereich (0-F₁) der Tiefpaßfilter (3, 4) liegenden Frequenzen bildet.

2. Breitband-Frequenzweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieberschaltung dadurch gebildet ist, daß die Verbindungsleitungen zwischen den beiden Tießpaßfiltern (3,4) und den damit verbundenen Enden (20, 22) der beiden Zweige des zweiten Richtkoppiers(2) Längen (I₁J₂) haben, die sich um eine halbe Wellenlänge (/₀/2) bei der im Durchlaßbereich der Tiefpaßfilter liegenden Frequenz (F₀) unterscheiden.

3. Breitband-Frequenzweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Durchlaßbereich (0-F₁) der Tiefpaßfilter (3, 4) liegende Frequenz (F₀) gleich der Grenzfrequenz (F₁) der Tiefpaßfilter (3, 4) ist.

4. Breitband-Frequenzweiche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Dreifachbandleitungsschaltung ausgeführt ist, bei der die Richtkoppler (1,2) durch Leitungen mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind, die durch Isolierglieder (7) gestützt sind und jeweils einen Kopplungsabschnitt haben, dessen Länge gleich einer Viertelwellenlänge bei der Mittenfrequenz