DE1766044B1

DE1766044B1 - Netzwerk und Netzwerksystem

Info

Publication number: DE1766044B1
Application number: DE19681766044
Authority: DE
Inventors: Harold Warren Township N.J. Seidel (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-04-10
Filing date: 1968-03-26
Publication date: 1970-09-03
Also published as: SE337052B; NL6802683A; FR1556182A; GB1151390A; BE712553A; US3419823A

Description

Breitbandige Energieteiler zur Teilung eines elektromagnetischen Signals in zwei Komponenten, die entweder eine Phasenverschiebung von 90 oder von 180° haben, sind bekannt. Ein Beispiel für einen solchen

l d i

Energieteiler ist in der USA.-Patentschrift 3 058 071 io die in die 180°-Hybride eingekoppelt werden, mit

beschrieben. Dort wird ein Eingangssignal an einen 180°-Hybridkoppler (magisches T) angelegt, dessen beide Ausgangssignale über zwei Kanäle mit Phasenschiebern zur Erzielung einer Umschaltung weitergeleitet werden. Die Ausgangssignale werden dann in einem zweiten 180°-Hybridkoppler kombiniert. Die Steuerung der Phasenschieber erfolgt so, daß das kombinierte Ausgangssignal je nach Wunsch an einem der beiden Ausgangszweige des Ausgangskopplers h M lf d k

Hilfe eines getrennten Dämpfungsgliedes geregelt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine erste Ausführung eines Netzwerks mit konstanter Phasendifferenz entsprechend der Erfindung, bestehend aus einer 90°-Hyhride mit einem ungleichen Energieteilungsverhältnis und einer 3-db-

erscheint. Mit Hilfe dieser Anordnung können am 20 180°-Hybride,

Ausgangskoppler also nur Signale erzeugt werden, F i g. 2 zur Erklärung ein Vektordiagramm, das

die gleiche Amplitude haben und in Phase sind, oder die verschiedenen Signalkomponenten im Netzwerk

Signale gleicher Amplitude, die gegenphasig liegen.

Jedoch ist es für manche Anwendungen wie Antennender F i g. 1 zeigt,

F i g. 3 ein Netzwerk mit veränderbarer Phasen-

bhd

systeme in Phasenanordnung oftmals notwendig, das 25 differenz entsprechend der Erfindung, bestehend aus

Signal in zwei gleiche Komponenten zuteilen, die sich um einen willkürlichen Phasenwinkel unterscheiden. Wenn dies auch leicht in einem relativ engen Frequenzbereich durchgeführt werden kann, so sind doch zwei 3-db-Hybriden und einem veränderbaren Dämpfungsglied.

Es sei nun auf die Zeichnungen eingegangen. F i g. 1 zeigt eine erste Ausführung eines breitbandigen

einfache Mittel zur Aufrechterhaltung einer kon- 30 Netzwerks mit konstanter Phasendifferenz entsprestanten Phasendifferenz in einem breiten Frequenz- chend der Erfindung, bestehend aus einer 90°-Hybereich nicht verfügbar. bride 10 und einer 180°-Hybride 11 mit gleicher

Bei einem Netzwerk, bestehend aus einer ersten Energieteilung (d. h. 3 db). Jede Hybride hat zwei Hybride mit einem ersten Paar von konjugierten Paare von konjugierten Zweigen, von denen die zur Zweigen, von denen der eine den Eingang bildet und 35 Hybride 10 gehörigen mit 1-2 und 3-4 bezeichnet sind, der andere mit einem Widerstand abgeschlossen ist,
ferner mit einem zweiten Paar von konjugierten
Zweigen, die mit einem ersten Paar von konjugierten
Zweigen einer zweiten Hybride verbunden sind, ist

während die zur Hybride 11 gehörigen mit Γ-2' und 3'-4' bezeichnet sind.

Bei der dargestellten Ausführung ist der Zweig 1 der Hybride 10 der Eingangszweig, an den das Ein

erfindungsgemäß die erste Hybride eine 90°-Hybride 40 gangssignal angelegt wird. Der Zweig 2 ist mit einem

und die zweite Hybride eine 180°-Hybride mit einem Energieteilungsverhältnis eins, wobei das zweite Paar von konjugierten Zweigen der zweiten Hybride die Ausgangszweige des Netzwerks bilden und wobei schließlich die relativen Amplituden der Eingangskomponenten der zweiten Hybride derart bemessen sind, daß zwei im wesentlichen gleiche Komponenten mit einer gewünschten Phasendifferenz an den Aus-Widerstand abgeschlossen. Die Zweige 3 und 4 der Hybride 10 sind direkt mit den Zweigen 3' und 4' der Hybride 11 über die gleichen Signalwege 12 und 13 verbunden.

Die übrigen Zweigel' und 2' der Hybride 11 sind die Ausgangszweige.

Im Betrieb wird das Eingangssignal EJn zwei um 90° verschobene Komponenten t und Ti durch die Wirkung der 90°-Hybride 10 geteilt. Das Eingangs

gangszweigen erhalten werden.

Somit werden amplitudenmäßig etwa gleich große 50 signal und die beiden um 90° verschobenen Kompo-

Signale von willkürlicher Phasendifferenz mit Hilfe nenten können im Kreisdiagramm der F i g, 2 durch

einer 90°-Hybride und einer 180°-Hybride erzeugt. geeignete Vektoren dargestellt werden, wobei das

Das ankommende Signal wird zunächst in die 90°- Eingangssignal E auf dem Kreisdurchmesser liegt und

Hybride eingekoppelt, die das Signal in zwei um 90° die beiden Komponenten t und k sich auf jdem Um-

versehobene Komponenten 1 und l· teilt. Diese Korn- 55 fang des Kreises so schneiden, daß Ί + Έ = Ε ist.

ponenten werden ihrerseits in die 180°-Hybride ein- Man sieht, daß die relativen Größen von ί und Tc

gekoppelt, wo sie sowohl in Phase als auch außer Phase wiedervereinigt werden, um die beiden Signalkomponenten

Ί + k

und

t-k

irgendein beliebiges Verhältnis annehmen können, wobei ihre Phasenverschiebung von 90° aufrechterhalten bleibt.

Nach dem Einkoppeln in die Hybride 11 werden die beiden Signalkomponenten wiedervereinigt, um eine Ausgangssignalsumme

mit gleicher Amplitude und der Phasendifferenz

α = 2 = arc tan

E₁ =

Ί + Tc

zu bilden.

im Zweig V und ein Ausgangssignal

im Zweig 2' zu bilden.

Mit Bezug auf das Kreisdiagramm sei bemerkt, daß die Amplitude t + k gleich der Amplitude Ί —κ ist, so daß

"π

Ferner ist der Phasenwinkel α zwischen E₁ und E₂ gleich

a = 2 = arc tan -»-.

Da die relativen Größen der beiden Signalkomponenten, die von der 90°-Hybride 10 erzeugt werden, von dem Energieteilungsverhältnis dieser Hybride . abhängen und da dieses Verhältnis so bemessen ' werden kann, daß es jeden gewünschten Wert hat, ist leicht einzusehen, daß ein Netzwerk mit einer Phasendifferenz so aufgebaut werden kann, daß irgendein beliebiger Phasenwinkel α zwischen den beiden Ausgangssignalen E₁ und E₂ erzeugt wird.

Wie oben festgestellt wurde, ist andererseits die 180°-Hybride stets eine sogenannte »3-db«-Hybride,_ für die das Energieteilungsverhältnis eins beträgt.

Die Bandbreite des Netzwerks mit Phasendifferenz der F i g. 1 wird durch die Bandbreite der beiden Hybriden bestimmt. Breitbandige 90°-Hybriden und breitbandige 180°-Hybriden sind bekannt. Zum Beispiel wird der Aufbau von breitbandigen Richt-(90°)-Kopplern von S. E. Miller und W. W. Mumfordin einem Aufsatz mit dem Titel »MultiElement Directional Couplers« in der Ausgabe der Proceedings of the Institute od Radio Engineers, Bd. 40, S. 1071 bis 1078 vom September 1952 geschildert. Siehe ferner »Coupled Wave Theory and Waveguide Applications«, von S. E. M i 11 e r, veröffentlicht in Bell System Technical Journal, Bd. 33, ) Mai 1954, S. 661 bis 719, und »Multiplicity in Cascade Transmission Line Synthesis Part II« von H. S e i d e 1 und J.Rosen, veröffentlicht in Institute of Electronic and Electrical Engineers Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. MNT-13, Nr. 4, Juli 1965, S. 398 bis 467. Die breitbandigen 180°-Hybriden umfassen unter anderem das sogenannte »Magische T« und die Transformatorhybride, die in der USA.-Patentschrift 3 037 173 beschrieben ist.

Bei der oben beschriebenen Ausführung der F i g. 1 ist der Phasenwinkel α zwischen den beiden Ausgangssignalkomponenten E₁ und E₂ durch das Energieteilungsverhältnis der 90°-Hybride bestimmt. Dies ist die bevorzugte Anordnung für diejenigen Fälle, in denen eine feste Ausgangsphasenbeziehung gewünscht wird. Jedoch ist es in manchen Fällen oftmals vorteilhaft, den Phasenwinkel ändern zu können, wie es die Umstände erfordern. F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführung der Erfindung, die eine stetige Einstellung des Phasenwinkels erlaubt.

Diese zweite Ausführung enthält, wie die Ausführung in Fig. 1, eine 90°-Hybride 30 und eine 180°-Hybride 31, die mit Hilfe zweier Signalwege 32 und 33 miteinander verbunden sind. Jedoch unterscheidet sich diese zweite Ausführung von derjenigen der F i g. 1 insofern, als beide Hybriden 3-db-Hybriden mit Energieteilungsverhältnissen eins sind. Somit sind die Signalkomponenten I₃ und \ in den Zweigen 3 und 4 der Hybride 30 gleich

Ferner enthält bei der Ausführung der F i g. 3 einer der Signalwege 33 ein einstellbares Dämpfungsglied 34, so daß ein Mittel entsteht, um die Amplitude der Signalkomponente k -zu ändern, die in den Zweig 4' der Hybride 31 eingekoppelt wird. Somit ist das Verhältnis der Signalkomponenten I₃ und £, die an die Zweige 3' und 4' der Hybride 31 angelegt werden, abhängig von der Einstellung des Dämpfungsgliedes 34 stetig veränderbar. Da die relative Phase zwischen den Ausgangssignalen E₁ und E₂ eine Funktion des Verhältnisses |Tc] zu\Ί₃\ ist, ist damit der Phasenwinkel ebenfalls stetig veränderbar. Wenn der Phasenwinkel a jedoch einmal eingestellt ist, ist er im Frequenzband, für das die Hybriden wirksam sind, konstant.

Offensichtlich umfaßt bei der Ausführung der F i g. 1 die Bildung und Wiedervereinigung der Signalkomponenten von Ί und l· rein reaktive Mittel. Bei der Ausführung der F i g. 3 umfaßt andererseits die Bildung der Signalkomponente l·, sowohl Widerstandsmittel als auch reaktive Mittel, so daß ein gewisser Signalverlust entsteht. Ferner müssen im Signalweg 32 schädliche Phasenänderungen, die durch das Dämpfungsglied 34 entstehen, entsprechend kompensiert werden.

Wenn auch in jedem Ausführungsbeispiel nur ein Phasendifferenznetzwerk enthalten war, so ist doch leicht zu erkennen, daß derartige Netzwerke hintereinandergeschaltet werden können, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen zu erzeugen, die sich um einen beliebigen Phasenwinkel unterscheiden. Bei einer derartigen Anordnung bildet jedes der Ausgangssignale E₁ und E₂ das Eingangssignal für die nächste Stufe.

Claims

Patentansprüche:

1. Netzwerk, bestehend aus einer ersten Hybride mit einem ersten Paar von konjugierten Zweigen, von denen einer den Eingang bildet und der andere mit einem Widerstand abgeschlossen ist, ferner mit einem zweiten Paar von konjugierten Zweigen, die mit einem ersten Paar von konjugierten Zweigen einer zweiten Hybride verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hybride eine 90°-Hybride ist und die zweite Hybride eine 180°-Hybride mit einem Energieteilungsverhältnis eins, wobei das zweite Paar von konjugierten Zweigen (1', 2') der zweiten Hybride die Ausgänge bildet und wobei die relativen Amplituden der Eingangskomponenten der zweiten Hybride derart bemessen sind, daß eine gewünschte Phasendifferenz zwischen den Signalen der Ausgänge entsteht, deren Amplituden im wesentlichen gleich groß sind.

2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 90°-Hybride ein •Energieteilungsverhältnis eins hat und daß einer der Ausgangszweige (33) dieser Hybride über ein Dämpfungsglied mit der 180°-Hybride gekoppelt ist.

3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied veränderbar ist.

4. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 90°-Hybride ein solches Energieteilungsverhältnis hat, daß Ausgangskomponenten der 90°-Hybride mit den geforderten relativen Amplituden entstehen.

5. Netzwerksystem, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Netzwerken nach einem der vorherigen Ansprüche, die derart hintereinandergeschaltet sind, daß eine Vielzahl von Ausgängen mit vorbestimmten Phasendifferenzen entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen