DE19532470B4

DE19532470B4 - Selektiver Multikoppler

Info

Publication number: DE19532470B4
Application number: DE19532470A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. Rembold
Original assignee: EADS Radio Communication Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Telefunken Radio Communication Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1995-09-02
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2015-09-03
Also published as: DE59609742D1; DE19532470A1; EP0760535A1; EP0760535B1

Abstract

Selektiver Multikoppler zur Kombination der Leistung von zwei Sendern unterschiedlicher Frequenz auf einen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zusammenschaltung der Sender (f₁, f₂) ein Richtfilter (RF) verwendet wird, daß das Richtfilter (RF) mit seiner Resonanzfrequenz auf die Frequenz des zweiten Senders (f₂) abgestimmt ist, daß der erste Sender (f₁) am ersten Tor (1) der ersten Durchgangsleitung (D1) des Richtfilters (RF) angeschlossen ist, daß der Verbraucher (R_L) am zweiten Tor (2) der ersten Durchgangsleitung (D1) angeschlossen ist, daß der zweite Sender (f₂) an dem zweiten Tor (4) der zweiten Durchgangsleitung (D2) angeschlossen ist, das bei der Resonanzfrequenz mit dem Verbraucher (R_L) gekoppelt ist, und daß das erste Tor (3) der zweiten Durchgangsleitung (D2) mit einem Abschlußwiderstand (R) beschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen selektiven Multikoppler gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2.

Unter einem selektiven Multikoppler versteht man eine Mehrtor-Schaltung, die zur verlustarmen, entkoppelten Kombination von mehreren Signalen unterschiedlicher Frequenz auf eine einzige Last, z.B. eine Antenne, verwendet wird. Beispielsweise ist aus DE 31 08 742 C2 ein selektiver Richtkoppler bekannt, bei dem zwei Wellenleiter über einen parallel zwischen ihnen liegenden Wellenleiterabschnitt miteinander verkoppelt sind, Die Länge dieses Abschnitts und gleiche Phasenkonstanten führen zu einer selektiven Kopplung bei einer bestimmten Frequenz.

Denkbar ist der Einsatz solcher selektiven Multikoppler z.B. bei Sendeanlagen auf Schiffen, auf denen aus Platzgründen nur wenige Antennen zur Verfügung stehen und deshalb mehrere Sender z.B. im HF-Bereich 1,5–30 MHz auf eine Antenne geschaltet werden müssen. Aber auch bei der Zusammenschaltung von Bild- und Tonsignalen bei Fernsehsendern, bei der Zusammenschaltung mehrerer UKW-Sender auf eine Antenne, bei Mobilfunk-Basisstationen in der Zusammenschaltung von mehreren Kanälen auf eine Antenne, prinzipiell auch bei Richtfunk und Satellitenfunk, können solche selektiven Multikoppler verwendet werden. Aus DE 30 04 817 A1 ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung zum gegenseitigen entkoppelten Anschalten mehrerer Sender an ein Antennensystem bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen selektiven Multikoppler zu schaffen, mit dem zwei oder mehr als zwei Sender unterschiedlicher Frequenz möglichst ohne Verluste und unter möglichst geringer Verkopplung der Sender untereinander auf eine Last, z.B. eine Antenne, geschaltet werden können. Die Frequenzen sollen hierbei frei einstellbar sein und sich bis auf einen vorgebbaren relativen Abstand nähern dürfen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist für den Fall von zwei Sendern durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und für den Fall von mehr als zwei Sendern durch die Merkmale des Patentanspruchs 2 beschrieben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist in der Nutzung und speziellen Erweiterung des an sich bekannten Prinzips eines Richtfilters zu sehen. Ein Richtfilter ist eine Kombination von zwei breitbandigen Richtkopplern mit einem Resonator. Mit einem Richtfilter kann ein einzelnes Signal mit einem anderen breitbandigen Signal oder mit mehreren anderen einzelnen Signalen verlustarm und entkoppelt auf einen Verbraucher geschaltet werden. Eine Kaskadierung von n Richtfiltern ermöglicht die entkoppelte, verlustarme Zusammenschaltung von n + 1 Sendern auf eine Last.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen selektiven Multikopplers, mit dem zwei Sender auf eine gemeinsame Last geschaltet werden können,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Multikopplers gemäß 1 mit einem Ringleitungsresonator,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Multikopplers gemäß 1 mit einem Resonator mit Allpaß,
4 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen selektiven Multikopplers, mit dem mehr als zwei Sender auf eine gemeinsame Last geschaltet werden können.
Der selektive Multikoppler in 1 enthält ein Richtfilter RF, das aus zwei breitbandigen Richtkopplern, jeweils gekennzeichnet durch ein x, sowie aus einem Resonator RE, abgestimmt auf die Frequenz f₂, besteht. Das Richtfilter RF hat die Tore 1 bis 4. Die Tore 1 und 4 sind mit jeweils einem Sender f₁ und f₂ beschaltet, Tor 3 mit einem Abschlußwiderstand R und Tor 2 mit einem Verbraucher, dem Lastwiderstand R_L, z.B. einer Antenne. Die Richtkoppler sind breitbandig, haben eine Koppeldämpfung, die beispielsweise etwa im Bereich 10–15 dB liegt, sowie eine gute Richtwirkung, die beispielsweise > 20 dB ist.
Der Resonator RE kann gemäß 2 im einfachsten Fall aus einem Ringresonator bestehen, indem die Tore 5 und 7 bzw. 6 und 8 der beiden Richtkoppler mit Leitungen verbunden werden. Die elektrische Länge (l_e = λ_res) bestimmt die (unterste) Resonanzfrequenz. Diese sei f₂.
Beschaltet man das Richtfilter RF an Tor 1 mit einer Signalquelle der Frequenz f₁ ungleich der Resonanzfrequenz f₂, so gelangt die Leistung im wesentlichen zur Tor 2. Die Tore 3 und 4 sind von Tor 1 praktisch entkoppelt. Die Verbindung D1 zwischen Tor 1 und Tor 2 wirkt für Frequenzen ungleich f₂ wie eine nahezu verlustfreie Durchgangsleitung. Gleiches gilt für die Verbindung D2 zwischen den Toren 3 und 4.
Dagegen bewirkt die Beschaltung des Richtfilters RF am Tor 4 mit der Signalquelle f₂, daß der Resonator RE angeregt wird und die Leistung fast vollständig über die beiden Richtkoppler dem Tor 2 zugeführt wird. Die Tore 1 und 3 sind von Tor 4 praktisch entkoppelt. Die Leistung beider Sender f₁ und f₂ wird somit im wesentlichen dem Tor 2 zugeführt. Die Sender f₁ und f₂ sind daher im Rahmen der Koppeldämpfungswerte voneinander entkoppelt.
Für den Fall, daß an Tor 4 ein Signal mit einer Frequenz ungleich der Resonanzfrequenz des Resonators RE eingespeist wird, wird die Leistung im Abschlußwiderstand R umgesetzt. Tor 1 und 4 und somit die beiden Sender f₁ und f₂ sind auch in diesem Fall entkoppelt. Gleiches gilt, wenn die Frequenz des Senders f₁ gleich der Resonanzfrequenz des Resonators RE wird: Die Leistung des Senders f₁ wird in diesem Fall ebenfalls im Abschlußwiderstand R umgesetzt.
Der Ringresonator RE in Form einer Leitung (2) kann bei sehr breitbandigen Anwendungen zu (unerwünschten) Mehrfachresonanzen führen. Außerdem kann bei tieferen Frequen zen (Kurzwelle) die Leitung für einige Anwendungen sehr lang werden. In solchen Fällen ist es – wie in 3 gezeigt – sinnvoll, die inneren Arme der Richtkoppler an jeweils einem Tor (5 bzw. 7) mit einem Allpaß AP zu verbinden und an dem jeweils anderen Tor (6 bzw. 8) möglichst kurz zusammenzuschließen. Resonanz ist gegeben, wenn die Phase des Übertragungsfaktors des Allpasses AP sich mit den Phasendrehungen der Richtkoppler des Richtfilters RF zu 360° ergänzen.
Zum Zusammenschalten von mehr als zwei Sendern können – wie in 4 gezeigt – mehrere Richtfilter RF₂ bis RF₄ kaskadiert werden. 4 zeigt (beispielhaft) eine Hintereinanderschaltung von drei Richtfiltern RF₂ bis RF₄, wie sie beispielsweise bereits in den 1 bis 3 beschrieben worden sind, zur Kombination von insgesamt vier Sendern f₁ bis f₄. Im Gegensatz zu den Toren 4₂ bis 4₄ , an denen die Sender f₂ bis f₄ angeschlossen sind, zeichnet sich das Tor 1₂ des ersten Richtfilters RF₂ (Frequenz f₁) dadurch aus, daß keine Maßnahmen zur Abstimmung der Frequenz f₁ getroffen werden müssen. Somit kann der hier angeschlossene erste Sender f₁ breitbandig arbeiten, z.B. sehr schnell die Frequenz wechseln (Hopperbetrieb), wobei allerdings die Hop-Frequenzen jedoch möglichst nicht mit den Sendefrequenzen der weiteren Sender f₂ bis f₄ übereinstimmen sollten. Sollte der breitbandige Sender f₁ dennoch auch bei einer der Frequenzen der übrigen Sender f_i (i = 2, 3, 4) senden, führt dies dennoch nicht zu einer unerwünschten Kopplung mit dem betreffenden Sender f_i (i = 2, 3, 4), da – wie zuvor dargelegt – in diesem Fall die Leistung des Senders f₁ bei der Frequenz f₁ = f_i (i = 2, 3, 4) im Abschlußwiderstand R_i (i = 2, 3, 4) des betreffenden Richtfilters RF_i (i = 2, 3, 4) umgesetzt werden würde.
In der Praxis zeigt der Lastwiderstand R_L, z.B. eine Antenne, eine frequenzabhängige Fehlanpassung. Da der selektive Multikoppler als passives, reziprokes Netzwerk übertragungssymetrisch ist, wird die an dem Lastwiderstand R_L reflektierte Leistung frequenzselektiv zu den einzelnen Sendern f₁ bis f₄ übertragen. Z.B. "sieht" der Sender mit der Frequenz f₁ nur die reflektierte Leistung bei der Frequenz f₁ usw. Die Anpassung der einzelnen Frequenzen kann somit entkoppelt von den anderen Sendern jeweils unmittelbar hinter jedem der Sender f₁ bis f₄ mittels eines einfachen Anpaßgerätes erfolgen.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die in den Figuren geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr auf weitere übertragbar ist.
So ist es z.B. denkbar, daß auch der Sender f₁, der in den zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen breitbandig ausgelegt ist, ebenfalls wie die Sender f₂ bzw. f₂ bis f₄ schmalbandig für eine Frequenz ausgelegt ist mit f₁ ≠ f₂ ≠ f₃ ≠ f₄.
Selbstverständlich können auch drei oder mehr als vier Sender mit der entsprechenden Anzahl von hintereinander geschalteten Richtfiltern auf eine gemeinsame Last geschaltet werden.
Schließlich können als Resonatoren der einzelnen Richtfilter abstimmbare Resonatoren vorgesehen werden. Dies hat den Vorteil, daß die über die Resonatoren an die Last gekoppelten schmalbandigen Sender (f₂ in 1 bis 3 bzw. f₂ bis f₄ in 4) in ihrer Frequenz problemlos geändert werden können, indem parallel der Resonator des zugehörigen Richtfilters auf die neue Sendefrequenz abgestimmt wird.

Claims

Selektiver Multikoppler zur Kombination der Leistung von zwei Sendern unterschiedlicher Frequenz auf einen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zusammenschaltung der Sender (f₁, f₂) ein Richtfilter (RF) verwendet wird, daß das Richtfilter (RF) mit seiner Resonanzfrequenz auf die Frequenz des zweiten Senders (f₂) abgestimmt ist, daß der erste Sender (f₁) am ersten Tor (1) der ersten Durchgangsleitung (D1) des Richtfilters (RF) angeschlossen ist, daß der Verbraucher (R_L) am zweiten Tor (2) der ersten Durchgangsleitung (D1) angeschlossen ist, daß der zweite Sender (f₂) an dem zweiten Tor (4) der zweiten Durchgangsleitung (D2) angeschlossen ist, das bei der Resonanzfrequenz mit dem Verbraucher (R_L) gekoppelt ist, und daß das erste Tor (3) der zweiten Durchgangsleitung (D2) mit einem Abschlußwiderstand (R) beschaltet ist.
Selektiver Multikoppler zur Kombination der Leistung von mehr als zwei Sendern unterschiedlicher Frequenz auf einen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zusammenschaltung von n + 1 Sendern (f₁ bis f₄) n mit ihren Resonanzfrequenzen auf die unterschiedlichen Frequenzen der Sender (f₁ bis f₄) abgestimmte Richtfilter (RF₂ bis RF₄) vorgesehen sind mit n ≥ 2, daß die n Richtfilter (RF₂ bis-RF₄) jeweils mit ihren ersten Durchgangsleitungen (D1₂ bis D1₄) in Serie geschaltet sind, daß an das Eingangstor (1₂ ) der in Serie geschalteten ersten Durchgangsleitungen (D1₂ bis D1₄) ein erster Sender (f₁) mit einer Frequenz ungleich der Resonanzfrequenzen der Richtfilter (RF₂ bis RF₄) geschaltet ist, daß an das Ausgangstor (2₄ ) der in Serie geschalteten ersten Durchgangsleitungen (D1₂ bis D1₄) ein Verbraucher (R_L) geschaltet ist, daß die n Richtfilter (RF₂ bis RF₄) an ihren zweiten Durchgangsleitungen (D2₂ bis D2₄) an jeweils dem zweiten Tor (4₂ bis 4₄ ), das bei der jeweiligen Resonanfrequenz des zugehörigen Richtfilters (RF₂ bis RF₄) mit dem Verbraucher (R_L) gekoppelt ist, mit einem weiteren Sender (f₂ bis f₄) beschaltet sind, daß diese n weiteren Sender (f₂ bis f₄) auf die jeweiligen Resonanzfrequenzen der Resonatoren (RE₂ bis RE₄) der zugehörigen Richtfilter (RF₂ bis RF₄) abgestimmt sind, und daß die ersten Tore (3₂ bis 3₄ ) der jeweiligen zweiten Durchgangsleitungen (D2₂ bis D2₄) jeweils mit einem Abschlußwiderstand (R₂ bis R₄) beschaltet sind.
Selektiver Multikoppler nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (RE) bzw. die Resonatoren RE₂ bis RE₄) des (jeweiligen) aus zwei Richtkopplern sich zusammen- setzenden Richtfilters (RF bzw. RF₂ bis RF₄) (jeweils) durch eine Ringleitung gebildet ist, die durch die Zusam menschaltung der inneren Koppelarme (5–6, 7–8) der Richtkoppler (1–2, 5–6; 3–4, 7–8) mit Leitungen (5–7, 6–8) entstehen.
Selektiver Multikoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (RE) bzw. die Resonatoren RE₂ bis RE₄) des (jeweiligen) aus zwei Richtkopplern sich zusammensetzenden Richtfilters (RF bzw. RF₂ bis RF₄) dadurch gebildet ist, daß jeweils ein Tor der inneren Koppelarme (5–6; 7–8) der Richtkoppler (1–2, 5–6; 3–4, 7–8) direkt (6, 8) und das andere Tor (5, 7) über einen Allpaß (AP) verbunden werden.
Selektiver Multikoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß zwischen dem ersten Tor (1) der ersten Durchgangsleitung (D1) des Richtfilters (RF) und dem ersten Sender (f₁) und/oder zwischen dem zweiten Tor (4) der zweiten Durchgangsleitung (D2) des Richtfilters (RF) mit dem zweiten Sender (f₂) (jeweils) ein Lastwiderstand-Anpaßgerät geschaltet ist oder – daß zwischen dem Eingangstor (1₂ ) der in Serie geschalteten ersten Durchgangsleitungen (D1₂ bis D1₄) der Richtfilter (RF₂ bis RF₄) und dem ersten Sender (f₁) und/oder zwischen dem zweiten Tor (4₂ bis 4₄ ) der zweiten Durchgangsleitung (D1₂ bis D1₄) einzelner oder aller Richtfilter (RF₂ bis RF₄) und dem jeweils daran angeschlossenen weiteren Sender (f₂ bis f₄) (jeweils) ein Lastwiderstand-Anpaßgerät geschaltet ist.
Selektiver Multikoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (RE) bzw. die Resonatoren (RE₂ bis RE₄) abstimmbar ist bzw. abstimmbar sind.