DE19928943B4

DE19928943B4 - Directional coupler with adjustable coupling damping

Info

Publication number: DE19928943B4
Application number: DE19928943A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Moll
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: DE19928943A1

Abstract

Richtkoppler mit einer Koppelleitung, die als Streifenleitung (7) auf einer Substratscheibe (6) angebracht ist, die auf dem flachen Boden (4) einer Ausfräsung im Außenleiter (1) einer Koaxialleitung befestigt und so im Raum zwischen Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfräsung (3) im Außenleiter (1) zylindrisch und die Substratscheibe (6) kreisrund ausgebildet sind, die Substratscheibe (6) an einem zylindrischen Metallklotz (14) befestigt ist, der lösbar und winkelverdrehbar in der zylindrischen Ausfräsung (3) des Außenleiters (1) befestigt ist, und der Metallklotz (14) im Bereich hinter dem Streifenleiter (7) eine Ausnehmung (15) aufweist, so daß eine Suspended-Substrat-Koppelleitung gebildet wird.directional coupler with a coupling line, the stripline (7) on a substrate wafer (6) mounted on the flat bottom (4) of a cutout in the outer conductor (1) attached to a coaxial line and so in the space between and outer conductor the coaxial line is held, characterized in that the cutout (3) in the outer conductor (1) cylindrical and the substrate disc (6) formed circular are, the substrate disc (6) on a cylindrical metal block (14) is attached, the detachable and angularly rotatable in the cylindrical cut-out (3) of the outer conductor (1) is fixed, and the metal block (14) in the area behind the Strip conductor (7) has a recess (15), so that a suspended-substrate coupling line is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Richtkoppler laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The The invention relates to a directional coupler according to the preamble of the main claim.

Ein Richtkoppler dieser Art ist bekannt (Deutsche Patentschrift 23 20 458). Bei diesem bekannten Richtkoppler ist die Koppelleitung als Mikrostreifenleitung mit durchgehender rückseitiger Massefläche ausgebildet. Dieser bekannte Richtkoppler besitzt daher eine relativ geringe Direktivität, da sich die Welle auf der Koaxialleitung bzw. der Koppelleitung in unterschiedlichen Medien ausbreitet, auf der Hauptleitung in Luft und auf der Streifenleitung im Substrat. Dadurch entstehen unterschiedliche Laufzeiten, durch welche die Direktivität stark reduziert wird. Außerdem ist bei diesem bekannten Richtkoppler die den flachen Boden für die Aufnahme der Substratscheibe bildende Ausfräsung und auch die darauf befestigte Substratscheibe viereckig und die Substratscheibe kann daher nicht winkelverdreht werden.One Directional coupler of this type is known (German Patent 23 20 458). In this known directional coupler is the coupling line as Microstrip line formed with a continuous rear ground surface. This known directional coupler therefore has a relatively low directivity because the shaft on the coaxial line or the coupling line in different media spreads, on the main in air and on the stripline in the substrate. This creates different Maturities that greatly reduce directivity. Besides that is in this known directional coupler, the flat bottom for recording the substrate disc forming cutout and the attached thereto Substrate disk quadrangular and the substrate disk can not be angularly rotated.

Bei Richtkopplern ist es an sich bekannt, die kapazitive Kopplung durch Änderung des Abstandes zwischen Koppelleitung und Innenleiter der Koaxialleitung und die induktive Kopplung durch Winkelverdrehen des Koppelsystems einzustellen ( DE 954 167 bzw. Meinke, Grundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer Verlag, 5. Auflage, 1992, Seite L31). Dazu ist es bekannt, die freitragend ausgebildete Koppelleitung an einem Zylinderteil zu befestigen, das in einem zylinderförmigen und zur Koaxialleitung senkrecht stehenden Ansatz am Außenleiter axial und winkelverdrehbar gehalten ist. Diese bekannten Richtkoppler-Konstruktion ist relativ aufwendig und teuer in der Herstellung. Entsprechendes gilt für eine andere bekannte Richtkoppler-Bauart, bei der die Koppelleitung wiederum als freitragender Blechstreifen ausgebildet ist, der über Isoliermaterialschrauben an einer Grundplatte befestigt ist, die ihrerseits auf einer flachen ebenen Auflagefläche am Außenleiter der Koaxialleitung angebracht ist. Durch flache Beilagscheiben, die zwischen der Grundplatte und der flachen Auflagefläche des Außenleiters einlegbar sind, kann bei diesem bekannten Richtkoppler die kapazitive Kopplung eingestellt werden, nicht jedoch die induktive Kopplung (Deutsche Patentschrift 23 50 156).In the case of directional couplers, it is known per se to set the capacitive coupling by changing the distance between the coupling line and the inner conductor of the coaxial line and the inductive coupling by angularly rotating the coupling system ( DE 954 167 or Meinke, Grundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer Verlag, 5th edition, 1992, page L31). For this purpose, it is known to attach the cantilevered coupling line to a cylinder part, which is held in a cylindrical and perpendicular to the coaxial line approach to the outer conductor axially and angularly rotatable. This known directional coupler construction is relatively complicated and expensive to manufacture. The same applies to another known directional coupler type, in which the coupling line is in turn formed as a cantilevered sheet metal strip, which is fastened via Isoliermaterialschrauben to a base plate, which in turn is mounted on a flat flat bearing surface on the outer conductor of the coaxial line. By flat washers, which can be inserted between the base plate and the flat bearing surface of the outer conductor, the capacitive coupling can be adjusted in this known directional coupler, but not the inductive coupling (German Patent 23 50 156).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Richtkoppler der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß nicht nur die induktive Kopplung auf einfache Weise einstellbar ist, sondern auch eine hohe Direktivität bei einfachster Bauart erreicht wird.It Object of the invention, a directional coupler of the type mentioned so educate and improve that not only the inductive coupling is adjustable in a simple manner, but also a high directivity at simplest Type is achieved.

Diese Aufgabe wird mit dem Richtkoppler gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind im den Unteransprüchen ausgehen.These The object is achieved with the directional coupler according to claim 1. advantageous embodiments The invention are based in the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist die Koppelleitung in sogenannter Suspended-Substrat-Technik ausgebildet, d. h. zwischen dem Streifenleiter auf der dem Innenleiter der Koaxialleitung zugewandeten Seite der Substratscheibe und dem Boden der zusätzlichen Ausnehmung im hinten angesetzten Metallklotz ist Luft und die Massekontaktierung auf der Rückseite des Substrates ist hinter dem Streifenleiter ausgespart, so daß die Hochfrequenzwelle sich auf der Hauptleitung und auf der Koppelleitung jeweils im gleichen Medium Luft ausbreitet und die Wellen auf der Hauptleitung und in der Koppelleitung annähernd gleiche Laufzeiten besitzen. Dadurch wird eine hohe Direktivität des Richtkopplers erreicht. Trotzdem kann auf einfache Weise die induktive Kopplung eingestellt werden, in dem die kreisrunde Substratscheibe in der zylindrischen Ausfräsung einfach winkelverdreht wird. Die kapazitive Kopplung kann in bekannter Weise ( DE 23 50 156 ) durch Beilagscheiben eingestellt werden. Falls erforderlich können auf der drehbaren Substratscheibe auch zusätzliche Schaltungselemente angebracht werden, wie dies ebenfalls an sich bekannt ist ( JP 10209723 ).According to the invention, the coupling line is formed in a so-called suspended-substrate technique, ie between the strip conductor on the inner conductor of the coaxial line facing side of the substrate disc and the bottom of the additional recess in the rear metal block is air and the ground contact on the back of the substrate recessed behind the strip conductor, so that the high frequency wave propagates on the main line and on the coupling line in the same medium air and the waves on the main line and in the coupling line have approximately the same maturities. As a result, a high directivity of the directional coupler is achieved. Nevertheless, the inductive coupling can be adjusted in a simple manner by simply angularly rotating the circular substrate disk in the cylindrical cutout. The capacitive coupling can be done in a known manner ( DE 23 50 156 ) are adjusted by washers. If necessary, additional circuit elements can also be mounted on the rotatable substrate wafer, as is also known per se ( JP 10209723 ).

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The The invention will be described below with reference to schematic drawings an embodiment explained in more detail.

1 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Richtkopplers, 1 shows the cross section of a directional coupler according to the invention,

2 zeigt den zugehörigen Längsschnitt, 2 shows the associated longitudinal section,

3 die Draufsicht. 3 the top view.

Der Richtkoppler besteht aus einem durchgehenden Koaxialleitungsstück mit einem relativ massiven Außenleiter 1 und einem Innenleiter 2. Auf der Außenseite des Außenleiters 1 ist eine zylindrische Ausfräsung 3 vorgesehen, die in einem flachen Boden 4 endet. Diese Ausfräsung 3 setzt sich bis in den Raum zwischen Innenleiter 2 und Außenleier 1 der Koaxialleitung in Form eines länglichen Durchbruches 5 fort.The directional coupler consists of a continuous Koaxialleitungsstück with a relatively massive outer conductor 1 and an inner conductor 2 , On the outside of the outer conductor 1 is a cylindrical cutout 3 provided in a flat ground 4 ends. This cutout 3 sits down in the space between inner conductor 2 and outer siren 1 the coaxial line in the form of an elongated breakthrough 5 continued.

Auf dem flachen Boden 4 der Ausfräsung 3 ist eine Substratscheibe 6 aufgesetzt, die auf der dem Innenleiter 2 zugewandten Seite ein gegenüber der Wellenlänge kurzes Streifenleitungsstück 7 aufweist, das zusammen mit einer dieses Streifenleitungsstück 7 umgebenden Massekaschierung 8 bzw. 9 auf beiden Seiten des Substrats in gedruckter Schaltungstechnik hergestellt ist. Die Enden des kürzer als λ/10 ausgebildeten Streifenleitungsstückes 7 stehen mit durch das Substrat hindurchführenden Leitungsstiften 10 und 11 in Verbindung, die in entsprechenden Bohrungen 12 und 13 eines zylindrischen Metallklotzes 14 angeordnet und als kurze Koaxialleitungs-Verbindungsstücke ausgebildet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Bereich hinter dem Streifenleitungsstück 7 im zylindrischen Metallklotz 14 eine Ausnehmung 15 ausgebildet und die Massekaschierung 9 ist hinter dem Streifenleitungsstück 7 ausgespart, so daß eine "Suspended-Substrate"-Leitung zwischen Streifenleitungsstück 7 und dem Boden der Ausnehmung 15 entsteht. Die rückseitige Ausnehmung 15 besitzt den Vorteil, daß über das Dielektrikum Luft die Direktivität verbessert wird. Der zylindrische Metallklotz 14 ist über Schrauben 16 am massiven Außenleiter 1 der Koaxialleitung innerhalb der Ausfräsung 3 befestigt.On the flat ground 4 the cutout 3 is a substrate disk 6 put on the inner conductor 2 facing side opposite the wavelength short stripline piece 7 which, together with a this stripline piece 7 surrounding mass lamination 8th respectively. 9 on both sides of the substrate in printed circuit technology. The ends of the shorter than λ / 10 trained stripline piece 7 stand with leading through the substrate pins 10 and 11 in conjunction, in corresponding holes 12 and 13 a cylindrical metal block 14 arranged and as a short co axial line connecting pieces are formed. In the embodiment shown is in the area behind the stripline piece 7 in the cylindrical metal block 14 a recess 15 trained and the mass lamination 9 is behind the stripline piece 7 recessed, so that a "suspended substrates" line between stripline piece 7 and the bottom of the recess 15 arises. The back recess 15 has the advantage that the directivity is improved via the dielectric air. The cylindrical metal block 14 is about screws 16 on the massive outer conductor 1 the coaxial line inside the cutout 3 attached.

Durch die zylindrische Ausfräsung 3, die sich in einem länglichen Durchbruch 5 fortsetzt, wird ein flacher ebener kreisrunder Boden 4 gebildet, auf dem die entsprechend kreisrunde Substratscheibe 6 aufliegt. Auch der Metallklotz 14 ist zylindrisch ausgebildet und paßt in die zylindrische Ausfräsung 3. Auf der ebenen Stirnfläche des Metallklotzes 14 ist die Substratscheibe 6 aufgesetzt. Der Metallklotz 14 ist in einem begrenzten Winkelbereich von beispielsweise plus oder minus 15° gegenüber der Längsachse des Innenleiters 2 winkelverdrehbar, dazu sind die Befestigungslöcher für die Schrauben 16 gemäß der Draufsicht nach 3 als gebogene Schlitze 17 ausgebildet, so daß nach Lösen der Schrauben 16 der Metallklotz 14 zusammen mit der Substratscheibe 6 winkelverdreht werden kann.Due to the cylindrical cut-out 3 , resulting in an elongated breakthrough 5 continues, becomes a flat flat circular bottom 4 formed on which the corresponding circular substrate disk 6 rests. Also the metal block 14 is cylindrical and fits into the cylindrical cut-out 3 , On the flat face of the metal block 14 is the substrate disk 6 placed. The metal block 14 is in a limited angular range of, for example, plus or minus 15 ° with respect to the longitudinal axis of the inner conductor 2 Angular verdrehbar, these are the mounting holes for the screws 16 according to the plan view 3 as curved slots 17 formed so that after loosening the screws 16 the metal block 14 together with the substrate disk 6 can be rotated angularly.

Zur Erhöhung der Kopplung kann es von Vorteil sein, nicht nur ein einziges Streifenleitungsstück 7 vorzusehen, sondern beispielsweise zwei oder mehr parallel nebeneinander angeordnete Streifenleitungsstücke, die jeweils auf der Rückseite des Substrats durch ein entsprechend diagonal ausgebildetes Streifenleitungsstück zu einer mehrschleifigen Koppelleitung miteinander verbunden sind.To increase the coupling, it may be advantageous, not just a single stripline piece 7 provide, but for example, two or more parallel juxtaposed stripline pieces, which are connected to each other on the back of the substrate by a correspondingly diagonal stripline piece to form a mehrschleifigen coupling line.

Die Koppeldämpfung kann auf einfache Weise dadurch eingestellt werden, daß zwischen dem Substrat 6 und dem flachen Boden 4 der Ausfräsung 3 eine oder mehrere Beilagscheiben vorbestimmter Dicke zwischengelegt werden. Dadurch kann der Abstand zwischen dem Streifenleitungsstück 7 und dem Innenleiter 2 beliebig eingestellt werden. Neben dieser Einstellung der kapazitiven Kopplung kann auch die induktive Kopplung durch entsprechendes Verdrehen der Substratscheibe 6 auf einfache Weise eingestellt werden.The coupling loss can be easily adjusted by the fact that between the substrate 6 and the flat ground 4 the cutout 3 one or more washers of predetermined thickness are interposed. This allows the distance between the stripline piece 7 and the inner conductor 2 be set arbitrarily. In addition to this adjustment of the capacitive coupling and the inductive coupling by appropriate rotation of the substrate wafer 6 be easily adjusted.

Die Breite des Streifenleitungsstückes 7 bestimmt den Wellenwiderstand der Koppelschleife, sie kann beliebig gewählt werden. Auf der Vorder- bzw. Rückseite der Substratscheibe 6 können neben dem Streifenleitungsstück 7 auch noch zusätzliche Schaltungselemente des Richtkopplers angebracht sein. Nachdem ein solcher Richtkoppler eine mit der Frequenz abnehmende Koppeldämpfung aufweist und für eine konstante frequenzunabhängige Koppeldämpfung daher zweckmäßigerweise dem Koppelsystem ein Tiefpaß zugeordnet wird, kann dieser Tiefpaß beispielsweise in gedruckter Schaltungstechnik oder in Form von konzentrierten Bauelementen unmittelbar auf der Substratscheibe 6 ausgebildet werden.The width of the stripline piece 7 determines the characteristic impedance of the coupling loop, it can be chosen arbitrarily. On the front or back of the substrate disk 6 can next to the stripline piece 7 also be added additional circuit elements of the directional coupler. After such a directional coupler has a decreasing with the frequency coupling loss and therefore a low-pass filter is assigned to the coupling system for a constant frequency-independent coupling loss, this low-pass filter, for example in printed circuit technology or in the form of concentrated components directly on the substrate wafer 6 be formed.

Claims

Directional coupler with a coupling line serving as a stripline ( 7 ) on a substrate wafer ( 6 ) mounted on the flat ground ( 4 ) a cutout in the outer conductor ( 1 ) of a coaxial line and is held in the space between the inner and outer conductor of the coaxial line, characterized in that the cutout ( 3 ) in the outer conductor ( 1 ) cylindrical and the substrate disc ( 6 ) are formed circular, the substrate disc ( 6 ) on a cylindrical metal block ( 14 ) which is releasably and angularly rotatable in the cylindrical cut-out ( 3 ) of the Leader ( 1 ), and the metal block ( 14 ) in the area behind the strip conductor ( 7 ) a recess ( 15 ), so that a suspended-substrate coupling line is formed.

Directional coupler according to claim 1, characterized that the Coupling line of two or more electrically connected in parallel Stripline pieces consists.

Directional coupler according to one of the preceding claims, characterized in that on the substrate wafer ( 6 ) additional circuit elements, in particular those of a low-pass filter are formed.

Directional coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling damping is adjustable by means of washers, which between substrate disc ( 6 ) and the flat bottom ( 4 ) of the cutout ( 3 ) can be used.