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RichtRoppler- aus einem Doppelleitungsabschnitt Zusatz zu Patent 1
291 807 (PA 65/3093) Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellentauteil mit wenigstens
einem Doppelleitungsabschnitt, von dem der eine Leiter streifenförmig ausgebildet
ist und sich auf einem Isolierstreifen nach Art einer gedruckten Schaltung befindet
und der andere zweiter U-Profil hat und mit seinen Seitenwänden den auf dem Isolierstoffstreifen
angeordneten streifenförmigen zweiter einschließt, bei dem der den streifenförmigen
Leiter tragende Isolierstoffstreifen mit seiner leiterfreien Seite auf der Bodenfläche
des ein U-Profil aufweisenden Leiters aufliegt und bei dem fUr den Wellenwiderstand
von 60 Ohm die Breite des streifenförmigen Leiters etwa dem 2,5ten Teil des Abstandes
der Seitenwände des U-förmigen Leiters entspricht und ferner die Höhe der Seitenwände
des U-förmigen Leiters wenigstens gleich der Breite der durch das U-Profil gebildeten
Kammer ist, so daß die der BodenflEche des U-Profils abgewandte Endfläche desselben
praktisch frei vom Feld der in der DoppelleituRg geführten Wellen ist, nach Patent
1 291 807 (PA 65/3093).
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Im Hauptpatent sind Mikrowellenbauteile beschrieben, deren Grundaufbau
aus einer Leitung der genannten Art besteht. Bs ist im Hauptpatent auch ein Richtkoppler
beschrieben,
der mit diesem Leitungsstück aufgebaut ist, dessen Grundaufbau ebenfalls oben sGLon
genannt ist. Im Koppelbereich der beiden Leiterbahnen dieses Kopplers sind die Innenleiterstreifenleitungen
mit warzenförmigen Ausbuchtungen vex£.ehen, die im Bereich der Warzen eine Art Zusatzkapaz
tät zu der normalerweise zwischen beiden Innenleiterstreifen vorhandenen Kopplung
bilden. Von Richtkopplern wird im allgemeinen gefordert, daß sie eire möglichst
große Richtwirkung in einem möglichst: breiten Arbeitsfrequenzbereich haben und
ferner, dc.ß ihre Ein- und Ausgänge in diesem breiten Frequenzbereich auch weitgehend
reflexionsfrei bleiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung des eingangs
genannten Grundkonzeptes ces Richtkopplers einen Typ anzugeben, der diesen h-orderungen
in hohem Maße nachkommt.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Mikrowellenrichtkoppler
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ausbildung als Richtkoppler eine gerade,
streifenförmige Leitung vorgesehen ist, die in einer entsprechenden Kammer eines
blockförmigen Gehäuse verläuft, und daß danebenliegend eine zweite, gegen die erstgenannte
Leitung abgeknickte, streifenförmige Leitung in einer entsprechend abgeknickten
Kammer des blockförmigen Gehäuses angeordnet ist und zwar derart, daß die Leiterbahnen
über einen dem geforderten topplungsfaktor entsprechenden Bereich, in dem die Kammern
für die beiden Leiterbahnen miteinander in Verbindung stehen, einander genähert
sind, unddaß im Bereich der aneinanderliegenden
Leitungen die Außenseite
der durchgeienden Leitung zwei Einachnürungen hat, die etwa in der Höhe der Enden
des Koppelabschnittes liege und ferner der Koppelabschnitt ebenfalls außen3eitig
etwa in seiner Mitte eine derartige Einschldrung hat.
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Bei diesem Koppler haben sich dabei folgende Dimensionierungen als
besonders vorteilhaft erwiesen: Die Einschnffrungen sollten sich bis etwa zur Mitte
der Streifenleiter erstrecken. Die elektrisch wirksame Länge der vorzugsweise rechteckigen
Einschnürungen soll etwa zwischen einem Zehntel bis einem Zwanzigstel der Betriebswellenlänge
betragen. Die Enden der beiden Einschnürungen in Längsrichtung der Hauptleitung
betrachtet sollten etwa ein Viertel der elektrischen Betriebswellenlänge auseinander
liegen.
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Eine vorteilhafte Anwendung des Kopplers bei einem Mikrowellenempfänger
besteht darin, daß der Koppler einerseits am Ausgang eines Mikrowellenoszillators
liegt, für dessen Leistungsüberwachung an seinem abzweigenden Ausgang ein Meßgerät
angeschaltet St, und daß seine Durchgangsleitung ausgangsseitig in einer Fortsetzung
als variables Dpfungsglied ausgebildet ist, das den Ausgang der Einrichtung bildet.
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Die das Dämpfungsglied bildende Fortsetzung dr Hauptleitung des Kopplers
besteht vorteilhaft aus einem über der Leiterbahn 1 der durchgehenden Streifenleitung
vorzugsweise mittels eines Spindeltriebes innerhalb
der Außenleiterkammer
auf und ab bewegbaren Streifen aus Dämpfungsmaterial.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren cner erläutert.
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bei der Realisierung von Richtkopplern zeigt E'E sich, daß die eingangs
geforderten idealen Eigensch£.ften, wie möglichst große Richtwirkung, Frequenzunabhängigkeit
der Kopplungen und Reflexionsfreiheit der Ein-und Ausgänge zumindest teilweise widersprechende
Forderungen sind. Dazu wären nämlich völlig homogene, verlustfreie Kopplungsaschnitte
und störungsfieie Übergänge der Zuleitungen auf den Kopplungsbeleich erforderlich.
Um z.B. wenigstens noch praktisol: ausreichende Richtwirkungen oder noch zulässige
Reflexionsfaktoren zu erzielen, sind im allgemeinen Kompensationselemente üblich,
die bei Richtkopplern in koaxialer Bauart oder in Streifenleitungsbauweise mit Luftdielektrikum
variabel ausgeführt werden können. Komplizierter wird jedoch der Abgleich bei solchen
Kopplern, bei denen der Streifenleiter an ein festes Dielektrikum, z.B. Teflon,
gebunden ist, z.B. nach Art der Druckschaltungetechnik.
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Um den wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Vorteil der Druckschaltungstechnik
(Ätztechnik) nicht zu mindern, können dann Kompensationselemente meist nicht mehr
variabel angebracht werden, sondern sie müssen mit ein und derselben Druckvorlage
auf die Leiterplatte geätzt werden. Der Aufbau dieser Kompensationselemente und
damit ihre exakte Dimensionierung ist jedoch aufgrund von rein theoretischen Überlegungen
derzeit noch nicht
erfaßb-ar, sondern die Abmessungen werden meist
empirisch ermittelt. Eine derartige Dimensionierung liegt auch dem im Hauptpatent
beschriebenen koppler in Kammerleitungstechnik zugrunde, desf3en Richtwirkung sich
durch Ausbuchtungen der Innenleiterstreifen im Kopplungsbereich vor allem für größere
Kopplungsdämpfungen als 15 dB verbessern ließ.
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Dagegen haben sich bei geringeren Kopplungsdämpfungen, z.B.'im Bereich
zwischen 8 und 12 dB als besonders vorteilhaft Einziehungen der Innenleiterstreifen
im Kopplungsbereich erwiesen. Ein Beispiel hiefür zeigt die Zig 1, in der ein Richtkoppler
in .,-;reifenleitungsbauweise in perspektivischer Darstellung gezeigt ist.
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Der Außenleiter des gesamten Richtkopplers besteht aus einem Metallblock
1, in dem sich entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der Leiterplatte für den
Koppler befinden. Diese Leiterplatte besteht aits einem Isolierstoffträgermaterial,
auf dem nach den D:.mensionierungsregeln, die im Hauptpatent gegeben sind, dünne
Metallfolien als Innenleiter aufgebracht sind. In der Fig. 1 bezieht der Durchgangsleiter
aus dem Streifen leiter 3, der auf dem Isolierstoffstreifen 2 festliegt.
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Dieser Streifenleiter setzt sich an einem Ende in einer Koaxialleitung
6 fort. Aus Anpassungsgründen ist der Innenleiter des Streifenleiters 3 am Ende
9 eingezogen.
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Die oben erwähnten Dimensionsierungsregeln gelten auch hierfffr. Die
Breite des Streifenleiters und die Ausnehmung der Kammern sind im Hauptpatent für
einen Wellenwiderstand von 60 Ohm gegeben. Diese Größen ändern
sich
gemäß den dort gegebenen Dimensionierungstormeln bei einem Wellenwiderstand von
50 Ohr, dei heute häufig verwendet wird, nur geringfügig.
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Die Nebenleitung 4 des Richtkopplers führt an Einem Ende, in der Zeichnung
dem unteren, auf einen Koaxialleitungsanschluß, der in der Figur nicht ersichtlich
ist, da er durch den Außenleiterblock hindurch nach unten herausgeführt ist. Das
andere Ende der Nbenleitung ist wie üblich mit einen hbsorber abgeschlossen, der
in diesem Falle aus inem auf den Inr.enleiterstreifen aufgepreßten Keil 5 und einem
darunter liegenden Reil (nicht sichtbar) aus Dämpfungsmaterial besteht. Für die
Verwirklichung des obengenannter. Kopplungseffektes sind die beiden Leitungen in
dem Bereich, in dem sie zur Kopplung einander genähert sin, mit Einziehungen 7 und
8 versehen, deren vorzugsweise Dimensionierung bereits oben angegeben wurde.
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Die Fig. 2 zeigt den Erfolg, den der erfindungsgemäße Aufbau des Richtkopplers
in einem sehr breitet Frequenzbereich anhand eines Diagramms brachte. Wie er£ichtlich,
betrug die am Eingang des Kopplers gemessene Reflexion im Bereich zwischen 0,5 und
8,4 GHz # 0,05. Der Koppelbereich war dabei so ausgelegt, daß die mittlere Koppeldämpfung
10 dB betrug. Sie änderte sich, wie er sich lich, in diesem großen Frequenzbereich
verhältnismäßig wenig. Nach der Theorie hätte sich nur die mit theor.-bezeichnete
Kopplung ergeben.
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Die Fig. 3 zeigt schließlich eine genaue Dimen£ionierung des Kopplers
für 60 Ohm-Wellenwideratand a.it einer
Maßtabelle. Der Isolierstoff,
auf den die Leiterstreifen aufgebracht waren, besteht aus Glasfaserverstärktem Teflon
von 1/16" Dicke.
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Als Anwendungsbeispiel für den Richtkoppler zeigt die Fig.4a mit den
Schnitten 4b und 4c den Koppler samt einem nachgeschalteten variablen Dämpfungsglied
als Baueinheit, die auf der Kopplerseite von enem Mikrowellenoszillator gespeist
wird und deren Zu gang auf der Seite des Dämpfungsgliedes auf den Mischer eines
Mikrowellenempfängers führt. Der Koppler wird hier vorteilhaft dazu benützt, um
an seinem ab7weigenden Ausgang mittels eines Meßgerätes die Oszillatorausgangsleistung
zu überwachen. Die Durchgar.gsleitung 1 des Kopplers (linke Seite der Fig.4a) lEt
unmittelbar mit einem variablen Dämpfungsglied verbunden.
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Dieses besteht aus einem an beiden Enden schweitförmig auslaufenden
Streifen 10 aus Dämpfungsmaterial, der sich oberhalb des. Streifenleiters 3 in der
durch den Außenleiter 1 gebildeten Kammer auf und ab bewegen läßt. folie Vertikalbewegung
wird in diesem Beispiel durch einen Spindeltrieb, bestehend aus der Spindel 13 und
einemFührungsstück 15, ermöglicht. Die Spindelachse ist hierzu durch den Außenleiter
1 hindurch auf einen Antrebsknopf 16 geführt. An der Spindelfthrung 15 befindet
sich ein Arm 11, der durch eine schlitzförmige Ausnehmung im Außenleiter in die
Kammerleitung eingreift und dort mit dem Schwert 10 verbunden ist. Der gesamte Spindeltrieb
ist abgeschirmt von der Leitung ir einer weiteren Ausnehmung 14 im Außenleiterblook
angeordnet.
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Falls eine größere Durchgangsdämpfung gewünscht wird,
die
als feste Grunddämpfung vorgesehen ist, karn mit Vorteil unter den Leiterstreifen
3 der Kamn.erleitung, wie bei der Fig. 4b ersichtlich, ein weiterer, an beiden Enden
keilförmiger Streifen 12 aus Dämpfungsmaterial eingelegt werden. Dieser Streifen
liegt in einer entsprechend geformten Ausnehmung des Isolierstoffstreifens, die
auch zur einfacheren Herstellung einem Fräser entsprechend runde Kanten haben kann.
Der Dämpfungskeil liegt also einerseits auf dem Außenleiter-Kammerboden leitend
auf und andererseits ist er leitend mit dem Streifenleiter verbunden. Das hier dargestellte
Dämpfungsglied hat so eine Grunddämpfung von ca. 12 bis 16 dB und eine weitere im
Bereich von 10 dB veränderbare Dämpfung. Auch dieses Dämpfungsglied hat, wie sich
zeigte, eine große Bandbreite. Sein Reflexionsfaktor blieb im Bereich zwischen 7
und 8 GHz unter 5 %.
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Aus der Fig. 4b ist ferner der in den vorhergehenden Darstellungen
des Richtkopplers nicht erscheinende Koaxialleitungsanschluß 18 für den abzweigenden
Arm des Richtkopplers ersichtlich.
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Bei der Fig. 4c, die einen Querschnitt durch die Leitung am Ort des
Spindeltriebs für den Dämpfungseinsteller zeigt, sind dessen einzelnen Elemente
gut erkennbar. Der mit a in der Fig. 4c bezeichnete Mindestabstand des in der Höhe
veränderbaren Schwertes 10 vom Leiterstreifen wird durch einen mechanischen Anschlag
eingehalten.
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6 Patentansprüche 6 Figuren