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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifenrichtkoppler mit einem
Wellenleiter, insbesondere einem Hohlleiter, einem planaren Leiter
oder einem Koaxialleiter, in Form einer halben Schleifenantenne,
die einen ersten Antennenarm und einen zweiten Antennenarm aufweist,
zum kontaktlosen Auskoppeln eines auf einem Wellenleiter hinlaufenden
Signals a und eines auf diesem Wellenleiter zurücklaufenden Signals b, gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Zur
Bestimmung und Trennung von hin- „a" und rücklaufenden „b" hochfrequenten Spannungs- und
Stromwellen bzw. zur Bestimmung der Spannung „U" und des Stromes „I" auf einer Leitung ist es bekannt, so
genannte Richtkoppler zu verwenden. Der Richtkoppler ist eine der
meist verwendeten Komponenten in Hochfrequenz- und Mikrowellenschaltungen.
Es ist ein reziprokes Viertor-Bauteil bei dem im Idealfall zwei
Tore voneinander entkoppelt sind, wenn alle Tore reflexionsfrei
abgeschlossen sind. Zum Beispiel sei Tor 1 das Eingangstor,
an dem ein Signal eingespeist wird. Alle Tore seien reflexionsfrei
abgeschlossen. Dann ist beispielsweise das Tor 4 das Isolationstor,
zu dem kein Anteil der eingespeisten Leistung gekoppelt wird. Die
anderen beiden Tore werden Transmissionstor und Koppeltor genannt.
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Eine
wichtige Größe zum Beschreiben
der Qualität
eines Richtkopplers ist dessen Richtschärfe (Richtkopplung) bzw. Richtdämpfung.
Die Richtschärfe
ist das Verhältnis
der Leistung des Koppeltores zu der Leistung des Isolationstores,
wenn alle Tore reflexionsfrei abgeschlossen sind. Die optimale Richtdämpfung eines
Richtkopplers, bestehend aus zwei verkoppelten Leitungen, wird nach
K. W. Wagner, "Induktionswirkung
von Wanderwellen in Nachbarleitungen," Elektrotechnische Zeitschrift, Band
35, Seiten 639–643;
677–680;
705–708,
1914 erzielt, wenn das Verhältnis
des induktiven zum kapazitiven Koppelfaktors gleich dem Produkt
der Wellenwiderstände
der einzelnen Leitungen ist.
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Richtkoppler
werden oft in Messsystemen zur separaten Bestimmung der hin- und
rücklaufenden
Wellen verwendet. In der Schaltungstechnologie werden Richtkoppler
als entkoppelte Leistungsteiler in Dämpfungsgliedern, Phasenschiebern,
Mischern and Verstärker
eingesetzt. Dabei werden Richtkoppler beispielsweise aus Koaxialleitern,
Hohlleitern oder/und planaren Wellenleitern aufgebaut.
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Eine
mögliche
Koppelstruktur zur Trennung der hin- und rücklaufenden Wellen ist der
Schleifenrichtkoppler, welchen P. P. Lombardini, R. F. Schwartz,
P. J. Kelly, "Criteria
for the design of loop-type directional couplers for the L band," IEEE Transaction
on Microwave Theory and Techniques, Band 4, Nr. 4, Seiten 234–239, Oktober
1956 und B. Mäher, "An L-band loop-type
coupler," IEEE Transactions
on Microwave Theory and Techniques, Band 9, Nr. 4, Seiten 362–363, Juli
1961 beschreiben. Ein Schleifenrichtkoppler besteht aus einer Leiterschleife,
welche über
oder in einem Wellenleiter positioniert wird. Dabei können beliebige
Wellenleiter wie Hohlleitungen, planare Streifenleitungen oder Koaxialleitungen
verwendet werden. Die Anwendung eines Schleifenrichtkopplers ist
vielfältig.
Zum Beispiel verwenden F. De Groote, J. Verspecht, C. Tsironis,
D. Barataud and J.-P. Teyssier, "An
improved coupling method for time domain load-pull measurements", European Microwave
Conference, Band 1, Seiten 4ff, Oktober 2005 und K. Yhland, J. Stenarson, "Noncontacting measurement
of power in microstrip circuits" in
65th ARFTG, Seiten 201–205,
Juni 2006 einen Schleifenrichtkoppler als Komponente in einem kontaktlosen
Messsystem.
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Zur
Bestimmung der Streuparameter eines Testobjektes (DUT – Device
Under Test) mit einem kontaktlosen, meist vektoriellen Messsystem
werden induktive und/oder kapazitive Koppelstrukturen verwendet.
Mittels dieser Koppelstrukturen werden der Strom und/oder die Spannung
einer Signalleitung, welche direkt mit dem Testobjekt verbunden
ist, bestimmt. Alternativ werden auch die hin- und rücklaufenden
Wellen auf der Signalleitung gemessen, wobei dann Richtkoppler als
Koppelstrukturen zur Trennung der beiden Wellen verwendet werden.
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Die
Genauigkeit eines unkalibrierten und kalibrierten Messsystems zur
Bestimmung der hin- und rücklaufenden
Wellen mittels Richtkoppler hängt
u.a. von der Richtdämpfung
der Koppler ab. Bei der beispielhaften Verwendung von Schleifenrichtkopplern kann
die Richtdämpfung
durch die Positionierung und den Winkel der Schleife relativ zur
der Signalleitung, sowie durch Änderung
der Schleifengeometrie optimiert werden. Jedoch ist damit eine breitbandige Optimierung
der Richtkopplung (über
mehrere Oktaven) nicht möglich.
Für jeden
Frequenzbereich muss die Geometrie der Konfiguration erneut optimiert
werden. Dazu bedarf es einer sehr präzisen Schleifenpositioniereinheit,
welches die Komplexität
des Richtkopplers enorm erhöht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifenrichtkoppler
der o.g. Art hinsichtlich seiner Anwendung zu vereinfachen und gleichzeitig
die Richtdämpfung
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Schleifenrichtkoppler der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen
beschrieben.
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Bei
einem Schleifenrichtkoppler der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der erste Antennenarm mit einem ersten Eingang eines ersten Netzwerkes
und der zweite Antennenarm mit einem zweiten Eingang des ersten
Netzwerkes verbunden ist, wobei das erste Netzwerk am ersten Eingang
einen ersten Leistungsteiler und am zweiten Eingang einen zweiten
Leistungsteiler aufweist, welche das jeweilige an den Antennenarmen
anliegende Signal aufteilen, wobei das erste Netzwerk einen ersten
Addierer, welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers
miteinander addiert und das daraus resultierende Signal Kc(a + b), wobei Kc ein
kapazitiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, auf einen
ersten Ausgang des ersten Netzwerkes gibt, und einen ersten Subtrahierer,
welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers voneinander subtrahiert
und das daraus resultierende Signal Ki(a-b),
wobei Ki ein induktiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers
ist, auf einen zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes gibt, aufweist,
ein drittes Netzwerk mit einem ersten Eingang, welcher mit dem ersten
Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, und einem zweiten Eingang,
welcher mit dem zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist,
vorgesehen ist, wobei das dritte Netzwerk am ersten Eingang einen
dritten Leistungsteiler und am zweiten Eingang einen vierten Leistungsteiler
aufweist, welche des jeweilige an den Eingängen des dritten Netzwerkes
anliegende Signal aufteilen, wobei das dritte Netzwerk einen zweiten
Addierer aufweist, welcher das Signal des dritten Leistungsteilers über einen
ersten kapazitiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor
D1 und des vierten Leistungsteilers über einen
ersten induktiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor
D2 erhält,
sowie miteinander addiert und das daraus resultierende Signal, auf
einen ersten Ausgang des dritten Netzwerkes gibt, wobei das dritte
Netzwerk einen zweiten Subtrahierer aufweist, welcher das Signal des
dritten Leistungsteilers über
einen zweiten kapazitiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor
D3 und des vierten Leistungsteilers über einen
zweiten induktiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor
D4 erhält
sowie voneinander subtrahiert und das daraus resultierende Signal auf
einen zweiten Ausgang des dritten Netzwerkes gibt, wobei in wenigstens
einem der Signalpfade zwischen dem ersten und dritten Netzwerk und/oder
in wenigstens einem der Signalpfade zwischen den Leistungsteilern
und dem zweiten Addierer sowie dem zweiten Subtrahierer wenigstens
eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, welche den
Betrag und/oder die Phase des Signals in dem jeweiligen Signalpfad
derart verändert,
dass am zweiten Addierer und am zweiten Subtrahierer jeweils Signale
mit hinsichtlich Betrag und Phase identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition
bzw. Subtraktion vorliegen.
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Dies
hat den Vorteil, dass ein Richtkoppler zur Verfügung steht, dessen Koppelfaktoren
frequenzindividuell so angeglichen werden können, dass ein resultierender
kapazitiver und induktiver Koppelfaktor nahezu identisch sind, obwohl
die sich aus der geometrischen Ausbildung und Anordnung sowie Frequenz
des ausgekoppelten Signals ergebenden kapazitiven und induktiven
Koppelfaktoren voneinander abweichen. Dies erzielt eine entsprechende
Verbesserung der Richtdämpfung
ohne die geometrischen Gegebenheiten des Schleifenrichtkopplers ändern zu
müssen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein zweites Netzwerk mit einem ersten Eingang, welcher mit dem
ersten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, einem zweiten
Eingang, welcher mit dem zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist,
einem ersten Ausgang, welcher mit einem ersten Eingang eines dritten
Netzwerkes verbunden ist, und einem zweiten Ausgang, welcher mit
dem zweiten Eingang des dritten Netzwerkes verbunden ist, vorgesehen,
wobei das zweite Netzwerk wenigstens eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
aufweist, welche den Betrag und/oder die Phase des Signals am ersten
Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am zweiten Eingang des zweiten
Netzwerkes derart verändert,
dass am zweiten Addierer und am zweiten Subtrahierer Signale mit
hinsichtlich Betrag und Phase jeweils identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition
bzw. Subtraktion vorliegen.
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Hierbei
ist beispielsweise K1 = K2 =
K und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung bevorzugt derart ausgebildet,
dass sie das Signal am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes mit
einem ersten komplexen Faktor F1 und/oder
das Signal am zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes mit einem zweiten
komplexen Faktor F2 multipliziert, wobei
der erste und/oder zweite komplexe Faktor F1,
F2 derart gewählt sind, dass gilt K = Kc·F1·D1 = Ki·F2·D2 = Kc·F1·D3 = Ki·F2·D4 oder K = Kc·F1·D1 = Ki·D2 = Kc·F1·D3 = Ki·D4 oder K = Kc·D1 = Ki·F2·D2 = Kc·D3 = Ki·F2·D4.
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Zum
Abgleich bzw. zum Bestimmen von erforderlichen komplexen Faktoren
zum Angleichen des kapazitiven und induktiven Koppelfaktors ist
es in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes
und dem ersten Eingang des dritten Netzwerkes ein erster Umschalter
sowie zwischen dem zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem
zweiten Eingang des dritten Netzwerkes ein zweiter Umschalter derart
angeordnet und ausgebildet ist, dass diese Umschalter wahlweise
das von dem ersten und zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes kommende
Signal wahlweise jeweils an den ersten und zweiten Eingang des dritten
Netzwerkes legen oder unter Umgehung des dritten Netzwerkes weiterleiten.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem ersten
Eingang des dritten Netzwerkes ein fünfter Leistungsteiler, welcher
das von dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes kommende Signal
an den ersten Eingang des dritten Netzwerkes und an einen dritten
Umschalter legt, sowie zwischen dem zweiten Ausgang des zweiten
Netzwerkes und dem zweiten Eingang des dritten Netzwerkes ein sechster
Leistungsteiler, welcher das von dem zweiten Ausgang des zweiten
Netzwerkes kommende Signal an den zweiten Eingang des dritten Netzwerkes und
an einen vierten Umschalter legt, angeordnet, wobei die Umschalter
derart angeordnet und ausgebildet sind, dass diese das von den Leistungsteilern kommende
Signal wahlweise an einen Empfänger oder
einen Abschlusswiderstand geben.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist in dem ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad und/oder in
dem ersten und zweiten induktiven Signalpfad des dritten Netzwerkes
jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet, wobei die
Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem ersten kapazitiven Signalpfad
das Signal mit einem komplexen Faktor F3 multipliziert,
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem ersten induktiven Signalpfad
das Signal mit einem komplexen Faktor F4 multipliziert,
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem zweiten kapazitiven
Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F5 multipliziert
und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem zweiten induktiven
Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F6 multipliziert,
wobei die komplexen Faktoren F3, F4, F5 und F6 derart gewählt sind, dass gilt, Ke·D1·F3 = Ki·F4·D2 = K1 und Kc·D3·F5 = Ki·F6·D4 = K2wenn in allen Signalpfaden des
dritten Netzwerkes eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist,
oder Kc·D1 = Ki·F4·D2 = K1 Kc·D3 =
Ki·F6·D4 = K2 wenn lediglich
im ersten und zweiten induktiven Signalpfad des dritten Netzwerkes
jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder Kc·D1·F3 = Ki·D2 = K1 Kc·D3·F5 = Ki·D4 = K2 wenn lediglich
im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad des dritten Netzwerkes
jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder Kc·D1·F3 = Ki·F4·D2 = K1 und Kc·D3·F5 = Ki·D4 = K2 wenn im
ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124)
sowie im ersten induktiven Signalpfad (122) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
angeordnet ist, oder Kc·D1·F3 = Ki·F4·D2 = K1 und Kc·D3 =
Ki·F6·D4 = K2 wenn im
ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124)
sowie im zweiten induktiven Signalpfad (126) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
angeordnet ist, oder Kc·D1 = Ki·F4·D2 = K1 und Kc·D3·F5 = Ki·F6·D4 = K2 wenn im
ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126)
sowie im zweiten kapazitiven Signalpfad (124) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
(112, 114) angeordnet ist, oder Kc·D1·F3 = Ki·F4·D2 = K1 und Kc·D3 =
Ki·F6·D4 = K2 wenn im
ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126)
sowie im ersten kapazitiven Signalpfad (120) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
(112, 114) angeordnet ist.
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Eine
Optimierung der Leistungsteiler, der Addierer, der Subtrahierer
und der Koppelfaktorangleich-Einrichtung auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz
mit entsprechender Kostenreduktion ist dadurch möglich, dass zwischen dem ersten
Antennenarm und dem ersten Eingang des ersten Netzwerkes sowie zwischen
dem zweiten Antennenarm und dem zweiten Eingang des ersten Netzwerkes
jeweils ein Mischer und ein Filter angeordnet sind, wobei Mischer
und Filter derart ausgebildet sind, dass diese die von den Antennenarmen
kommenden Signale auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz umsetzen. Hierzu
sind die Mischer mit einem variablen Frequenzoszillator (VFO) verbunden,
der ein Mischersignal an die Mischer zum Mischen mit den von den
Antennenarmen kommenden Signalen gibt. Der VFO ist bevorzugt als
Phasenregelschleife mit Lokaloszillator und/oder Referenzoszillator
ausgebildet.
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Individuelle
komplexe Faktoren für
jede Arbeitsfrequenz mit einer verbesserten Angleichung der Koppelfaktoren
erzielt man dadurch, dass der VFO mit einer Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung
verbunden ist, wobei die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung
in Abhängigkeit
von der an die Mischer gegebene Mischerfrequnz einen komplexen Faktor
F bzw. komplexe Faktoren F1, F2,
F3, F4, F5 und/oder F6 einstellt.
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Zur
automatischen Konfiguration des Schleifenrichtkopplers ist der Empfänger mit
der Steuerung für
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung verbunden, wobei der Empfänger bevorzugt
derart ausgebildet ist, dass dieser die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung
derart ansteuert, dass die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung
der Koppelfaktorangleich-Einrichtung derartige Parameter zuführt, dass
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung den Betrag und/oder die Phase
das Signals am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am
zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes derart verändert, dass
an beiden Ausgängen
des zweiten Netzwerkes ein identischer Koppelfaktor K vorliegt.
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Alternativ
ist der Empfänger
derart ausgebildet, dass dieser die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung
derart ansteuert, dass die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung der
Koppelfaktorangleich-Einrichtung derartige Parameter zuführt, dass
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung den Betrag und/oder die Phase
das Signals am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am
zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes derart verändert, dass
an Eingängen
des zweiten Addierers ein erste Koppelfaktor K1 und
an den Eingängen
des zweiten Subtrahierers ein zweiter Koppelfaktor K2 vorliegt.
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Um
die Koppelfaktorangleich-Einrichtungen bei Abschluss des Wellenleiters
mit einem reflexionsfreien oder reflexionsarmen Widerstand zu steuern bzw.
die Koppelfaktoren F3 bis F6 einzustellen
ist zwischen wenigstens einer Koppelfaktorangleich-Einrichtung und
dem zweiten Addierer bzw. dem zweiten Subtrahierer oder vor wenigstens
einem der Eingänge
des zweiten Addierers und des zweiten Subtrahierers jeweils ein
Schalter oder ein Leistungsteiler vorgesehen, der mit einem vektoriellen
Empfänger
verbunden ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in:
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1 ein
schematisches Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers,
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2 ein
schematisches Schaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers,
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3 ein
schematisches Schaltbild einer dritten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers
und
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4 ein
schematisches Schaltbild einer vierten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers.
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Die
in 1 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers
zum Auskoppeln einer auf einem Wellenleiter 11 zwischen
einer Signalquelle 13 und einem Testobjekt (DUT) 15 hinlaufenden
Welle a und einer rücklaufenden
Welle b umfasst eine halbe Schleifenantenne 10 mit einem
ersten Antennenarm 12 und einem zweiten Antennenarm 14.
Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Referenzebene. Die beiden Antennenarme 12, 14 sind
mit einem konfigurierbaren Netzwerk 16 verbunden.
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In
dem konfigurierbaren Netzwerk 16 ist ein erstes Netzwerk 18 mit
einem ersten Eingang 20, einem zweiten Eingang 22,
einem ersten Ausgang 24 und einem zweiten Ausgang 26,
ein zweites Netzwerk 28 mit einem ersten Eingang 30,
einem zweiten Eingang 32, einem ersten Ausgang 34 und
einem zweiten Ausgang 36 sowie ein drittes Netzwerk 38 mit
einem ersten Eingang 40, einem zweiten Eingang 42,
einem ersten Ausgang 44 und einem zweiten Ausgang 46 angeordnet.
Das zweite Netzwerk 28 bildet Signalpfade 128 und 130 zwischen
den Ausgängen 24, 26 des
ersten Netzwerkes 18 und den Eingängen 40, 42 des
dritten Netzwerkes aus.
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Der
erste Antennenarm 12 ist über einen ersten Mischer 48 und
einen ersten Filter 50 mit dem ersten Eingang 20 des
ersten Netzwerkes 18 verbunden. Der zweite Antennenarm 14 ist über einen
zweiten Mischer 52 und einen zweiten Filter 54 mit
dem zweiten Eingang 22 des ersten Netzwerkes 18 verbunden.
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Das
erste Netzwerk 18 weist am ersten Eingang 20 einen
ersten Leistungsteiler 56 und am zweiten Eingang 22 einen
zweiten Leistungsteiler 58 auf. Weiterhin ist im ersten
Netzwerk 18 ein erster Addierer 60, welcher das
Signal vom ersten Leistungsteiler 56 und zweiten Leistungsteiler 58 miteinander
addiert und an den ersten Ausgang 24 des ersten Netzwerkes 18 gibt,
sowie ein erster Subtrahierer 62, welcher das Signal vom
ersten Leistungsteiler 56 und zweiten Leistungsteiler 58 voneinander
subtrahiert und an den zweiten Ausgang 26 des ersten Netzwerkes 18 gibt,
angeordnet. Auf diese Weise erhält
man am ersten Ausgang 24 des ersten Netzwerkes 18 das Signal
Kc·(a
+ b), wobei Kc der kapazitive Koppelfaktor
des Schleifenrichtkopplers ist, und am zweiten Ausgang 26 des
ersten Netzwerkes 18 das Signal Ki·(a-b),
wobei Ki der induktive Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers
ist. Hierbei ist Kc ≠ Ki.
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Im
zweiten Netzwerk 28 wird von einer Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 das
Signal Ki·(a-b) mit einem komplexen
Faktor F multipliziert, welcher den Betrag und die Phase dieses
Signals Ki·(a-b) ändert. Hierbei wird der komplexe
Faktor F derart gewählt,
dass gilt Kc = Ki·F = K.
Das daraus resultierende Signal Ki·F·(a-b)
wird von der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 an den
zweiten Ausgang 36 des zweiten Netzwerkes 28 gegeben.
Das Signal Kc·(a + b) wird vom zweiten
Netzwerk 28 an den zweiten Ausgang 34 des zweiten
Netzwerkes 28 durchgeschleift. Es soll betont werden, dass
diese Angleichung von Betrag und Phase der beiden Koppelfaktoren
Ki und Kc lediglich
beispielhaft ist. Es kann auch alternativ nur das andere Signal
Kc·(a
+ b) mit einem komplexen Faktor F multipliziert werden, so dass
gilt Kc·F = Ki =
K oder es werden beide Signale Ki·F·(a-b) und
Kc·(a
+ b) mit einem jeweiligen Koppelfaktor F1, F2 zu F1·Kc·(a
+ b) und F2·Ki·F·(a – b) multipliziert
werden, so dass gilt K = F1·Kc = F2·Ki. Wesentlich ist, dass in allen Fällen am
ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 das
Signal K·(a
+ b) und am zweiten Eingang 42 des dritten Netzwerkes 38 das
Signal K·(a – b) anliegt,
d.h. identische Koppelfaktoren.
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Das
dritte Netzwerk 38 weist am ersten Eingang 40 einen
dritten Leistungsteiler 66 und am zweiten Eingang 42 einen
vierten Leistungsteiler 68 auf. Weiterhin ist im dritten
Netzwerk 38 ein zweiter Addierer 70, welcher des
Signal vom dritten Leistungsteiler 66 und vierten Leistungsteiler 68 miteinander addiert
und an den ersten Ausgang 44 des dritten Netzwerkes 38 gibt,
sowie ein zweiter Subtrahierer 72, welcher das Signal vom
dritten Leistungsteiler 66 und vierten Leistungsteiler 68 voneinander
subtrahiert und an den zweiten Ausgang 46 des dritten Netzwerkes 38 gibt,
angeordnet. Auf diese Weise erhält
man am ersten Ausgang 44 des dritten Netzwerkes 38 das
Signal 2K1·a und am zweiten Ausgang 46 des
dritten Netzwerkes 38 das Signal 2K2·b, wobei
K1 der Koppelfaktor an den beiden Eingängen des
zweiten Addierers 70 und K2 der
Koppelfaktor an den beiden Eingängen
des zweiten Subtrahierers 72 ist. Hierbei sind also die
resultierenden Koppelfaktoren für
die hinlaufende Welle a und die rücklaufende Welle b identisch,
nämlich
K. Das dritte Netzwerk 38 weist einen vom dritten Leistungsteiler 66 zum
zweiten Addierer 70 verlaufenden ersten kapazitiven Signalpfad 120,
einen vom dritten Leistungsteiler 66 zum zweiten Subtrahierer 72 verlaufenden
ersten induktiven Signalpfad 122, einen vom vierten Leistungsteiler 68 zum
zweiten Addierer 70 verlaufenden zweiten kapazitiven Signalpfad 124 und
einen vom vierten Leistungsleiter 68 zum zweiten Subtrahierer 72 verlaufenden
zweiten induktiven Signalpfad 126 auf.
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Die
Mischer 48, 52 und Filter 50, 54 dienen dazu,
die von den Antennenarmen 12 und 14 kommenden
Signale auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz umzusetzen, so dass
die nachfolgenden Bauteile nur auf diese vorbestimmte Zwischenfrequenz optimiert
werden müssen.
Hierzu ist ein VFO (variabler Frequenzoszillator) bzw. eine Phasenregelschleife 74 mit
einem Lokaloszillator oder einem Referenzoszillator vorgesehen,
welcher ein entsprechendes Referenzsignal bzw. Mischsignal 76 an
die Mischer 48 und 52 gibt, das von den Mischern 48 und 52 mit dem
jeweiligen Ausgangssignal der beiden Antennenarme 12, 14 gemischt
wird. Die Phasenregelschleife 74 ist weiterhin mit einer
Steuerung 78 für
die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 verbunden und übergibt
dieser die aktuelle Frequenz 80 des Referenzsignals 76.
In Abhängigkeit
von dieser Frequenz 80 wählt die Steuerung 78 einen
frequenzindividuellen komplexen Faktor F bzw. komplexe Faktoren
F1, F2 und übergibt
diesen bzw. diese an das zweite Netzwerk 28 bzw. an die
Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im zweiten Netzwerk 28.
Zum Steuern des VFO wird ein Zwischenfrequenzsignal 110 an
die Phasenregelschleife 74 übergeben. Diese Zwischenfrequenzsignal 110 wird
entweder vor dem ersten Eingang 20 oder vor dem zweiten
Eingang 22 des Netzwerkes 18 entnommen.
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Durch
die Verwendung des konfigurierbaren elektrischen Viertor-Netzwerkes 16,
welches zum einen an das Isolationstor und zum anderen an das Koppeltor
der als Rückwärtswellenkoppler
wirkenden Schleifenantenne 10 angeschlossen ist, kann die Richtdämpfung des
erfindungsgemäßen Richtkopplers
ohne Positions- oder Geometrieänderung
für jede
Frequenz optimiert werden. Bei der Verwendung der Schleifenantenne 10 zusammen
mit dem Netzwerk 16 ist es möglich, einen optimierten Schleifenrichtkoppler
unter zusätzlicher
Benutzung eines beliebigen Signalleiters, wie beispielsweise einer
Koaxialleitung oder einer Mikrostreifenleitung, ohne Änderung
der Schleifengeometrie und der Anordnung relativ zum Signalleiter 11,
zu realisieren.
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Das
konfigurierbare Netzwerk 16 besteht aus den drei Teilnetzwerken 18, 28 und 38,
wobei das erste Netzwerk 18 und das dritte Netzwerk 38 identisch
sein können.
Die Integration der Mischer 48, 52 und Filter 50, 54 in
das Netzwerk 16 ist nicht zwingend erforderlich, jedoch
entstehen dadurch einige Vorteile.
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Die
Erläuterung
der Funktion des Netzwerkes 16 erfolgt nachfolgend unter
Bezugnahme auf 1. Die halbe Leiterschleife 10 koppelt
induktiv und kapazitiv einen Teil der beispielsweise im Nahfeld
des Signalleiters 11 vorhandenen Energie aus. Für den Fall
einer gegenüber
der Wellenlänge
des elektrischen Signals kleinen Leiterschleife 10 addiert sich
im ersten Antennenarm 12 der induktiv und kapazitiv induzierte
Strom, wobei im anderen zweiten Antennenarm 14 sich die
Ströme
aufgrund einer Phasendifferenz von 180° subtrahieren.
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Zunächst wird
angenommen, dass die Mischer 48, 52 und die Filter 50, 54 kein
Bestandteil des Netzwerkes 16 ist. Dann erfolgt mit Hilfe
des ersten Netzwerkes 18 die Trennung der induktiv und
kapazitiv gekoppelten Signale der Antennenarme 12, 14,
so dass am Ende des ersten Netzwerkes 18 zum einen nur das induktive
Signal, welches dem Strom auf der Signalleitung 11 entspricht,
und zum anderen das kapazitive Signal, welches der Spannung auf
der Signalleitung 11 entspricht, anliegt. Das erste Netzwerk 18 umfasst
die zwei Leistungsteiler 56, 58, die beispielsweise
zwei 3 dB-Koppler sind, sowie jeweils ein Additions- 60 und
Subtraktionsnetzwerk 62. Als Additionsnetzwerk 60 ist
beispielsweise ein „gedrehter" 3 dB-Koppler (Combiner)
und als Subtraktionsnetzwerk 62 ist beispielsweise ein
Symmetrierglied (Balun) vorgesehen.
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Im
zweiten Netzwerk 28 werden die Koppelfaktoren mit Hilfe
einer Multiplikation des Signals eines Pfades mit dem komplexen
Faktor F angeglichen, so dass gilt K = F·Ki =
Kc. Dies erzielt eine optimale Richtdämpfung.
Die Veränderung
von Betrag und Phase des Signals erfolgt beispielsweise mit Hilfe
eines Verstärkers
oder eines Dämpfungsgliedes
in Kombination mit einem Phasenschieber. Dabei ist es bevorzugt,
elektronisch steuerbare Komponenten zu verwenden, so dass der komplexwertige
Faktor F mittels elektrischer Steuersignale schnell und einfach bei einer Änderung
der Messkonfiguration angepasst werden kann. Die Platzierung der
Multiplikationseinheit bzw. der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 ist dabei
beliebig. Wie in 1 dargestellt, ist es möglich, die
Multiplikation nur in einem Pfad durchzuführen, wobei es unwesentlich
ist, welcher der beiden zur Verfügung
stehenden Pfade verwendet wird. Darüber hinaus können die
steuerbaren Bauteile auch in beiden Pfaden vorgesehen sein oder
in einem Pfad wird nur die Phase und in dem anderen Pfad nur der Betrag
gesteuert. Somit kann mit Hilfe des zweiten Netzwerkes 28 nicht
nur die Richtdämpfung,
sondern auch die Koppeldämpfung
eingestellt werden, ohne die Rohrichtdämpfung bzw. Rohkoppeldämpfung der einfachen
Leiterschleife 10 ändern
zu müssen.
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Sind
die beiden Koppelfaktoren Ki und Kc identisch zu K umgesetzt, werden durch
das dritte Netzwerk 38 die Signale wieder kombiniert, so
dass sich an einem Ausgang 44 in Abhängigkeit von dem Koppelfaktor
K nur die hinlaufende Welle a und am anderen Ausgang 46 nur
die rücklaufende
Welle b ergibt. Um dieses zu gewährleisten,
sind die einzelnen Pfade des Netzwerkes absolut identisch ausgebildet.
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Ein
Problem der praktischen Realisierung besteht darin, dass die notwendigen
Bauteile, wie beispielsweise die Subtrahierer 62, 72 (Balun)
und die Leistungsteiler 56, 58, 66, 68,
nur frequenzbegrenzt funktionieren. Dies widerspricht einer breitbandigen
Nutzung des Systems. Als Abhilfe wird das System optional um eine
oder mehrere heterodyne Mischstufen erweitert, die die Mischer 48, 52 und
die Filter 50 54 enthalten. Die Signale der Schleife 10 werden
dabei mit dem Referenzsignal 76 auf eine niedrige, feste
(vorbestimmte) Zwischenfrequenz gemischt. Durch die Verwendung einer
festen Zwischenfrequenz ist es möglich,
das konfigurierbare Netzwerk 16 als Schaltung zu integrieren,
da die Anforderungen an die einzelnen Bauteile bezüglich der Frequenzbandbreite
deutlich sinken. Darüber
hinaus kann das System für
beliebige Signalbandbreiten optimiert werden. Das notwendige Referenzsignal 76 wird
beispielsweise mittels einer Regelschleife und einem Lokal- und Referenzoszillator 74 erzeugt.
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Anschaulich
betrachtet stellt das Netzwerk 16 eine Hardwarekalibrierung
der Schleife 10 mit dem Ziel der Erhöhung der Richtdämpfung dar.
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Nachfolgend
wird die Steuerung bzw. Kalibrierung der Netzwerkes 16 beschrieben.
Die Konfigurierung des Netzwerkes 16 ist gleichbedeutend
mit der Steuerung des zweiten Netzwerkes 28. Ziel ist es,
zunächst
den komplexen Faktor F zu bestimmen und anschließend die Bauteile des zweiten
Netzwerkes 28 so anzusteuern, dass sie dem Faktor F entsprechen.
Zur Einstellung des richtigen Faktors F wird an der Referenzebene 17 als
DUT (Testobjekt) ein reflexionsarmer, idealerweise ein reflexionsfreier Abschluss
angeschlossen. Im Idealfall existiert dann auf der Signalleitung 11 nur
noch die hinlaufende Welle a. Dies führt dazu, dass an den beiden
Ausgängen 24, 26 des
ersten Netzwerkes 18 die hinlaufende Welle a zum einen
multipliziert mit dem kapazitiven Koppelfaktor Kc·a und
zum anderen multipliziert mit dem induktiven Koppelfaktor Ki·a
gemessen werden kann. Die Parameter (Betrag und Phase) des zweiten
Netzwerkes 28 werden nun so eingestellt, dass die beiden
Ausgangssignale des zweiten Netzwerkes 28 an dessen Ausgängen 34, 36 betrags-
und phasengleich sind, so dass gilt Kc =
F·Ki = K. Um die Ausgangssignale des zweiten
Netzwerkes 28 zu messen, muss die Verbindung zwischen dem
zweiten Netzwerk 28 und dem dritten Netzwerk 38 aufgetrennt
werden, damit das zweite Netzwerk 28 direkt mit vektoriellen
Empfängern
verbunden werden kann. Da in der Realität kein reflexionsfreier Abschluss
existiert, muss ein reflexionsarmer Abschluss zur Einstellung des
Faktors F verwendet werden. Je reflexionsärmer der Abschluss ist, desto
höhere
Richtdämpfungswerte
können
mit der Gesamtanordnung erzielt werden. Darüber hinaus hängt die Höhe der Richtdämpfung davon
ab, ob die Übertragungsfunktionen
der Pfade des dritten Netzwerkes 38 identisch sind. Je
größer die
Unterschiede der Übertragungsfunktionen,
desto geringere Richtdämpfungswerte
können
erzielt werden. Zum Erzielen sehr hoher Richtdämpfungswerte, werden Koppelfaktorangleich-Einrichtungen
direkt vor dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 angeordnet,
wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 noch näher beschrieben
wird, mit dem Ziel die Koppelfaktoren anzugleichen gemäß Kc = F·Ki = K oder die Übertragungsfunktionen (DcM, DcP, DiM, DiP) der Pfade
des dritten Netzwerkes 38 sind aufgrund beispielsweise einer
Messung nach Betrag und Phase bekannt und in einem Speicher gespeichert.
Dann kann mit der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 der
induktive Koppelfaktor nach K = Dc/Di·Kc kalibriert/gesteuert werden, so dass am
Addierer 70 und Subtrahierer 72 gilt Ki·Di = Dc·Kc.
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Bei
der in 2 dargestellten, zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers
sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
wie in 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung
der 1 verwiesen wird. Bei der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
gemäß 2 sind
zusätzlich
zwischen dem zweiten Netzwerk 28 und dem dritten Netzwerk 38 zwei
beispielsweise elektronische Schalter 84 und 86 angeordnet
sowie zwei zusätzliche
Schalter 88, 90 oberhalb des dritten Netzwerkes 38 vorgesehen,
die jeweils von einer Steuerung 92, 94 betätigt werden.
Diese dienen zur vereinfachten Durchführung der oben beschriebenen
Kalibrierung bezüglich
der eingezeichneten Referenzebene 17. Die Steuerung 78 des
zweiten Netzwerkes 28 und der Schalter 84, 86, 88, 90 erfolgt
manuell oder vollständig
automatisiert. Statt der Schalter 84, 86, 88, 90 können auch
zwei gleiche Koppler verwendet werden.
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Zum
Erreichen einer sehr hohen Richtwirkung mit nahezu unbeschränkter Bandbreite
ist es in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, für
jeden Frequenzpunkt den Faktor F bzw. die Einstellungen in einem
Speicher zu sichern.
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Bei
der in 3 dargestellten, dritten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers
sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
wie in 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung
der 1 verwiesen wird. Bei der dritten bevorzugten
Ausführungsform
gemäß 3 ist
zwischen dem ersten Ausgang 34 des zweiten Netzwerkes 28 und
dem ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 ein
fünfter
Leistungsteiler 96 angeordnet, welcher das Signal an den
ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 und
an einen ersten Schalter 98 gibt. Zwischen dem zweiten Ausgang 36 des
zweiten Netzwerkes 28 und dem zweiten Eingang 42 des
dritten Netzwerkes 38 ist ein sechster Leistungsteiler 100 angeordnet,
welcher das Signal an den zweiten Eingang 42 des dritten
Netzwerkes 38 und an einen zweiten Schalter 102 gibt.
Die beiden Schalter 98, 102 geben das Signal entweder
auf reflexionsarme Abschlüsse 104, 106 oder
an einen Empfänger 108.
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Der
Empfänger 108 steuert
je nach bei der Kalibrierung empfangenen Signalen die Steuerung 78 derart
an, dass letztere entsprechende Parameter für die Veränderung von Betrag und Phase
an das zweite Netzwerk 28 übergibt, so dass mittels der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 die
Koppelfaktoren in oben beschriebener Weise aneinander angeglichen
werden.
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Da
in der Realität
insbesondere im dritten Netzwerk 38 keine exakt identischen
Signalpfade 120, 122, 124, 126 realisierbar
sind, führt
dies dazu, dass die beiden Koppelfaktoren Ki und
Kc·F
am Addierer 70 bzw. am Subtrahierer 72 ggf. nicht
mehr identisch sind. Um bei Anwendungen, bei denen dieser Fehler
relevant ist, diesem Problem zu begegnen, sind beispielsweise weitere
Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112 und 114 jeweils
direkt vor dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 angeordnet,
wie in 4 dargestellt. Bei der in 4 dargestellten,
vierten bevorzugten Ausführungsform
sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
wie in 1 bis 3, so dass zu deren Erläuterung
auf die obige Beschreibung der 1 bis 3 verwiesen
wird. Im Unterschied zu den Ausführungsformen
gemäß der 1 bis 3 ist
kein zweites Netzwerk 28 vorgesehen und die Signalpfade 128 und 130 verbinden
direkt das erste Netzwerk 18 und das dritte Netzwerk 38 miteinander.
Die direkt vor dem Addierer 70 und Subtrahierer 72 geschalteten
Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112 und 114 übernehmen
neben dem Ausgleich von Dämpfung und
Phasenverschiebung in den vier Pfaden des dritten Netzwerkes ggf.
auch die Angleichung der in Betrag und Phase unterschiedlichen Koppelfaktoren
Ki und Kc, wobei
dann auf die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 gemäß der ersten
drei Ausführungsformen
nach 1 bis 3 verzichtet werden kann, wie
in 4 dargestellt. Die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 112 multipliziert
in einem induktiven Pfad des dritten Netzwerkes 38 den
Koppelfaktor Ki·D2 (Koppelfaktor
mit Übertragungsfunktion)
mit einem Faktor F4 und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 114 multipliziert
in dem anderen induktiven Pfad des dritten Netzwerkes 38 den
Koppelfaktor Ki·D4 (Koppelfaktor
mit Übertragungsfunktion)
mit einem Faktor F4. Auf diese Weise werden
dem Addierer 70 zwei Signale mit den jeweiligen Faktoren
Kc·D1 = K1 und Ki·D2·F4 = K2 zur Addition
zugeführt
und dem Subtrahierer 72 werden zwei Signale mit den jeweiligen
Faktoren Kc·D3 =
K2 und Ki·D4·F6 = K2 zur Subtraktion
zugeführt.
Zur Trennung der hin- und rücklaufenden
Welle a, b ist es hinreichend, wenn die Koppelfaktoren K1 an den beiden Eingängen des zweiten Addierers 70 und
die Koppelfaktoren K2 an den beiden Eingängen des
zweiten Subtrahierers 72 jeweils identisch sind, wobei
die Koppelfaktoren K1 und K2 nicht
identisch sein müssen,
aber identisch sein können,
d.h. K = K1 = K2.
Als Ergebnis ergibt sich am ersten Ausgang 44 2·K1·a
und am Ausgang 46 2·K2·b.
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Da,
wie bereits erwähnt,
die Pfade des dritten Netzwerkes 38 in der Praxis nicht
identisch sind, wird der erreichbare Richtdämpfungswert minimiert. Um die
Richtdämpfung
zu maximieren gibt es folgende Möglichkeiten.
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Die Übertragungsfunktionen
(Dämpfung
und Phasenverschiebung) D1, D2,
D3 und D4 der einzelnen
Signalpfade des dritten Netzwerkes 38 bzw. der Pfade zwischen
den Ausgängen 34, 36 des
zweiten Netzwerkes 28 und dem Addierer 70 und
dem Subtrahierer 72 bzw. zwischen den Ausgängen 24, 26 des
ersten Netzwerkes 18 und dem Addierer 70 und dem
Subtrahierer 72 werden beispielsweise messtechnisch bestimmt.
Sind sie bekannt, werden mittels des zweiten Netzwerkes 28 die
Koppelfaktoren so angepasst, dass die komplexen Amplituden der Signale
jeweils an den Eingängen
des Addierers 70 und Subtrahierers 72 identisch
sind, wobei weiterhin die oben beschriebenen verschiedenen Konfigurationen des
zweiten Netzwerkes 28 möglich
sind. Bei den ersten drei Ausführungsformen
der 1 bis 3 ist beispielhaft jeweils nur
eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im „induktiven" Pfad integriert. Für diese
Konfiguration muss mit K = K1 = K2 gelten: Kc·D1 = Ki·F2·D2 = K Kc·D3 = Ki·F2·D4 = K
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Für die Konfiguration
des zweiten Netzwerkes 28, bei der die Koppelfaktorangleich-Einrichtung im „kapazitiven" Pfad integriert
ist gilt dementsprechend: Kc·F1·D1 = Ki·D2 = K Kc·F1·D3 = Ki·D4 = KWenn in beiden Pfaden (kapazitiv
und induktiv) des zweiten Netzwerkes 28 die Koppelfaktoren
Ki, Kc angeglichen
werden gilt: Kc·F1·D1 = Ki·F2·D2 = K Kc·F1·D3 = Ki·F2·D4 = KDiese sechs oben genannten Gleichungen
können erfüllt werden,
wenn für
die Übertragungspfade
folgende Bedingung gilt, D1 = D3 und
D2 = D4.
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Die
Einstellung der Faktoren F1 und F2 erfolgt, wie oben beschrieben, beispielsweise
mittels der Konfigurationen gemäß 2 und 3,
wobei zusätzlich
die Übertragungsfaktoren
D1 bis D4 berücksichtigt
werden. Dies geschieht folgendermaßen: Erstens wird als DUT ein
reflexionsarmer Abschluss verwendet. Dann werden die beiden Signalamplituden
(Kc·F1; Ki·F2) am Ausgang des zweiten Netzwerkes 28 mittels
eines vektoriellen Empfängers
nacheinander oder mittels der Konfigurationen gemäß der 2 und 3 gemessen.
Zur Einstellung der richtigen Koppelfaktoren F1 und/oder
F2 werden die bekannten Übertragungsfaktoren D1, D2 bzw. D3, D4 aus dem Speicher
geladen und zu den Empfangssignalen multipliziert (Kc·F1·D1, Ki·F2·D2 oder Kc·F1·D3, Ki·F2·D4). Dann werden die Faktoren F1 und/oder
F2 so lange verändert bis die Amplituden identisch
sind: Kc·D1 = Ki·F2·D2 = K bzw. Kc·D3 = Ki·F2·D4 = Koder Kc·F1·D1 = Ki·D2 = K bzw. Kc·F1·D3 = Ki·D4 = K oder Kc·F1·D1 = Ki·F2·D2 = K bzw. Kc·F1·D3 = Ki·F2·D4 = KFalls die Bedingung D1 =
D3 und D2 = D4 für
die Übertragungsfaktoren
nicht gilt, sind statt der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im
zweiten Netzwerk 28 die beiden Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im
dritten Netzwerk 38 vorgesehen, wie in 4 dargestellt.
Diese Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 erhöhen die
Richtdämpfung
unter Beachtung der Pfaddämpfungen
D1 bis D4. Es können bis zu
vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen für alle vier Pfade des dritten
Netzwerkes 38 vorgesehen sein. Es kommen vier Konfigurationen
in Fragen, entweder werden zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 in
den zwei kapazitiven oder induktiven Pfaden verwendet oder es werden
vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen, je eine in jedem Pfad des dritten
Netzwerkes 38, oder es werden drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen verwendet.
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Die 4 zeigt
eine Variante mit zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im
induktiven (Ki-)Pfad. Die Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 multiplizieren
die komplexen Faktoren F3, F4,
F5, und/oder F6 zu
den Signalamplituden. Die vier Signale vor dem Addierer 70 und
dem Subtrahierer 72 werden mit einem vektoriellen Empfänger, beispielsweise
mit Hilfe von Schaltern oder Leistungsteilern/Kopplern (ähnlich zu 2 und 3),
bei Verwendung eines reflexionsarmen DUTs, so gesteuert/kalibriert,
dass die Ausgangsamplituden identisch sind. Bei der Verwendung von
vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen ergeben sich die Signale
vor der Addition und Subtraktion zu:
Additionspfad 1: Kc·D1·F3 = K1, Additionspfad
2: Ki·D2·F4 = K1
Subtraktionspfad
1: Kc·D3·F5 = K2, Subtraktionspfad 2:
Ki·D4·F6 = K2
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Bei
der Verwendung von drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen ergeben
sich die Signale vor der Addition und Subtraktion je nach dem in
welchen drei Pfaden die drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen
angeordnet sind zu:
Additionspfad 1: Kc·D1·F3 = K1, Additionspfad
2: Ki·D2·F4 = K1
Subtraktionspfad
1: Kc·D3·F5 = K2, Subtraktionspfad 2:
Ki·D4= K2,
wenn
im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124)
sowie im ersten induktiven Signalpfad (122) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
angeordnet ist, oder
Additionspfad 1: Kc·D1·F3 = K1, Additionspfad
2: Ki·D2·F4 = K1
Subtraktionspfad
1: Kc·D3 = K2, Subtraktionspfad
2: Ki·D4·F6 = K2,
wenn
im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124)
sowie im zweiten induktiven Signalpfad (126) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
angeordnet ist, oder
Additionspfad 1: Kc·D1 = K1, Additionspfad
2: Ki·D2·F4 = K1
Subtraktionspfad
1: Kc·D3·F5 = K2, Subtraktionspfad 2:
Ki·D4·F6 = K2,
wenn
im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126)
sowie im zweiten kapazitiven Signalpfad (124) des dritten
Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung
(112, 114) angeordnet ist, oder
Additionspfad
1: Kc·D1·F3 = K1, Additionspfad
2: Ki·D2·F4 = K1
Subtraktionspfad
1: Kc·D3 = K2, Subtraktionspfad
2: Ki·D4·F6 = K2, wenn im ersten
und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie
im ersten kapazitiven Signalpfad (120) des dritten Netzwerkes
(38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114)
angeordnet ist Das Ergebnis für
die Konfiguration mit zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im induktiven
Pfad, wie in 4 dargestellte, lautet: Kc·D1 =
Ki·F4·D2 = K Kc·D3 = Ki·F6·D4 = K
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Die
Ausführungsform
gemäß 4 kann auch
in ähnlicher
Weise wie in 2 und 3 dargestellt,
erweitert werden. Auch für
das System in 4 können für die Kalibrierung bzw. Bestimmung der
Faktoren F1 bis F4 zwischen
den Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 und
dem zweiten Addierer 70 bzw. dem zweiten Subtrahierer 72 Schalter und/oder
Leistungsteiler vorgesehen sein, welche jeweils an einem Ausgang
mit einem (vektoriellen) Empfänger
verbunden sind.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist es auch möglich,
dass das Netzwerk 16 sowohl zwei, drei oder vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im
dritten Netzwerk 38 als auch eine oder zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 64
im zweiten Netzwerk 28 aufweist.