DE2055710A1

DE2055710A1 - Mikrowellen Hybridschaltung

Info

Publication number: DE2055710A1
Application number: DE19702055710
Authority: DE
Inventors: Cheng Paul Trenton N J Wen (V St A)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-05-19
Also published as: SE364401B; FR2100597A1; NL7016487A; US3611153A; FR2100597B1; GB1322038A

Description

7068-70/Sch/Ba

HOA 62 206

Serial ITo. 876,001

Piled: 12. November 1969

HOA Corporation, New York, N.T. (USA)

Mikrowellen-Hybridschaltung

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Hybridschaltung mit einem dielektrischen Träger, auf dessen einer Oberfläche zwei schmale bandförmige leiter angebracht sind, deren zweiter an einem Punkt seiner Länge an den ersten angeschlossen ist und zu denen im Abstand weitere leiter verlaufen, die mit ihnen Wellenleitungen für an einem Ende des ersten Leiters eingespeiste und zu entgegengesetzten Enden des zweiten Leiters laufende elektromagnetische Wellen bilden.

Die bekannten Mikrowellen-Hybridschaltungen wie magische T's in Wellenleiter- und Koaxialsystemen sind groß und relativ aufwendig. Wegen ihres Aufbaus und ihrer Größe eignen sich diese Hybridschaltungen nicht besonders gut für die Verwendung zusammen mit integrierten Mikrowellenschaltungen. Die am häufigsten benutzte integrierte Mikrowellenschaltung verwendet einen einzigen Träger aus dielektrischem Material, auf dessen einer Seite eine Masseebene angebracht ist, während sich auf der gegenüberliegenden Seite ein schmaler bandförmiger leiter befindet. Es ist auch bereits eine neuere integrierte Mikrowellenschaltung vorgeschlagen worden, bei

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welcher die Masse'ebene und der schmale bandförmige Leiter auf derselben Seite des dielektrischen Trägers angebracht sind. Eine derartige Übertragungsleitung ist vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung unter dem Titel "A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications"' in ΪΕΒΕ f969, G-MTT International Microwave Symposium Digest vom Mai 1969, Dallas, Texas, USA, beschrieben worden.

Umfängliche magische T^fs oder Koaxialsysteme lassen sich nur schwierig an die soeben erwähnten Anordnungen anschließen und führen zu räumlichem und gewichtsmäßigem Aufwand, der bei integrierten Schaltungen gerade vermieden werden soll. Es gibt zwar bereits ein magisches T in Form einer diskreten Schaltung, jedoch ist deren Bandbreite relativ begrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verkleinerung derartiger Koppelschaltungen, so 'daß sich diese besser für die Zusammenschaltung mit integrierten Schaltungen eignen. Diese Aufgabe wird bei einer Mikrowellen-Hybridschaltung mit einem dielektrischen Träger, auf dessen einer Oberfläche zwei schmale bandförmige Leiter angebracht sind, deren zweiter an einem Punkt seiner Länge an den ersten angeschlossen ist und zu denen im Abstand weitere Leiter verlaufen, die'mit ihren Wellenlängen für an einem Ende des ersten Leiters eingespeiste und zu entgegengesetzten Enden des zweiten Leiters laufende elektromagnetische Wellen bilden, erfindungsgemäß gelöst durch eine Koppeleinrichtung mit einem dritten schmalen bandförmigen Leiter, der ebenfalls auf dieser Oberfläche angebracht ist und von dem ein Abschnitt in dichtem Abstand parallel zu dem ersten Leiter an dessen Verbindungspunkt mit

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dem zweiten Leiter derart verläuft, daß längs des dritten Leiters sich ausbreitende Wellen zu gegenüberliegenden Enden des zweiten Iieiters, nicht aber auf den ersten Leiter, gekoppelt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

3?ig. 1 eine Misch-Brückenschaltung unter Verwendung einer Mikrowellen-Hybridschaltung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

!Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridschaltung; und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Hybridschaltung.

Bei der speziellen Ausführungsform einer Mikrowellen-Hybridsclialtung nach Anspruch 1 sind auf einem dielektrischen Träger 11 mehrere schmale bandförmige Leiter 13, 17 und 33 angebracht. Der erste Leiter 13 ist an seiner Mitte am Punkt 15 an dem zweiten Leiter 17 angeschlossen, so daß sich ein T-förmiges Leitergebilde ergibt. Auf derselben Oberfläche des dielektrischen Trägers 11 sind außerdem wesentlich breitere flächenförmige Masseleiter 29 und 31 vorgesehen, welche mit dem schmalen bandförmigen Leiter 17 eine koplanare Wellenleitung bilden. Diese Form einer koplanaren Wellenleitung ist in dem vorerwähnten Artikel im International Microwave Symposium beschrieben.

Auf derselben Oberfläche des Trägers 11 befindet sich noch ein dritter schmaler bandförmiger Leiter 33 mit praktisch

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parallel zueinander verlaufenden Endabschnitten 35 und 37 und einem Mittelteil 39, der parallel und in dichtem Abstand zu dem Leiter 13 verläuft. Der Leiter 33 ist so angeordnet, daß die Endabschnitte 35 und 37 rechtwinklig zum Leiter 13 verlaufen und vom Verbindungspunkt 15 der Leiter 17 und 13 den gleichen Abstand haben.

Soll eine derartige Hybridschaltung für eine Brücken-Mischschaltung verwendet werden, dann wird ein Ende 19 des Leiters 13 an eine Dioden-Mischstufe 23 und das gegenüberliegende Ende 21 der Leitung 13 an eine zweite Dioden-Mischstufe 25 angeschlossen. Das freie Ende des Leiters 17 wird an eine hochfrequente Trägersignalquelle angeschlossen, welche nicht dargestellt ist, und über die Abschnitte 35 und 37 des Leiters 33 wird ein Oszillator 40 geschaltet.

Im Betrieb dieser in !ig. 1 dargestellten Brückenschaltung breiten sich Hochfrequenzsignal, welche am Ende 27 des Leiters 17 eingespeist werden, in der aus dem Leiter 17 und dem Masseleiter 29 und 31 bestehenden Wellenleitung in Richtung auf den Verbindungspunkt 15 zu aus. Hier verteilt sich die Energie der ankommenden Hochfrequenzsignale gleichmäßig und mit gleicher Phasenlage auf und läuft zum einen Teil in die durch den Leiter 13 und den Masseleiter 31 gebildete Wellenleitung zur Mischstufe 25 am Ende 21 und zum anderen Teil durch die aus dem Leiter 13 und dem Masseleiter 29 gebildete Leitung zur Mischstufe 23 am Ende 19. Wenn die Längen vom Verbindungspunkt 15 zu den Mischstufen 25 und 23 gleich sind, dann sind die bei den Mischstufen ankommenden Signalamplituden gleich und die Signale befinden sich in Phase. Obgleich der Leiter 33 sich in einem kurzen Abstand vom Leiter 13 befindet, erfolgt praktisch keine Überkopplung zum Leiter 33_f

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da die Phase des zugeführten Hochfrequenzsignals an gegenüberliegenden Enden der T-Verbindung 15 des Leiters 13 die gleiche ist.

Schließt man nun einen Oszillator 40 an die Enden 41 und des Leiters 33 der Hybridschaltung an, dann wandern die Signale vom Oszillator längs den Streifenabschnitten 35 und 37 wie in einer Paralleldrahtleitung mit einem zum Leiter parallel verlaufenden Kurzschlußleiter 39. An diesem Kurzschlußleiter 39 erfolgt eine Überkopplung des Oszillatorsignals auf den Leiter 13.' Da die Abschnitte 35 und 37 der Übertragungsleitung sich hinsichtlich des Verbindungspunktes .15 an gegenüberliegenden Enden des Leiters 13 befinden, werden die Oszillatorsignale so auf die Leitung 13 übergekoppelt daß das Signal an einem Ende des Leiters 13 in 180° G-egenphase zum Signal am anderen Ende befindet und praktisch kein Überkoppeln des Oszillatorsignals auf den Leiter 17 an der Verbindungsstelle 15 des Leiters 13 eintritt. Bei dieser Anordnung arbeitet die eine Mischstufe mit dem Hochfrequenzeingangssignal und einem Oszillatorsignal, welches sich in Gegenphaöe zu dem Oszillatorsignal an der anderen Mischstufe befindet. Kombiniert man die Ausgangssignale der Mischstufen, dann lassen sich bekanntlicherweise die geradzahligen Oberwellen (Verzerrungen) des Oszillatorsignales unterdrücken.

Bei der in Pig. 2 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung entspricht der schmale bandförmige Leiter 53 dem Leiter 33 i& ^ig· 1· Die schmalen bandförmigen Leiter 55, und 53 befinden sich auf einer Oberfläche des dielektrischen Trägers 51 in derselben Weise wie die Leiter 13 und 17 in Fig. 1. Die gegenüberliegende Oberfläche des dielektrischen Trägers ist mit einem ebenen Masseleiter 52 versehen. Die schmalen bandförmigen Leiter 55 und 57 bilden mit dem ebenen

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Masseleiter 52 zwei Mikrostreifenübertragungsleitungen, welche Mikrowellenenergie im TEM-mode fortleiten. Der Leiter ist an der Mitte des Leiters 55 am Punkt 61 angeschlossen, so daß die beiden Leitungen eine T-Form bilden. Der schmale bandförmige Leiter 53 ist so angeordnet, daß der Koppelabschnitt 59 in dichtem Abstand parallel zum Leiter 55 verläuft, wo er sich im elektromagnetischen Koppelbereich des schmalen bandförmigen Leiters 58 befindet.

Die Betriebsweise der Ausführung nach Pig. 2 entspricht der nach ]Fig. 1. Längs des Leiters 57 sich ausbreitende Signale werden energiemäßig aufgeteilt und erscheinen an gegenüberliegenden Enden 56 und 58 des Leiters 55 in Phase, praktisch ohne auf den Leiter 53 übergekoppelt zu werden. Zwischen den Enden des Leiters 53 eingekoppelte Signale werden über die dicht benachbarten Abschnitte der Leiter 55 und 59 zu gegenüberliegenden Enden 56 und 58 des Leiters 55 übergekoppelt. Die den Enden des Leiters 53 zugeführte Energie teilt■sich dabei auf und erscheint an gegenüberliegenden, den gleichen Abstand aufweisenden Enden des Leiters 55 mit einer gegenseitigen Phasenlage von 180°. Es tritt kein nennenswertes Überkoppeln auf den Leiter 57 ^aui· ν

Bei der in lig. 3 dargestellten .Mikrowellen-Hybridschaltung ist auf einer Seite eines dielektrischen Trägers 71 ein ebener Masseleiter 73 angebracht. Wiederum sind zwei schmale bandförmige Leiter 75 und 77 an einem Verbindungspunkt 74 zur Bildung eines T miteinander verbunden. Der Leiter 75 und der ebene Masseleiter 73 bilden eine Wellenleitung, in welcher sich elektrische Signale im TEM-mode ausbreiten; In gleicher Weise breiten sich die Signale zwischen dem Leiter 76 und dem Masseleiter 73 im TEM-mode aus.

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Bin λ/2-Resonatorabschnitt 70, welcher an beiden Enden leerläuft, ist dicht neben dem schmalen bandförmigen Leiter 75 angeordnet. Der Resonatorabschnitt 70 besteht aus einem schma len bandförmigen leiter 77 und dem ebenen Masseleiter 73. Der Leiter 77 ist gegenüber dem Leiter 75 so angeordnet, daß seine Mitte 78 gegenüber dem Verbindungspunkt 74 liegt. In einem geringen Abstand von einem Ende 81 des Leiters 77 befindet sich ein schmaler bandförmiger Leiter 79, so daß zwischen bei den Leitern eine kapazitive Kopplung besteht. Ein Schmalbandmischer entsteht, wenn man nicht dargestellte Mischdioden an den Enden 85 und 87 des Leiters 75 anschließt. Dem freien Ende 89 des Leiters 76 wird ein Hochfrequenzträgersignal zugeführt, und ein Oszillatorsignal wird auf das Ende 91 des Leiters 79 gegeben.

Im Betrieb des Hybridschaltung als Mischbrücke werden Hochfrequenzsignale zwischen dem Leiter 76 und dem Masseleiter 73 am Punkt 89 zugeführt und längs der Wellenleitung, welche aus dem Leiter 76 und dem Masseleiter 73 besteht, zum Verbindungspunkt 74 geführt. In diesem Punkt teilt sich wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen das Hochfrequenzsignal auf und erscheint an den gleich beabstandeten Punkten 87 und 85 in Phase, ohne auf den Streifen 77 übergekoppelt zu werden, da die Signalphase wie bei den anderen Ausführungsformen an den gegenüberliegenden vom Punkt 74 gleich weit entfernten Punkten gleich ist.

Die Kombination des schmalen bandförmigen Leiters 79 mit dem ebenen Masseleiter 73 und dem schmalen Resonanz-Bandleiter in dieser !Form führt zu einem Richtungskoppler. Wenn die Länge des Resonatorabsohnittes 70, welcher aus dem Leiter

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und dem Masseleiter 73 besteht, gleich einer halben Wellenlänge der Oszillatorfrequenz ist, dann werden die am Punkt 91 des Leiters 90 zugeführten Oszillatorsignale kapazitiv auf den Leiter 77 übergekoppelt. Die Oszillatorsignale werden weiter vom Leiter 77 auf den in dichtem Abstand davon befindlichen Leiter 75 übergekoppelt und treten an dessen gegenüberliegenden Enden 87 und 85 mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180° auf. Diese Phasendifferenz und die Tatsache, daß praktisch keine Überkopplung auf den Leiter 76 erfolgt, ergibt sich aus der Lage des Verbindungspunktes 74 der Leiter 75 und 76 an der Mitte 78 des λ /2 Leiters 77.

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Claims

Mikrowellen-Hybridschaltung mit einem dielektrischen Trä- ι ger, auf dessen einer Oberfläche zwei schmale bandförmige Leiter angebracht sind, deren erster an einem Punkt seiner Länge an den zweiten angeschlossen ist und zu denen im Abstand weitere Leiter verlaufen, die mit ihnen Wellenleitungen für an einem Ende des zweiten Leiters eingespeiste und zu entgegengesetzten Enden des ersten Leiters ä laufende elektromagnetische Wellen bilden, gekennzeichnet durch eine Koppeleinrichtung mit einem dritten schmalen bandförmigen Leiter (33), der ebenfalls auf dieser Oberfläche angebracht ist und von dem ein Abschnitt (39) in dichtem Abstand parallel zu dem ersten Leiter (13) an dessen Verbindungspunfct (15) mit dem zweiten Leiter (17) derart verläuft, daß längs des dritten Leiters (33) sich ausbreitende Wellen zu gegenüberliegenden Enden des ersten Leiters (13), nicht aber auf den zweiten Leiter gekoppelt werden.
2. Hybridschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Leitungen durch einen großflächigen ebenen Masseleiter (52,73) gebildet werden, welcher auf derjenigen Oberfläche des Trägers (11) angebracht ist, die gegenüber der die schmalen streifenförmigen Leiter (53, 55,57;75,76,77,79) sich befindet.
3. Hybridschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß did weiteren Leiter durch mindestens zwei ebene Masseleiter (29,31) gebildet werden, welche sich auf derselben Oberfläche des Trägers (11) befinden, wie die bandförmigen

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Leiter (13,1^,33) und daß die Mässeleiter und alt Band förmigen Leiter koplanare We'll enleitungin bilden;
4. Hybridschaltung nach Anspruch ij 2 oder 3; dadurch gekennzeichnet, daß die kitte des dritten Leiters (Μΐ§3ί70 sich gegenüber dem Verbindüngspunkt (I5j6i,64) des eiitln (13,55,75) mit dem zweiten (17;57;76) Leiter

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5· Hybridschaltung nach einem der Vorstehenden Ansprüche ^ dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung eine Parallelleiter-Wellenleitung auffaßt, welche durch den dritten Leiter (39,59,70) abgeschlossen wird, wllcner über die paralleln Leiter (33,37;53,63) geschaltit ist;
6. Hybridschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet; daß der dritte Leiter (70) etwa eine halbe Wellenlänge bei der mittleren Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Signale lang ist.
7. Hybridschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, φ daß die Koppeleinrichtung einen vierten schmalen Bäaidförmigen Leiter (79) aufweist, dessen eines Endi| sieh in dichtem Abstand an einem Ende (81) des dritten scMälen bandförmigen Leiters (70) befindet.
8. Hybridschaltung nach Anspruch 1, welcher ein Teil einer

* Mischbrückenschaltuiig ist, welche ein zugeführtes Mikrowellensignai und ein Mikrowellen-Oszillatorsignal vlrarbeitei, dadSurch gekennzeichnet, daß die Mischbrticke eine erste ah ein inde (19) del ersten Leiters (13) angüehlosjliiciiittife (2$) sotii eine zweite j an das pgeMbir-

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liegende Ende (21) des ersten Leiters (13) angeschlossene Mischstufe (25) enthält, daß ferner die durch den zwei' ten Leiter (17) und die weiteren Leiter (29,31) gebildete Wellenleitung der Leitung des Mikrowelleneingangssignals dient, welches am Verbindungspunkt (15) des ersten Leiters (13) mit dem zweiten Leiter (17) energiemäßig aufgeteilt und den beiden Mischstufen (23,25) an den gegenüberliegenden Enden (19,.21) des ersten Leiters (13) zugeführt wird, und daß die Koppeleinrichtung das längs des dritten Leiters (33) geführte Mikrowellen-Oszillatorsignal -auf den ersten Leiter (13) und die Mischstufen (23,25) überkoppelt.

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