DE2102554A1 - Richtkopplung - Google Patents

Description

PHN. 4613.

An.neiJsr: N. V. Philips" Gloeiiampenfabrieken

Akte No. PHN- 4613
Anmelduno vom: 6. Jan. 1971

Ri entkopplung,

Die Erfindung betrifft eine reziproke Richtkopplung. Solche Richtkopplungen enthalten im allgemeinen zwei miteinander gekoppelte Ubertragungsleitungen oder Wellenleiter, von denen die insgesamt vier Enden Ankopplungspunkte bilden. Richtkopplungen haben die Eigenschaft, dass Wellenenergie, die einem Ende der einen Übertragungsleitung zugeführt wird, wenigstens teilweise über nur eines der Enden der anderen Übertragungsleitung und nicht über das andere Ende der anderen übertragungsleitung abgeführt werden kann. Gleichfalls wird dem anderen Ende der ersten übertragungsleitung zugeführte Wellenenergie lediglich überddasr. andere Ende der zweiten übertragungsleitung abgenommen. Diese Kopplungen sind reziprok, Solche Richtkopplungen werden z.B. beim Auskopp&kn

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von Energie aus einer durchgehenden Übertragungsleitung, z.B. in Fernsehvermittlungssystemen, verwendet. Dabei ist z.B. einer der Ankopplungspunkte mit einem Fernsehempfänger und ein anderer Ankopplungspunkt mit einem Belastungswiderstand verbunden, in dem normalerweise keine Energie verbraucht wird. Dieser Widerstand bildet im allgemeinen ein Ganzes mit der Richtkopplung.

Es sind bereits Richtkopplungen bekannt, bei denen in einer gemeinsamen Wand zwischen zwei Wellenleitern eine Anzahl von Öffnungen vorgesehen sind. Wenn die Hochfrequenzwelle an einem Ende des einen Wellenleiters ausgeführt wird, geht bei jeder öffnung Energie auf den anderen Wellenleiter über in der Weise, dass bei jeder öffnung in dem anderen Wellenleiter sowohl im Hinlauf wie im Rücklauf eine Sekundärwelle erzeugt wird. Die hinlaufenden Wellen haben gleiche Phasen und unterstützen sich gegenseitig, während die rücklaufenden Wellen infolge eines Laufzeitunterschieds verschiedene Phasen aufweisen, so dass sie sich durchschnittlich ausgleichen. Dies hat zur Folge, dass an dem Ende des anderen Wellenleiters das dem Ende des ersten Wellenleiters entspricht, dem Energie zugeführt wird, keine Energie abgenommen werden kann, aber es kann dem fernen Ende des zweiten Wellenleiters Energie entnommen werden. Obgleich solche Richtkopplungen sehr breitbandig gemacht werden können, sind sie nur bei einer sehr hohen Frequenz verwendbar.

Es ist daher üblich, für niedrige Frequenzen Richtkopplungen zu verwenden, die aus zwei auf einem dielektrischen

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Träger angebrachten, über einen bestimmten Abstand parallel zueinander verlaufenden Leitungen bestehen. Zwischen diesen Leitungen liegen eine elektrische und eine magnetische Kopplung vor in der Weise, dass die Kopplungen sich in der Vorwärtsrichtung ausgleichen und in der Rücklaufrichtung unterstützen. Dies hat zur Folge, dass im Gegensatz zu der vorerwähnten Wellenleiter-Richtkopplung in der Hinlaufriehtung keine Energieübertragung von einer Leitung auf die andere, aber wohl in der umgekehrten Richtung erfolgt. Infolge der verschiedenen Laufzeiten werden jedoch Phasenunterschiede zwischen den an den verschiedenen Stellen längs der Leitung übergekoppelten Wellen auftreten, so dass die Kopplung als Ganzes stark frequenzabhängig ist, d.h. die Kopplung ist maximal, wenn die Länge der Leiter ein ungerades Vielfaches der Viertelwellenlänge beträgt und gleich Null, wenn die Länge ein gerades Vielfaches der Viertelwellenlänge ist.

Die Erfindung schafft eine Richtkopplung, deren Koppelfaktor in einem sehr weiten Frequenzbereich z.B. zwisehen 1 und 10 GHz praktisch konstant ist. Die Richtkopplung nach der Erfindung enthält zwei auf einander gegenüber liegenden Oberflächen eines dielektrischen Trägers angebrachte, miteinander gekoppelte Ubertragungslextungen, wobei die Ankopplungspunkte durch die Enden der Ubertragungsleitungen gebildet werden. Nach der Erfindung ist eine Leitung in Form einer Streifenleitung ausgebildet, die durch eine elektrische Leitung auf der einen Oberfläche des Trägers gebildet wird, während die andere übertragungsleitung in Form einer Spalt-

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leitung durch den Spalt zwischen zwei elektrisch Flächen auf der anderen Seite des Trägers gebildet wird, wobei ferner die Längsachse der Leitung wenigstens in der Nähe des Spaltes einen von Null verschiedenen, kleinen Winkel mit der Längsachse des Spaltes einschliesst. Die Wirkung der Richtkopplung gründet sich auf einen Unterschied zwischen Streifenleitungen und Spaltleitungen, die an sich bekannt sind.

Bei einer Streifen- oder Bandleitung verlaufen sowohl die elektrischen wie die magnetischen Kraftlinien im wesentlichen in zur Längsachse der Ubertragungsleitungen senkrechten Ebenen.

Bei Spaltleitungen jedoch (wie z.B. in M.T.T. Symp. Dallas, Mai I969 Seiten IO6 bis 107 beschrieben) verlaufen lediglich die elektrischen Kraftlinien in einer zur Längsachse der Übertragungsleitung senkrechten Ebene, während die magnetischen Kraftlinien in zur Längsachse parallelen Ebenen senkrecht zu den leitenden Flächen verlaufen, in bzw. an denen der Spalt gebildet wird. Spaltleitungen sind im wesentlichen symmetrische Ubertragungsleitungen und Ankopplung erfolgt zwischen den beiden leitenden Flächen beiderseits des Spaltes.

Wenn eine Streifenleitung und eine Spaltleitung parallel zueinander angeordnet sind, erfolgt im Gegensatz zu dem üblichen Fall von Parallelleitungen keine Kopplung zwischen den Leitungen, da die magnetischen Kraftlinien senkrecht zueinander verlaufen. Wenn die Leitungen sich senkrecht kreuzen, erfolgt jedoch eine starke Kopplung, da die magnetischen Kraftlinien der Streifenleitung parallel zu denen der Spalt-

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leitung im Spalt verlaufen. Diese Kopplung ist symmetrisch und es gibt keine Richtwirkung.

Wenn die beiden Leitungen sich jeddbh unter einem kleinen Winkel kreuzen, sind die magnetischen Kraftlinien nicht vollkommen senkrecht zueinander, so dass eine Kopplung übrig bleibt. Es wird somit an verschiedenen Punkten den Leitungen entlang innerhalb der Kopplungsstrecke Energie von einer Leitung auf die andere übertragen. Bei den Wellen in . der Hinlaufrichtung werden die Teilkopplungen sich gegenseitig unterstützen. Obgleich die pro Längeneinheit übertragene Energie gering, andererseits jedoch die Kopplungsstrecke gross ist, ist die Gesamtkopplung dennoch hoch und zwar annähernd gleich der Kopplung bei sich senkrecht kreuzenden Leitungen.

Für Wellen in der Rücklaufrichtung ist die Kopplung destruktiv, ähnlich wie bei der vorerwähnten Wellenleiter-Richtkopplung, d.h. infolge der durch die Laufzeitunterschiede auftretenden Phasenunterschiede wirkt die eine Teilkopplung der anderen entgegen, so dass die Wellen sich kompensieren. Als Funktion der Frequenz weist die Kopplung in der Rücklaufrichtung eine Periodizität auf, wobei die Maxima gleich der Energie sind, die über die Kopplungslänge einer Viertelwelle gekoppelt wird. Je kleiner der Winkel zwisbhen den Ubertragungsleitungen und somit je langer die Kopplungsstrecke (insbesondere eine grössere Anzahl von Wellenlängen) ist, umso geringer ist die übergekoppelte Energie pro Vierteliirelleiilänge, so dass die Kopplung in der unerwünschten Richtung geringer ist.

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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Richtkopplung nach der Erfindung. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Seite der Spaltleitung,

Fig. 2a und 2b teilweise Querschnitte an verschiedenen Stellen der Leitung und senkrecht zur Längsachse.

Auf einem plattenförmigen Träger 1 aus dielektrischem Material ist eine dtinney leitende Schicht 2 mit einem engen Spalt 3 angebracht. Die Breite dieses Spaltes ist z.B. einige Zehn Mikron. Auf der anderen Seite des Trägers 1 befindet sich ein leitender Streifen k, der den Spalt 3 unter einem sehr geringen Winkel kreuzt, so dass eine lange Kopplungsstrecke entsteht. Der Spalt 3 endet an den beiden Enden in Ausnehmungen 5 und 6. Der als Übertragungsleitung wirkende Spalt 3 ist an den Enden mit konzentrischen Ubertragungsleitungen 7 und 8 gekoppelt, deren Ausserunäntel bzw. Innenleiter mit der leitenden Schicht 2 an Punkten beiderseits des Spaltes 3 verbunden sind. Eine solche Kopplung einer Spaltleitung mit einer anderen Übertragungsleitung ist an sich bekannt und kann selbstverständlich durch eine andere ersetzt werden.

Die Ausnehmungen 5 und 6 bilden eine hohe Impedanz zwischen den Ankopplungspunkten. Gegebenenfalls kann der Spalt sich auch bis zu den Rändern der leitenden Schicht 2 erstrecken. Die Enden des leitenden Streifens k können mit konzentrischen Leitungen (nicht dargestellt) gekoppelt werden, wobei die Innenleiter mit den Enden des Streifens 4 und

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die Aussenleiter mit der leitenden Schicht 2 verbunden sind. Gegebenenfalls lassen sich die Enden auch mit einer anderen Art von Übertragungsleitung, z.B. einer anderen Streifenleitung, koppeln.

Wenn z.B. eine Welle über die konzentrische Übertragungsleitung 7 zugeführt .wird, wird Bmergie auf den Ausgang 9 des Streifens h ausgekoppelt, während das Ende 10 praktisch isoliert ist.

In einer praktischen Ausführungsform war der Koppel- ™ faktor in einem Frequenzbereich von 1 bis 12 GHz gleich etwa -10 db mit einer Maximalabweichung von etwa 0,2 db, während der isolierte Ausgang mehr als 18 db niedriger war. Das Stehwellenverhältnis an der Einkopplungsleitung war geringer als 1 zu 10. Die Abmessung der Unterlage war 25x50 mm.

Der Koppelfaktor hängt unter anderem von der Dicke der dielektrischen Zwischenschicht ab. Wenn diese Schicht hinreichend dünn ist', ist ein Koppelfaktor von -3 db leicht erzielbar. JS^

Vorzugsweise ist die Kopplungsstrecke grosser als fünf Wellenlängen.

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Claims (1)

1. PHN. 4613. - 8 PATENTANSPRUCH .

   Reziproke Richtkopplung mit zwei aufeinander gegenüber liegenden Oberflächen eines dielektrischen Trägers angebrachten, miteinander gekoppelten Ubertragungsleitungen, wobei die Ankopplungspunkte durch die Enden der Ubertragungsleitungen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Übertragungsleitung als Streifenleitung ausgebildet ist, die durch einen elektrischen Leiter auf der einen Oberfläche des Trägers gebildet wird und dass die andere Übertragungsleitung als Spaltleitung durbh den Spalt zwischen zwei elektrisch leitenden Flächen auf der anderen SpAt* des Trägers gebildet wird, wobei die Längsachse der Leitung in der Nähe des Spaltes einen von Null verschiedenen kleinen Winkel mit der Längsachse des Spaltes einschliesst.

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