DE2102554B2 - Richtungskoppler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Richtungskoppler, bestehend aus zwei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen eines dielektrischen Trägers angebrachten, miteinander gekoppelten Übertragungsleitungen, wobei die Ankopplungspunkte durch die Enden der Übertragungsleitungen gebildet werden.

Derartige Richtungskoppler bestehen im allgemeinen aus zwei miteinander gekoppelten Übertragungsleitungen oder Wellenleitungen, von denen die insgesamt vier Enden Ankopplungspunkte bilden. Richtungskoppler 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 das andere Ende der anderen Übertragungsleitung abgeführt werden können. Gleichfalls wird dem anderen Ende der ersten Übertragungsleitung zugeführte Wellenenergie lediglich über das andere Ende der zweiten Übertragungsleitung abgenommen. Diese Koppler sind reziprok.

Derartige Richtkoppler werden z. B. beim Auskoppeln 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 Richtungskoppler 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 EnerEie entnommen werden. Obgleich solche Richtungskoppler sehr breitbandig gemacht werden können, sind sie nur bei einer sehr hohen Frequenz verwendbar.

Es ist daher üblich, für niedrige Frequenzen Richtungskoppler zu verwenden, die aus zwei auf einem dielektrischen Träger angebrachten, über einen bestimmten Abstand parallel zueinander verlaufenden Leitungen bestehen. Zwischen diesen Leitungen liegen eine elektrische und eine magnetische Kopplung vur 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 Hinlaufrichtun.g 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 Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Richtungskoppler zu schaffen, dessen Koppelfaktor in einem sehr weiten Frequenzbereich, z. B. zwischen 1 und 10 GHz, praktisch konstant ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Richtungskoppler der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch

gelöst, daß die eine Übertragungsleitung als Microstrip- und die andere als Schlitzleitung ausgebildet ist, wobei die Schlitzleitung durch einen die Masseleiterfläche der Microstripleitung auftrennenden schmalen Spalt gebildet ist, der dem Streifenleiter der Microstripleitung

J5 gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß die Längsradien des Streifenleiters und des Spaltes einen von Null verschiedenen kleinen Kreuzungswinkel einschließen.

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

Bei Spaltleitungen jedoch (wie z. B. in M.T.T. Symp. Dallas, Mai 1969, Seiten 106 bis 107, beschrieben) verlaufen lediglich die elektrischen Feldlinien in einer zur Längsachse der Übertragungsleitung senkrechten Ebene, während die magnetischen Feldlinien in zur Längsachse parallelen Ebenen senkrecht zu den leitenden Flächen verlaufen, in bzw. an denen der Spalt gebildet wird. Spaltleitungen sind im wesentlichen symmetrische Übertragungsleitungen, 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 Feldlinien senkrecht zueinander verlaufen. Wenn die Leitungen sich senkrecht kreuzen, erfolgt jedoch eine starke Kopplung, da die magnetischen Feldlinien der Streifenleitung parallel zu denen der Spaltleitung im Spalt verlaufen. Diese Kopplung ist symmetrisch, und es gibt keine Richtwirkung.

Wenn die beiden Leitungen sich jedoch unter einem kleinen Winkel kreuzen, sind die magnetischen Feldlinien nicht vollkommen senkrecht zueinander, so daß eine Kopplung übrigbleibt. Es wird somit an verschiedenen Punkten den Leitungen entlang innerhalb der

Kopplungsslrecke 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 Wellenieiter-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 zwischen den Ubertragungsleitungen und somit je länger die Kopplungsstrecke (insbesondere eine größere Anzahl von Wellenlängen) ist, um so geringer ist die übergekoppelte Energie pro Vieirtelwellenlänge, so daß die Kopplung in der unerwünschten Richtung geringer ist.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Richtungskopplers nach der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die Seite der Spaltleitung,

F i g. 2a und 2b teilweise Querschnitte an verschiedenen Stellen der Leitung und senkrecht zur Längsachse.

Auf seinem plattenförmigen Träger 1 aus dielektrischem Material ist eine dünne, 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 4, 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 Übertragungsleitungen 7 und 8 gekoppelt, deren Außenmäntel 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 4 können mit konzentrischen Leitungen (nicht dargestellt) gekoppelt werden, wobei die Innenleiter mit den Enden des Streifens 4 und 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 Energie auf den Ausgang 9 des Streifens 4 ausgekoppelt, während das Ende 10 praktisch isoliert ist.

In einer praktischen Ausführungsform war der Koppelfaktor in einem Frequenzbereich von 1 bis 12GHz gleich etwa — lOdb mit einer Maximalabweichung von etwa 0,2 db, während der isolierte Ausgang mehr als 18 db niedriger war. Das Stehwellenverhältnis

ju an der Einkopplungsleitung war geringer als 1 zu 10. Die Abmessung der Unterlage war 25 χ 50 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.

Vorzugsweise ist die Kopplungsstrecke größer als fünf Wellenlängen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Richtungskoppler, bestehend aus zwei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen eines dielektrischen Trägers angebrachten, miteinander gekoppelten Übertragungsleitungen, wobei die Ankopplungspunkte durch die Enden der Übertragungsleitungen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Übertragungsleitung als Microstrip- und die andere als Schlitzleitung ausgebildet ist, wobei die Schlitzleitung durch einen die Masseleiterfläche (2) der Microstripleitung auftrennenden schmalen Spalt (3) gebildet ist, der dem Streifenleiter (4) der Microstripleitung gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß die Längsradien des Streifenleiters und des Spaltes einen von Null verschiedenen kleinen Kreuzungswinkel einschließen.