DE2156992A1 - MICROWAVE COUPLER - Google Patents

MICROWAVE COUPLER

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DE2156992A1
DE2156992A1 DE19712156992 DE2156992A DE2156992A1 DE 2156992 A1 DE2156992 A1 DE 2156992A1 DE 19712156992 DE19712156992 DE 19712156992 DE 2156992 A DE2156992 A DE 2156992A DE 2156992 A1 DE2156992 A1 DE 2156992A1
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DE
Germany
Prior art keywords
coupler
branches
microwave
conductor sections
equal
Prior art date
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Pending
Application number
DE19712156992
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German (de)
Inventor
Manfred Uhlmann
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

"Mikrowellenkoppler" Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenkoppeler zum Überkoppeln in den einen seiner Kopplerzweige eingespeister Mikrowellenenergie in den anderen seiner Kopplerzweige. "Microwave Coupler" The invention relates to a microwave coupler microwave energy fed into one of its coupler branches for over-coupling in the other of its coupler branches.

Besonders vorteilhaft läßt sich der erfindungsgemäße Mikrowellenkoppler in der Antennentechnik zur Speisung von Strahlergruppen, beispielsweise solchen von Phased-Array-Antennen, mittels einer geeigneten Leitungsmatrix, beispielsweise einer Butler-Matrix, als Leitungskreuzung benutzen, bei der für eine vorgegebene Frequenz eine möglichst völlige Überkopplung erwünscht ist.The microwave coupler according to the invention can be particularly advantageous in antenna technology for feeding groups of radiators, for example those of phased array antennas, by means of a suitable line matrix, for example a Butler matrix, as a line crossing, for a given one Frequency as complete a coupling as possible is desired.

Fig. i zeigt eine solche Butler-Matrix mit vier Eingängen A bis D und vier Ausgängen, an letztere eine Strahlerzeile angeschlossen ist. Das Netzwerk dieser Matrix enthält vier 3 dB-Koppler, zwei 45° Phasenglieder Ph und zwei Leitungskreuzungen. Jedem der Matrixeingänge ist eine bestimmte Strahlungskeule zugehörig. Durch Umschaltung der Eingänge läßt sich die Veränderung der Abstrahlrichtung erreichen.Fig. I shows such a Butler matrix with four inputs A to D. and four outputs, to the latter of which a row of radiators is connected. The network This matrix contains four 3 dB couplers, two 45 ° phase elements Ph and two line crossings. A certain radiation lobe is associated with each of the matrix inputs. By switching the inputs can be used to change the direction of radiation.

Bei der Realisierung einer Anordnung nach Fig, 1 für sehr hohe Frequenzen, beispielsweise für Frequenzen über 10 GHz, ist es häufig zweckmäßig, die sogenannte Microstrip-Technik anzuwenden; hierbei stellt die Verwirklichung der Leitungskreuzungen jedoch ein recht großes Problem dar. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, durch Einfügen sogenannter Leitungsbrücken diese Leitungskreuzungen zu realisieren. In der Praxis werden jedoch hierbei die Reflexionen zumindest bei Frequenzbereichen über 10 GIIz in der Regel untragbar groß.When realizing an arrangement according to FIG. 1 for very high frequencies, For example, for frequencies above 10 GHz, it is often useful to use the so-called Use microstrip technique; this represents the realization of the line crossings However, poses a rather big problem. In principle, there is the possibility of going through Insert so-called line bridges to realize these line crossings. In in practice, however, the reflections are at least in the frequency ranges over 10 GIIz usually unacceptably large.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellenkoppler anzugeben, der die in den einen seiner Kopplerzweige eingespeiste Mikrowellenenergie möglichst verlustlos und vollständig in den anderen seiner Kopplerzweige überkoppelt und der vorteilhaft als Leitungskreuzung einer Anordnung nach Fig. 1 verwendbar ist.The invention is based on the object of a microwave coupler indicate the microwave energy fed into one of its coupler branches as lossless as possible and completely coupled in the other of its coupler branches and which is advantageous as a line crossing of an arrangement according to Fig. 1 can be used.

Der erfindungsgemäße Mikrowellenkoppler ist d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß bei gleichen Wellenwiderständen Z0 der Kopplereingange der eine Kopplerzweig mit dem anderen Kopplerzweig mittels dreier Leiterabschnitte verbunden ist, die drei im sukzessiven Abstand L, der einer viertel Betriebswellenlänge (0,25 . #) entspricht, aufeinander folgende Punkte auf dem einen der Kopplerzweige mit drei gleichfalls im sukzessiven Abstand L aufeinder folgenden Punkten auf dem anderen der Kopplerzweige verbinden und deren jeweilige Länge gleich L gewählt ist, und daß die Wellenwiderstände der äußeren der drei Leiterabschnitte gleich Z0 und diejenigen der Kopplerzweige zwischen den Anschlußpunkten der Leiterabschnitte gleich der Quadratwurzel aus dem Produkt aus Z0 und Z2 gewählt sind, wobei Z2 der Wellenwiderstand des mittleren der drei Leitungsabschnitte bedeutet.The microwave coupler according to the invention is d a d u r c h g e k e n shows that with the same characteristic impedance Z0 the coupler inputs are one Coupler branch connected to the other coupler branch by means of three conductor sections is, the three in the successive distance L, which is a quarter operating wavelength (0.25 . #) corresponds to successive points on one of the coupler branches with three also successively spaced L consecutive points on the other connect the coupler branches and their respective length is chosen to be equal to L, and that the wave resistances of the outer of the three conductor sections equal to Z0 and those the coupler branches between the connection points of the conductor sections equal to the square root are selected from the product of Z0 and Z2, where Z2 is the characteristic impedance of the mean which means three line sections.

Dieser Mikrowellenkoppler stellt somit einen zweistufigen #/4-Zweig-Koppler dar. Die Durchgangsverluste können bei ihm über ein Frequenzband voll + 5 % größenordnungsmäßig kleiner als 0,5 dB bleiben. Bei Abweichungen der Wellenwiderstände von rel; Sollwiderständen bei einzelnen Koppelelementen ist die Erfindung durch Anwendung der üblichen Widerstandsanpassungstechnik realisierbar.This microwave coupler thus constitutes a two-stage # / 4-branch coupler The throughput losses can be of the order of magnitude of + 5% over a frequency band stay below 0.5 dB. If the wave resistance deviates from rel; Target resistances in the case of individual coupling elements the invention through application can be implemented using the usual resistance adjustment technology.

Fig. 2 zeigt im Prinzip ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zwischen 1 und 2 erstreckt sich der eine Koppletzweig und zwischen 3 und 4 der andere Kopplerzweig des Mikrowellenkopplers nach der Erfindung. Die Wellenwiderstände der Kopplereingänge seien Z0. Der eine der Kopplerzweige ist mit dem anderen mittels dreier Leiterabschnitte verbunden, die selbst Wellenwiderstände Z1, Z2 bz2. Z3 aufweisen. Diese Leiterabschnitte verbinden drei im sukzessiven Abstand L, der einer viertel Betriebswellenlänge entspricht, aufeinander folgende Punkte aul' dem einen der Kopplerzweige mit drei gleichfalls im sukzessiven Abstand L aufeinander folgenden Punkten auf dert anderen der Wopplerzweige, Die Länge dieser Leiterabschnitte ist gleichfalls gleich L gewählt. Die Wellenwiderstände Z1 und Z3 der äußeren der drei Leiterabschnitte sind gleich Z0 und diejenigen der Kopplerzweige zwischen den Anschlußpunkten der Leiterabschnitte gleich Z gewählt, wobei Z gleich der Quadratwurzel aus dem Produkt aus Z0 und Z2 r> bedeutet. Symbolisiert Ä die Betriebswellenlänge, so gelten somit folgende Bedingungen: L = 0,25 # Z1 = Z3 = Z0 Fig. 2 shows in principle an embodiment of the invention. One coupling branch extends between 1 and 2 and the other coupling branch of the microwave coupler according to the invention extends between 3 and 4. The wave resistances of the coupler inputs are Z0. One of the coupler branches is connected to the other by means of three conductor sections which themselves have wave resistances Z1, Z2 and 2. Have Z3. These conductor sections connect three successive points at a successive distance L, which corresponds to a quarter operating wavelength, on one of the coupler branches with three points, also at a successive distance L, on the other of the Woppler branches.The length of these conductor sections is also selected to be equal to L. The wave resistances Z1 and Z3 of the outer of the three conductor sections are selected equal to Z0 and those of the coupler branches between the connection points of the conductor sections equal to Z, where Z is the square root of the product of Z0 and Z2 r>. If Ä symbolizes the operating wavelength, the following conditions apply: L = 0.25 # Z1 = Z3 = Z0

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü c h e Mikrowellenkoppler zum Überkoppeln in den einen seiner Kopplerzweige eingespeist er Mikrowellenenergie in den anderen seiner Kopplerzweige, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Wellenwiderständen Z0 der Kopplereingänge der eine Kopplerzweig mit dem anderen Kopplerzweig mittels drei Leiterabschnitten verbunden ist, die drei im sukzessiven Abstand L, der einer viertel Betriebswellenlänge (0,25 25 entspricht, aufeinander folgende Punkte auf dem einen der Kopplerzweige mit drei gleichfalls im sukzessiven Abstand L aufeinander folgenden Punkten auf dem anderen der Kopplerzweige verbunden und deren jeweilige Länge gleich L gewählt ist, und daß die Wellenwiderstände der äußeren der drei Leiterabschnitte gleich Z0 und diejenigen der Kopplerzweige zwischen den Anschlußpunkten der Leiterabschnitte gleich der Quadraturzel aus dem Produkt aus Z0 und Z2 gewählt sind, wobei Z2 der Wellenwiderstand des mittleren der drei Leitungsabschnitte bedeutet. P a t e n t a n s p r ü c h e Microwave coupler for coupling in one of its coupler branches it feeds microwave energy into the other its coupler branches, characterized in that with the same wave resistances Z0 the coupler inputs of one coupler branch with the other coupler branch by means of three conductor sections is connected, the three in successive distance L, the one quarter operating wavelength (0.25 corresponds to 25, consecutive points one of the coupler branches with three likewise at a successive distance L from one another connected to the following points on the other of the coupler branches and their respective Length is chosen equal to L, and that the characteristic impedances of the outer of the three conductor sections equal to Z0 and those of the coupler branches between the connection points of the conductor sections are selected equal to the quadrature cell from the product of Z0 and Z2, where Z2 is the Characteristic impedance of the middle of the three line sections. 2. Mikrowellenkoppler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einer Butler-Leitungsmatrix der Mikrowellentechnik als Leitungskreuzung. 2. Microwave coupler according to claim 1, characterized by its Use in a Butler line matrix of microwave technology as a line crossing. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2397722A1 (en) * 1977-07-14 1979-02-09 Hazeltine Corp ANTENNA WITH AN ELEMENT NETWORK CONTAINING COUPLING CIRCUITS
EP0315064A2 (en) * 1987-11-02 1989-05-10 Hughes Aircraft Company Waveguide matrix including in-plane crossover

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