DE2261082A1

DE2261082A1 - Breitbandkoppelnetzwerke

Info

Publication number: DE2261082A1
Application number: DE2261082A
Authority: DE
Inventors: Harold Seidel
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-12-15
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1973-06-20
Also published as: FR2163631A1; FR2163631B1; IT974047B; GB1388318A; NL7216909A; SE377247B; AU4992672A; AU471293B2; CA944445A; BE792560A; JPS4866955A; US3748601A

Description

Seidel, H. 85 Western Electric Company Incorporated New York, N. Y. 10007, USA

9 9 R 1 Π ft 9

Breitbandkoppelnetzwerke

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk mit Allpaßübertragungsverhalten über eine vorgegebene Bandbreite, wobei das Netzwerk zwei identische Hybriderichtungskoppler aufweist, von denen jeder Energie zwischen einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß des Kopplers und zwischen dem ersten Anschluß und dem dritten Anschluß des Kopplers koppeln kann, wobei die Kopplung zwischen dem ersteh und zweiten Anschluß durch einen ersten Koppelfaktor t und die Kopplung zwischen dem ersten und dritten Anschluß durch einen zweiten Koppelfaktor k besehrieben wird, und zwar .so, daß die Summe der Beträge der Quadrate der Koppelfaktoren gleich 1 ist, wobei die einander zugeordneten zweiten Anschlüsse der beiden Koppler über einen ersten'Übertragungsweg miteinander verbunden sind, die entsprechenden dritten Anschlüsse der beiden Koppler über einen zweiten Übertragungsweg miteinander verbunden sind und einer der beiden Übertragungswege einen 180° Phasendreher aufweist.

Bei dem Entwurf von Breitbandkopplern sind die sich wider- -eprechenden Anforderungen an den äußeren Enden des Durchlaßbereichs oft nicht miteinander in Einklang zu bringen. Beispielsweise werden am unteren Ende des· Bandes relativ große Induktivitäten benötigt, die relativ große Spulen oder magnetische Kerne entsprechender Art erfordern."An

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oberen Ende des Bandes sind die größen Spulen mit parasitären Erscheinungen behaftet oder das Material des magnetischen Kerns ist für diese Frequenzen nicht geeignet und verlustbehaftet.

Es ist bekannt, daß sich das Leistungsteilungsverhältnis eines Hybriderichtunsskopplers als Funktion der Frequenz ändert. Wie jedoch in der US-PS 3 184 691 angegeben ist, kann eine Kaskade von zwei frequenzempfindlichen Kopplern in ein Allpaßnetzwerk umgewandelt werden, indem zwischen den Signalen in den beiden miteinander verbundenen Wellenleitern eine relative Phasendrehung von 180° eingeführt wird. Die Allpaßeigenschaft ist jedoch nicht breiter als das Band, über das die relative Phasendrehung von 130° zwischen den beiden Signalen eingehalten werden kann.

Diese Probleme v/erden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich die Koppelfaktoren t und k als Funktion der Frequenz so verändern, daß t über den unteren Bereich der vorgegebenen Bandbreite gleich 1 ist und im oberen Bereich der vorgegebenen Bandbreite vemachlässigbar klein wird, daß k im oberen Bereich der vorgegebenen Bandbreite gleich 1 ist und im unteren Bereich der vorgegebenen Bandbreite vernachlässigbar klein wird; daß der 180° Phasendreher über eine geringere Bandbreite arbeitet als die vorgegebene Bandbreite des IIetzv/er!:s ausmacht und eine 130° Phasendrehung

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nur über demjenigen Bereich der vorgegebenen Bandbreite erzeugt, indem der mit dem Übertragungsweg verbundene Koppelfaktor nicht vernachlässigbar klein ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jeder der beiden Übertragungswege ein Unternetzwerk der. in Anspruch 1 beschriebenen Art besitzt, wobei sich die 180° Phasendreher der Unternetzwerke in den entgegengesetzten Übertragungswegen ihrer jeweiligen Unternetzwerke liegen, um eine Phasenverschiebung von 180° der beiden Unternetzwerke zu erzeugen, wobei das Unternetzwerk in dem Übertragungsweg die zweiten Anschlüsse der Koppler.miteinander verbindet, die dem Übertragungsfaktor ρ zugeordnet wird und dann arbeiten, wenn t nicht vernachlässigbar klein ist und daß das Unternetzwerk im Übertragungsweg die dritten Anschlüsse der Koppler verbindet, die dem Übertragungsfaktor k zugeordnet sind und dann arbeiten, wenn k nicht vernachlässigbar klein ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß einer der beiden Koppler eine charakteristische Impedanz Z_Q hat, daß jeder der Übertragungsv/ege einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis 1:M enthält, wobei einer der Transformatoren so angeordnet ist, daß er eine 130° Phasenumkehr über den Bereich der Bandbreite erzeugt, indem der zugeordnete Übertragungsfalttor nicht vernachlässigbar klein ist und daß der andere Koppler eine charakteristische Impedanz N Z₀.hat, no daß das netzwerk die Eigenschaften eines Transfornators '

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hat und eine größere Bandbreite besitzt als jeder der Transformatoren in den beiden Übertragungswegen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einem Hybriderichtungskoppler das anfallende Signal zunächst auf einen der verbindenden Wege bei den höheren Frequenzen gekoppelt wird"und mit dem anderen der gekoppelten Wege bei niedrigeren Frequenzen. Dementsprechend besitzt ein 180° Phasendreher von begrenzter Bandbreite, der in dem geeigneten Weg der beiden miteinander verbundenen Hybriderichtungskoppler liegt, für das Netzwerk Allpaßeigenschaften, und zwar über ein Frequenzband, das merklich größer ist als das des Phasendrehers selbst. Es wird weiterhin gezeigt, daß der verfügbare Durchlaßbereich durch eine boot-strapping-Anordnung noch weiter ausgedehnt werden kann, worin zwei solcher Netzwerke verwendet werden, mit denen -man breitbandigere 180° Phasendreher erhältr. "Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung erhält man die gewünschte 180° Phasendrehung für einen von zwei Wegen mittels einer hohen Frequenz und einen 1 : 1 Transformator, der sich in dem verbindenden Wellenleiter befindet, der die höheren Frequenzsignalkoraponente überträgt. Da dieser Transformator bei niedrigeren interessierenden Frequenzen vollkommen unwirksam ist, werden bei diesen Frequenzen überhaupt keine Signale über den betreffenden Wellenleiter gekoppelt.

In dem anderen Zwei erhält man die 180° Phasendrehung mittels eines Niederfrequenztransformators mit einem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 der in dem verbindenden Wellenleiter anje-

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ordnet ist, der die Signalkomponenten der niedrigeren Frequenzen überträgt. Da der Transformator bei höheren interessierenden Frequenzen unwirksam ist, werden bei diesen höheren Frequenzen wieder keine Signale über diesen Wellenleiter gekoppelt.

Weil die Phasendreher in verschiedenen. Abschnitten der beiden Unternetzwerke angeordnet sind, sind die Übertragungsfaktoren der beiden Netzwerke über das ganze interessierende Band identisch, aber um 180° phasenverschoben.

Indem man eine ähnliche Technik verwendet, kann man einen Breitband-Impedanz-Transformator realisieren, der zwei bandbegrenzte Transformatoren enthält, die zwei identische Hybridkoppler miteinander verbinden.

--Diese-und andere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden auf Grund der Darstellung verschiedener Ausführungsformen noch verständlicher, die im Folgenden genauer im Zusammenhang mit den entsprechenden Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt ein Allpaßhetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung. ^:

Fig. 2 zeigt das Frequenzverhalten der Koppelfaktoren t und k.

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Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt die Ausführungsformen der Fig. 1 und 3, die als Phasendreher mit einer relativen 180.. Phasendrehung verwendet werden.

Fig. 5 zeigt die Art, in der die Erfindung verwendet

werden kann, um die Bandbreite des Allpaßnetz-• ' werkes weiter auszudehnen.

Fig. 6 zeigt einen Breitbandtransformator gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 7 zeigt das Frequenzverhalten der Koppelfaktoren einer Kopplerkaskade.

In der folgenden Beschreibung werden mehrere verschiedene Schaltungen betrachtet. Diese werden zu Beginn jedes Beschreibungsabschnittes näher bezeichnet«

(a) Allpaßnetzv/erke

In der Fig. 1 ist ein Allpaßnetzwerk genäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, das eine Kaskade von zwei identischen Hybriderichtunrskopplem 10 und 11 aufweist, die über die Wellenleiter 12 und 13 miteinander verbunden sind. Der Ab^rii;

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1 des Kopplers 10 bildet den Eingangsanschluß des Netzwerkes. Der Abgriff 1' des Kopplers 11 stellt den Ausgangsanschluß des Netzwerks dar. Die Abgriffe 2 und 2' sind widerstandsmäßig abgeschlossen«. Einer der Wellenleiter enthält einen 180° Phasendreher 14, der - in dieser Darstellung - ein. einfacherer Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1 ist. Jeder der Koppler hat vier Abgriffe 1, 2, 3 und 4 sowie 1', 2¹, 3' und4^f, die als Paare 1-2 und 3-4 sowie 1^f-2' und 3'-4' auftreten, wobei die Abgriffe jedes Paar konjugiert zueinander sind und in einem Koppelverhältnis mit den Abgriffen des anderen Paares stehen. Im einzelnen definiert ein erster Koppelfaktor t die Kopplung zwischen den Abgriffen 1-3, 2-4, A^A-3* und 2'-4' und ein zweiter Koppelfaktor· k die Kopplung zwischen den Abgriffen 1-4, 2-3, 1'-4^f'und 2'-3¹. Da diese Koppelfaktoren im allgemeinen komplexe Größen sind, deren Beträge und Phasen von der Frequenz abhängen, werden sie bei allen Frequenzen so in Beziehung gesetzt, daß

Ik²I ₊ It²I= 1. . ^;. (D

Außerdem haben die gekoppelten Signale einige.feste relative Phasenbeziehungen, die von der Art des Kopplers abhängen. Aus Erläuterungsgründen sei angenommen, daß die -Koppler 10 und 11 Quadraturkoppler sind, v/obei die gekoppelten Signale eine relative Phasendrehung von 90° aufv/eisen.

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Die beiden Wellenleiter 12 und 13 verbinden ein Paar von konjugierten Abgriffen 3-4 des Kopplers 10. mit einem Paar der konjugierten Abgriffe 3'-4' des KopjxLers 11. Denkt man sich zum Zwecke des besseren Verständnisses die den Koppelfaktoren t und k eigene Phasendrehung weg, so sind beide Faktoren reell und ein Einheiteingangssignal, das auf den Abgriff 1 des Kopplers 10 gegeben wird, erzeugt ein Signal t am Abgriff 3 sowie ein Signal ik am Abgriff 4, wobei i die imaginäre Zahl f^i ist und das Quadraturverhältnis zwischen den beiden Signalen angibt. Das Signal t am Abgriff 3 erfährt eine 180° Phasendrehung, wenn es den Wellenleiter 12 durchläuft, und es erscheint als ein -t-Signal am Abgriff 3' des Kopplers 11. Das Signal ik erhält auf den Wellenleiter 13 keine relative Phasendrehung und erscheint als Signal ik am Kopplerabgriff 4'. Da die beiden Koppler

identisch sind, erzeugt das Signal -t eine Signalkomponente

2
-t am Abgriff 1· und eine Signalkomponente -ikt am Abgriff 2', gleichzeitig erzeugt das Signal ik seinerseits eine Signalkomponente(ikr = -k am Abgriff 1' sowie eine Signalkomponente +ikt am Abgriff 2^f. Fügt man die Signalkomponenten an den jeweiligen Abgriffen hinzu, so erhält man für den Abgriff 1'

-t²

(2)

und für den Abgriff 2'

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-ikt + ikt = O. (3)

Aus der Gleichung (2) ergibt sich, daß das ganze anfallende Signal auf dem Ausgangsabgriff 1¹ gekoppelt ist. Während also alle Koppler frequenzempfindlich sind, ist das Ausgangs signal unabhängig von den.Koppelfaktoren t und kv. Somit stellt die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung ein Allpaßnetzwerk dar. Es ist jedoch nur für das Frequenzband ein Allpaßnetzwerk, in dem der Fadendreher eine 180° Phasendrehung bewirkt. Bei relativ schmalbandigen Anwendungszwecken wirft dies im allgemeinen keine Probleme auf» Schwierigkeiten liegen vielmehr in der Erweiterung des Durch laßbereichs. Das Problem besteht darin, daß der Transformator so ausgelegt ist, daß er am unteren Ende eines ausgedehnten Frequenzbandes gut arbeitet, aber nicht am oberen Ende, weil parasitäre Erscheinungen den einfachen Transfdr-—jaator in -ein komplexeres Netzwerk mit einer anderen Phasen- — drehung verwandeln« Außerdem sind die Kernmaterialien, die bei niedrigeren Frequenzen benötigt werden, bei höheren Frequenzen im allgemeinen mit Verlusten behaftet. Umgekehrt arbeitet ein Transformator, der für höhere Frequenzen ausgelegt ist, wegen der nicht angepaßten Kernreaktanz bei den niedrigeren Frequenzen nicht gut. , .

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein entsprechend entworfener, bandbegrenzter und richtig angeordneter Transformator als Allpaßnetzwerk verwendet, v/erden kann, welches über ein Frequenzband arbeitet, das größer ist als das des Transformators. Dies ergibt sich

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aus der Art, wie sich die Koppelfaktoren als Funktion der Frequenz verändern. Beispielsweise zeigt die Fig. 2 die Frequenzcharakteristiken der Koppelfaktoren für einen Quadraturkoppler mit konzentrierten Elementen, wie er in der US-PS 3 506 932 beschrieben ist. Wie dargestellt, ist der Faktor t = 1 bei der Frequenz 0 und nimmt mit zunehmender Frequenz ab. Umgekehrt ist der Faktor k = 0 bei der Frequenz 0 und nimmt mit der Frequenz zu. Die Faktoren sind bei der Überschneidungsfrequenz f_Q gleich.

Nimmt man an, daß das Allpaßnetz werk über den Frequenzbereich f bis f_h arbdten soll, so stellt man fest, daß es einen Bereich zwischen f und fp gibt, wo die k-Komponente des Signals vernachlässigbar klein ist und die t-Komponente überwiegt- (k£0,25 t). Ähnlich gibt es am oberen Ende des Bandes «inen Bereich zwischen den Frequenzen f* und f.. wo die Komponente t vernachlässigbar klein ist und die Komponente k vorherrscht (z. B. t£o,25 k). Demgemäß bewirkt ein Transformator, der so ausgelegt ist, daß er über dem Band zwischen f und ΐ_Λ arbeitet und der im Wellenleiter 12 angeordnet ist, für die Komponente t des Signals eine 180° Phasendrehung über dasjenige Frequenzband, bei dem eine kennzeichnende t-Signal-Komponente besteht. Während der Transformator jenseits der Frequenz ±2 nicht mehr die notwendige Phasendrehung aufweist, ist das t-Signal bei diesen Frequenzen vernachlässicbar, so daß der Einfluß auf die Arbeitsweise des Allpaßnetzwerkes ebenfalls vernachlässigbar ist.

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In der gerade beschriebenen Schaltung war ein Niederfrequenztransformator im t-Kreis des Netzwerks angeordnet. Alternativ kann auch ein Hochfrequenztransformator in den k-Kreis des Netzwerks gelegt werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Schaltungsanordnung entspricht in jeder Beziehung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß sich ein Phasendreher 14' im.Wellenleiter 13 zwischen den Kopplerabgriffen 4 und 4¹ befindet. Wenn, wie zuvor, ein Einheitssignal auf den Eingangszweig 1 gegeben wird, so ist leicht zu zeigen, daß man ein Einheitsausgangssignal +1 am Ausgangsabgriff 1¹ erhält. Da der Zweig 13 der k-Signalzweig ist, kann man aus Fig. 2 ersehen, daß das Signal k am unteren Teil des interessierenden Bandes vernachlässigbar klein ist und deshalb die Alipaßwirkungsweise zwischen den Frequenzen f_e und f^ dadurch erzielt werden kann, daß ein Hochfrequenztransformator verwendet -wird, der so ausgelegt ist» daß er über das Frequenzband von ±2 bis f- arbeitet. Indem man also einen niederfreqüenten, bandbegrenzten 180° Phasendreher in dem t-Signalweg oder einen hochfrequenten, bandbegrenzten 180° Phasendreher in den k-Signalweg legt, erhält man Netzwerke mit Allpaß-rEigenschaften, die eine größere Bandbreite als die.Bandbreite jedes dieser Phasendreher aufweisen. Dies verringert offensichtlich bedeutend die Probleme, die sich bei dem Entwurf von sehr breitbandigen Allpaß-lletzwerken des beschriebenen Typs im allgemeinen ergeben.

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(b) Breitbandiger 180° Phasendreher

Bis jetzt wurde nur die relative Phasendrehung zwischen den t- und k-Signalkomponenten diskutiert. Es ist Jedoch eine absolute Phasendrehung mit t und k verbunden. Weiterhin tritt eine zusätzliche Phasendrehung von Signalen auf, wenn sie die verbindenden Wellenleiter durchsetzen. Auf diese V/eise werden die Ausgangssignale für die beiden oben beschriebene Netzwerke genauer durch 1 /180+Θ und 1 /Θ beschrieben, worin θ ebenfalls eine Funktion der Frequenz ist. Es ist jedoch festzuhalten, daß während sich die Phasen der beiden Signale über das Band verändern, ihr Unterschied konstant 180° bleibt. Dementsprechend bewirken die Netzwerke der Fig. 1 und 3, wenn sie zusammen verwendet werden, eine breitbandige relative Phasendrehung von 180°. Diese Eigenschaft der Netzwerke kann auf vielfälige-Weise zur Anwendung gelangen, wie noch in folgenden gezeigt wird.

Die Fig. 4 zeigt die Verwendung von zwei Allpaßnetzwerken 30 und 31 zur Erzeugung zweier phasenverschobener Signale. Das Netzwerk 30 der in Fig. 1 gezeigten Art enthält zwei in Kaskade geschaltete Hybriderichtungskoppler 40 und 41 mit einem niederfrequenten 180 Phasendreher, der im Signalwellenleiter t liegt und die Koppler 40 und 41 miteinander verbindet. Ein Hetzwerk 31 des in Fig. 3 gezeigten Typs enthält zwei in Kaskade geschaltete Hybriderichtungskoppler 43 und 44, die einen hochfrequenten¹ 180° Phasendreher 45 besitzen, der im Signalv/ollenleiter k angeordnet ist und die Koppler 43 und 44 vorbinGet_S09825/0883

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AS

Während des Betriebs erfolgt ein gleichzeitig auf die Eingangsabgriffe 1 der Koppler 40 und 43 gegebene Signal E/0 ein Ausgangssignal Ε/180+Θ an dem Ausgangsabgriff 1¹ des Kopplers 41 und ein Ausgangssignal Ε/Θ an dem Ausgangsabgriff 1' des Kopplers 44. Diese beiden Signale bleiben über das ganze Frequenzband· um 180° phasenverschoben, in dem die beiden -Netzwerk« ihre Allpaßcharakteristiken beibeibehalten.

(c) Rootstrap-Netzwerke

Eine Eigenschaft der vorstehenden Erfindung besteht darin, daß die oben beschriebenen Netzwerke in Baotstrap-Anordnungen -verwendet werden können, "am Allpaßnetzwerke sowie ·Τ80^ο Phasendreher herzustellen, die eine größere Bandbreite aufweisen, als jedes der einzelnen Netzwerke, gerade so wie jedes der Netzwerke eine Bandbreite'hat, die grö'ßer ist als die vom Transformator vorgesehene. Diese Verwendung zweier Ällpaßnetzwerke, um eine 180° Breitbandphasendrehung als Mittel zur Bildung eines Allpaßnetzwerkes von größerer Bandbreite zu erhalten, ist in Fig. 5 dargestellt, die zwei in Kaskade geschaltete Hybridrichtungskoppler 50 und 51 zeigt, welche durch die Wellenleiter 52 und 53 miteinander verbunden sind. Der erste Wellenleiter 52 enthält ein Allpaßnetzwerk 5k des in Fig. 1 beschriebenen Typs. Der zweite Wellenleiter 53 enthält ein zweites Allpaßnetzwerk 55 der in Fig. 3 dargestellten Art. Das Netzwerk 54, welches sich im Signalvellenleiter t befindet und die Koppler 50 und 51 verbindet, ist

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so ausgelegt, daß es über den unteren Teil des iiteressierenden Frequenzbandes arbeitet, gerade so, wie der Transformator im Signalwellenleiter t der Fig. 1 nur über den unteren Bereich des Frequenzbandes arbeitet. Auf entsprechende Weise ist das Hetzwerk 55 im Signalwellenleiter k so ausgelegt, daß es im oberen Bereich des interessierenden Bandes arbeitet. Im Betrieb wird ein Einheitssignal, welches auf den Anschluß 1 des Eingangskopplers 50 gegeben wird, in eine t-Signalkomponente am Koppleranschluß 3 und eine k-Signalkomponente am Koppleranschluß 4 aufgeteilt. Die beiden'Signalkomponenten durchlaufen jeweils die Allpaßnetzwerke 54 bzv/. 55» wobei die t-Signalkomponente eine 180° Phasendrehung relativ zur k-Signalkomponente erfährt und als -t am Eingang 3^f des Ausgangskopplers 51 erscheint. Nach der Rekombination mit der k-Signalkomponente am Koppleranschluß 4¹ erhält man ein Ausgangssignal von 1/180+Θ am Ausgangsanschluß 1* der Allpaßschaltung.

In der obigen Diskussion wurde angenommen, daß die Allpaßnetzwerke 54 und 55 so waren, daß das t Signal eine relative Phasendrehung von 180° erfuhr. Die Schaltung kann jedoch auch so angeordnet sein, daß das k-Signal um 180° gedreht wird, wobei ein Ausgangs signal von 1/Θ erzeugt wird, '.uf diese Weise können, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert, zwei solcher breitbandiger Allpaßnetzwerke verwendet werden, un einen breitbandigen Phasendreher nit einer relativen Phasendrehung von 180° herzustellen.

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Es ist festzulialten, daß bei den beschriebenen Anwendungsfällen die interessierende Gesamtbandbreite in jeder Stufe größer als der Abschnitt des Bandes ist, für den das einzelne Element oder des einzelnen Netzwerks entworfen.ist. Somit erhält man eine wachsende Ausdehnung des Arbeitsfrequenzbereich's, was es ermöglicht, relativ schmalbandige Transformatoren in einer bootstrap-Einrichtung zu verwenden, um Netzwerke mit viel breiterem Band herzustellen. Selbstverständlich kann der Prozeß wiederholt werden, um noch breitbandigere Allpaßnetzwerke und breltbandigere 180° Phasendreher zu erhalten. Wenn jedoch die Frequenz zunimmt, bedeuten gleiche Zunahmen in der Bandbreite abnehmende Bruchteile bezüglich der totalen Bandbreite. In manchen-Fällen kann es deshalb bequemer sein, die konventionellen Phasenabgleichstechniken mit der vorliegenden Erfindung zu kombinieren als die bootstrap-Ilethode zu beschränken, die hier nur für die angegebenen Anordnungen beschrieben wurde.

(d) Breitband-Transformator

Ein anderer Gebrauch des oben beschriebenen Allpaßnetzwerkes ist der als Breitband-Transformator. Ein Transformator ist schlicht ein Allpaßnetzwerk, das zwischen zwei verschiedenen Impedanzpegeln koppelt. Ein Transformator.gemäß der Erfindung enthält, wie in Fig. 6 dargestellt, zwei in Kaskade.geschaltete Hybriderichtungskoppler 60 und 61, die im wesentliehen identische Frequenzcliarakteristiken, aber verschiedene

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charakteristische Impedanzen Z und N Z haben, die mittels der Wellenleiter 62 und 63 verbunden sind. Jeder der Wellenleiter enthält einen Transformator 64 und 65 mit dem übersetzungsverhältnis 1 : N . Ein Transformator 64, der im t-Signalwellenleiter 62 angeordnet ist, deckt den unteren Frequenzbereich des interessierenden Bandes ab, wie es oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde, während der andere Transformator 65» der im k-Signalwellenleiter 13 liegt, den oberen Frequenzbereich des interessierenden Bandes abdeckt. In Abhängigkeit von der gewünschten Phase des Ausgangssignals wird der eine oder der andere der beiden Transformatoren verbunden, um eine 180° Phasendrehung zu erhalten. Beispielsweise wird diese Phasendrehung durch den Transformator 64 bewirkt. Alternativ könnte die Phasendrehung auch durch den Transformator 65 bewirkt werden, nur daß dann ein Unterschied von 180° in der Phase des Ausgangssignals bestünde*.

Wegen des 1 : N-Übersetzungsverhältnisses der Transformatoren

64 und 65 besteht eine GesantLrapedanztransformation von 1 : II zwischen den Eingangsenden und den Ausgangsenden der beiden Wellenleiter. Da die Allpaßcharakteristik des Netzwerkes größer ist als die jedes der Transformatoren, erhält man die Impedanztransforniation ebenfalls über ein größeres Band als sie durch die Verwendung eines einzelnen Transformators realisiert v/erden könnte.

In der Fig. 2 ist eine Frequenzcharakteristik gezeigt, bei der eine beträchtliche L'bsrlastun" der Bandbreite vor ·ο-

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schlagen wird, die durch die Hochfrequenztransformatoren und die Niederfrequenztransformatoren abgedeckt wird. Während dies in vielen Anwendungsfällen für einen einzelnen Eingangs- und einen einzelnen Ausgangskoppler der jeweils betrachteten Koppler zutreffen kann, stellt sich die Gesamtcharakteristik, .von k und t dann so dar, wie es in den beiden Kurven der Fig.- 7 gezeigt ist, wenn die Eingangs- und Ausgangskoppler selbst eine komplexe Kopplerkaskade darstellen. Wie man erkennen kann, ist der Überlappungsbereich viel enger·, so daß der Niederfrequenztransformator, der das Band zwischen f_Q und ±2 beinhaltet, und der Hochfrequenztransformator, der das Band zwischen f^ und f^ beinhaltet, nur einen relativ engen Frequenzbereich zwischen f> und fg überlappen. In jedem Fall werden Schmalbandtransformatoren für die Erzeugung von breitbandigen Koppelnetzwerken verwendet.

Es ist selbstverständlich^ daß alle oben beschriebenen Anordnungen nur eine kleine Anzahl von vielen möglichen Ausführungsformen für die Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen. Somit können zahlreiche verschiedene Anordnungen auf einfache Weise gemäß dem Grundgedanken der Erfindung durch Fachleute realisiert werden, ohne vom Geist und Rahmen der Erfindung abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche ■ :

1. J Netzwerk mit Allpaßübertragungsverhalten über eine vorge*- gebene Bandbreite, wobei das Netzwerk zwei identische Hybriderichtungskoppler aufweist, von denen jeder Energie zwischen einem "ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß des Kopplers und zwischen dem ersten Anschluß und den dritten Anschluß des Kopplers koppen kann, wobei die Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Anschluß durch einen ersten Koppelfaktor t und die Kopplung zwischen dem ersten und dritten Anschluß durch einen zweiten Koppelfaktor k beschrieben wird, und zwar so, daß die Summe der Beträge der Quadrate der Koppelfaktoren gleich 1 ist» wobei die einander zugeordneten zv/eiten Anschlüsse der beiden Koppler über einen ersten übertragungsweg miteinander verbunden sind, die entsprechenden dritten Anschlüsse der , beiden Koppler über einen zweiten übertragungsweg miteinander verbunden sind und einer der beiden Übertragungswege einen 180° Phasendreher aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Koppelfaktoren t und k als Funktion der Frequenz so verändern, daß t über den unteren Bereich der vorgegebenen Bandbreite gleich 1 ist und im oberen Bereich der vorgegebenen Bandbreite vernachlässigbar klein wird, daß k im oberen Bereich der vorgegebenen Bandbreite gleich 1 ist und im unteren Bereich der vorgegebenen Bandbreite vernachlässigbar klein v/ird; daß der 130° Phasendreher (14, 14', 42, 45» 54, 64) über eine geringere Bandbreite arbeitet» als die vorgegebene Bandbreite des !"etzv.erkes ausmacht und eino

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180° Phasendrehung nur über denjenigen Bereich der vorgegebenen Bandbreite erzeugt, indem der mit dem Übertragungsweg (12, 13, '52',. 53_f 62, 63) verbundene Koppelfaktor nicht vernachlässigbar klein ist. ■ '

2. Netzwerk nach Anspruch 1,"dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Übertragungswege (52, 53) ein Unternetzwerk (54, 55) der in Anspruch 1 beschriebenen Art besitzt, wobei sich die 180° Phasendreher der Untemetzwerke (54, 55) in entgegengesetzten Übertragungswegen ihrer jeweiligen Unternetzwerke (54, 35) liegen> um· eine Phasenverschiebung von 180° in den beiden Unternetzwerken zu erzeugen, wobei das Unternetzwerk (54) in dem Übertragungsweg (52) die zweiten Anschlüsse (3, 3¹) der Koppler (50', 51) miteinander.verbindet, die dem Übertragungsfaktor t zugeordnet sind und dann -arbeiten, /wenn t nicht vernachlässigbar klein- ist,. und daß das Unternetzwerk (55) im Übertragungsweg (53) die dritten Anschlüsse (4, 4¹) der Koppler (50, 51) verbindet, die des Übertragungsfaktor k zugeordnet sind und dann arbeiten, wenn k nicht vernachlässigbar klein ist. . ■ . . .-

3. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß einer der beiden Koppler (60) eine charakteristische Impedanz Z hat, daß jeder der Übertragungswege (62·, 63) einen Transformator (64, 65) mit einem Übersetzungsverhältnis 1 rK enthält, wobei einer der Tr ans.ίο mater en (6-'¹·) so angeordnet ist,, daß.

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er eine 180° Phasenumkehr über den Bereich der Bandbreite erzeugt, indem der zugeordnete Übertragungsfaktor nicht vernachlässigbar klein ist und daß der andere Koppler (61) eine chrakteristische Impedanz NZ hat, so daß das Netzwerk die Eigenschaften eines Transformators hat und eine größere Bandbreite besitzt als jeder der Transformatoren (64, 65) in den beiden Ubertragungswegen (62, 63).

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