DE2324105A1

DE2324105A1 - Koppelndes elektrisches schaltelement

Info

Publication number: DE2324105A1
Application number: DE2324105A
Authority: DE
Inventors: Joseph Donald Cappucci
Original assignee: Merrimac Industries Inc
Current assignee: Merrimac Industries Inc
Priority date: 1972-05-16
Filing date: 1973-05-12
Publication date: 1973-11-29
Also published as: JPS4956558A; GB1433863A; IL42088A; IL42088A0; GB1433862A; US3761843A; CA989024A

Description

DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKEP

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düaseldorf,10. Hai 1973

MERI 3.0-014
7350

MERRIMAC INDUSTRIES, INC.
i?est Caldwell, New Jersey
V. St. A.

Koppelndes elektrisches Schaltelement

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaltelement, elektrische Netzwerke und insbesondere elektrische Netzwerke, die durch Verbindung von Vierpol-Schaltelementen gebildet sind.

Elektrische Signale können durch die Übergangsfunktion von Netzwerken modifiziert v/erden, durch die sie geführt werden. Infolgedessen sind verschiedene Systeme für die Zusammenstellung von Netzwerken entwickelt worden, die den mit der Ausgestaltung von Netzwerken befaßten Ingenieur in die Lage versetzen, signalformende und modifizierende Netzwerke zu schaffen. Jedes System einer Theorie für die Zusammenstellung von Netzwerken führt zu bestimmten grundlegenden Netzwerkkonponenten, die in Übereinstimmung mit der Schaltkreistheorie miteinander verbunden werden, um so bestimmte wellenformende oder v/ellenmodifizierende Netzwerke zu bilden.

Mit dem Bekanntwerden hybrider Vierpol-90°-Phasenverschiebungskoppler hat man begonnen, den 90°-PhasenverSchiebungskoppler als .ein Schaltelement für die Einschaltung in v/ellenformende Netz-

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Telefon (O211) 32O858

Telegramme Custopat

werke anzusehen. In der USA-Patentschrift 3 452 300 - J. D. Cappucci, et al. vom 24. 6. 69 mit dem Titel "Pour Port Directive •Coupler Having Electrical Symmetry with Respect to Both Axes" ist ein hybrider Vierpol-90°-Phasenverschiebungskoppler beschrieben, der sich für die Einschaltung entsprechend der Lehre, wie sie beispielsweise mit der USA-Patentschrift 3 514 722 - J. D. Cappuci - vom 26. 5. 70 mit dem Titel "Networks Using Cascaded Quadrature Couplers, Each Coupler Having a,Different Center Operating Frequency" - vermittelt wird, in Netzwerke zur Tvellenformung.eignet.

Es sind Versuche gemacht worden, um Mikrowellen-Netzwerke in Form gedruckter Schaltungen zu entwickeln, die mit der Ein- oder Zwischenschaltung von Vierpol-90 -Phasenverschiebungskopplern arbeiten. Diese Systeme verwenden zwischengeschaltete Viertelwellenlängen-Koppler unterschiedlicher Impedanz, um die verschiedenen Ubergangscharakteristiken zu bilden, die für die Netzwerkatislegung notwendig sind. Um die Impedanz für eine gedruckte Schaltung zu ändern, muß der dielektrische Abstand geändert werden, oder, wenn der Abstand konstant ist, dann müssen entweder der Hauptebenenabstand oder die Trennung zwischen Leitern geändert werden. Das führt zu parasitären Effekten an der Grenzfläche zwischen Impedanzsystemen, die allgemein nicht so hergestellt werden können, daß sie sich für beide Erregungsmoden dual verhalten, so daß sich in der Praxis Lösungen ergeben, die vom Ideälzustand weit entfernt sind.

Ein koppelndes elektrisches Schaltelement ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merlanale: a) eine erste und eine zweite, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung, wobei die erste Leitung an gegenüberliegenden Enden einen ersten bzw. zweiten Anschluß und die zweite Leitung an gegenüberliegenden Enden einen dritten bzw. vierten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der ersten und der zwei-'

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ten Leitung gleich sind, die erste und zweite Leitung eine einem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweist, wenn der erste, zweite, dritte und vierte Anschluß mit einer Impedanz Z. abgeschlossen sind, und eine einem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z_o aufweist, wenn der erste, zweite, dritte und vierte Anschluß mit der Impedanz Z abgeschlossen sind, für die gilt:

^Zt = , -e

und die erste und die zweite gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeiten aufweisen; b) eine dritte und eine vierte elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung, wobei die dritte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen fünften bzw. sechsten Anschluß und die vierte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen siebten bzw. achten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der dritten und vierten Leitung gleich sind, die dritte und die vierte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der fünfte, sechste, siebente und achte Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, und die dem ungeraden Mode entsprechende Im-pedanz Z_Q aufweisen, wenn der fünfte, sechste, siebente und achte Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, und die dritte und die vierte gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweisen; c) eine fünfte Leitung, die den zweiten mit dem fünften Anschluß verbindet; sowie d) eine sechste Leitung, die den vierten mit dem siebenten Anschluß verbindet, wobei die fünfte und die sechste Leitung im Verhältnis zueinander ungekoppelt sind.

Erfindungsgemäß ist weiter ein Vierpol-Koppler vorgesehen, der einen ersten, einen zweiten, einen dritten sowie einen vierten Anschluß aufweist und auf ein Signal anspricht, das seinem ersten Anschluß über eine Impedanz Z_fc zugeführt wird, um am zweiten und am dritten Anschluß Signale zu liefern, die um 90° phasenverschoben sind, wenn der zweite, der dritte und der vierte Anschluß

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mit der Impedanz Z abgeschlossen sind, wobei ferner eine Einrichtung für die Zufuhr eines Signals zu dem ersten Anschluß über eine Impedanz Z und eine Einrichtung, um den zweiten und dritten Anschluß mit einer Impedanz Z_Q und den vierten Anschluß mit der Impedanz Z abzuschließen, vorgesehen sind, wobei gilt:

t3

^Zt⁼

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schejimatisch ein Schaltbild des koppelnden elektrischen Schaltelementes bzw. Grundbausteins nach der Erfindung;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild eines Äquivalents eines Viertelwellenlängen-Vierpol-90°-Phasenverschiebungskopplers, der in Übereinstimmung mit der Lehre nach der Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 3 schematisch ein Schaltbild eines Kaskaden-Koppler systems nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 schematisch ein Schaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten Netzwerks, das eine gleichartige Übergangsfunktion wie der Aufbau nach dem Stand der Technik liefert, wie er mit Fig. 3 veranschaulicht ist;

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Fig. 5 schematisch ein Schaltbild entsprechend einer weiteren AusführungsmögIichkeit, ein Netzwerk nach der Erfindung aufzubauen, das eine Zusammenstellung aus Viertelwellenlängen- und verkürzten Schaltelementen aufweist;

Fig. 6 ein Diagramm zum Vergleich der Verlust- oder

Dämpfungsfunktionen für einen Aufbau nach Fig. 3 einerseits und die Anordnungen nach Fig. 4 bzw. 5 andererseits;

Fig. 7a u. b Diagramme zweier verschiedener Arten von Verlust- oder Dämpfungsfunktionen, wie sie durch Netzwerke geliefert werden können, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurden;

Fig. 8 schematisch ein Schaltbild eines in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebauten Netzwerkes, das die Übergangsfunktion nach Eig. 7a ergibt;

Fig. 9 schematisch ein Schaltbild eines weiteren, in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebauten Netzwerkes, das die Übergangsfunktion nach Fig. 7b ergibt;

Fig. 10 ein Diagramm für das Ansprechverhalten eines entsprechend Fig. 8 aufgebauten Kopplers entsprechend zum einen den tatsächlichen, zum anderen den berechneten Werten;

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Fig. 11 schematisch ein Schaltbild eines feststehenden 9O°-Differenz-Phasenschiebeis nach dem Stand der Technik, wie er nach Schiffman definiert ist;

•Fig. 12 schematisch ein Schaltbild eines feststehenden 9O°-Differenz-Phasenschiebers, der in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist;

E¹Xg. 13 schematisch eine Wiedergabe eines erfindungsgemäß aufgebauten Phasenschiebers;

Fig. 14 eine weitere Ausfuhrungsform eines feststehenden Differenz-Phasenschiebers nach der Erfindung;

Fig. 15 schematisch ein Schaltbild eines erfindungsgemäß abgeschlossenen Viertelwellen-Kopplers;

Fig. 16 schematisch ein Schaltbild der Schaltung nach Fig, 15 nach Umzeichnung zur mathematischen Analyse; und

Fig.'17 u. 18 Wiedergaben von dem geraden bzw. dem ungeraden Mode entsprechenden Halbierungen der Fig. 16.

Allgemein stellt die Erfindung ein Schaltelement zur Verfügung, das zu neuen Netzwerken mit wiederholt kompensierbaren Impedanz-Grenzstellen führt. Dieses Schaltelement kann so ausgebildet werden, daß es als Vierpol-90^o-Phasenverschiebungskoppler arbeitet, indem vier ungekoppelte Leitungsabschnitte an den ersten, dritten, sechsten und achten Anschluß angeschlossen v/erden, so daß sich eine Gesamtlänge- von einer Viertelwellenlänge bei der mittleren Arbeitsfrequenz davon ergibt.

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Vierpol-90°-Phasenverschiebungskoppler, die aus den vorbeschriebenen Grundbausteinen aufgebaut sind, können so miteinander verbunden werden, daß sie verschiedenartige Netzwerke ergeben. In jedem Fall können die zusätzlichen ungekoppelten vier Leiterabschnitte von den Endabschnitten entfernt werden, so daß sich verkürzte Vierpol-90°-Phasenverschiebungsanordnungen ergeben.

In Verbindung mit der Erfindung wurde gefunden, daß ein Vierpol-90°-Phasenverschiebungskoppler, der eine Viertelwellenlänge lang ist, sovjohl zur Impedanzanpassung als auch zur Durchführung der normalerweise vorgesehenen Funktion eingesetzt werden kann. Ferner wurde gefunden, daß Differenz-Phasenschieber der Schiffmanliauart beträchtlich verbessert werden können, indem ein eine Viertelwellenlänge langes Kurzschlußelement verwendet wird.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Anordnung 30 mit zwei Abschnitten, die aus ersten und zweiten, miteinander gekoppelten Leitungen 31, 32 {durch zwei parallele Linien dargestellt), die jeweils dieselbe elektrische Länge haben, sowie zwei ungekoppelten Leitungen 33 und 34 (durch zwei gebogene Linien dargestellt) aufgebaut ist. "s versteht sich, daß die gekoppelten Leitungen jeweils aus zwei Leitern gebildet sein können, die im Verhältnis zueinander zwischen zv/ei Grundebenen (nicht dargestellt) in Deckung gehalten werden. Naturgemäß können die gekoppelten Leitungen in jeder Form ausgebildet werden, solange die dem geraden bzw. dem ungeraden Mod= entsprechenden Impedanzen des Systems zum Wellenwiderstand des Generators und der Abschlüsse dual sind.

Die Gesamtlänge dieser Anordnung 30 ist stets geringer als eine Viertelwellenlänge bei ihrer Hittenfrequenz. Ordnet man sowohl den gekoppelten Leitungen 31 und 32 als auch den ungekoppelten Leitungen 33 und 34 Dualitätsbedingungen zu, so findet man, daß es infolge der verteilten Beschaffenheit der Elemente und, um den Dualitätsanforderungen über einen weiten Frequenzbereich zu genügen, notwendig ist, die Phasengeschwindigkeit für jeden Mode

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der gekoppelten Leitungen 31 und 32 gleich zu machen, die Phasengeschwindigkeit für jede der ungekoppelten Leitungen 33 und 34 gleich zu machen und den Wellenwiderstand der gekoppelten Leitungen 31 und 32 sowie den Wellenwiderstand der ungekoppelten Leitungen 33 und 34 gleich dem Wellenwiderstand des Systems zu machen.

Für jede erfindungsgemäß aus gekoppelten und ungekoppelten Leitungsabschnitten gebildete Anordnung werden durchweg gemeinsame Impedanzsysterne gekoppelter und ungekoppelter Leitungen verwendet, so daß der übergang von gekoppelten zu ungekoppelten Leitungen an jeder Verbindungsstelle ähnlich ist. Das ermöglicht eine leichte Herstellung und eine einfache Kompensation der Anordnung im Hinblick auf parasitäre Nebenerscheinungen.

Die Längen der gekoppelten Leitungen 31 und 32 sowie der ungekoppelten Leitungen 33 und 34, sowie deren Impedanz lassen sich unter Zuhilfenahme von Gleichungen ableiten, die die oben erwähnten Dualitätsbedingungen definieren, und indem weiter eine Gleichung aufgestellt wird, die das Amplitudenverhalten der Anordnung 30 der gewünschten Amplitudenfunktion gleichsetzt. Im Appendix I findet sich eine mathematische Behandlung für die Entwicklung und Ausgestaltung der Anordnungen nach Fig. 1 und 2.

Entsprechend Fig. 2 ist die zweiabschnittige Anordnung 30 insofern abgewandelt, als dort vier ungekoppelte Leitungen 36, 37, 38 und 39 hinzugefügt sind, um eine elektrische Gesamtlänge von einer ersten Eingangsklemme 41 zu einer ersten Ausgangsklemme 42 zu schaffen, die einer Viertelwellenlänge bei mittlerer Arbeitsfrequenz davon entspricht. In gleicher Weise ist die elektrische Länge von einer zweiten Eingangsklemme 43 zu einer zweiten Ausgangsklemme 44 bei mittlerer Arbeitsfrequenz eine Vierte !wellen länge. Der mit Fig. 2 veranschaulichte Abschnitt 35

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— Q —

ist im wesentlichen ein elektrisches Äquivalent eines hybriden Vierpol-Viertelwellenlängen-90°-PhasenverSchiebungskopplers. Die Anordnung 30 ist somit im wesentlichen das elektrische Äquivalent hinsichtlich der Amplitude, jedoch nicht hinsichtlich dePhase eines VierteIwellenlängenkopplers. Der Abschnitt 35 ist das elektrische Äquivalent eines Viertelwellenlängenkopplers, der die Phasenkompensation enthält, so daß er im wesentlichen sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch der Phase äquivalent ist.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik, bei der Viertelwellenlängen-Elemente 46, 47 und 48 miteinander verbunden sind, wie das in einem Aufsatz "Theory & Tables of Optimum Symmetrical TEM-Mode Coupled-Transmission-Line Directional Couplers", Crystal and Young, Band MMT-13, Sept. 1965, Seiten 544 - 558, beschrieben ist. Jedes der Viertelwellenlängen-Elemente 46, 47 und 48 kann hinsichtlich seiner Impedanz lediglich durch die Geometrie des Abschnitts verändert werden.

Fig. 4 zeigt ein System miteinander verbundener Leitungsabschnitte, das zusammengestellt worden ist, um ein Ansprechen im wesentlichen gleich dem Ansprechen der Anordnung nach Fig. 3 zu erzielen. Dabei sei darauf hingewiesen, daß die Abschnitte des Aufbaues der Fig. 4 aus Grund-Abschnitten 35 der Fig. 2 aufgebaut sind.

Ein dem Abschnitt 35 der Fig. 2 ähnlicher Abschnitt 35'wird in dem System in eine Lage ähnlich derjenigen des Viertelwellenlängen-Elements 47 der Fig. 3 gebracht. Der Abschnitt 35' hat im wesentlichen das gleiche Amplituden- und Phasen-Ansprechverhalten wie das Element 47. An gegenüberliegenden Enden des Abschnitts 35' sind amplitudenäquivalente Abschnitte 45 und 45' angekoppelt, wobei der Abschnitt 45 an einem Ende aus zwei gekoppelten Leitungen 49 und 51 besteht, die über ungekoppelte

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Leitungen 52 und 53 verbunden sind, wobei ungekoppelte Leitungen 38' und 39' die gekoppelten Leitungen 51 mit dem Abschnitt 35' verbinden. Der andere Abschnitt 45' besteht aus gekoppelten Leitungen 54 und 56, die über ungekoppelte Leitungen 57 und 58 mitteinander verbunden sind. Ungekoppelte Leitungen 36' und 37' vereinigen die gekoppelten Leitungen 5 4 mit dem anderen Ende des Abschnitts 35'. Wie ersichtlich, hat der Abschnitt 45 den gleichen Aufbau wie der Abschnitt 35 der Fig. 2, wobei er jedoch dem Abschnitt 46 der Fig. 2 elektrisch äquivalent ist. In gleicher Weise ist der Abschnitt 45' ebenso aufgebaut wie der Abschnitt 35, elektrisch jedoch dem Abschnitt 48 der Fig. 2 äquivalent. Beide Abschnitte 45 und 45' unterscheiden sich von dem Abschnitt 35 dadurch, daß für den Fall des Abschnitts 45 zwei ungekoppelte Leitungen 36 und 37 des Abschnitts 35 und für den Fall des Abschnitts 45' zwei ungekoppelte Leitungen 38 und 39 des Abschnitts 35 aus ihren entsprechenden Abschnitten herausgenommen worden sind, Dies wurde getan,weil die Längen des Generators und des Äbschlusses eliminiert werden können, nachdem sie weder das Amplituden-Ansprechverhalten noch die 90°-PhasenverSchiebung an den Ausgängen beeinflussen, sondern nur die Übertragungsphase des Netzwerks beeinflussen, indem sie sie gegenüber dem ursprünglichen Wert verringern.

Fig. 5 zeigt ein hybrides System, das sowohl herkömmliche Viertelwellenlängen-Anordnungen als auch Anordnungen verwendet, die aus gekoppelten und ungekoppelten Leitungen zusammengesetzt sind, wie das im einzelnen in Verbindung mit Fig. 1-4 beschrieben wurde.

In Fig. 5 entspricht ein Mittelabschnitt 59 einer Viertelwellenlängen-Anordnung, während die beiden Endabschnitte 61 und 62 aus gekoppelten und ungekoppelten Leitungsabschnitten aufgebaute Anordnungen sind. Wie ersichtlich, ist der Viertelwellenlängen-Mittelabschnitt 59 dem Viertelwellenlängen-Element 47 der Fig. 3 äquivalent, während die zusammengesetzten Endabschnitte 61 und

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der Fig. 5 den Abschnitten 45 bzw. 45* der Fig. 4 identisch und den Viertelwellenlängen-Elementen 46 bzw. 48 der Fig. 3 äquivalent sind.

Fig. 6 zeigt einen VenJ.eich zwischen dem Ansprechverhalten des Aufbaus der Fig. 3 und des Aufbans nach Fig. 4 und 5. Die strichpunktierte Linie gibt dabei das Ansprechverhalten der Fig. 3 wieder, während die zweite, durchgehende Linie dasAmplitudenansprechverhalten der Fig. 4 und 5 wiedergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Abweichung zwischen den beiden das Ansprechverhalten wiedergebenden Kurven unbedeutend ist. Das Diagramm der Fig. 6 zeigt die Verlust- oder Dämpfungsfunktion in db in Abhängigkeit von der Frequenz für eine Klasse der Netzwerke.

Fig. 7a und 7b zeigen Verlust- bzw. Dämpfungsfunktionen von Netzwerken in Abhängigkeit von der normierten Frequenz Iu . Nach dem Stand der Technik sind Netzwerke beschrieben worden, die gerade Funktionen von U sind, wie das mit Fig. 7a gezeigt wird, wobei diese Netzwerke durch Netzwerke entsprechend Fig.3,4 und 5 zusammengesetzt bzw. nachgebildet werden können. Fig. 7b gibt ein Netzwerk-Ansprechverhalten wieder, das eine ungerade Funktion von u) ist, die durch Verwendung von Netzwerken entsprechend Fig. 8 erhalten wird.

Als gerade Funktion von M ist die Dämpfungsfunktion symmetrisch zu W = 1 verschoben, wobei bei W = 1 ein Maximum oder ein Minimum (je nach der Ordnung der Funktion) liegt.

Als ungerade Funktion von U/ ist die Dämpfungsfunktion antisymmetrisch zu u/ = 1 verschoben, wobei ein rüttelwert der Kopplung (an einer Ablenkstelle) bei U = 1 liegt. Fig. 7a und 7b veranschaulichen beide Formen der Dämpfungsfunktion.

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Fig. 8 gibt eine Wetzwerkausführung wieder, die die ungerade Funktion von m entsprechend Fig. 7b erzeugt. Das Hetzwerk nach Fig. V7eist zwei identische Abschnitte .70 und 72 (ähnlich der Anordnung 30 der Fig. 2, jedoch bei anderer mittlerer Arbeitsfrequenz) auf, die über eine gekoppelte Leitung 74 miteinander verbunden sind. Die gekoppelte Impedanz des Abschnittes 74 ist die gleiche wie die gekoppelte Impedanz der Abschnitte 70 und 72.

Fig. 9 zeigt einen fünfabschnittigen Koppler mit einer ungeraden Ansprechfunktion. Abschnitte 76 und 78 an gegenüberliegenden Enden des Kopplers sind einander identisch. Der Abschnitt 76 ist mit einem weiteren Abschnitt 80 über eine gekoppelte Leitung 84 verbunden. Der Abschnitt 78 ist mit einem Abschnitt 82 über eine gekoppelte Leitung 86 verbunden. Die gekoppelten Leitungen 84 und 86 sind identisch. Die Abschnitte 8O und 82 sind identisch, haben jedoch eine andere Ärbeitsfreguenz als die Abschnitte 76 und Die Abschnitte 80 und 82 sind über eine gekoppelte Leitung 88 miteinander verbunden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Abschnitte 76, 78, 80 und 82 vom Aufbau her gleich der Anordnung 30 der Fig. 1 sind, jedoch andere Arbeitsfrequenzen als die /anordnung 30 haben. Die gekoppelte Impedanz kann in allen Abschnitten gleich sein.

Fig. 10 ist ein Diagramm der Dämpfungsfunktion L für eine Ausführungsform des Netzwerks der Fig. 8, in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Die untere Kurve gibt das berechnete Ansprechverhalten der Netzwerke wieder, während die obere Kurve das Ansprechverhalten wiedergibt, das die praktisch ausgeführten Hetzwerke liefern. Es sei darauf hingewiesen, daß zwischen den beiden Kurven eine im wesentlichen minimale Verlustdifferenz auftritt, die auf die Kupferverluste im Netzwerkjzurückgeführt werden kann.

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Somit ist gezeigt worden, daß verschiedene Kurven für die Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz erzeugt werden können, indem die Möglichkeiten bzw. Schaltelement-Abschnitte nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Fig. 11 ist ein Differenz-Phasenschieber 89 nach dem Stand der Technik entsprechend der von Schiffman entwickelten Bauart. Der Differenz-Phasenschieber 89 wird durch einen Energieteiler 90 gespeist, der Signale mit fester Phasenzuordnung an Klemmen 91 und 92 liefert. Die Klemme 91 ist ein Eingng einer Referenzleitung 93, deren Länge durch die gewünschte Differenz-Phasenverschiebung bestimmt ist. Die Klemme 92 ist ein Eingang eines Viertelwellenkopplers 94, der an seinem nicht angeschlossenen Ende durch einen Leiter 96 kurzgeschlossen ist. Der oben beschriebene Differenz-Phasenschieber 89 sorgt für eine Phasenverschiebung der' den Klemmen 91 und 92 zugeführten Signale, so daß diese einer konstanten Differenz-Phasenverschiebung im Verhältnis zueinander unterworfen werden, wenn die Signale die Klemmen 97 und 98 erreichen.

In Fig. 12 sind Bestandteilen, die denen der Fig. 11 gleich sind, gleiche Bezugszeichen gegeben worden. Der kurzgeschlossene Viertelwellenkoppler 94 der Fig. 11 ist durch eine Anordnung ersetzt, die den Grundbaustein nach der Erfindung enthält, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, der dabei eine an ihn angeschlossene Leitung 101 kurzschließt. Die Anordnung 99 ist kürzer als eine VierteIweIlenlänge, so daß die Referenzleitung 93 kürzer als bisher sein kann, um die gleiche Differenz-Phasenverschiebung zu liefern. Die Referenzleitung 93 ist um das Zweifache des Wertes gekürzt, um den die Anordnung 99 weniger als eine Viertelwellenlänge lang ist.

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Fig. 13 zeigt einen weiteren Differenz-Phasenschieber, bei dem der Energieteiler 90 eine Referenzleitung 93 und eine Anordnung 102 speist. In diesem Fall v/eist die Anordnung 102 einen Viertelwellenlängen-Koppler 103 und eine Halbwellenlängen-Schleife 104 aus ungekoppelten Leitungen auf. Die ungekoppelte Schleife 104 bewegt den Kurzschluß entsprechend dem ungeraden Mode im wesentlichen um eine Viertelwellenlänge von dem Abschlußende des Viertelwellenlängen-Kcgplers weg.

Weitere Anordnungen lassen sich bilden, indem der Zwei-Abschnitte-Koppler-Algorithmus verwendet wird.

Jedes mit einem Viertelwellenlängen-Koppler arbeitendes Schaltelement kann durch einen Zwei-Abschnitt-Koppler ersetzt werden. Das würde im Reflexionsmode arbeitende Schaltelemente wie veränderliche Dämpfungsglieder, veränderliche Phasenschieber, Reflexions-Verstärker etc. umfassen. Ferner lassen sich aus den Zwei-Abschnitte-Kopplern Energieverteilungs- und Aufnahme-Netzwerke und Schaltelemente wie Mischer bilden. In fast allen zuvor genannten Fällen ist die Endabschnitt-Phasenkompensation (Δ ψ>)ί im Hinblick auf eine einwandfreie Arbeitsweise nicht notwendig, da die Arbeitsweise des Schaltelementes oder des Schal tungsaufbaues von der relativen Phase und nicht von der absoluten Phase abhängig ist. Bei anderen Schaltelementen oder Schaltungsanordnungen wie feststehenden Differenz-Phasenschiebern ist die absolute Phase des Schalteleraentes kritisch, so daß die Endabschnitt-Phasenkompensation verwendet werden muß.

Bei einem Differenz-Phasenschieber, wie er von Schiffman (S. V. Schiffman, "A New Class of Broad-Band Microwave 90-Degree Phase Shifters", Band MTT-6, April 1959, Seite 232 - 237) vorgeschlagen wird, läßt sich der im Appendix I beschriebene Algorithmus unmittelbar mit den folgenden Verbesserungen anwenden:

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1. Die an den Eingangs- unä Ausgangsschenkeln (Anschlüsse 1

3) notwendige Endabschnitt-Phasenkompensation Δ "^, ist nicht erforderlich, indem die Referenzleitung um 2 Δ I₊. gekürzt wird, und

2. Der Kurzschlußkreis, der für den ungeraden Mocle an den Klemmen 2 und 4 notwendig ist, ist wohl definiert, was zu weniger parasitärer Kompensation führt.

Der grundlegende Schiffman-Phasenschieber ist mit Fig. 11 wiederqegeben, während der äquivalente Zvrei-Äbsclinitte-Koppler mit Fig. 12 gezeigt ist.

Schiffman hat in seiner Veröffentlichung eine Reihe von Phasenschiebern beschrieben, die als Phasenschieber vom Typ A - P definiert sind. In jedem Fall können die ViertelteIlen- und/oder Dreiviertelwellen-Koppler mit veränderlicher Impedanz durch die geeigneten Zwei-Abschnitte-Koppler mit Endabschnittkompensation ( Δ Ί+. ) ersetzt werden. Diese Lösungsform wie für die Mehrfachabschnitte-Koppler des Appendix I gestattet die Verwendung eines gemeinsamen geometrischen Systems, das zu einem einfacheren Aufbau und geringeren Schwierigkeiten hinsichtlich parasitärer Nebenerscheinungen führt.

"Leiter hat Cristal (E. G. Cristal, "imalysis and Uxact Synthesis of Cascaded Commensurate Transmission-Line C-Section All-Pass Networks" , Band MTT-14, Juni 19 66, Seiten 295 - 291) Drei-Abschnitte-C-Typ-Phasenschieber zusammengestellt, und dieses Vorgehen ist unmittelbar auf diese Anordnung anwendbar. Der von Cristal vorgeschlagene Differenz-Phasenschieber ist eine aufeinander abgestimmte Kaskade veränderlicher Impedanz-Koppler. Diese können Koppler für Koppler durch die geeigneten entsprechenden Zwei-Abschnitte-Koppler (mit Phasenkompensation A\f)ersetzt werden ,

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um ein nicht aufeinander abgestimmtes System mit einem gemeinsamen Impedanz-Format zu bilden.

Schiffman hat gezeigt, daß sich Seitenband-Differenz-Phasenschieber aufbauen lassen, intern ein kurzgeschlossener Koppler (Fig._ 11) an einen Leitungs-Längsabschnitt angekoppelt wird. Die Phasenneigung des kurzgeschlossenen Kopplers ist stets größer als 1, so daß die Vergleichsleitung stets langer als die Gesamtlänge des Kopplers ist.

Wenn der Koppler den Kurzschluß für den ungeraden Mode eine Vierte !wellenlänge von den Verbindungsstellen entfernt enthält, wie das mit Fig. 13 gezeigt ist, so wird die Phasenneigung am Mittenband kleiner als 1, und die Vergleichslänge der Leitung wird kürzer als die Gesamtlänge des Kopplers.

Für einen nach dem Schiffman¹sehen Prinzip arbeitenden 9O°-Differenz-Phasenschieber ist die Vergleichsleitung bei Mittenfrequenz 270 lang. Für die gleiche Phasenverschiebung ist die Vergleichsleitung 90° lang, wenn von dem oben beschriebenen Prinzip Gebrauch gemacht wird.

Typische Ansprechkurven für 90°-Phasenschieber zeigen, daß über ein Oktavenband die Abweichung von 9O° über das Band bei Verwen dung der Schaltung nach Fig. 13 beträchtlich verringert wird. Für die Schiffman-Schaltung gilt ein Wert von 90° +2,8° für eine Oktave, während für die hier vorgeschlagene Schaltung ein Wert von 90° + 1,4° gilt, d. h. ein Wert, der doppelt so gut wie beim Stand der Technik ist.

Ferner kann der Viertelwellenkoppler in beiden Fällen auf einen Zwei-Abschnittg-Typ zurückgeführt werden, um die Längen der Anordnungen zu verringern und zu ermöglichen, daß das Schaltelement leicht in andere Kopplersysteme integriert werden kann, ohne den geometrischen Aufbau des Systems zu ändern.-

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Der Schaltungsaufbau nach Fig. 14 enthält den Energieteiler 90, die Referenzleitung 9 3 und eine Anordnung 106. In diesem Fall v/eist die Anordnung 106 zwei Tandem-Viertelwellenlängen-Koppler 107 und 108 auf, die durch eine Halbwellenlangenschleife 109 abgeschlossen sind/ die die gleiche wie die Halbwellenlangenschleife 104 der Fig. 13 ist.

Der abgewandelte Phasenschieber nach Fig. 14 kann entweder mehr Bandbreite bei gegebener Abweichung oder weniger Abweichung für die gleiche Bandbreite liefern.

Es versteht sich, daß Vielfachabschnitte zusätzlich zu den Abschnitten 107 und 108 hinzugefügt werden können, um die verschiedenen gewünschten Ergebnisse zu erzeugen. Ebenso versteht es sich, daß die Anordnungen 102 und 106 der Fig. 13 bzw. 14 durch verkürzte Anordnungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, nachgebildet werden und die Ergebnisse, die sich aus der Anordnung der Fig. ergeben, ebenso gewonnen werden können.

Die Referenzleüingslänge ist bei dieser Anordnung stets kürzer als die Länge des gekoppelten Abschnitts. Die Abweichung über ein Oktavenband ist weniger als +0,4° . 90°-Lösungen können für Referenzleitungslängen von 3 θ und θ sowie für die gezeigte Länge von 5 θ gefunden werden.

Wie zuvor kann jeder gekoppelte Abschnitt durch einen Zwei-Abschnitte-Koppler ersetzt werden, um ein System von Abschnitten konstanter Impedanz zu erzeugen, die in ihrer Länge nicht aufeinander abgestimmt sind, so daß das Schaltelement sich leicht herstellen läßt.

Fig. 15 zeigt einen Viertelwellenkoppler 63, der durch eine Quellenimpedanz 64 gespeist und durch Impedanzen 66 und 67 abgeschlossen ist, die sich von der Quellenimpedanζ unterscheiden.

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Eine der Quellenimpedanz gleiche Impedanz 68 schließt den isolierten Anschluß des Kopplers 63 ab. In Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Lehre vrarde gefunden, daß, nenn die Impedanz eines Kopplers gleich dem geometrischen Mittel der Quellenimpedanz und der abschließenden Impedanzen ist - der Koppler 63 als ein Anpassungstransformator mit Isolierung an dem durch die Impedanz 63 abgeschlossenen vierten Anschluß dient.

Der Koppler 63 kann ein herkömmlicher ViertelweIlenlängen-Koppler sein, der in einer bereits bekannten ileise aufgebaut oder aber entsprechend der Erfindung ausgebildet ist, wie das im einzelnen im Appendix I dargelegt ist.

Fig. 16, 17 und 18 sind Ersatzschaltbilder der Anordnung nach Fig. 15, auf die im Anhang oder Appendix II Bezug genommen x«/ird.

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Appendix I

Zwei-Äbschnitte-Koppler

Die Grundform des Zwei-Abschnitte-Kopplers ist mit Fig. 1 wiedergegeben. Der Koppler wird hergestellt, indem zwei kurze Abschnitte gekoppelter Leitungen durch kurze Längenabschnitte ungekoppelter Leitungen verbunden werden. Die Gesamtlänge dieser Anordnung ist stets kürzer als eine Viertelwellenlänge bei der Mittenfrequenz. Durch Zuordnung der Dualitätsbedingungen zu jedem Abschnitt erhält man:

Φ _βΊ = Φ

el

öl

e2 =

_ 0

el

e2

o2 1/z

= 1/z

o1

o2

*.2 ■

= Z

(1	a)
(1	b)
(2	a)
(2	b)

Die Übergangsmatrix (ABCD) läßt sich als eine Funktion der Matrizes für den geraden Mode ausdrücken, so daß man erhält:

M =
e

Cos jo.. jzSin

0-

Cos

Cos 02 jSin

jSin φ Cos

Cos 0.J jzSin j(L

Cos

(3)

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Durch Normierung der Funktion für cj, wobei φ- die Phasenlänge des ersten Abschnittes bei 2^=1 und φ die Phasenlänge des Hittelabschnitts bei UJ = 1 ist, weiter durch Multiplizierung der Matrixes erhält man für die Matrixausdrücke:

A_e=D_e=Cos (Φ₂η!) {Cos² (JO₁V)-Sin² (JZJ₁A,')) - (z-1/z) SIn(^₁W) Sin { Cos (JO₁ u/) (4 a)

B_e=j (2ZCoS(Ji₂^) Sin ((^₁ lJ ) Cos (SO₁ U) + Sin(jz$₂ U') {Cos² {φ^υή -z²Sin² W₁^ )}} , (4 b)

C_e=j f. Cos (JO₂Ci) SIn(^₁Wi) COs(^₁Vi) = Sin(ji₂vJ) {Cos² (0-jVj)

- 1 2

2Sin (J5_1UJ)}} . (4 c)

Das Verlust-Polynom wird:

P (ui) = (z_e - i/z_e) Sin (^₁Ul) {Cos
- o,5 (z_e + 1/z_e) Sin

dP

Setzt man für W=¹^₁A =0, so erhält man:

j _ , tan φ_Λ (z_o + 1/z ) {tan φ_ο + 2tan φ_ο }

2 (1-tan JzJ₁ ) {tan φ^
und bei ίΰ = 1

P (D = (z_e- 1/z_e) Sin (Z^₁ {Cos ^₁ Cos φ₂ - 0,5 (z_e + 1/z_e)
Sin (^₁ Sin 0₂ } (7) .

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Die Lösungen für die Gleichungen (6) und (7) ergeben sich, indem man die Weste für ζ und P (1) einsetzt und φ~ und 0„ annimmt φ* v/ird konstant gehalten, während ^₂ verändert wird, bis der Gleichung (6) genügt v/ird, und diese Werte werden in Gleichung (7) eingesetzt. Die Lösung für P(1) wird mit dem benötigten Viert für P(D verglichen, und φ* wird entsprechend angepaßt. Dieser Vorgang v/ird wiederholt, bis beiden Gleichungen (6) und (7) genügt wird.

Dieses iterative Verfahren läßt sich leicht mit Hilfe eines Computers durchführen, und es lassen sich stets Lösungen so lange finden, wie ζ größer als die Impedanz für den geraden Mode ist, die notwendig ist, um den äquivalenten Viertelwellenkoppler aufzubauen.

Der auf diese /ieise gewonnene Koppler hat stets eine Phasenlänge, die kürzer als die des äquivalenten Viertelwellenlängen-Kopplers ist. Um daher eine Phasenäquivalenz zwischen den beiden Anordnungen zu erhalten, muß allen vier Anschlüssen des Zwei-Abschnitte-Kopplers eine Phasenlänge· hinzugefügt werden. Die Übergangsphase des Zwei-Abschnitte-Kopplers bei W +1 ist:

_φ ₁₃ (1) = -tan"¹.

^(ze ^{+ 1/z}e^{} Sin (2}*M ^{+ tan} ^{^2⁾ ^{2 " ^(ze " ^1/ze

2Cos (^₁) - (z_e + 1/z_e) tan (Φ₂) Sin (2

so daß die an jedeni Anschluß des Zwei-Abschnitte-Xopplers hinzuzufügende Phase ist:

φ = 1/2 (90 -

013 (1)

) O)

Das vervollständigt den Algorithmus, der den Zwei-Abschnitte- <Koppler einem Viertelwellenlängen-Koppler gleichmacht. Der vervollständigte Schaltunysaufbau ist in Fig. 2 gezeigt.

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Appendix II

Als Transformatoren verwendete Koppler

Es sind in den letzten Jahren 90°-Phasenverschiebungs-3db-Xoppler in Schaltungsanordnungen verwendet worden, die Transistorverstärkern parallel^geschaltet wurden. Die 9O°-Pliasenverschiehungs-Schaltungsanordnung isoliert die Verstärker und stellt somit das beste Verdrahtungsmittel zur Verfügung. Die Schwierigkeit ist die, daß die Systemimpedanz von 50 oder 75 Ohm normalerweise zu hoch für die Emitterinpedanzen des Transistors ist, die typischerweise zwischen 1 und 5 Ohn !Legen. Daher werden Kompromisse gemacht, die zu einem nicht-optimalen Systemverhalten führen.

Eine mögliche Lösung dieses Problems wird durch die Erfindung zur Verfügung gestellt. Koppler wurden lange so analysiert, als wenn sie Viertelwellen-Filter oder -Transformator wären, die zwischen gleichen Impedanzwerten arbeiten. Würde ein VierteIwellenkoppler entsprechend Fig. 15 aufgebaut, so könnte er als das Ersatzschaltbild der Fig. 16 angesehen werden, wobei die abschließenden Widerstände R an den Anschlüssen 2 und 3 durch ideale Transformatoren ersetzt sind. Das gestattet eine einfache Matrixanalyse der Anordnung für den geraden und den ungeraden Mode. Die Netzwerk-Halbschnitte sind mit Fig. 17 und 18 gezeigt, und die ABCD-Matrizes für jeden Mode und für jedes Paar sind:

1 2,

Sin9

Sin©

Cos©

(15 a)

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cose

j Sine

Sine

cose

(15 b)

cose

^R1

j Sine

Iz

Sine

cose

(16 a)

cose

/57

R,

Sine

j —9_ sine

^7

Sine

(16 b)

Stellt man die Bedingung für Richtwirkung auf, daß

S = S

4 ^l3 4 ,so erhält man:

^{e 0}R R

R₁ R₁

z_ + — = z„ + — (17)

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— >7

e o.

(18)

Drückt man die Beziehungen 16a und 16 b durch ζ aus, so erhält man:

CosQ

R-.

Sin6

Cos©

j —— Sine

^R1

Sin©

Cose

Sine

Sin©

(19 a) (19 b)

Löst man die Gleichungen 16 a, 16 b, 19 a und 19 b, so kann man die Streuparameter des Vierpols erhalten:

} cose

,(2O)

) cose + j (

) Sine

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232Λ105

ς _ , (21)

+ 1"R₁) Cose + j ( t_21 + __ ) Sine

j C 7^s - _ }Sine

V R., ^Ze , (22)

Z₃

Sine

+ XR₁ ) cose + j { _z ^j-

"1

= 0. (23)

Diese Gleichungen definieren das Leistungsverhialten des Transformator-Kopp lers. Beispielsweise gilt für einen gleich aufgeteilten Koppler, der ein Oktavenband überdeckt, θ = 60°, θ = 12Ο°,

___ I £a

θ_ = 90°.Daher gilt:

^S1 2 (90°) ^S1 3 (60°)

^S1 3 (90°) ^S1 2 (60^{o) (24}>

Durch Ersatz in Gleichung 24 erhält man:

* Γ"£ " , ^}4 Sin 60° * (25)

X 1 ^ze '

und indem Gleichung 25 gelöst wird, erhält man: z_o = 2,54246 R₁

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232410

Die obigen Gleichungen zeigen, daß Koppler mit Transformatoreigenschaften gebaut v/erden können, indem Kppler hergestellt werden, deren Wellenwiderstand gleich dem geometrischen Mittel der Quellen- und Lastimpedanzen ist. Die Analyse zeigt, daß die Ausgangssignale eine 90^o-Phasenve2S2hiebung aufweisen und daß die Richtwirkung der Koppler beibehalten werden kann. Die einzige Auswirkung ist die Änderung im Eingangs-Welligkeitsverlauf mit der Frequenz, was für jeden Transformator zu erwarten ist.

Da dieses Schaltelement unabhängig analysiert v/erden kann, folgt, daß das Schaltelement wiederholt werden kann, um eine binäre Aufspaltung in 2ⁿ Ausgänge zu erzeugen, wo die Tr ans forma torvjirkung diejenige eines Transformators mit n-Abschnitten ist. Zusätzlich können Viertelwellenlängen-Tr ans forma toren ar?. Eingang und/oder an den Ausgängen verwendet werden, um den Welligkeitsverlauf des Elements zu verbessern.

Schließlich kann das hier untersuchte Schaltelement durch den richtigen Zwei-Abschnitte-Koppler des Appendix I ersetzt v/erden, um ein ähnliches Arbeitsverhalten zu erzeugen, und dieses Schaltelement kann- dann in der untersuchten Art und Weise wiederholt eingesetzt werden.

P atentansprüehe:

3 0984 8/0 92 0

Claims

Patentansprüche:

1. !Schaltelement, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) eine erste und eine zweite elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (31), wobei die erste Leitung an gegenüberliegenden Enden einen ersten bzw. zweiten AnstüLuß und die zweite Leitung an gegenüberliegenden Enden einen dritten bzw.vierten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der ersten und der zweiten Leitung gleich ist, die erste und die zweite Leitung eine einem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweist, wenn der erste, zweite, dritte und vierte Anschluß mit einer Impedanz Z, abgeschlossen sind, twvd eine einem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweist, wenn der erste, zweite, dritte und vierte Anschluß mit einer Impedanz Z. abgeschlossen sind, für die gilt:

und die erste und die zweite gekoppelte Leitung (31) bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeiten aufweisen; b) eine dritte und eine vierte elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (32), wobei die dritte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen fünften bzw. sechsten Anschluß und die vierte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen siebenten bzw. achten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der dritten und der vierten Leitung gleich sind, die dritte und die vierte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der fünfte, sechste, siebente und achte Anschluß durch die Impedanz Z_t abgeschlossen sind, und die dem ungeraden Mode

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entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der fünfte, sechste, siebente und achte Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlos-

und die
sen sind, und die dritte /vierte gekoppelte Leitung (32) bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeiten aufweisen; c) eine fünfte Leitung (33), die den zweiten mit dem fünften Anschluß verbindet; sowie d) eine sechste Leitung (34) , die den vierten mit dem siebten Anschluß verbindet, wobei die fünfte und die sechste Leitung im Verhältnis zueinander ungekoppelt sind.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem ersten. Anschluß zu dem sechsten Anschluß gleich der elektrischen Länge von dem dritten Anschluß zu dem achten Anschluß ist, wenn der erste, dritte, sechste und achte Anschluß durch die Impedanz von Z abgeschlossen ist.

3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte und sechste Leitung (33 und 34) einen Wellenwiderstand Z_t aufweisen.

4. Schaltelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste.und der dritte Anschluß, der zweite und der vierte Anschluß, der fünfte und der siebente Anschluß sowie der sechste und der achte Anschluß einander jeweils räumlich benachbart sind.

5. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, gekenn-zeichnet durch eine siebente Leitung (36), deren erstes Ende mit dem ersten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als erste Eingangsklemme (41) dient, durch eine achte Leitung (37) ,„ deren erstes Ende mit dem dritten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als zweite Eingangsklemme (43) dient, sowie dadurch, daß die siebente und die achte Leitung ungekoppelt sind.

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" ²⁹ ' 7324105

6. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von der ersten Eingangsklemme (41) zu dem sechsten Anschluß gleich der elektrischen Länge von der¹ zweiten Eingangsklemme (43) zu dem achten Anschluß ist.

7. Schaltelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die siebente und achte Leitung einen Wellenwiderstand Z. aufweisen.

8. Schaltelement nach Anspruch 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (96; 1o1; 1o4; 1o9) für den Kurzschluß der ersten Eingangsklemme (41) mit der zweiten Eingangsklemme (43).

9. Schaltelement nach Anspru-ch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mitten-Arbeitsfrequenz aufweist und die Einrichtung (1o4) zum Kurzschließen bei dieser Mitten-Arbeitsfrequenz
eine Viertelwellenlänge lang ist.

10. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-9, gekennzeichnet durch eine neunte Leitung (38), deren erstes Ende mit dem sechsten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als erste Ausgangsklemme (42) dient, durch eine zehnte Leitung (39), deren erstes Ende mit dem achten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als zweite Ausgangsklemme (44) dient, sowie dadurch, daß die neunte und zehnte Leitung ungekoppelt sind.

11. Schaltelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von der ersten Eingangsklemme zu der ersten Ausgangsklemme gleich der elektrischen Länge von der zweiten Eingangsklemme (43) zu der zweiten Ausgangsklemme
(44) ist.

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12. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß. es eine Mitten-Arbeitsfrequenz aufweist und die elektrische Länge bei dieser Mitten-Arbeitsfrequenz gleich einer Viertelwellenlänge ist.

13. Schaltelement nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die neunte und die zehnte Leitung einen Wellenwiderstand Z aufweisen.

14. Schaltelement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine neunte

ipmagnet
und zehnte, elektrisch miteinander gekoppelte Leitung (121, 122), wobei die neunte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen neunten bzw. zehnten Anschluß und die zehnte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen elften und zwölften Anschluß aufweist, die elektrischen Längen der neunten und der zehnten Leitung gleich sind, die neunte und die zehnte Leitung die einem geraden Mode entsprechende Impedanz Z auf v/eisen, wenn der neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschluß mit der Impedanz Z, abgeschlossen sind, und die einem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z_Q aufweisen, wenn der neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschluß mit der Impedanz Z.. abgeschlossen sind, und die neunte und die zehnte gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweisen; durch eine elfte und eine zwölfte, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung . (123, 124), wobei die elfte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen dreizehnten bzw. vierzehnten Anschluß und die zwölfte Leitung an gegenüberliegenden einen fünfzehnten bzw. sechzehnten Anschluß aufweist, die elektrischen Längen der dreizehnten und vierzehnten Leitung gleich sind, die elfte und die zwölfte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufv/eisen, wenn der dreizehnte, vierzehnte, fünfzehnte und sech^- zehnte Anschluß durch die Impedanz Z_t abgeschlossen sind,

die dem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der dreizehnte, vierzehnte, fünfzehnte und sech^- zehnte Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, und

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elektroinagnetisch

die elfte und zwölfte,/miteinander gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeiten aufweisen; durch eine dreizehnte Leitung (125), die den zehnten Anschluß mit dem dreizehnten Anschluß verbindet, eine vierzehnte Leitung (126), die den zwölften Anschluß mit dem fünfzehnten Anschluß verbindet, wobei die dreizehnte und vierzehnte Leitung im Verhältnis' zueinander ungekoppelt sind, sowie eine Einrichtung (127, 128), die die erste und die zweite Eingangsklemme mit dem neunten bzw. elften Anschluß verbindet.

15. Schaltelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die dritte Leitung sowie die neunte und die elfte Leitung jeweils gleiche und die erste und die neunte Leitung ungleiche elektrische Längen haben.

16. Schaltelement nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte, sechste, siebente, achte, dreizehnte und vierzehnte Leitung jeweils einen liellenv?iderstand Z. aufweisen.

17. Schaltelement nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem sechsten Anschluß zu dem vierzehnten Anschluß gleich der elektrischen Länge von dem achten Anschluß zu dem sechszehnten Anschluß ist.

18. Schaltelement nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem sechsten Anschluß zum vierzehnten Anschluß bei der Ilitten-Arbeitsfrequenz größer als eine Viertelwellenlänge und kleiner als eine Halbwellenlänge ist.

19. Schaltelement nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch vier weitere Leitungen (36, 37, 38, 39), die jeweils mit ihren ersten Enden an den sechsten, achten , vierzehnten bzw. sechäzehnten Anschluß angeschlossen sind, wobei die elektrische Länge von den zweiten Ende der ersten weiteren Leitung zu dem zweiten

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23241OS

Ende der dritten weiteren Leitung und die elektrische Länge von dem zweiten Ende der zweiten v/eiteren Leitung zu dem zweiten Ende der vierten weiteren Leitung bei der Mitten-Arbeitsfrequenz einer,Halbwellenlänge entspricht.

20. Schaltelement nach einen oder mehreren der Ansprüche 14 - 19, gekennzeichnet durch eine fünfzehnte und eine sechzehnte, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (5 4) , wobei die fünfzehnte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen siebzehnten bzw. achtzehnten Anschluß und die sechzehnte Leitung an gegenüberliegenden 3nden einen neunzehnten bzw. zwanzigsten Anschluß aufweist, die elektrischen Längen der fünfzehnten und sechzehnten Leitung untereinander und der Länge der ersten Leitung gleich sind, die fünfzehnte und sechzehnte Leitung eine einem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweist, wenn der siebzehnte, achtzehnte, neunzehnte und zwanzigste Anschluß mit der Impedanz Z. abgeschlossen sind, und eine einem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der siebzehnte, achtzehnte, neunzehnte und zwanzigste Anschluß mit der Impedanz Z^ abgeschlossen sind, und die fünfzehnte und die sechzehnte gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweisen; durch eine siebzehnte und achtzehnte elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (56) , wobei die siebzehnte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen einundzwanzigsten bzw. zweiundzv/anzigsten Anschluß und die achtzehnte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen dreiundzwanzigsten und einen vierundzwanzigsten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der siebzehnten und der achtzehnten Leitung untereinander und der Länge der fünfzehnten Leitung gleich ist, die siebzehnte und die achtzehnte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der einundzwanzigste, zweiundzwanzigste, dreiundzwanzigste und vierundzwanzigste Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, und die

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dem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z_Q aufweisen, wenn der einundzwanzigste, zweiundzwanzigste, dreiundzwanzigste und vierundzwanzigste Anschluß mit der Impedanz Z_t abgeschlossen sind, die siebzehnte und achtzehnte gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweist, wobei eine neunzehnte Leitung (57) den achtzehnten Anschluß mit dem einundzwanzigsten Anschluß verbindet; eine zwanzigste Leitung (58), die den zwanzigsten Anschluß mit dem dreiundzwanzigsten Anschluß verbindet, wobei die neunzehnte und die zwanzigste Leitung ungekoppelte Leitungen sind, eine Einrichtung (36¹), die den siebzehnten Anschluß mit dem vierzehnten Anschluß verbindet, sowie eine Einrichtung (37¹), die den neunzehnten Anschluß mit dem sechzehnten Anschluß verbindet.

21. Schaltelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte, öechste, siebente, achte, dreizehnte, vierzehnte, neunzehnte und zwanzigste Leitung jeweils einen Wellenwiderstand Z_t aufweisen.

22. Schaltelement nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem sechsten Anschluß zu dem zweiundzwanzigsten Anschluß gleich der elektrischen Länge von dem achten Anschluß zu dem vierundzwanzigsten Anschluß ist.

23. Schaltelement nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem sechsten zu dem zweiundzwanzigsten Anschluß bei Mitten-Arbeitsfrequenz geringer als eine Dreiviertelwellenlänge und größer als eine Halbwellenlänge ist.

24. Schaltelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine siebente und eine achte, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung, vrobei die siebente Leitung an gegenüberliegenden Enden einen neunten bzw. zehnten Anschluß und die

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achte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen elften bzw. zwölften Anschluß aufweist, die elektrischen Längen der siebenten und der achten Leitung gleich sind, die siebente und die achte Leitung die einem geraden Mode entsprechende Impe-"danz Z aufweisen, wenn der neunte, 'zehnte, elfte und zwölfte Anschluß mit der Impedanz Z. abgeschlossen sind, and die einem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der neunte, zehnte, elfte und zwölfte Anschluß mit der Impedanz Z_t abgeschlossen sind, und die siebente und die achte miteinander gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweisen; eine neunte und eine zehnte elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (56) , wobei die neunte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen- dreizehnten und einen vierzehnten Anschluß und die zehnte Leitung an gegenüberliegenden Enden einen fünfzehnten bzw. sechzehnten Anschluß aufweist, die elektrische Länge der neunten und der zehnten Leitung gleich ist, die neunte und die zehnte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z aufweisen, wenn der dreizehnte, vierzehnte, fünfzehnte und sechzehnte Anschluß durch die Impedanz Z_t abgeschlossen sind, una die dem ungeraden Mode entsprechende Impedanz Z_Q aufweisen, wenn der dreizehnte, vierzehnte, fünfzehnte und sechzehnte Anschluß durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, und die neunte und zehnte gekoppelte Leitung bei Erregung entsprechend sowohl dem geraden als auch dem ungeraden Mode gleiche Phasengeschwindigkeit aufweisen; durch eine elfte Leitung (57), die den zehnten Anschluß mit dem dreizehnten Anschluß verbindet, eine zwölfte Leitung (58), die den zwölften Anschluß mit dem fünfzehnten Anschluß verbindet, wobei die elfte und die zwölfte Leitung im Verhältnis zueinander ungekoppelt sind, durch eine erste Einrichtung (128, 122, 126, 124), die den neunten Anschluß mit dem sechsten Anschluß verbindet, sowie durch eine zweite Einrichtung (127, 121, 125, 123), die den elften Anschluß mit dem achten Anschluß verbindet.

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25. Schaltelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte, sechste, elfte und zwölfte Leitung einen Wellenwiderstand 2_t aufweisen.

26. Schaltelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine dreizehnte Leitung (122) und die zweite Einrichtung eine vierzehnte Leitung aufweist und daß die dreizehnte und vierzehnte Leitung elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind.

27. Schaltelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die dreizehnte und vierzehnte Leitung die dem geraden Mode entsprechende Impedanz Z_Q auf v/eisen, wenn sie durch die Impedanz Z.abgeschlossen sind, und die dem ungeraden Mode entsprechende Impedanz 2 aufwe
Impedanz Z_fc abgeschlossen sind.

entsprechende Impedanz 2_Q aufweisen, wenn sie durch die

28. Schaltelement nacli einem der Ansprüche 24 - 27, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge von dem ersten Anschluß zu dem vierzehnten Anschluß gleich der elektrischen Länge von dem dritten Jmschluß zu dem sechzehnten Anschluß ist.

29. Schaltelement nach Anspruch 26 oder 27, dadurh gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ferner eine fünfzehnte und eine sechzehnte Leitung (125, 126) aufweist, die die dreizehnte Leitung mit dem sechsten bzw. neunten Anschluß verbinden, daß die zweite Einrichtung ferner eine siebzehnte und eine achtzehnte Leitung (127, 128) aufweist, um die vierzehnte Leitung mit dem achten bzw. elften Anschluß zu verbinden, und daß die fünfzehnte und sechzehnte Leitung sowie die siebzehnte und achtzehnte Leitung ungekoppelte Leitungen oind.

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■ - 36 - .7324 105

30. Schaltelernent nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet/, daß die fünfzehnte, sechzehnte, siebzehnte und achtzehnte Leitung jeweils We llenv/i der stände Z, aufweisen.

. Sch alte leraent nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Längen der ersten, zweiten, dritten, vierten, siebenten, achten, neunten und zehnten Leitungen gleich sind.

32. Vierpol-Koppler rait einer ersten, zweiten, dritten und vierten Klemme, der auf ein seiner ersten Klemme über eine Impedanz Z, zugeführtes Signal so anspricht, daß er an der zweiten und der dritten Klemme um 90° phasenverschobene Signale abgibt, wenn die zweite, dritte und vierte Klemme durch die Impedanz Z. abgeschlossen sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6 4) zur Beaufschlagung der ersten Klemme mit einem Signal über eine Impedanz Z sowie eine Einrichtung (66, 67, 68) für den Abschluß der zweiten und der dritten Klemme mit einer Impedanz Z und den Abschluß der vierten Klemme mit der Impedanz Z , wobei : Z. = \ Z Z .

33. Vierpol-Koppler nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mitten-Ärbeitsfrequenz hat und die elektrische Länge von der ersten Klemme zu der dritten Klemme bei dieser Mitten-Ärbeits frequenz eine Drei Viertelwellenlänge ist.

34. Vierpol-Koppler nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung, wobei die erste Leitung an gegenüberliegenden Enden den ersten bzw. zweiten Anschluß und die zweite Leitung an gegenüberliegenden Enden den dritten bzw. vierten Anschluß aufweist und die elektrische Länge der ersten und der zweiten Leitung gleich 1st; eine dritte und eine vierte, elektromagnetisch miteinander gekoppelte Leitung (32), wo-

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bei die dritte Leitung an gegenüberliegenden Enden den fünften bzw. sechsten Anschluß und die vierte Leitung an gegenüberliegenden .Enden den siebenten bzw. achten Anschluß aufweist und die elektrische Länge der dritten und vierten Leitung gleich ist; durch eine fünfte Leitung (33), die den zweiten mit dem fünften Anschluß verbindet, eine sechste Leitung, die den vierten mit dem siebenten Anschluß (34) verbindet, eine siebente Leitung (36), deren erstes Ende mit dem ersten Anschluß verbunden ist, und deren zweites Ende als die erste Klemme dient, wobei die siebente Leitung einen Wellenwiderstand Z hat; durch eine achte Leitung (37), deren erstes Ende mit dem ersten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als zweite Klemme dient, wobei die achte Leitung einen Wellenwiderstand Z aufweist und die siebente und die achte Leitung im Verhältnis zueinander ungekoppelt sind; durch eine neunte Leitung (38), deren erstes Ende mit dem sechsten Anschluß verbunden ist und deren zweites Ende als dritte Klemme dient, wobei die neunte Leitung einen Wellenwiderstand Z aufweist; sowie durch eihe zehnte Leitung (39) , deren erstes Ende mit der achten Klemme verbunden ist und deren zweites Ende als vierte Klemme dient, wobei die zehnte Leitung einen Wellenwiderstand Z aufweist und die neunte und die zehnte Leitung im Verhältnis zueinander ungekoppelt sind.

35. Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mitten-Arbeitsfrequenz aufweist und die Einrichtung zum Kurzschließen (1o9) mit der ersten und der zweiten Klemme durch eine Anordnung (108) verbunden ist, die bei der Hitten-Arbeitsfrequenz eine Viertelwellenlänge lang ist.

36. Schaltelement nach Anspruch .11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mitten-Arbeitsfrequenz aufweist und die Einrichtung zum Kurzschließen mit der ersten und der zweiten Klemme durch eine Anordnung verbunden ist, die bei der Mitten-Arbeitsfrequenz größer als eine Viertelwellenlänge ist.

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