DE2336175C3 - Einrichtung zur Korrektur des Phasengangs von Mikrowellen-Übertragungsgliedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektür des Phasengangs eines verzögernden Mikrowellen-Übertragungsgliedes, bestehend aus einem 3-db-Kcppler, der mit seinen beiden Eingängen in den Übertragungsweg eingefügt ist und der ausgangsseitig mit einem Paar durch Blindleitwerte belasteter Blindleiiungen abgeschlossen ist. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Mehrfach-Frequenzweichen für den Millimeterwellenbereich, wo mit der Korrektur des Phasengangs eine vorteilhaftere Verteilung der Mittenfrequenzen der verschiedenen über die Weichen zu führenden Kanäle ermöglicht weiden soll.

In F i g. I der Zeichnungen ist eine bekannte Form einer Art Frequenzweiche 10 dargestellt, die aus zwei 3-db-Kopplern mit jeweils zwei Eingängen und zwei Ausgängen besteht. Der erste 3-db-Koppler 12 ist mit seinem einen Eingang an eine Last angeschlossen, während sein anderer Eingang ein aus den beiden Frequenzen Λ und h bestehendes Signal empfängt. Ein erster Ausgang des 3-db-Kopplers 12 ist direkt mit einem Eingang des zweiten 3-db-Kopplers 14 verbunden, und der andere Ausgang des 3-db-Kopplers 12 ist über eine Wellenleiterlänge 16, die eine Verzögerungsleitung darstellt, an den anderen Eingang des 3-db-Kopplers 14 angeschlossen. Die Frequenzweiche 10 hat die Wirkung, daß die Komponenten /i und h des dem ersten 3-db-Koppler 12 zugeführten Signals getrennt werden und als gesonderte Signale an den jeweiligen Ausgängen des zweiten 3-db-Kopplers 14 erscheinen.

Bekanntlich beruht die Wirkung einer solchen Frequenzweiche darauf, daß die beiden Frequenzen /i und h beim Durchlaufen der Verzögerungsleitung 16 unter schiedliche Phasenverzögerungen erfahren, und wenn die Phasenverzögerung für die eine Frequenz ein ungeradzahliges Vielfaches von η und für die andere Frc quenz ein geradzahliges Vielfaches von π beträgt, dann werden die beiden Frequenzen getrennt.

Man kann bekanntlich eine Vielzahl derartiger Frequenzweichen als Gabeln nach der in F i g. 2 gezeigten Weise kombinieren, um einen sogenannten »Multiplexer« zu bilden. Es bedarf keiner näheren Erläuterungen, um zu erkennen, daß mit der in F i g. 2 gezeigten Kettenanordnung 16 am Eingang der Gabel 10a ankommende Kanäle getrennt werden können. Natürlich kann die Anordnung nach F i g. 2 auch in umgekehrter Richtung betrieben werden, d.h., man kann 16 Kanäle CHi bis CH16 direkt in die verschiedenen Einginge der Gabeln 10Λ bis 10p einspeisen, um in einem einzigen mit der Gabei iöa verbundenen Wellenleiter ein einziges Signal zu erhalten, welches eine Kombination dieser 16 Kanäle ist.

Die F i g. 3 der Zeichnungen zeigt die Phasenverzögerung am Ausgang der Verzögerungsleitung 16 als Funktion der Frequenz. Anders als bei einer Koaxialleitung ist bei einem Wellenleiter die Phasenverzögerung nicht linear, sondern folgt der in F i g. 3 gezeigten Kurve C, die die Frequenzachse am Punkt A- schneidet, der der kritischen Frequenz des Wellenleiters entspricht Wegen der Nichtlinearität der Kurve C können die Frequenzen der Kanälie CWl bis CH16 nicht eine arithmetische Reihe bilden, sondern müssen der Kurve C folgen. Falls man eine Abstufung der Frequenzen in linearer Weise wünscht, muß der Phasengang der in F i g. 3 gestrichelt gezeigten Linie I entsprechen. Eine lineare Kennlinie der Phasenlaufzeit einer in Frequenzweichen verwendeten Verzögerungsleitung kann jedoch notwendig sein, um eine Vereinheitlichung der in verschiedenen Ländern verwendeten Frequenzen zu ermöglichen.

Aus eLiem Aufsatz von Walter Neu: »Eine Frequenzweiche für Mikrowellen« (erschienen in den Mitteilungen aus dem Institut für Hochfrequenztechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, 1952) ist eine Korrektureinrichtung der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei welcher die Blindbelastungen der Blindleitungen durch jeweils drei Resonatoren im Zuge der Blindleitung realisiert sind. Hierzu ist ein am Ende kurzgeschlossener Hohlleiter mit fünf hintereinanderliegenden Lochblenden versehen. Eine solche Anordnung ist ziemlich kompliziert und aufwendig, und ihre praktische Konstruktion stößt auf Schwierigkeiten, wenn die Betriebsfrequenzen im Bereich von Millimeterwellen liegen. Hohlleiter für diese Frequenzen haben Querschnittsabmessungen von weniger als 4x2 mm, und die Betriebswellenlängen, die für die Dimensionierung der Resonatoren ausschlaggebend sind, liegen in ähnlicher Größenordnung. Beim Bau der belasteten Blindleitungen müssen daher im bekannten Fall Toleranzen von Bruchteilen von Millimetern eingehalten werden, was bei der Bemessung und Plazierung der Lochblenden zu einem Problem wird.

Ein weiteres Problem bei der bekannten Korrektureinrichtung ist die Schwierigkeit, die beiden an den 3-db-Koppler anzuschließenden Impedanzen völlig gleich auszubilden. Eine solche gleichartige Ausbildung ist notwendig, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Auch eine nachträgliche Angleichung durch entsprechende Justierung von in die Resonatoren greifenden Trimmschrauben ist äußerst aufwendig und zeitraubend, da sich gegenseitig beeinflussende Einstellungen über insgesamt 6 Schrauben vorgenommen werden müssen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Korrektureinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich durch besondere Einfachheit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blindleitwertbelastungen jeweils durch eine oder mehrere Fehlanpassungen in den Blindleitungen entstehen, die durch seitliche Versetzung von Abschnitten der jeweiligen Blindleitung in Richtung der H-Ebenc gebildet sind.

Die Herbeiführung von Fehlanpassungen in den

Blindleitungen durch seitliche Versetzung ist weit weniger kompliziert als der Bau der bekannten Belastungsimpedanzen. Es brauchen keine zusätzlichen Elemente, wie Blenden oder Abstimmschrauben, in die Blindleitungen eingefügt zu werden, und ein«. Justierung kann auf einfache Weise durch Änderung des Maßes der Versetzung erfolgen. Es bedeutet auch keine Schierigkeit, die Versetzung bei beiden Blindleitungen einander gleich zu halten, denn es ist möglich, gemäß einer bevorzugten Aissführungsform der Erfindung die jeweils einander entsprechenden Abschnitte der beiden Blindleitungen in ein und demselben Block unterzubringen, so daß eine Veränderung der Versetzung im Zuge der einen Blindleitung automatisch zu einer gleich großen Versetzung im Zuge der anderen Blindleitung führt.

Jede Korrektureinrichtung kann die Nichtlinearität des Phasengangs innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs ausgleichen, und falls eine Linearität über einen weiten Bereich gewünscht ist, können mehr als eine Korrektureinrichtung hintereinander angeordnet werden. Wie nachstehend noch erkennbar werden wird, lassen sich die erfindungsgemäßen Korrektureinrichtungen für den Phasengang nicht nur zur Herstellung der Linearität, sondern allgemein verwenden, um dem Phasengang eines Wellenleiters innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs irgendeinen gewünschten Verlauf zu geben.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der F i g. 4, 5 und 6 der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig.4 ist ein Blockschaltbild einer modifizierten Frequenzweiche oder Gabel mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Korrektur des Phasengangs,

F i g. 5 zeigt in einem ähnlichen Bild wie F i g. 3, wie sich der Phasengang einer Verzögerungsleitung mit Änderungen der ^pehlanpassung in den Blindleitungen der Korrektureinrichtung ändert,

Fig.6 zeigt die auseinandergenommenen Teile der in F i g. 3 gezeigten Korrektureinrichtung.

Die in Fig.4 insgesamt mit 10' gezeigte Anordnung ist eine erfindungsgemäß modifizierte Ausführung einer Frequenzweiche oder Gabel der in F i g. 1 dargestellten Art. Die Frequenzweiche 10' enthält zwei 3-db-Koppler 12 und 14, zwischen denen sich unter anderem eine Verzögerungsleitung 16 befindet. Um d^:e Nichtlinearität des Phasertgangs der Verzögerungsleitung 16 zu kompensieren, ist in diese Verzögerungsleitung eine Korrektureinrichtung eingefügt, die innerhalb der gestrichelten Umrahmung dargestellt und allgemein mit 15 bezeichnet ist. Die Korrektureinrichtung 15 enthält einen 3-db-Koppler 18, dessen Eingänge mit Jer Verzögerungsleitung 16 verbunden sind und dessen Ausgänge an Blindleitungen 20 und 22 angeschlossen sind. Bei den Blindleitungen handelt es sich um Wellenleiterlängen, die jeweils mit einem Kurzschluß SIC abgeschlossen sind. An einer Stelle auf der Länge jedes Wellenleiters befindet sich jeweils eine Fehlanpassung 24 bzw. 26. Während in der Zeichnung an jeder Blindleitung nur eine Fehlanpassung gezeigt ist, können natürlich im Bedarfsfall jeweils mehrere solcher Fehlanpassungen vorgesehen sein.

Um die Arbeitsweise der in Fig.4 dargestellten Korrektureinrichtung 15 zu erläutern, sei zunächst angenommen, die Fehlanpassungi'n 24 und 26 wären nicht vorhanden. Am kurzgeschlossenen Ende der Blindleitungen 20 und 22 werden die in den Leitungen laufenden elektromagnetischen Wellen reflektiert, was zur Folge hat, daß irgendwelche vom 3-db-Koppler 12 zum 3-db-Koppler 18 gelangenden Signale vom 3-db-Koppler 18 an den 3-db-Koppler 14 weitergegeben werden, nachdem sie eine Phasenverzögerung erfahren haben, die der doppelten Länge der Blindleitung 20 entspricht. In Wirklichkeit wird die an einem Eingang des 3-db-Kopplers ankommende Welle in gleichen Teilen auf die Blindleitungen 20 und 22 aufgeteilt, und nach Reflexion an den Kurzschlußenden der Blindleitungen 20 und 22 vereinigen sich die Wellen wieder, um sich am anderen Eingang des 3-db-Kopplers 18 aufbauend zu überlagern.

In den Blindleitungen 20 und 22 bauen sich stehende Wellen auf, und der jeweilige Einfluß der Fehlanpassungen hängt nun davon ab, wie groß die Intensität der elektrischen und magnetischen Felder am betreffenden Ort ist. Dies hängt wiederum von der Frequenz ab. Für bestimmte Frequenzen sind die elektrischen und magnetischen Felder am Ort der Fehlanpassung minimal, so daß die Fehlanpassung auf diese Frequenzen geringen Einfluß hat. Wenn jedoch die elektrischen und magnetischen Felder am Ort der Fehlanpassung ein Maximum haben, erfolgt an der Fehlanpassung eine teilweise Reflexion, wodurch die Phasenverzögerung der nach Reflexion empfangenen Signale verkürzt wird.

Die Wirkung verschiedener Fehlanpassungen ist in Fig.5 veranschaulicht, wo die Grundkurve C durch Einfügung von Fehlanpassungen verschiedenen Blindleitwerts (Suszeptanz) in den Blindleitungen 20 und 22 in die Kurven C und C" modifiziert ist. Es läßt sich erkennen, daß die Phasenkennlinie bei positivem Blindleitwert + jB der Fehlanpassung stärker und in der gleichen Richtung gekrümmt ist wie die Kurve C, während bei negativem Blindleitwert die Krümmung entgegengesetzte Richtung hat. Durch geeignete Wahl eines negativen Blindleitwerts ist es möglich, die Kennlinie im Bereich zwischen den Frequenzen /i und h dem gestrichelt gezeichneten idealen Verlauf I anzunähern.

Der körperliche Aufbau der Korrektureinrichtung sei nachstehend an Hand der F i g. 6 beschrieben. In die Kupferblöcke 34 und 36 sind jeweils zwei Nuten oder Rillen 30 und 32 gearbeitet, die beim Aufeinanderlegen der Blöcke zwei Rechteckhohlleiter bilden. Die Blöcke 34 und 36 sind mit Löchern 38 versehen, durch welche Schrauben zum Zusammenhalten der Blöcke greifen. In der Zwischenwand 42 zwischen den Nuten 30 und 32 sind Schlitze 40 ausgebildet, so daß Energie von einem in den anderen Hohlleiter übertragen werden kann. Eine solche Anordnung kann bekanntlich einen 3-db-Koppler darstellen. Die in der Zeichnung rechts von den Schlitzen liegenden Enden der Hohlleiter 30 und 32 sind die Eingänge des 3-db-Kopplers, während die anderen Enden die Ausgänge bilden.

Am Ende der Blöcke 34 und 36 ist ein weiterer Block 44 befestigt, der Sacklöcher 46 mit dem gleichen Rechteckquerschnitt wie die Hohlleiter aufweist. Im Block 44 befinden sich ferner Schlitze bzw. Langlöcher 48, durch welche Schrauben in die Blöcke 34 und 36 greifen, um den Block 44 festzuhalten. Die Blindleitungen werden somii durch kurzgeschlossene Hohlleiter gebildet, die im Block 44 enden. Die Fehlanpassung kann dadurch erreicht weiden, daß man den Block 44 quer zu den Blöcken 34 und 36 nach oben und unten bewegt (in der Sicht der F i g. 6), so daß eine Fehlanpassung zwischen den Blindleitungsabschnitten innerhalb und außerhalb des Blocks 44 entsteht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Korrektur des Phasengangs eines verzögernden Mikrowellen-Übertragungsgliedes, bestehend aus einem 3-db-Koppler, der mit seinen beiden Eingängen in den Übertragungsweg eingefügt ist und der ausgangsseitig mit einem Paar durch Blindleitwerte belasteter Blindleitungen abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleitwertbelastungen jeweils durch eine oder mehrere Fehlanpassungen (24, 26) in den Blindleitungen (20,22) entstehen, die durch seitliche Versetzung von Abschnitten der jeweiligen Blindleitung in Richtung der Η-Ebene gebildet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einander entsprechenden Abschnitte der beiden Blindleitungen in jeweils einem gemeinsamen Block (34; 36; 44) untergebracht sind. ίο