DE2361561C3 - Als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybridverzweigung - Google Patents
Als magisches T verwendbare 4-Tor-HybridverzweigungInfo
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
- H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
- H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
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Die Erfindung betrifft als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybridverzweigungen gemäß dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1.
Eine Hybridverzweigung ist aus dem Aufsatz »A new class of microstrip directional couplers« von F. C. de
Ronde, erschienen in G-MTT 1970 International Microwave Symposium, Digest of Technical Papers, May
11-14, 1970, Seiten 184, 185 und 188 bekannt. Die gleichachsig angeordneten, nur in einer der beiden Leitungstechniken
ausgeführten Verzweigisngsleitungen bestehen aus einer Streifenleitung, die zusammen mit
einer weiteren auf der gleichen Großfläche des Keramiksubstrates aufgebrachten Streifenleitung die Paral-IeI-T-Verzweigung
bildet. Die andere, den gemeinsamen Verzweigungspunkt einspeisende Leitung ist eine auf
der anderen Großfläche des Substrates aufgebrachte Schlitzleitung, die mit der erstgenannten Streifenleitung
gekoppelt ist und daher mit dieser die Serien-T-Verzweigung bildet. Diese bekannte Hybridverzweigung
zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus, setzt aber Adapter voraus, sofern die mit der Verzweigung zu
verbindenden Wellenleiter nicht vom gleichen Leitertyp wie die beiden einspeisenden Leitungen, also am Serienanschluß
eine Schlitzleitung und am Parallelanschluß eine Streifenleitung, sind.
Aus der US-PS 35 30 407 ist weiterhin eine breitbandige Hybridverzweigung in Streifenleitertechnik bekannt,
die jedoch verhältnismäßig aufwendig in der Fertigung ist, da sie einerseits durchmetallisierten Durchbrüche
im Substrat und andererseits eine zusätzliche Isolationsschicht zwischen einem der Streifenleitungsabschnitte
und einem darüber angeordneten dünnen Draht erfordert, so daß ein mehrstufiges Herstellungsverfahren
benötigt wird.
Ferner ist aus der US-PS 36 78 395 eine breitbandige planare Ringschaltung bekannt, die als Ringmischer
oder Frcquenzvervielfacher verwendbar ist und aus einer
Schlitzleitung sowie einer Koplanarleitung besteht, in deren Verzweigungspunkt die vier Dioden angeordnet
sind. Als magisches T ist diese bekannte Pseudo-Hybridverzweigung nicht verwendbar, weil von dem Verzweigungspunkt
keine planaren Leitungen symmetrischen Feldaufbaus abgehen, sondern das abwärts oder
aufwärts gemischte Signal dem Verzweigungspunkt mittels zweier Drahtleitungen entnommen wird.
Schließlich ist aus der DE-OS 20 55 710 eine teils aus
Koplanarleitungen und teils aus Streifenleitungen aufgebaute Hybridverzweigung bekannt Da beide Leitungstypen
symmetrischen Feldaufbau besitzen, kann die erforderliche Kopplung jedoch nur durch einen
streckenweise parallelen Verlauf der Leitungen und symmetrische Einspeisung einer derselben erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als magisches T verwendbare 4-Tor- Hybrid Verzweigungen der
gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei denen die Anschlüsse zumindest der in den Verbindungspunkt einspeisenden
Leitungen auf der gleichen Großfläche des Substrats liegen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben. Hierbei besteht der
Parallelanschluß aus einer Koplanarleitung, der Serienansch'uß aus einer Schlitzleitung.
In der Zeichnung ist die Hybridverzweigung nach der Erfindung an Hand von beispielsweise gewählten Ausführungsformen
schematisch veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 ein magisches T bekannten Aufbaus,
F i g. 2 eine Streifenleitung,
F i g. 3 eine Koplanarleitung,
F i g. 4 eine Schlitzleitung,
Fig.5 ein magisches T, bestehend aus Schlitzleitungen
und einer Koplanarleitung,
F i g. 6 ein magisches T, bestehend aus Koplanarleitungen und einer Schlitzleitung.
Fig. 1 zeigt eine entkoppelte Verzweigung oder ein magisches T bekannten Aufbaus in Hohlleiterausführung.
Diese Verzweigung besitzt vier Arme 1, 2, 3, 4. Wenn beispielsweise die Arme 2, 3 und 4 reflexionsfrei
abgeschlossen sind und in den Arm 1 eine hinlaufende Welle geschickt wird, so erreicht den Arm 4 keinerlei
Energie, während sich in den Armen 2 und 3 identische elektrische Felder einstellen. Ebenso wird bei Anregung
über den Arm 4 keinerlei Energie dem Arm 1 zugeführt, während in den Armen 2 und 3 einander entgegengesetzte
elektrische Felder auftreten. Diese Eigenschaften sind zufolge der Tatsache, daß zwischen den Armen 1
und 4 keine Kopplung besteht, etwas voneinander verschieden. Wenn in diese Arme Anpassungselemente
derart eingeführt werden, daß ihre Reflexionskoeffizienten Null sind, wird aus dieser Verzweigung ein magisches
T, bei dem eine vollständige elektromagnetische Symmetrie zwischen den Armen 2 und 3 einerseits bzw.
1 und 4 andererseits besteht.
Wie nun einleitend bereits bemerkt, ist es zwar ohne weiteres möglich, Parallel-T-Verzweigungen aus Koaxialleitungen
oder aus ebenen Leitungen, wie etwa den 3-Platten-Leitungen oder den Streifenleitungen (microstrip),
herzustellen; dies gilt jedoch nicht für Serien-T-Verzweigungen, bei denen die Kopplung mittels bestimmter
Kunstgriffe hergestellt werden muß, beispielsweise durch die Verwendung von ringförmig verteilten
/2/4-Stichleitungen.
Die gleichzeitige Verwendung von Koplanarleitungen, Streifenleitungen und Schlitzleitungen gestatte; indessen
die Realisierung von ebenen Hybridverzweigungen, insbesondere von magischen T.
Es werden drei Grundtypen von Leitungen verwendet die durch Metallisierung auf einer planen Substratplatte herstellbar sind.
a) Die in F i g. 1 dargestellte Streifenleitung oder microstrip-Leitung
besteht aus einem ebenen, schmalen und dünnen leitenden Streifen 5 auf einer dielektrischen
Schicht 6, die sich ihrerseits auf einer leitenden Ebene 7, der Masseebene, befindet Eine
derartige Leitung besitzt einen symmetrischen Feldaafbau ?in bezug auf die durch die Achse D
des Streifens gehende Symmetrieebene P der Leitung.
b) In F i g. 3 ist eine sogenannte Koplanarleitung dargestellt Das keramische Substrat 6 oder der keramische
Träger hoher Dielektrizitätskonstante ist durch Metallisierung beispielsweise seiner oberen
Fläche 9 leitend gemacht; in diese leitende Ebene ist ein Schlitz 10 eingebracht, durch den ein leitender
Streifen 11 symmetrisch zur Mittelachse D der
Anordnung hindurchläuft. Die Koplanarleitung besteht folglich aus einem Keramiksubstrat, versehen
mit zwei Masseebenen 12 und 13, die durch einen Schlitz 10 voneinander getrennt sind, in dem sich
ein leitender Streifen 11 befindet, dessen Breite geringer als die Breite des Schlitzes ist. Eine sich in
dieser Leitung fortpflanzende Welle besitzt eine in bezug auf die Symmetrieebene P der Leitung symmetrische
elektrische Feldverteilung, wie dies die Pfeile andeuten.
c) Fig.4 veranschaulicht eine Schlitzleitung, die
durch Einbringen eines Schlitzes 14 in die metallisierte Fläche eines Keramiksubstrates hoher Dielektrizitätskonstante
erzielt wird. Eine solche Schlitzleitung umfaßt daher zwei durch einen Schlitz 14 voneinander getrennte Masseebenen 17,
18 Bei dieser Leitung ist das Strahlungsfeld des Schlitzes unsymmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene
Pder Leitung.
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Mit diesen drei Leitungsarten oder Leitungstypen, deren Eigenschaften vorstehend beschrieben wurden, ist
es möglich, magische T aufzubauen.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer T-Verzweigung, die aus einer Koplanarleitung und aus
Schlitzleitungen aufgebaut ist. Diese Ausführungsform umfaßt ein Keramiksubstrat 6 hoher Dielektrizitätskonstante,
dessen obere Großfläche metallisiert ist. Diese Fläche ist mit einer Koplanarleitung der in Fig.3 dargestellten
Art, bestehend aus einem Streifenleiter 11 längs der Achse eines demgegenüber etwas breiteren
Schlitzes 10 sowie mit zueinander rechtwinkligen Schützleitungen 20, 21 versehen. Die vier Anschlüsse
dieser T-Verzweigung sind wiederum mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet. λ
Der Anschluß 1, d. h. die Koplanarleitung, wird beispielsweise durch eine Welle symmetrischen Typs erregt,
die in den beiden Teilen des Schlitzes 10 ein elektrisches Feld ausbildet, das von jeder Kante des Streifens
zu den entsprechenden Kanten des Schlitzes 10 gerichtet ist. Wenn die Hybridverzweigung angepaßt ist,
so ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Energie in den beiden Teilen der Schlitzleitung 21 senkrecht zu
der Koplanarleitung. und die entsprechenden elektrischen Felder e2i und e22"in de.i beiden Anschlüssen 2 b5
und 3 sind gleichphasig Dieser Anschluß 1 besitzt die Eigenschaften eines Parallelk;m.ils einer T-Verzweigung.
Ergänzend zu Fig. 5 ist /u bemerken, daß der
Streifen 11 der Koplanarleitung sich in einem eine Streifenleitung
bildenden Streifen fortsetzt, der sich auf der unteren, nichtmetallisierten Großfläche des Keramiksubstrates
befindet wodurch eine vollständige Kopplung des Anschlusses mit den Anschlüssen 2 und 3 erzielt
wird.
Wenn der Anschluß oder Weg 4 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Enden erregt wird, erzeugt
das elektrische Feld e20* infolge der Kontinuität der
Ströme /20' und /200* an der Stoßstelle mit den Anschlüssen
2 und 3 gleich große, jedoch gegenphasige elektrische Felder e20l und e200. Damit sind die Bedingungen
eines Serienkanals einer T-Verzweigung erfüllt Die Anschlüsse 1 und 4 sind folglich vollständig
voneinander entkoppelt Die Ausführungsform nach F i g. 5 stellt somit ein magisches T dar, dessen Anschluß
1 der Parallelanschluß und dessen Anschluß 4 der Serienanschluß sind.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines magischen T nach der Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt und umfaßt
eine T-Verzweigung aus KoplanarJeitungen und eine
Schlitzleitung auf dem keramischen Substrat 6.
Die koplanaren Leitungen sind mit 25 und 250 bezeichnet, während die auf derselben metallisierten Fläche
des Keramiksubstrates 6 aufgebrachte Schlitzleitung mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist. Die Anschlüsse
der vollständigen Verzweigung sind mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet.
Wenn der Anschluß 1 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Eingänge erregt wird, erhält man eine
Verteilung des elektrischen Feldes in der Leitung 25, wie sie durch die Pfeile /3, /4 in F i g. 6 wiedergegeben
ist. Die in den beiden Teilen der koplanaren Leitung 250 erzeugten Felder sind gleichphasig. Diese Felder sind
mit /"30 und /40 bezeichnet. Der den leitenden Streifen
der koplanaren Leitung 25 durchfließende Strom /25 teilt sich auf die beiden Abschnitte der Leitung 250 auf,
und das Feld in diesen beiden Abschnitten hat die durch die Pfeile /"30 und /40 einerseits sowie /"31 und /41
andererseits angegebene Richtung. Diese Felder befinden sich auf beiden Teilen der Leitung 250 in Phase, so
daß die aus den beiden koplanaren Leitungen bestehende Verzweigung eine Parallel-T-Verzweigung ist.
Die Schlitzleitung 26 ist auf derselben Fläche wie die koplanaren Leitungen, d. h. hier auf der metallisierten,
oberen Fläche des Keramiksubstrates 6 angeordnet. Diese Schlitzleitung wird beispielsweise durch ein Feld
e~2f) angeregt. Dieses Feld erzeugt am Stoß mit der
Leitung 250 die in den beiden Teilen der Leitung 250 gegenphasigen Felder /5 und /6. Der den leitenden
Streifen der Leitung 250 durchfließende Strom /26 erregt in dem der Schlitzleitung 26 gegenüberliegenden
Teil der Schlitzleitung 250 Felder gemäß den Pfeilen /50 und /60. Die aus den Leitungen 250 und 26 bestehende
Verzweigung verhält sich folglich wie eine Serien-T-Verzweigung.
Die Breite der Schlitzleitung 26 soll relativ gering im
Verhältnis zu derjenigen der Koplanarleitung sein, um Störungen in der in Höhe der Leitung 26 in der Leitung
250 gebildeten Öffnung zu vermeiden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele von nur eine Ebene einnehmenden, entkoppelten Verzweigungen
beruhen demnach auf der Vereinigung passender Leitungstypen, nämlich Koplanarleitungen. Schlitzleitungen
und Streifenlcitungen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybrid verzweigung, die aus planaren Wellenleitertypen auf einem Keramiksubstrat hoher Dielektrizitätskonstante aufgebaut ist und aus einer Serien-T-Verzweigung unter Verwendung eines Schlitzleitungstyps sowie einer Paraliel-T-Verzweigung unter Verwendung eines koplanaren Leitungstyps besteht, wobei die einspeisenden Leitungen unterschiedlichen Leitungstyps derart zueinander angeordnet sind, daß sie in entgegengesetzten Richtungen vom Verzweigungspunkt wegführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Serien-T-Verzweigung und der Parallel-T-Verzweigung die zu den einspeisenden Leitungen rechtwinklig angeordneten Verzweigungsleitungen in der Weise gemeinsam sind, daß entweder die Verzweigungsleitungen Schlitzleitungen (21 in Fig.5) auf der gleichen Großfläche des Substrats (6) sind und sich die Koplanarleitung (10) in einer Streifenleitung auf der anderen Großfläche des Substrats fortsetzt oder die Verzweigungsleitungen Koplanarleitungen (250) sind, und daß die Schlitzleitungen (20,21, 26) und die Koplanarleitungen (10,25,250) auf die gleiche Großfläche des Substrats (6) aufgebracht sind.
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