DE2422843A1

DE2422843A1 - Regelbares daempfungsglied fuer insbesondere kurze elektromagnetische wellen

Info

Publication number: DE2422843A1
Application number: DE2422843A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1975-11-13
Also published as: JPS50156346A; DE2422843B2; IN142563B; ATA347175A; GB1510150A; AT347175B; DK205675A; IE41291B1; DE2422843C3; CH576726A5; SE400434B; NL7505565A; LU72421A1; ATA310076A; SE7505316L; FR2270687A1; BE828889A; AR203915A1; AU8100175A; IE41291L

Description

Regelbares Dämpfungsglied für insbesondere kurze elektromagnetische Wellen

Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares Dämpfungsglied für insbesondere kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens annähernd konstantem Wellenwiderstand in einem vorgegebenen Frequenz- und Regelbereich, bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied mit je einem elektronisch steuerbaren Regelwiderstand im Querzweig und im Überbrückungszweig. *

Dämpfungsglieder dieser Art sind beispielsweise durch die Literaturstelle "Electronic Design", 15, July 22, 1971, Seiten 66 und 67 bekannt. Sie haben in den letzten Jahren z.B. bei Empfängern in Richtfunksystemen Bedeutung erlangt, bei denen bekanntlich eine Verstärkungsregelung in Abhängigkeit der stark schwankenden Empfangsfeldstärke notwendig ist. An sich könnte zwar die Verstärkung unmittelbar durch eine Regelung des Verstärkungsgrades im Zwischenfrequenzteil eines solchen Empfängers vorgenommen werden. Wie die Praxis zeigt, ist dies jedoch recht problematisch, weil durch den Regelvorgang der Arbeitspunkt der Verstärkertransistoren geändert wird und dadurch sich weitere Parameter, z.B. der Reflexionsfaktor, ändern. Eine solche Änderung ist sehr unerwünscht, da sie die gegenseitige wellenwiderstandsmäßige Anpassung der verschiedenen miteinander zusammengeschalteten Baugruppen stört. Besonders kritisch ist es in diesem Zusammenhang, wenn dem zu regelnden Verstärker ein Filter vor- oder nachgeschaltet ist, weil die Änderung einer das Filter eingangsseitig oder

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ausgangsseitig abschließenden Impedanz in der Regel zu einer Änderung der selektiven Eigenschaften des Filters führt.

Es ist daher besser, den oder die Verstärker für eine optimale Verstärkung auszulegen und den gewünschten Signalpegel durch ein ihm vor- oder nachgeschaltetes, in seiner Dämpfung veränderbares Netzwerk einzustellen. An ein solches Dämpfungsnetzwerk muß dabei die Forderung gestellt werden, daß es seinen an die übrige Schaltung angepaßten Wellenwiderstand in einem vorgegebenen Frequenz- und Regelbereich nicht ändert. Diese Forderung erfüllt das genannte überbrückte T-Glied, wenn die beiden Regelwiderstände im Quer- und im Überbrückungszweig zueinander dual sind und diese Dualitätsbedingung über den gesamten Regelbereich eingehalten wird. Dies bedeutet, daß die beiden Regelwiderstände gegensinnig geregelt werden müssen. Der Aufwand hierfür ist erheblich, da jeder der beiden Regelwiderstände eine eigene Steuergröße benötigt und die beiden Steuergrößen auf Grund der Dualitätsforderung in einer vorgegebenen gegenseitigen Abhängigkeit stehen.

Wie die Praxis zeigt, läßt sich die Forderung nach einem von der Regelung unabhängigen Wellenwiderstand eines solchen Dämpfungsgliedes nicht mit ausreichender Genauigkeit verwirklichen. Dies hat u.a. seinen Grund darin, daß die unterschiedliche Werte aufweisenden und in unterschiedlicher Weise gesteuerten Regelwiderstände ein unterschiedliches Temperaturverhalten zeigen, das auch unter Anwendung temperaturkompensierender Maßnahmen nur unvollkommen beherrscht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein regelbares Dämpfungsglied der einleitend beschriebenen Art eine

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weitere Lösung anzügeben, die die genannten Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln überwindet.

Ausgehend von einem regelbaren Dämpfungsglied für insbesondere kurze elektromagnetische "Wellen mit wenigstens annähernd konstantem Wellenwiderstand in einem vorgegebenen Frequenz- und Regelbereich, bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied mit je einem elektronisch steuerbaren Regelwiderstand im Querzweig und im Überbrückungszweig, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einer der beiden Regelwiderstände über einen Leitungstransformator wirksam ist, dessen elektrische Länge ein ungeradzahliges Viertel der mittleren Betriebswellenlänge Λ beträgt und daß beide Regelwiderstände gleich groß und gleichsinnig gesteuert sind.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die Dualitätsbedingung sich auch mit gleich großen und gleichsinnig gesteuerten Regelwiderständen, verwirklichen läßt, wenn einer der beiden Regelwiderstände über einen geeignet bemessenen Leitungstransformator wirksam wird. Bekanntlich transformiert eine Leitung, deren elektrische Länge ein ungeradzahliges Viertel der Betriebswellenlänge Λ ist, den an ihrem Ausgang vorhandenen Widerstand in einen hierzu dualen Widerstand. Mit Hilfe dieser Transformation wird es also möglich, gleich große und in gleichem Sinne gesteuerte Regelwiderstände zu verwenden, die dabei im gleichen Steuerkreis einer Einstellvorrichtung angeordnet werden können. Da die Widerstände nunmehr immer gleich groß sind und auch die Temperaturabhängigkeit der Transformationsleitung vernachlässigbar klein gehalten werden kann, wird durch die erfindungsgemäße Lösung in vorteilhafter Weise nicht nur der Regelaufwand verringert,

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sondern auch die die Konstanz des Wellenwiderstandes beeinträchtigende unerwünschte Temperatürabhängigkeit beseitigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die steuerbaren Regelwiderstände PIN-Dioden. Dabei befinden sich die beiden Dioden im Stromkreis einer Einstellvorrichtung.

Je nachdem, für welchen Frequenzbereich das Dämpfungsglied vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, als Transformationsleitung einen Koaxialleitungsabschnitt oder einen symmetrischen Doppelleitungsabschnitt vorzusehen. Auch andere Ausführungsformen von Leitungstransformatoren, beispielsweise ein Hohlleitungsabschnitt, können zur Anwendung gelangen.

Besonders günstige Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Wellenwiderstand des Leitungstransformators gleich dem Wellenwiderstand des Dämpfungsgliedes ist.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 die Grundschaltung eines überbrückten T-Gliedes mit zueinander dualen steuerbaren Regelwiderständen im Querzweig und im Überbrückungszweig,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

Zunächst sollen am Schaltbild eines regelbaren Dämpfungsgliedes in Gestalt eines überbrückten T-Gliedes nach Fig. 1 die grundsätzlichen Eigenschaften eines solchen Dämpfungsvierpols dargelegt werden. Der Innenwiderstand der Signalquelle, die Widerstände in den beiden Längszweigen und

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der Abschlußwiderstand sind auf den Wellenwiderstand Zo, den der Dämpfungsvierpol aufweisen soll, normiert und deshalb mit ihrem Wert 1 bezeichnet. Der normierte steuerbare Regelwiderstand im Überbrückungszweig ist mit r₂ und der normierte steuerbare Regelwiderstand im Querzweig mit r^ bezeichnet. -Die von der Signalquelle Sig erzeugte Spannung hat am Vierpoleingang den Wert U₁ und am Vierpolausgang den Wert Up.

Für die Übertragungsfunktion des Dämpfungsvierpols nach Fig. 1 gilt

U₂ 1 + 2 T₂ + ν_Λ

^U1 1+2

Ferner ergibt sich ein Eingangswiderstand zu

1 +2 (r.+r^) + 3r,, τ_ο
Z₁ = — 2—2 1_2 _(II)

^Ί 3 + 2 (r^r₂) + i^ T₂

Sind beide steuerbaren Regelwiderstände r,. und r₂ zueinander dual mit der Dualitätsvarianten Z = 1, so gilt

T₂ = ^r T₁ = r (III)

Durch Einsetzen der Beziehungen nach (III) in die Gleichung (I) ergibt sich

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und in Gleichung (II)

= 1 (IVb)

Durch die Bedingung entsprechend den Gleichungen (III)
wird erreicht, daß die Schaltung reflexionsfrei angepaßt ist, und zwar unabhängig von der Größe der zueinander
dualen Regelwiderstände r,. und r₂·

Die Spannungsdämpfung errechnet sich daher zu

a_u = 20 Ig jj! = +20 Ig (1 + r) . (V)

Für die Reflexionsdämpfung ergibt sich

Z. + 1
a_r = 20 Ig = oo für Z₁ = 1 (Vl)

Wie schon einleitend darauf hingewiesen worden ist, ist
es außerordentlich schwierig, über den gesamten Regelbereich eine ausreichend hohe Reflexionsdämpfung a_r zu erreichen, weil die steuerbaren Regelwiderstände r^ und r₂ im gesamten Regelbereich die Dualitätsbedingung erfüllen müssen und ihre unterschiedliche Größe die Kompensation
ihres Temperaturverhaltens wesentlich erschwert.

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ORIGINAL INSPECTiD

Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 einer erfindungsgemäßen Realisierung des Netzwerkes nach Fig. 1 ist die Signalquelle Sig durch den Koaxialleitungsanschluß Le und der Abschlußwiderstand ebenfalls durch den Koaxialleitungsanschluß La angegeben. Der Wellenwiderstand der betreffenden Koaxialleitungsabschnitte ist gleich dem Wellenwiderstand Zo, auf den die Widerstände in den Längszweigen des überbrückten T-Gliedes normiert sind. Sie sind auch hier, wie im weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, mit ihrem Wert 1 bezeichnet. Der normierte steuerbare Regelwiderstand im Überbrückungszweig ist mit r~ bezeichnet und durch eine PIN-Diode realisiert. In gleicher Weise ist der normierte steuerbare Regelwiderstand T^ im Querzweig durch eine PIN-Diode verwirklicht, der jedoch im genannten Querzweig über den Λ/4-Leitungstransformator LT wirksam wird. Die Größe des Regelwiderstandes Γρ wird durch den die PIN-Dioden durchfließenden Strom bestimmt. Dieser Strom wird von der Einstelleinrichtung EE geliefert und ist mit i_r bezeichnet. Der Stromkreis, für den Strom i wird gebildet durch die Reihenschaltung des Widerstands Ro, der Drossel Dr, des Regelwiderstandes r₂ im Überbrückungszweig, des Widerstandes 1 im rechten Längszweig und des Leitungstransforma-¹' tors LT mit dem abschlußseitigen Regelwiderstand r₂· Dabei stellen der Widerstand Ro und die Drossel Dr die beiden Längszweige eines Sieb-T-Gliedes dar, dessen Querzweig vom Kondensator Co gebildet ist. Zur Gleichstromabblockung sind noch drei Kondensatoren C1, C2 und C3 vorgesehen, von denen die Kondensatoren C1 und C2 im Verbindungsweg zwischen dem eingangs- und ausgabeseitigen Koaxialleitungsanschluß Le und La und dem eigentlichen Dämpfungsglied und der Kondensator C2 im Verbindungsweg vom Eingangsanschluß zum Regelwiderstand r₂ im Überbrückungszweig angeordnet sind.

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Durch den λ/4-Leitungstransformator LT nach Fig. 2 wird der im Querzweig wirksame Regelwiderstand r. nach Fig. 1 frequenzabhängig. Unter der Voraussetzung, daß der normierte ¥ellenwiderstand des einen Koaxialleitungsabschnitt darstellenden Leitungstransformators LT mit m bezeichnet wird und η die auf die Mittenfrequenz normierte Betriebsfrequenz ist, ergibt sich

m · r₉ + j ni² tg i

¹ 1+.Jr₂ tg

Unter der Voraussetzung, daß

(VII)

η_ = 1, 3, 5 ... und m = 1 sind, (VIII)

ergeben sich die in den Gleichungen (IV bis (Vl) angegebenen Beziehungen.

Es sei vermerkt, daß die Schaltung nach Fig. 2 auch dann funktioniert, wenn der Wellenwiderstand des Leitungstransformators LT nicht gleich dem Wellenwiderstand Zo gewählt ist. Die Abweichung von m = 1 hat jedoch eine Einschränkung des Frequenzbereichs, in dem die Schaltung innerhalb der gewünschten Toleranz arbeitet, zur Folge.

Die in Fig. 3 dargestellte, der Fig. 2 analoge Schaltung unterscheidet sich davon .lediglich dadurch, daß hier die beiden PIN-Dioden darstellenden Regelwiderstände den Wert T₁ haben und der Regelwiderstand r^ im Überbrückungszweig über den ^/4-Leitungstransformator lt· _als

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widerstand r~, und zwar entsprechend Gleichung (III) wirksam ist. Der Leitungstransformator LT¹ ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ferner durch eine symmetrische Doppelleitung verwirklicht.

Wie einschlägige Untersuchungen an Versuchsmustern bei einer Mittenfrequenz von 96 MHz und einer Bandbreite von 10 MHz gezeigt haben, bleibt der Reflexionsfaktor unabhängig von der Dämpfungseinstellung unter 5 %. Wie sich weiterhin gezeigt hat, sind beide Ausführungsformen nach den Fig. und 3 nicht in allen Stücken gleichwertig. Bei großen Signaleingangsspannungen verhält sich die Schaltung nach Fig. 3 hinsichtlich des IntermodulationsabStandes für Produkte dritter Ordnung günstiger als die Ausführungsform nach Fig. 2. Dies liegt daran, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Strom durch die PIN-Dioden mit zunehmender Dämpfung ebenfalls zunimmt, d.h. die Dioden niederohmiger werden und daher die Steuerwirkung des.Signalträgers auf die Dioden vermindert wird. Dieser Vorteil muß jedoch mit einem etwas verminderten Regelumfang erkauft werden. Bei der Anwendung wird es im Einzelfall darauf ankommen, welche der beiden Ausführungsformen jeweils die günstigsten Ergebnisse liefert»

5 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

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Regelbares Dämpfungsglied für insbesondere kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens annähernd konstantem Wellenwiderstand in einem vorgegebenen Frequenz- und Regelbereich, bestehend aus wenigstens einem überbrückten T-Glied mit je einem elektronisch steuerbaren Regelwiderstand im Querzweig und im Überbrückungszweig, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Regelwiderstände (r^, r₂) über einen Leitungstransformator (LT, LT¹) wirksam ist, dessen elektrische Länge ein ungeradzahliges Viertel der mittleren Betriebswellenlänge λ beträgt und daß beide Regelwiderstände gleich groß und gleichsinnig gesteuert sind.
2. Regelbares Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Regelwiderstände (r^, T^) PIN-Dioden sind und daß sich beide Dioden im Stromkreis einer Einstellvorrichtung (EE) befinden.'
3. Regelbares Dämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstransformator (LT) ein Koaxialleitungsabschnitt ist.
4. Regelbares Dämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstransformator (LT¹) ein symmetrischer Doppelleitungsabschnitt ist.
5. Regelbares Dämpfungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand des Leitungstransformators (LT, LT^r) gleich dem Wellenwiderstand (Zo) des Dämpfungsgliedes ist.

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