DE2422843C3

DE2422843C3 - Regelbares Dampfungsglied für insbesondere kurze elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE2422843C3
Application number: DE2422843A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 8032 Lochham Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1978-09-21
Also published as: BR7502878A; IN142563B; FR2270687A1; ATA347175A; SE7505316L; DE2422843A1; ATA310076A; SE400434B; AT347175B; NL7505565A; JPS50156346A; FR2270687B1; AU8100175A; AT349064B; GB1510150A; LU72421A1; IE41291L; IT1037829B; CH576726A5; DK205675A

Description

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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, bei dem einer der beiden Regelwiderstände über einen Leitungstransformator wirksam ist, dessen elektrische Länge ein ungeradzahliges Viertel der mittleren Betriebswellenlänge beträgt und bei dem beide Regelwiderstände gleich groß und gleichsinnig gesteuert sind.

Dämpfungsglieder dieser Art sind durch die französische Patentschrift 15 22 335 bekannt. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die an sich gegensinnige Regelung der beiden Regelwiderstände im Überbrückungszweig und im Querzweig des ein überbrücktes T-Glied darstellenden Regelglieds dadurch gleichsinnig erfolgen kann, daß einer der beiden Regelwiderstände über einen λ/4-Transformator wirksam ist. In elektrisch steuerbarer Ausführungsform können bei solchen Dämpfungsgliedern die Regelwiderstände durch Halbleiterdioden verwirklicht sein, die in zueinander parallelen Stromkreisen an die gemeinsame Regelspannung angeschaltet sind. Auch ist es beispielsweise durch die Zeitschrift »Revue US IEEE SPECTRUM«, Volume 7, Nr. 3, Mars 1970, Seite 91, bekannt, für in ihrer Dämpfung steuerbare überbrückte T-Glieder als Regelwiderstände PIN-Dioden zu verwenden.

Der Widerstand einer Halbleiterdiode ist in relativ hohem Maße von der Temperatur abhängig, so daß

4^r>

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bO relativ hohe Anforderungen an die die Steuergröße liefernden elektrischen Quellen gestellt werden müssen. Infolge der unvermeidbaren Abweichungen im Temperaturverhalten der beiden Halbleiterdioden lassen sich auch bei exakter Obereinstimmung der an ihnen anliegenden Steuerspannungen gleiche Widerstandswerte nicht ohne weiteres gewährleisten. Dies gibt besonders dann zu Schwierigkeiten Anlaß, wenn in Abhängigkeit der einstellbaren Dämpfung eines solchen Dämpfungsgliedes hohe Anforderungen an die Konstanz seines Wellenwiderstandes gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein elektrisch regelbares Dämpfungsglied der einleitend beschriebenen Art eine einfache Möglichkeit zur Gewährleistung eines exakt gleichsinnigen, von Temperaturschwankungen weitgehend unabhängigen Regelverhaltens der beiden Regelwiderstände aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem regelbaren Dämpfungsglied der genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die steuerbaren, durch PIN-Dioden verwirklichten Regelwiderstände sich in Serienschaltung im Stromkreis einer Einstellvorrichtung befinden.

Durch die DE-AS 21 06166 ist auch bereits ein regelbares Dämpfungsglied in Form einer überbrückten T-Schaltung bekannt, dessen regelbare Widerstände durch PIN-Dioden verwirklicht sind. Bei dieser bekannten Anordnung müssen die beiden Dioden gegensinnig angesteuert werden, soll der Wellenwiderstand des Dämpfungsgliedes durch die Regelung nicht beeinflußt werden. Dies wiederum hat zur Folge, daß beide PIN-Dioden in verschiedenen Stromkreisen der Einstellvorrichtung angeordnet sind und zugleich hinsichtlich einer konstant zu haltenden Spannung in Serie geschaltet sind. Eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit wird dadurch erschwert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Stromsteuerung der PIN-Dioden in der Weise, daß beide PIN-Dioden vom gleichen Steuerstrom durchflossen werden, ein exakt gleichsinniges Regelverhalten der beiden PIN-Dioden auch im Hinblick auf unterschiedliches Temperaturverhalten gewährleistet ist, weil der Hochfrequenzwiderstand einer PIN-Diode von der Größe des sie durchfließenden Steuerstroms festgelegt wird.

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.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 die bekannte Grundschaltung eines überbrückten T-Gliedes mit zueinander dualen steuerbaren Regelwiderständen im Querzweig und im Überbrükkungszweig,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 3 ein zweites Aiisführungsbeispiel nach der Erfindung.

Zunächst sollen am Schaltbild eines regelbaren Dämpfungsgliedes in Gestalt eines überbrückten T-Gliedes nach F i g. 1 die grundsätzlichen Eigenschaften eines solchen Dämpfungsvierpols dargelegt werden. Der Innenwiderstand der Signalquelle, die Widerstände in den beiden Längszweigen und der Abschlußwiderstand sind auf den Wellenwiderstand Zq, 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 η bezeichnet Die von der Signalquelle Sig erzeugte Spannung hat am Vierpoleingang den Wert u\ und am Vierpolausgang den Wert U₂.

Für die Übertragungsfunktion des Dämpfungsvierpols nach F i g. 1 gilt

U₂ ₌ 1 + 2 T₁ + T₁ T₂ U₁ 1 + 2 (T₁ + T₂) + 3 T₁ T₂ '

Ferner ergibt sich ein Eingangswiderstand zu

Z, =

1 + 2 (r_t + T₂) + 3 T₁ T₂ 3 + 2 (r, + r₂) + r, r₂

(I)

(H)

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

T₂ = — , T₁ =

(III)

Durch Einsetzen der Beziehungen nach (111) in die Gleichung (I) ergibt sich

U₁

1 + r

und in Gleichung(ll)

Z₁=I.

(IVa)

(IVb)

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

Die Spannungsdämpfung errechnet sich daher zu

Bei der ersten Ausführungsform nach Fig.2 einer erfindungsgemäßen Realisierimg des Netzwerkes nach Fig.l ist die Signalquelle Sig durch den Koaxialieitungsanschluß 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 r₂ bezeichnet und durch eine PIN-Diode realisiert. In gleicher Weise ist der normierte steuerbare Regelwiderstand r₂ im Querzweig durch eine PIN-Diode verwirklicht, der jedoch im genannten Querzweig über den A/4-Leitungstransformator LT wirksam wird. Die Größe der RegeSwiderstände η wird durch den die PIN-Dioden durchfließenden Strom bestimmt. Dieser Strom wird von der Einstelleinrichtung EE geliefert und ist mit /_r bezeichnet. Der Stromkreis für den Strom i_r wird gebildet durch die Reihenschaltung des Widerstands Λο, der Drossel Dr, des Regelwiderstandes r₂ im Überbrükkungszweig, des Widerstandes t im rechten Längszweig und des Leitungstransformators LT mit dem abschlußseitigen Regelwiderstand /> im Querzweig. 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 Gleich-Stromabblockung sind noch drei Kondensatoren Cl, C2 und C3 vorgesehen, von denen die Kondensatoren Cl und C3 im Verbindungsweg zwischen dem eingangs- und ausgangsseitigen Koaxialleitungsanschluß Le und La und dem eigentlichen Dämpfungsglied und der Kondensator C 2 im Verbindungsweg vom Eingangsanschluß zum Regelwiderstand r₂ im Überbrückungszweig angeordnet sind.

Durch den λ/4-Leitungstransformator L7"nach F i g. 2 wird der im Querzweig wirksame Regelwiderstand η nach F i g. 1 frequenzabhängig. Unter der Voraussetzung, daß der normierte Wellenwiderstand des einen Koaxialleitungsabschnitt darstellenden Leitungstransformators LT mit m bezeichnet wird und η die auf die Mittenfrequenz normierte Betriebsfrequenz ist, ergibt sich

-^- = +201g(l

Für die Reflexionsdämpfung ergibt sich

(V)

a_r = 20 Ig

Z₁-H
Z₁-I

= ao für Z₁ = 1. (VI) T₁ =

r₂ 4- j m² tg y »/

+ j r₂ tg y

(VII)

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 η und η im gesamten Regelbereich die Dualitätsbedingung erfüllen müssen und ihre unterschiedliche Größe die Kompensation ihres Temperaturverhaltens wesentlich erschwert.

Unter der Voraussetzung, daß

)/ = 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 F i g. 2 auch dann funktioniert, wenn der Wellenwiderstand des Leitungstransformators LT nicht gleich dem Wellenwiderstand Zb gewählt ist. Die Abweichung von m=\ hat jedoch eine Einschränkung des Frequenzbereichs, in dem die Schaltung innerhalb der gewünschten Toleranz arbeitet, zur Folge.

Die in F i g. 3 dargestellte, der F i g. 2 analoge Schaltung unterscheidet sich davon lediglich dadurch, daß hier die beiden durch PIN-Dioden dargestellten Regelwiderstände den Wert η haben und der Regel-

widerstand η im Überbrückungszweig über den λ/4-l.eitungstransformator LFaIs Regelwiderstand r₂ nach Fig. 1. und zwar entsprechend Gleichung (III) wirksam ist. Der l.eitungstransformator LT ist bei der Ausführungsform nach F i g. 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 F i g. 2 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 F i g. 2. Dies liegt daran, daß bei der Ausführungsform nach Fi g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Oberbrückungszweig, bei dem einer der beiden Regelwiderstände über einen Leitungstransformator wirksam ist, dessen elektrische Länge ein ungeradzahliges Viertel der mittleren Betriebswellenlänge λ beträgt und bei dem beide Regelwiderstände gleich groß und gleichsinnig gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren durch PIN-Dioden verwirklichten Regelwiderstände (n, r₂) sich in Serienschaltung im Stromkreis einer Einstellvorrichtung (EE) befinden.

2. Regelbares Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstransformator (LT) ein Koaxialleitungsabschnitt ist.

3. Regelbares Dämpfungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstransformator (LT) ein symmetrischer Doppelleitungsabschnitt ist.

4. Regelbares Dämpfungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand des Leitungstransfor- jo mators (LT, LT') gleich dem Wellenwiderstand (Zo) des Dämpfungsgliedes ist.