DE2453851A1

DE2453851A1 - HIGH FREQUENCY PHASE SHIFTER IN PRINTED TECHNOLOGY

Info

Publication number: DE2453851A1
Application number: DE19742453851
Authority: DE
Inventors: Guenter Paasche
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2453851B2; DE2453851C3

Description

Hochfrequenz-Phasenschieber in gedruckter Technik. High-frequency phase shifter in printed technology.

Stand der Technik: Die Erfindung betrifft einen Hochfreouenz-Phasenschieber, bei dem die Phasenverschiebung durch Variation einer elektrisch wirksamen Leitungslänge erfolgt.State of the art: The invention relates to a high-frequency phase shifter, in which the phase shift is achieved by varying an electrically effective line length he follows.

Derartige Phasenschieber sind beispielsweise aus dem Buch von Gerhard Megla, Dezimeterwellentechnik, Eachbuchverlag GmbH, Leipzig (1952), S. 246 unter der Bezeichnung "Posaunen" bekannt. Es handelt sich dabei um koaxialleitungen, die zu einer U-Form gebogen sind, wobei deren Schenkel in ihrer Länge veränderlich sind. Eine Änderung der elektrisch wirksamen Länge hat eine Laufzeitänderung und damit eine Phasenänderung der :ubertragenen elektromagnetischen Welle zur Folge.Such phase shifters are, for example, from Gerhard's book Megla, Dezimeterwellentechnik, Eachbuchverlag GmbH, Leipzig (1952), p. 246 under known as "trumpets". These are coaxial lines that are bent into a U-shape, the legs of which are variable in length. A change in the electrically effective length has a change in transit time and thus a phase change of the transmitted electromagnetic wave result.

Solche koaxialen Phasenschieber werden in Hochfrequenzeinrichtungen im Frequenzbereich zwischen 100 und 1500 MHz zur Einstellung der konstanten Betriebswerte verwendet.Such coaxial phase shifters are used in high frequency devices in the frequency range between 100 and 1500 MHz for setting the constant operating values used.

Sie haben den Nachteil, daß sie vor allem für niedrigere Betriebsfrequenzen ziemlich unhandlich und aufwendig sind. Dazu kommt, daß sie sich ohne eine zusätzliche präzise Mshanik schlecht zur Feineinstellung eignen.They have the disadvantage that they are mainly used for lower operating frequencies are quite unwieldy and expensive. In addition, they can be used without an additional precise mechanics poorly suited for fine adjustment.

Aufgabe: Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hochfrequenzphasenschieber anzugeben, der auf dem Prinzip der Snderung einer elektrisch wirksamen Leitungslänge beruht, und der die Nachteile der bekannten Phasenschieber vermeidet.Task: It is the task of the invention to provide a high-frequency phase shifter indicate that is based on the principle of changing an electrically effective line length based, and which avoids the disadvantages of the known phase shifters.

Lösung: Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Der Anspruch 2 betrifft eine erste Ausführungsform in Streifenleitungstechnik, der Anspruch 3 eine zweite Ausführungsform in Mirostreifentechnik.Solution: The task is specified in the claims Funds resolved. Claim 2 relates to a first embodiment in stripline technology, the claim 3 a second embodiment in micro-strip technology.

Vorteile: Die in gedruckter Technik ausgeführten Phasenschieber sind billig und gut reproduzierbar herzustellen, und beanspruchen bei gleichem Variationshereich weit weniger Raum als die koaxialen Phasenschieber. Der in Mikrostreifentechnik ausgeführte Phasenschieber, der sich besonders für hohe Frequenzen (1 GHz) eignet, läßt sich direkt in eine Mikrostreifenschaltung integrieren und erspart somit zuleitungen, die den Wellenwiderstand verändern.Advantages: The printed phase shifters are can be produced cheaply and reproducibly, and require the same range of variation far less space than the coaxial phase shifters. The one in microstrip technology Executed phase shifter, which is particularly suitable for high frequencies (1 GHz), leaves integrate directly into a microstrip circuit and thus saves cables that change the wave resistance.

Beschreibung: Die Drfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert, wobei sich die Figuren 1-3 auf den in Streifenleitungstechnik ausgeführten Phasenschieber und dei Figuren 4, 5 auf den in Mikrostrostreifentechnik ausgew führten Phasenschieber beziehen.Description: The invention will now be based on the figures, for example explained in more detail, with Figures 1-3 referring to those executed in stripline technology Phase shifter and dei Figures 4, 5 led to the selected in microstrip technology Relate phase shifter.

Es zeigen: Fig. 1 die starre Platte des in Streifenleitunqstechnik ausgeführten Phasenschiehers; Fig. 2 die drehbare Platte des in Streifenleitungstechnik ausgeführten Phasenschiebers ; @@@@ t , s » . r Fig.3 die Wirkungsweise des Phasenschiebers mit den Platten aus den Figuren 1 und 2 bei minimaler Uberdeckung der Leiterbahnen (maximale Leitungslänge) : Fig. 4 den auf einer Platte einer Mikrostreifenschaltung befindlichen Teil des in Mikrostreifentechnik ausgeführten Phasenschiebers ; Fig.5 die Wirkungsweise des Phasenschiebers mit der Mikrostreifenleitung aus Fig. 4 und einem diese überbrückenden drehbaren Leiterstück (gestrichelt).They show: FIG. 1 the rigid plate of the strip line technology executed phase shifter; 2 shows the rotatable plate of the stripline technology executed phase shifter; @@@@ t, s ». r Fig.3 the mode of operation of the phase shifter with the plates from Figures 1 and 2 with minimal overlap of the conductor tracks (maximum line length): Fig. 4 is that on a microstrip circuit board located part of the phase shifter implemented in microstrip technology; Fig. 5 the mode of operation of the phase shifter with the microstrip line from FIGS. 4 and a rotatable piece of ladder bridging this (dashed line).

Die Figuren. 1-3 zeigen den in Streifenleitungstechnik ausgeführten Phasenschieber.The figures. 1-3 show the one implemented in stripline technology Phase shifter.

Unter Streifenleitung ist dabei eine Leiteranordnung zu verstehen, bei der sich ein leitender Streifen zwischen zwei parallelen leitenden Platten befindet, derart, daß der leitende Streifen von den beiden leitenden Platten durch Isolierstoffplatten getrennt ist. Wie bei einer Koaxialleitung handelt es sich also bei der Streifen leitung um eine unsymmetrische Leitung.A stripline is to be understood as a conductor arrangement, in which there is a conductive strip between two parallel conductive plates, such that the conductive strip from the two conductive plates by insulating material is separated. The strip is like a coaxial line line around an unbalanced line.

Die Streifenleiteranordnung ist aus zwei gleich großen kreisförmigen parallelen Platten (1, Fig.1 und 2, Fiq.2) zusammengesetzt (Sandwich-Typ), wobei jede Platte eine Isolierstoffplatte ist, welche auf einer Seite ganz mit leitendem Material beschichtet und auf der anderen Seite mit leitenden Streifen, die auch Leiterbahnen genannt werden, bedruckt ist.The strip conductor arrangement is made up of two equally large circular ones parallel plates (1, Fig.1 and 2, Fiq.2) composed (sandwich type), wherein each plate is a sheet of insulating material, which is entirely conductive on one side Material coated and on the other side with conductive strips that too Conductor tracks are called, is printed.

Wie Fig.1 zeigt, ist die eine Seite der Platte 1 mit schmalen Leiterbahnen bedruckt, die innerhalb eines Sektors kreisförmig um den Mittelpunkt der Platte 1 angeordnet und paarweise an nur einem Ende miteinander verbunden sind, während sie am anderen Ende offen sind, und daher keine geschlossene geschlossene Leitung bilden.As FIG. 1 shows, one side of the plate 1 has narrow conductor tracks imprinted within a sector circular around the center of the plate 1 arranged and connected in pairs at only one end, while they are open at the other end, and therefore not a closed closed line form.

Die äußerste und die innerste der Leiterbahnen sind am Rande der Platte 1 mit Anschlußpunkten P1 und P2 zur Einschaltung des Phasenschibers in eine Koaxialleitung versehen.The outermost and innermost of the conductor tracks are on the edge of the plate 1 with connection points P1 and P2 for switching on the phase shifter in a coaxial line Mistake.

Die eine Seite der in Fig.2 gezeigten Platte 2 ist ebenfalls mit kreisförmig um den Mittelpunkt der Platte 2 verlaufenden Leiterbahnen bedruckt, wobei die Radien denen der Leiterbahnen auf Platte 1 genau gleich sind.One side of the plate 2 shown in Figure 2 is also circular around the center of the plate 2 running conductor tracks printed, The radii are exactly the same as those of the conductor tracks on plate 1.

Der Streifenleiter wird nun dadurch gebildet, daß die beiden Platten 1 und 2 konzentrisch so montiert werden, daß die Seiten mit den Leiterbahnen aufeinander zu liegen kommen und die vollständig mit Leitermaterial beschichteten Flächen außen liegen. Wie Fig.3 zeit, entsteht auf diese Weise eine geschlossene Streifenleitung, deren Länge von der relativen Drehstellung der beiden Platten 1 und 2 abhängt. Die gestrichelt gezeichneten Leiterbahnen sind die auf die Platte 2 aufgedruckten Leiterbahnen, die so die Fortsetzuna bzw.The stripline is now formed by the two plates 1 and 2 are mounted concentrically so that the sides with the conductor tracks are on top of each other come to rest and the surfaces completely coated with conductor material on the outside lie. As shown in Fig. 3, this creates a closed stripline, the length of which depends on the relative rotational position of the two plates 1 and 2. the The conductor tracks shown in dashed lines are the conductor tracks printed on the plate 2, the so the continuation or

Verbindung der auf der Platte 1 befindlichen Leiterbahnen bilden. In der gezeigten Stellung hat die Leitung fast ihre maximal mögliche Länge.Form connection of the conductor tracks located on the plate 1. In the position shown, the line has almost its maximum possible length.

Diese Anordnung eignet sich besonders zur Einschaltung in eine Koaxialleitung, wobei die Anschlußpunkte P1 und P2 mit dem Innenleiter und die auf beiden Platten befindlichen leitenden Schichten mit dem Außenleiter der Koaxialleitung verbunden sind.This arrangement is particularly suitable for connection to a coaxial line, where the connection points P1 and P2 with the inner conductor and those on both plates located conductive layers connected to the outer conductor of the coaxial line are.

Der Wellenwiderstand dieser Streifenleitung variabler Länge bleibt während der Variation der Leitunqslänqe mit geringen Einschränkungen konstant, insbesondere wirkt sich die Dicke der wirksamen Leiterbahn, die an den Berührungsstellen der Leiterbahnen der Platte 1 mit denen der Platte 2 verdoppelt ist, nur unwesentlich auf den Wellenwiderstand der gesamten Streifenleitung aus, wie es beispielsweise aus einer Arbeit von Cohn in PGeTT-3, 119 (1955) hervorgeht. Durch gegenseitige Verdrehung der Platten wird also praktisch nur die Phase der übertragenen Welle geändert.The characteristic impedance of this stripline of variable length remains constant with minor restrictions during the variation of the line length, in particular affects the thickness of the effective conductor track at the points of contact Conductor tracks of the plate 1 with which the plate 2 is doubled, only insignificant on the characteristic impedance of the entire stripline, like it for example from a work by Cohn in PGeTT-3, 119 (1955). By mutual rotation of the plates is practically only the phase of the transferred Wave changed.

Mechanisch ist diese Streifenleiteranordnung variabler Länge wie nun folgt aufgebaut: Die Platte 1 mit den Koaxialanschlußpunkten P1 und P2 liegt mit der leiterbeschichteten Seite starr auf einer Masseplatte, die mit den Außenleitern der anzuschließenden Koaxialleitung verbunden ist.Mechanically, this stripline arrangement of variable length is like now is structured as follows: The plate 1 with the coaxial connection points P1 and P2 lies with the conductor-coated side rigidly on a ground plane, that with the outer conductors the coaxial line to be connected is connected.

Die Platte 1 ist um eine ebenfalls an Masse lieaende im Mittelpunkt der Platte 1 auf dieser senkrecht stehende Achse drehbar gelagert, so daß, wie bereits erwähnt, die Seiten der Platten 1 und 2 mit den Leiterbahnen aneinander grenzen. Der zu einer ausreichenden Kontaktherstellung notwendige gleichmäßige Druck auf die Platten 1 und 2 erfolgt über eine federnd crelagerte Druckplatte, welche auf der Achse montiert ist und damit die Masseverbindung mit der nußenflache der Platte 2 herstellt. Zur Drehung der Platte 2 dient ein Zahnrad-Planetengetriebe, das eine ausreichende Feinregelung und eine gute Arretierbarkeit ermöglicht.The plate 1 is centered around a line also connected to ground the plate 1 rotatably mounted on this vertical axis, so that, as already mentioned that the sides of the plates 1 and 2 adjoin one another with the conductor tracks. The even pressure necessary to establish sufficient contact the plates 1 and 2 takes place via a spring-loaded pressure plate, which on the axis is mounted and thus the ground connection with the nut surface of the plate 2 manufactures. To rotate the plate 2, a planetary gear is used, the one allows sufficient fine control and good lockability.

Gemäß einer Weiterbildung dieses Phasenschiebers in Streifenleitungstechnik lassen sich zur Erreichung eines größeren Variationsbereiches bei gleichen Grundlängen mehrere solcher Streifenleiterphasenschieber auf einerAchse übereinander drehbar anordnen. Dazu werden jeweils zwei Nachbarscheiben mit aufeinanderliegenden Masseseiten mechanisch fest verbunden, wodurch auch eine feste Verbindung der Leiterbahnen von einer Seite zur anderen möglich ist.According to a further development of this phase shifter using stripline technology can be used to achieve a larger range of variation with the same basic lengths several arrange such stripline phase shifter rotatably on an axis one above the other. For this purpose, two neighboring disks with ground sides lying on top of one another are mechanically applied firmly connected, which also means that the conductor tracks are firmly connected from one side to the other is possible.

Bei höheren Frequenzen erfordert die gleiche Phasenverschiebung eine kleinere Änderung der elektrischen Leitungslänge.At higher frequencies, the same phase shift requires one minor change in electrical cable length.

Eine andere Ausführungsform eines Phasenschehers in gedruckter Technik, der ebenfalls auf der Variation der Leitungslänge beruht, betrifft daher einen Phasenschieher in Mikrostreifentechnik (Fig.4,5), der für höhere Frequenzen (1GHz) vorgesehen ist und daher nur einen kleinen Variationsbereich der elektrischen Lunge hat.Another embodiment of a phase detector in printed technology, which is also based on the variation of the line length, therefore concerns a phase shifter in microstrip technology (Fig.4,5), which is intended for higher frequencies (1GHz) and therefore has only a small range of variation in the electrical lung.

Unter Mikrostreifentechnik, oder 3tikrostreifenleitung,ist ist dabei eine ebenfalls unsymmetrische Leitung zu verstehen, die aus einem schmalen leitenden Streifen besteht, auch Leiterbahn genannt, welcher auf einer Seite einer Isolierstoffplatte aufgedruckt ist, deren andere Seite ganz mit leitendem Material beschichtet ist.Microstrip technology, or 3tic stripline, is included to understand an unbalanced line that consists of a narrow conductive line There is a strip, also called a conductor track, which is on one side of a sheet of insulating material is printed, the other side is completely coated with conductive material.

Die Figur 4 zeigt den af die eine Seite einer Tsolierstoffplatte 3 einer Mikrostreifenanordnung, deren nicltgezeigte Seite ganz mit Leitmaterial beschichtet ist, aufgedruckten Teil des erfindungsgemäßen Phasenschiebers. Eine Leiterbahn 4-4' ist an den Stellen P3 und P4 aufgetrennt, jedoch an diesen Stellen mit Kontaktstreifen 5 und 5' auf verschiedenen Seiten der Leiterbahn 4-4' versehen. Die Kontaktstreifen 5 und 5' liegen in der Ebene des schmalen Leiters 4-4' der Mikrostreifenleitung auf einem Kreis, dessen Durchmesser gleich dem Abstand D zwischen den Stellen P3 und P4 ist, und dessen Mittelpunkt M den Abstand D halbiert.FIG. 4 shows the af one side of an insulating panel 3 a microstrip arrangement, the side not shown completely coated with conductive material is, printed part of the phase shifter according to the invention. One Conductor track 4-4 'is separated at points P3 and P4, but at these points provided with contact strips 5 and 5 'on different sides of the conductor track 4-4'. The contact strips 5 and 5 'lie in the plane of the narrow conductor 4-4' of the microstrip line on a circle whose diameter is equal to the distance D between the points P3 and P4, and its center point M bisects the distance D.

Drehbar um den Mittelpunkt M ist ein nicht gezeigter Stempel gelagert, an dessen unterseite ein flaches Leiterstück 6 (Fig.5) isoliert aufgebracht ist.A punch, not shown, is mounted rotatably around the center point M, on the underside of which a flat conductor piece 6 (FIG. 5) is applied insulated.

Zweckmäßigerweise befinden sich an den Enden des Leiterstückes 6 zwei in der gleichen Ebene in verschiedene Richtungen weisende leitende Anschlußstücke 7, 7', welche auch kreisförmia mit dem Durchmesser D um den Mittelpunkt M angeordnet sind. Wird nun der Stempel auf die Platte 3 gedrückt, so werden die Kontaktstreifen 5 und 5' über die gestrichelt gezeichnete Leitung 7-6-7', die sich auf dem Stempel befindet, miteinander verbunden und es entsteht eine durchgehende Mikrostreifenleituna, deren Länge von der Drehstellung des Stempels abhängt. Damit läßt sich die Phase der über die Mikrostreifenleitung übertragenen Welle durch Drehen des Stempels verändern.Expediently, there are two at the ends of the conductor section 6 conductive connectors pointing in different directions in the same plane 7, 7 ', which are also arranged circularly with the diameter D around the center point M. are. If the stamp is now pressed onto the plate 3, the contact strips are 5 and 5 'via the dashed line 7-6-7', which is on the stamp is located, connected to each other and a continuous microstrip line is created, the length of which depends on the rotary position of the punch. This allows the phase of the wave transmitted via the microstrip line by turning the punch.

Der notwendige gleichmäßige Kontaktdruck wird von einer Feder erzeugt, die den Stempel auf die Schaltplatte 3 drückt.The necessary even contact pressure is generated by a spring, which presses the stamp on the circuit board 3.

Wie auch beim Phasenschieber in Streifenleitungstechnik (Fig.l-3) ändert sich auch bei diesem Phasenschieber der Wellenwiderstand nur unwesentlich. Dächer sind beide beschriebenen Phasenschieber als Betriebsphasenschieber zum Einstellen bestimmter Phasenwerte in HF-Einrichtungen geeignet.As with the phase shifter in stripline technology (Fig.l-3) Even with this phase shifter, the characteristic impedance changes only insignificantly. Roofs are both phase shifters described as operating phase shifters for setting certain phase values in HF equipment.

Claims

1. High-frequency phase adjuster, in which the phase shift is through Variation of an electrically irsaen line length takes place, characterized in that that the electrically effective line length of one executed in printed technology Line is varied.

2. EF phase shifter according to claim 1, characterized in that the printed line is a strip line consisting of two circular insulating plates (1,2), each on one side with conductive material and on the other hand in a sector with circular conductor tracks lying around the center are printed in such a way that the radii this on the various insulating plates (1,2) located conductor tracks are the same that the insulating plates (1,2) are parallel to one another in such a way that that the conductor tracks of the second circuit board (2) in a certain angular range, that of the relative angular position of the two platvt t the conductor tracks of the first Contact the plates and add them to a connected strip line, and that the length of the stripline by rotating the insulating material plates (1,2) is adjustable.

3. RF phase shifter according to claim 1, characterized in that the printed line is a microstrip line, whose Conductor track 4-4 'separated and with two on a circle around the center (M) between the ends (P3, P4), the diameter of which is equal to the distance (D) of the ends different sides lying contact strips (5,5 ') is provided that the contact strips (5,5 ') by means of a around the middle (M) between the ends (P3, P4) of the conductor track (4-4 ') rotatable conductor section (6) are bridged in such a way that the effective electrical Length of the thus closed microstrip line from the position of the section (6) depends.

4. RF phase shifter according to claim 3, characterized in that the conductor piece (6) on the underside of a rotatable stamp insulated aufoehracht is and that the conductor piece (6) with two lying in the same plane in different Directional connecting pieces (7,7 ') is provided, which on a circle with the radius of the contact strips (5.5 ').

5. RF phase shifter according to claim 2, characterized in that to achieve a larger range of variation, several consisting of two plates Phase shifters are mounted on top of each other and that each two insulating material plates are firmly connected to adjacent conductor-coated sides.