-
"Frequenzabhängiges Dämpfungagliedn
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein frequenzabhängiges Dampfungsglied
und ist besonders vorteilhaft in Zuleitungen zu Einzelstrahlern eines aus denselben
bestehenden Richtantennensystems verwendbar, um - wie z. B., bei dem bekannten Antennensystem
gemäß der DD-OS 2 110 231 - über einen möglichst breiten Frequenzbereich bei einer
Richtantenne, die aus einer Vielzahl zusammengeschalteter Einzelantennen besteht,
ein Richtdiagramm zu gewahrleisten, dessen Breite innerhalb dieses Frequenzbereichs
möglichst frequenzunabhängig ist. Ohne Verwendung entsprechend dimensionierter frequenzabhängiger
Dämpfungsglieder in den Zuleitungen der Einzelantennen ändert sich ansonsten die
Strahlungsdiagrammbreite in Abhängigkeit von der jeweiligen
Frequenz
infolge des konstanten Abstandes der Einzel antennen zueinander.
-
Aber auch in anderen Bereichen, insbesondere der Mikrowellentechnik,
ist der Erfindungsgegenstand vielfach vorteilhaft anwendbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein frequenzabhängiges Dämpfungsglied,
das zur Abkürzung im folgenden mit Absorptionsfilter bezeichnet sei, anzugeben,
das sich gegenüber dem Stand der Technik durch einfache und leicht reproduzierbare
Konstruktion sowie einseitige bzw. allseitige frequenzunabhängige Anpassung auszeichnet
und somit die bekannten ibsorptionsfilter insbesondere der Nikrowellenteclmik in
technischer und/oder wirtschaftlicher Hinsicht verbessert.
-
Bekannte Absorptionsfilter bestehen beispielsweise aus iiberbrückten
?-Gliedern mit bis zu acht konzentrierten Bauelementen (Widerständen, Spulen und
Kondensatoren), die einen großen Platzbedarf im Vergleich zum Erfindungsgegenstand
haben und in ihrer Anwendbarkeit relativ zum Erfindungsgegenstand auf tiefe Frequenzen
beschränkt sind.
-
Das erfindungsgemäße Absorptionsfilter bedient sich vorteilhafterweise
der Coplanar- und Streifenleitungstechnik und
weist zwischen seinem
Ein- und Ausgangstor mindestens zwei Stichleitungen auf, deren Abschluß- und Wellenwiderstände
sowie deren elektrische Längen nach Maßgabe des gewünschten Ubertragungsverhaltens
des Dämpfungsgliedes gewählt sind; zur Energieumsetzung enthält das erfindungsgemäße
Absorptionsfilter mindestens einen ohmschen Widerstand.
-
Das erfindungsgemäße Absorptionsfilter läßt sich durch entsprechende
Dimensionierung leicht eingangs- und/oder ausgangsseitig elektrisch anpassen, ist
sehr flexibel in der Approximation weitgehend beliebig vorgegebener Ubertragungsfaktoren,
läßt sidh sehr einfach und gut reproduzierbar auch in Massenproduktion auf beispielsweise
einem Substrat aus Aluminium-Oxid-Keramik realisieren und mit linearem Phasenverhalten
verwirklichen.
-
Grundsätzlich ist die Realisierbarkeit des Erfindungsgedankens nicht
auf die Anwendung der Coplanar- und Streifenleitungstechnik beschränkt; die Stichleitungen
des erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes können grundsätzlich auch mit Hilfe der anderen
bekannten Beitertypen wie z. B. Koaxialleitungen, Paralleldrahtleitungen, insbesondere
Lecherleitungen, oder Hohlleiter aufgebaut werden. In der Coplanar- bzw. Streifenleitungstechnik,
wie sie bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen Anwendung findet,
ergeben sich bei der
Realisierung des Erfindungsgedankens jedoch
besondere praktische Vorteile, insbesondere eine sehr einfache Aufbau-und damit
Herstellungsmöglichkeit.
-
Alle Abbildungen zeigen in Draufsicht hbsorptionsfilter nach der Erfindung,
bei denen nur die Leiterbahnen und ohmschen Widerstände dargestellt sind, die sich
auf einem nicht gezeigten Substrat aus vorzugsweise Aluminium-Oxid-Keramik befinden;
die gestrichelt umgrenzten Flächen markieren hierbei diejenigen Gebiete, in denen
das Substrat mickseitig keine Metallisierung (flächenhafte Gegenelektrode der unsymmetrischen
Streifenleitungen) aufweist.
-
Fig. 1a zeigt in der vorerwähnten Darstellungsweise ein Ausfüiirungsbeispiel
der Erfindung, bei dem das ngangsÜer es Absorptionsfilters mit 1a und dessen Ausgangstor
nilt 2s bezeichnet sind. Die eine der zwei Stichleitungen des Abs-rptions filters
nach Fig. 1a ist eine coplanare Serien-Stichleitung, bestehend aus den zwei Einzelleitern
3a und 4a, die an ihrem in Fig. 1a oberen Ende galvanisch mittels einer Verbindung
5a kurzgeschlossen und an ihrem in Fig. 1a unteren Ende mittels eines ohmschen Widerstandes
6a überbrückt sind. Der Wellenwiderstand dieser Coplanarleitung sei mit Zti bezeichnet,
wobei "i" auf ihre induktive Eingangsimpedanz bei tiefen Frequenzen hinweist.
-
Der Systemwellenwiderstand des gezeigten Absorptionsfilters sei ZL
und liegt in der Praxis beispielsweise bei 50 Ohm.
-
Mit R sei der Widerstandswert des ohmschen Widerstandes bezeichnet;
zur Vermeidung von Reflektionen wird R = ZT gewählt.
-
Die in Fig. la horizontal verlaufenden Leiterbadnen zwischen der Coplanarleitung
und dem Eingangstor 1a einerseits sowie dem Ausgangstor 2a andererseits haben den
Systemwiderstand Zt und sind in ihrer Zwänge bei elektrischer Anpassung des Absorptionsfilters
am Eingang und Ausgang unkritisch.
-
Die andere der zwei Stichleitungen des Absorptionsfilters nach Fig.
1a ist eine leerlaufende Streifenleitung 7a mit einem Wellenwiderstand ZLc, wobei
"c" auf ihre kapazitive Eingangsimpedanz bei tiefen Frequenzen hinweist.
-
Die elektrischen Längen der zwei Stichleitungen des Absorptionsfilters
nach Fig. la sind übereinstimmend gleich ßl.
-
Die Wirkungsweise des Absorptionsfilters kann wie folgt verstanden
werden: Bei tiefen Frequenzen (ßl <<1)stellt die am Ende kurzgeschlossene
Coplanarleitung eine Durchschaltung dar, so daß die Tore 1a und 2a direkt miteinander
verbunden sind. Die andere Stichleitung 7a hat wegen des Leerlauf an ihrem Ende
keinen
Einfluß auf das übertragungsverhalten, so daß der Ubeftragungsfaktor bei ßl <<1
gleich 1 ist.
-
Beim Betriebsfall wiederum 131 = s/2, d. h. 1 = \/4, wird der Kurzschluß
der Coplanarleitung als Leerlauf an ihren Anfang transformiert, und Tor 2a wird
wegen des Leerlaufs der anderen Stichleitung kurzgeschlossen. Die bei Tor 1a eingespeiste
Leistung vollständig im ohmschen Widerstand 6a in Wärme umgesetzt wird, während
der tbertragungsfaktor S21 gleich Null ist.
-
Im Ubergangsbereich 0 < Bl ( w/2 ist S21 abhängig von den elektrischen
Längen und den Wellenwiderständen der Stichleitungen gemäß S21 = 1+jk.tanßl Hierbei
ist
(Tiefpaßverhalten).
-
Will man das Eingangstor 1a frequenzunabhängig anpassen, muß gewährleistet
sein ZLi ' ZLc ZL2 Z2 Die elektrischen Leitungslängen ßl und der Parameter k sind
im jeweiligen Anwendungsfall nach Maßgabe der gewünschten Frequenzabhängigkeit des
Absorptionsfilters zu wählen. Die hieraus resultierenden ZLi, ZLc und ßl werden
im Rahmen fachmännischen
Könnens durch entsprechende Beiterbahnbreiten
und -längen realisiert.
-
Vielfach ist in Verbindung mit der Erfindung der Fall k = 1 besonders
zweckmäßig, da hierbei die Phase von S21 in linearer Abhängigkeit von der Frequenz
verläuft gemäß S21 e -jßl cosßl Fig. 1c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das wiederum zwei Stichleitungen aufweist. Das Absorptionsfilter nach
Fig. 1c ist das duale Filter zu demjenigen nach Fig. 1a.
-
In Fig. 1c sind die Ein- und Ausgangstore mit lc bzw. 2c bezeichnet.
Die miteinander vergleichbaren Konstruktionselemente unterscheiden sich in Figuren
1a und lc in inren Bezeichnungen nur durch die Buchstaben a bzw. c. Wie man der
Fig. 1c ummittelbar entnehmen kann, besteht die eine dieser zwei Stichleitungen
aus einer mittels einer Verbindung 5c kurz geschlossenen coplanaren Serien-Stichleitung
mit den Einzelleitern 3c und 4c, die das Eingangstor 1c mit dem Ausgangstor 2c verbindet,
während die andere dieser zwei Stichleitungen eine leerlaufende Streifenleitung
7c ist, die über den ohmschen Widerstand 6c an das Eingangstor 2c angeschlossen
ist. Die Wirkungsweise und Dimensionierungsrichtlinien des Absorptionsfilters nach
Fig. 1c c bedürfen im Hinblick auf die eingehende diesbezügliche Erläuterung der
Fig. 1a keiner näheren Beschreibung.
-
Die Erfindung ist beispielsweise auch gemäß Fig. le mit zwei Stichleitungen
realisierbar, wobei die eine dieser zwei Stichleitungen eine mit dem ohmschen Widerstand
6e überbrückte, wiederum kurzgeschlossene coplanare Serien-Stichleitung mit den
Einzelleitern 3e und 4e ist, die das Eingangstor le mit dem Ausgangstor 2e verbindet,
während die andere dieser zwei Stichleitungen eine leerlaufende zusätzliche coplanare
Parallel-Stichleitung mit den Einzelleitern 8e und 9e ist, die mit ihrem einen Ende
an das Ausgangstor 2e und mit ihrem anderen Ende an Masse 10e angeschlossen ist.
-
Eine wirtschaftlichere Weiterbildung des Absorptionsfilters nach Fig.
le zeigt Fig. Ib. Hier sind die beiden Einzelleiter 4e und 9e (Fig. le) zu einem
gemeinsamen Mittelleiter lib zusammengefaßt und somit wirkt derselbe in Doppelausnutzung
sowohl als Teil der einen als auch als Teil der anderen der zwei Stichleitungen.
-
Fig. 1(1 zeigt das duale Absorptionsfilter zu demjenigen nach Fig.
1b. Das zum Absorptionsfilter nach Fig. le gezeigte duale Filter ist nicht in einer
getrennten Zeichnung dargestellt und besonders beschrieben, da den Absorptionsfiltern
nach Figuren Ib und 1d eine größere Bedeutung zukommt als dem Absorptionsfilter
nach Fig. le und seinem dualen, nicht gezeigten Filter.
-
Das Absorptionsfilter nach Fig. 1dbesitzt wiederum zwei Stichleitungen,
und zwar eine kurzgeschlossene coplanare Serien-Stichleitung, die das Eingangstor
1(1mit dem Ausgangstor 2d verbindet, und eine leerlaufende zusätzliche coplanare
Parallel-Stichleitung, zu der der Einzelleiter 8d und der den beiden Stichleitungen
gemeinsame Mittelleiter 11(1gehören und die mit ihrem einen Ende an das Eingangstor
ldund mit ihrem anderen Ende über den ohmschen Widerstand 6d an Masse 10dangeschlossen
ist In allen Absorptionsfiltern nach Figuren 1a bis leist das Eingangstor frequenzunabhängig
angepaßt, wenn das zugehörige Ausgangstor mit dem BystemwellenwiderstandZL abgeschlossen
ist.
-
Wünscht man eine allseitige Anpassung, so ist es zweckmäßig, beispielsweise
Ausführungsformen der Erfindung gemäß Figuren 2a oder 2b zu benutzen.
-
Das Absorptionsfilter 2a besitzt zwei in Serie miteinander, das Eingangstor
1' mit dem Ausgangstor 2' verbindende kurzgeschlossene coplanare Stichleitungen
11 und 12, an deren gegenseitigen Verbindungsstellen zwei leerlaufende Parallel-Stichleitungen
in Streifenleitungstechnik angeschlossen sind, und zwar eine Streifenleitung 13
galvanisch und eine weitere Streifenleitung 14 über einen Widerstand 15, dessen
Wert gleich dem doppelten Systemwellenwiderstand gewählt ist.
-
Die beiden Streifenleitungen 13 und 14 sind möglichst weitgehend voneinander
zu entkoppeln und daher auseinanderstrebend gezeigt. Die beiden coplanaren Stichleitungen
11
und 12 sind mittels ohmscher Widerstände 16 bzw. 17 überbrückt; deren Widerstandswert
ist jeweils gleich dem Systemwellenwiderstand gewahlt.
-
Der Ubertragungsfaktor S21 des Absorptionsfilters nach Fig. 2a ist
der gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung mit einseitiger Anpassung,
jedoch ist beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2a anstelle des Parameters
der doppelte Wert, nämlich 2 k einzusetzen. Wie bei einseitiger Anpassung ist auch
bei allseitiger Anpassung ZLcZLc 2 zL2 zu wählen.
-
Fig. 2b zeigt eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung
mit allseitiger Anpassung und nur zwei Stichleitungen sowie mit zwei ohmschen Widerständen,
wobei die eine dieser zwei Stichleitungen wieder eine kurzgeschlossene, das Eingangsmit
dem Ausgangstor verbindende Serien-Stichleitung ist, während die zweite dieser zwei
Stichleitungen über je einen Widerstand an das Eingangs- bzw. Ausgangstor angeschlossen
und eine leerlaufende Streifenleitung ist. In diesem Fall ist trotz allseitiger
Anpassung in die obige Gleichung für 521 nicht der verdoppelt. Wert won k, sondern
der Wert nach obiger Gleichung für k einzusetzen.