DE2547250A1

DE2547250A1 - Richtungskopplereinrichtung

Info

Publication number: DE2547250A1
Application number: DE19752547250
Authority: DE
Inventors: Edward Samuel Caragliano; Howard Herbert Nick
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1976-07-01
Also published as: FR2296317A1; FR2296317B1; US3979699A; JPS5178670A; GB1526784A

Description

Die Erfindung betrifft eine Richtungskopplereinrichtung unter Verwendung eines Richtungskopplers, bestehend aus einem Streiifenleiterpaar mit eineu Eingangs- und Ausgangsanschluß aufv/ei-

senden ^auptleiter für das hinlciufende und einem eingangs- und iAusgangsanschluß aufweisenden Nebenleiter für das induzierte
'rücklaufende Signal.

Sogenannte Streifenleiter-Richtungskoppler finden derzeit auf Vielen technischen Gebieten Verwendung. Beispielsweise werden in der Computertechnik Richtungskoppler verwendet, um Signale von Übertragungsleitungen zu beispielsweise Ein- und Ausgabeieinrichtungen weiterzuleiten, ohne daß eine Unterbrechung der (übertragungsleitung zum Zwecke der Herstellung der Verbindung

Erforderlich wäre.

i tiin Streifenleiter-Richtungskoppler besteht aus einer Schichtstruktur mit zwei gedruckten Leiterbahnen, die in einem bestimm-

jten gegenseitigen Abstand parallel zueinander verlaufen und meist zwischen zwei Leiterplatten angeordnet sind. Zwischen den beiden

■ Streifenleitern besteht eine induktive und kapazitive Kopplung.

j Signale mit relativ kurzen Anstiegs- und/oder Abfallzeiten, die

■ auf den als Hauptleiter bezeichneten ersten Streifenleiter gege-

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ben werden, v/andern längs dieses Hauptleiters vom Eingangsanschluß zum Äusgangsanschluß. Die Signalflanken induzieren positive und negative Impulse auf dem benachbarten, als Nebenleiter bezeichneten zweiten Streifenleiter. Der Effekt der Richtungskopplung besteht darin, daß die hinlaufenden Signale auf dem Hauptleiter in entgegengesetzte Richtung laufende, also sogenannte rücklaufende Signale auf dem Nebenleiter erzeugen. Die vom Hauptleiter auf den Nebenleiter übertragene Signalenergie hängt von mehreren physikalischen Größen ab,- genannt seien beispielsweise die Länge und die Breite der beiden Streifenleiter und deren gegenseitiger Abstand. Neben dem auf der Nebenleitung rücklaufenden Nutzsignal ist auf dieser Leitung zusätzlich ein parasitäres hinlaufendes, also in der gleichen Richtung wie das hinlaufende Signal auf der Hauptleitung wanderndes Signal festzustellen. Dieses parasitäre hinlaufende Signal ist normalerweise bedeutungslos, da ι es am abgeschlossenen Ende des Nebenleiters ausläuft. In Anwen- \ dungsfallen jedoch, in denen das parasitäre hinlaufende Signal j in einen angeschlossenen Empfänger geleitet wird, kann dieses j Signal außerordentlich scörend sein. Werden beispielsweise Richtungskoppler benutzt, um in entgegengesetzter Richtung laufende J Signale auf ein und dieselbe übertragungsleitung zu geben, so erkennt man leicht, daß das parasitäre hinlaufende Signal sich j in der gleichen Richtung fortpflanzt wie das gewünschte rück-J laufende Signal eines zweiten Richtungskoppler. In diesen Fällen muß daher das unerwünschte parasitäre Signal so gering wie ι möglich gehalten werden, um eine Überlagerung in einem Empfänger, 'der das rücklaufende Signal empfangen soll, zu vermeiden. Vielfach will man auch das rücklaufende Signal eines Richtungskopplers , auf eine Übertragungsleitung geben, die eine große Länge und damitj eine hohe Dämpfung auf v/eist. Hier ist man bestrebt, eine möglichst i

j große Amplitude des rücklaufenden Signals zu erzielen, so daß sich'

i Störsignale nicht auswirken können.

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Es ist die Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Richtungskopplereinrichtung anzugeben, bei der eine Verstärkung des rücklaufenden Nutzsignals und gleichzeitig eine Abschwächung des parasitären hinlaufenden Signals bewirkt wird. Außerdem soll eine hohe Richtwirkung erzielt werden, obwohl nur relativ unaufwendige Richtungskoppler verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe für eine Richtungskopplereinrichtung unter Verwendung eines Richtungskopplers, bestehend aus einem Streifenleiterpaar mit einem Eingangs- und Ausgangsanschluß aufweisenden Hauptleiter für das hinlaufende und einem Eingangs- und Ausgangsanschluß aufweisenden Nebenleiter für das induzierte rücklaufende Signal dadurch gelöst _f daß mehrere Richtungskoppler vorgesehen sind und der Hauptleitereingang des ersten Richtungskopplers den Eingang und der Nebenleiterausgang des letzten Richtungskopplers den Ausgang der Einrichtung bildet, daß der Hauptleiterausgang jedes Richtungskopplers mit Ausnahme des letzten mit dem Hauptleitereingang des jeweils nachfolgenden Richtungskopplers und der Nebenleiterausgang jedes Richtungskopplers mit Ausnahme des letzten mit dem Nebenleitereingang des jeweils nachfolgenden Richtungskopplers verbunden ist, daß der Nebenleitereingang des ersten und der Nebenleiterausgang und Hauptleiterausgang des letzten Richtungskopplers entsprechend dem Wellenwiderstand der jeweils daran angeschlossenen Leitung abgeschlossen sind und daß die auftretenden Verzögerungszeiten so festgelegt sind, daß die rücklaufenden Signale aller Nebenleitungen am Nebenleiterausgang des letzten Richtungskopplers gleichzeitig und die parasitären hinlaufenden Signale aller Nebenleitungen am Nebenleitereingang des ersten Richtungskopplers nicht gleichzeitig ankommen.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Richtungskopplereinrichtung sind in den Unteransprüchen niedergelegt. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Richtungskoppler, bestehend

aus einem Streifenleiterpaar,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 des

Richtungskoppler gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Richtungs

koppler mit Angabe der für die erfindungsgemäße Richtungskopplereinrichtung maßgeblichen Anschlüsse,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Richtungskopplereinrichtung,

! Fig. 5 ein Blockschaltbild, aus dem das in einem bi

direktionalen übertragungssystem entstehende parasitäre hinlaufende Signal zu ersehen ist,

Fig. 8 die bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 auftre

tenden Signalverläufe bei eine mit einer Anstiegszeit von 2 τ

Fig. 6 die in eine Richtungskopplereinrichtung gemäß !

; t

ί Fig. 4 auftretenden Signalverläufe, \

I i

! Fig. 7 die in eine Richtungskopplereinrichtung gemäß '

ί Fig. 4 auftretenden Signalverläufe bei einem

I Rechteck-Eingangssignal, |

tenden Signalverläufe bei einem Eingangssignal j

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ί - 5 -

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Fig. 9 die bei einer Einrichtung gemäß Fig. 4 auftre

tenden Signalverläufe bei einem Eingangssignal mit einer Anstiegszeit > 2 τ,

Fig. 10 die bei einer Einrichtung mit zwei Richtungs-

kopplern auftretenden Signalverläufe bei einem

symmetrischen Eingangssignal,

' Fig. 11 die bei einer Einrichtung mit drei Richtungs-

kopplern gemäß Fig. 4 auftretenden Signalver-

! laufe bei einem nichtperiodischen Eingangssi-

^; gnal entsprechend einem Zweifrequenz-Code und

f tfig. 12 den Verlauf des rücklaufenaen Signals in einer

; Einrichtung mit η in Kaskade geschalteten Rich-

tungskopplern bei einem stufenförmigen Eingangssignal.

Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Streifenleiter-Richtungskoppler besteht iro wesentlichen aus den beiden streifenförmigen Leitern 10 und 12, die parallel zueinander in geringem gegenseitigem Abstand von A nach B verlaufen. Die beiden Streifenleiter sind in einem Substrat 14 aus dielektrischem Material zwischen zwei beispielsweise aus Kupfer bestehenden Platten 16 und 18 angeordnet. Jeder Leiter 10 bzw. 12 hat einen Anschluß 20 bzw. 22 am einen Ende B des Richtungskopplers. Die beiden Anschlüsse dienen als Eingang bzw. Ausgang. Am anderen Ende A sind die Streifenleiter 10, 12 mit Äbschlußwiäerständen 24, 26 versehen, über die die Anpassung des Richtungskopplers an den Wellenwiderstand der mit ihm verbundenen Leitung erfolgt. Die angestrebte Kopplung erfolgt entlang der Längsausdehnung der ■ beiden Streifenleiter 10, 12. Die Kopplungswirkung hängt von der Steilheit der am Eingang zugeführten Eingangssignale ab. Die Dauer der durch die Kopplung erzeugten Impulse ergibt sich

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: aus der Länge der beiden Streifenleiter 10,· 12. Der Kopplungs-'effekt läßt sich beschreiben durch die von den Signalen ange- !troffenen Impedanzen der übertragungsleitung und das Kopplungsverhältnis , das sich aus der Breite der Leitungen im Kopplungsgebiet, der Dicke der Leitungen, dem Abstand zwischen den Platten 1b und 18, dem Abstand zwischen den beiden Streifenleitern !und der relativen Dielektrizitätskonstanten des verwendeten (Materials ergibt. Es wurde festgestellt, daß Streifenleiter ider Länge L einen Impuls der Dauer bei L erzeugen. Wird beijspielsweise dem Hauptleitereingang 20 des Streifenleiters J ein Spannungssprung von 1 Volt zugeführt und weist der Richtkoppler ein Koppelverhältnis von 1:4 und eine elektrische Länge L von 2 ns auf, so wird ein Ausgangsimpuls am Nebenleiterausgang mit einer Dauer von 4 ns und einer Amplitude von 1/4 Volt erzeugt. Wie in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet, läuft der auf die Nebenleitung 12 gekoppelte Impuls in entgegengesetzter Richtung zum auf den Hauptleiter 10 gegebenen Signal. Aus diesem Grunde nennt h.an den auf dem Nebenleiter erwünschten Impuls in das rücklauienae Signal, während das in entgegengesetzter Richtung verlaufende Signal das hinlaufende Signal genannt wird. Selbstverständlich könnte jeder der beiden Streifenleiter 10 und 12 den Eingang und der jeweils andere den Ausgang des Richtungskopplers bilden. Ein Streifenleiter-Richtungskoppler wird mit der Flanke eines längs des Hauptleiters laufenden Eingangssignals betrieben, wobei die Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke halb so groß ist wie die Dauer des durch den Kopplungseffekt induzierten Ausgangsimpulses ist. Dadurch wird erreicht, daß die Amplitude des induzierten Ausgangsimpulses in eine durch das Kopplungsverhältnis definierte Beziehung zur Amplitude des Eingangssignals gebracht wird. Die für eine zweckdienliche Wirkungsweise des ] Richtungskopplers kritischen Abmessungen sind in der Schnittansicht gemäß Fig. 2 angegeben.

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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Richtungskopplers, über dessen Hauptleitereingang 31 von einem angeschlossenen Generator 30 ein Eingangssignal zugeführt wird. Dieses Eingangssignal VIN durchläuft den Hauptleiter 33 bis zum Hauptleiterausgang 36. Das dem Hauptleitereingang zugeführte Signal ist in Fig. 6 mit VIN 1 bezeichnet. Die Kopplung zum Nebenleiter 38 setzt ein, sobald das Eingangssignal den Hauptleiter 33 zu durchlaufen beginnt. Das resultierende rücklaufende Signal erscheint am Nebenleiterausgang 40 und ist mit VB bezeichnet. Das rücklaufende Ausgangssignal VB1A ist in Fig. 6 ebenfalls dargestellt. Gleichzeitig entsteht im Nebenleiter 38 ein parasitäres hinlaufendes Signal VF, das in der entgegengesetzten Richtung zum Nebenleitereingang 42 läuft. Sämtliche Ein- und Ausgänge mit Ausnahme des Hauptleitereinganges sind über einen Widerstand mit Massepotential verbunden. Dieser Widerstand entspricht dem Wellenwiderstand des an den jeweiligen Anschluß angeschlossenen Leiters. Das parasitäre hinlaufende Signal ist in Fig. 6 mit VF1 bezeichnet. Es' zeigt sich, daß das Signal VF1 τ ns nach dem Signal VB1A erscheint, wobei τ der elektrischen Länge des Richtungskopplers entspricht. Außerdem entspricht die Impulsbreite des Signals VF1 der Anstiegszeit des Eingangssignals, wobei die Impulsbreite des Signals VB1A = 2 χ τ plus der Anstiegszeit des Eingangssignals VIN ist. Die Richtwirkung des Richtungskopplers ist

VB
D = r=r. Die Richtwirkung D eines Richtungskopplers ist im Idealfalle unendlich, d. h., VF - O. Dieser Fall trifft ein, wenn Lm/Cm = ZO² ist, wobei Lm, Cm und ZO die Gegeninduktivität, die Gegenkapazität und den Wellenwiderstand des Richtungskopplers wiedergeben. Bei unausgeglichener Gegenkapazität und Gegeninduktivität und einer endlichen Anstiegszeit des Eingangssignals ist die Amplitude des parasitären hinlaufenden Signals VF proportional dieses Ungleichgewichts und der Anstiegszeit des Eingangssignals, während die Impulsbreite des parasitären hinlaufenden Signals VF gleich der Anstiegszeit des Eingangssignals ist.

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Die Bedeutung der Richtwirkung eines Richtungskopplers läßt sich am besten anhand der Fig. 5 erkennen, wo ein bidirektionales Übertragungssystem mit Richtungskopplern dargestellt ist, über die Information auf die übertragungsleitung gegeben und von ihr abgenommen wird. Es zeigt sich, daß das parasitäre hinlaufende Signal 50 des Richtungskopplers 52 ein Störsignal darstellt, das in Richtung auf einen Empfänger R1 übertragen wird. Das rücklaufende Signal 54 des Richtungskopplers 56 wird ebenfalls in Richtung zum Empfänger R1 auf der übertragungsleitung weitergeleitet. Dabei wird dieses Signal gedämpft. Weist das parasitäre hinlaufende Signal 50 eine genügend große Amplitude auf, so kann es vom Empfänger R1 fälschlicherweise als Nutzsignal interpretiert werden. Daraus ist zu ersehen, daß bei einem bidirektionalen übertragungssystem ein vom Richtungskoppler 56 ! gebildetes, zum Richtungskoppler 52 rücklaufendes Signal eine j genügend große Amplitude aufweist um vom Empfänger R1 trotz j eines vom Richtungskoppler 52 erzeugten parasitären hinlaufenden

Signals als Nutzsignal erkannt zu v/erden. Entsprechend sollte ! das parasitäre hinlaufende Signal 50, das vom Richtungskoppler ' 52 zum Empfänger R1 übertragen wird, so klein wie möglich ge-

halten werden. Tatsächlich steht das vom Richtungskoppler 56 : zum Empfänger R1 rücklaufende Signal 60 amplitudenmäßig über '■ zwei Parameter in Beziehung zu dem parasitären, vom Richtungskoppler 52 erzeugten hinlaufenden Signal 50 in Beziehung. Der erste Parameter ist die durch die übertragungsleitung zwischen

j dem Richtungskoppler 56 und dem Richtungskoppler 52 eingefügte ' Dämpfung. Der zweite Parameter des die Richtwirkung des Rich- ! tungskopplers 52. Es zeigt sich, daß die Richtwirkung des in einem bidirektionalen übertragungssystem verwendeten Richtungskopplers direkt die Leistungsfähigkeit des Systems beeinflußt. Richtwirkungen in der Größenordnung von 50 db bei Signalfrequenzen von einem GHz sind üblich. Höhere Richtwirkungen erreicht man im allgemeinen bei niedrigeren Frequenzen. Die Herstellung von Richtungskopplern mit höherer Richtwirkung ist jedoch sehr aufwendig. Verwendet man einen Richtungskoppler

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mit einer Richtwirkung von 40 db und nimmt man an, daß das rücklaufende, vom Richtungskoppler 56 erzeugte Signal durch die die beiden Richtungskoppler 56 und 52 verbindende übertragungsleitung um 30 db gedäpft wird, so liegt das gedämpfte Signal am Eingang des Empfängers R1 um 10 db über dem vom Richtungskoppler 52 erzeugten parasitären, hinlaufenden Signal. Ist ein Signal/ Störverhältnis von 10:1 oder 20 db am Eingang des Empfängers R1 erwünscht, so muß für den Richtungskoppler 52 eine Richtwirkung von 50 db gefordert v/erden. Eine Richtwirkung von D = 50 db ergibt bei einer Übertragungsleitungsdämpfung von 30 db ein Signal/ I Störverhältnis von 20db. Dieser Wert ist um 10 db besser als im betrachteten Beispiel. Es sei an dieser Stelle nocheinmal darauf hingewiesen, daß, obwohl Richtwirkungen von 50 db durchaus zu erzielen sind, die Kosten für derartige Richtungskoppler weit höher liegen als für solche mit der geringerer Richtwirkung.· j Ein Kostenvergleich, daß ein Richtungskoppler mit einer Richt- ! wirkung von 30 db bei 0,9 GIiz größenordnungsmäßig etwa 125 Dollar : kostet, während ein Richtungskoppler mit einer Richtwirkung von ' 45 db bei 19 GHz bereits etwa 850 Dollar kostet.

Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Richtungskopplereinrichtung : lassen sich hohe Richtwirkungen erzielen, indem mehrere Richtungskoppler geringerer Richtwirkung in geeigneter Weise verbunden werden.

Eine in dieser Weise verbesserte, erfindungsgemäße Richtungskopplereinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Einrichtung besteht aus drei miteinander verbundenen Richtungskopplern A, B und C. Theoretisch läßt sich in der gezeigten Weise eine beliebige Anzahl von Richtungskopplern miteinander verbinden. Jede der in der Einrichtung gemäß Fig. 4 verwendeten Richtungskoppler ist im Prinzip identisch mit dem in Fig. 3 gezeigten Richtungskoppler. Der Hauptleiterausgang 52 des Kopplers A ist mit dem Hauptleitereingang 54 des Kopplers B über ein kurzes Leitungsstück 53 verbunden. Entsprechend ist der Hauptleiterausgang 56

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des Richtungskopplers B über ein kurzes Leitungsstück 57 mit dem Hauptleitereingang 58 des Richtungskopplers C verbunden. Der Hauptleiterausgang 60 des Richtungskopplers C ist mit einem Widerstand 61 abgeschlossen, der mit dem Wellenwiderstand ZO der Leitung übereinstimmt, die mit diesem Anschluß verbunden ist. Entsprechend ist der Nebenleitereingang 62 des Richtungskopplers A mit einem Widerstand 63 abgeschlossen. Der Nebenleiterausgang 64 des Richtungskopplers A ist über ein kurzes Leitungsstück 65 mit dem Nebenleitereingang 66 des Richtungskopplers B verbunden. Das Leitungsstück 65 sollte etwa die gleiche Verzögerung bewirken wie das Leitungsstück 53. Der Nebenleiterausgang 68 des Richtungskopplers D ist über ein Leitungsstück 69 mit dem Nebenleitereingang 70 des Richtungskopplers C verbunden. Auch der Nebenleiterausgang 72 des Richtungskopplers C ist mit einem Widerstand 73 abgeschlossen_y dessen Wert dem Wellenwiderstand ZO der Leitung übereinstimmt, mit der dieser Ausgang verbunden ist.

IDa die elektrische Länge jedes Richtungskopplers τ ns ist, be-'nötigt das den Hauptleitereingang 55 des Richtungskopplers A von einem Generator 75 zugeführtes Eingangssignal VIN1 τ ns, ium zum Hauptleiterausgang 52 zu gelangen. Da das den Hauptlei~ terausgang 52 des Richtungskopplers A mit dem Hauptleitereinjgang 54 des Richtungskopplers D verbindende Leitungsstück 53 [praktisch verzögerungsfrei ist, ist das am Hauptleitereingang j 54 des Richtungskopplers D ankommende Signal praktisch identisch mit dem Eingangssignal VIN1 , aber um τ ns zeitverzögert. Auch das am Nebenleiterausgang 64 des Richtungskopplers A auftretende Signal VBA erscheint nach τ ns am Nebenleiterausgang 68 des I Richtungskopplers B als Signal VB1B. Das rücklaufende Signal ^!VB2A (Signal 5 in Fig. 6) erscheint gleichzeitig am Nebenleiterausgang 68 des Richtungskopplers B als Folge des am Hauptleitereingang 54 des Richtungskopplers B zugeführten Eingangssignals VIN2. Das resultierende rücklaufende Signal am Nebenleiterausgang 68 des Richtungskopplers B läßt die Summe der Signale VB2A

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und VB1B. Entsprechend ist das am Nebenleiterausgang 72 des Richtungskopplers C ankommende Ausgangssignal gleich der Summe der Signale VB1C + VB2B + VB3. Diese Signale sind als Signalverläufe 2, 5 und 8 in Fig. 6 dargestellt. Das resultiernde rücklaufende Signal an dem Ausgang der Richtungskopplereinrichtung darstellenden Nebenleiterausgang 72 ist also entsprechend der Anzahl 3 der Richtungskoppler um den Faktor 3 verstärkt. Bei entsprechender Verwendung von N Richtungskopplern würde man also ein Verstärkung dieses Signals um den Faktor η erhalten. Von wesentlicher Bedeutung ist jedoch, daß die parasitären hinlaufenden Signale der drei Richtungskoppler nicht verstärkt werden, da sie, wie sich aus der Addition der Signale 3, 6 und 9 ergibt,- zeitlich nicht koinzident auftreten. Die parasitären hinlaufenden Signale, die am Nebenleiterausgang 62 des Richtungskopplers A auftreten, erscheinen als drei Impulse,- deren Amplitude jeweils von einem der drei Richtungskoppler bestimmt ist. Die Richtwirkung einer erfindungsgemäßen Richtungskopplereinrichtung ergibt sich zuu

D, = = nDi. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit η = 3 beträgt die Erhöhung der Richtwirkung etwa 9_f5 db. Die in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Richtungskoppler erzielbare Richtwirkungserhöhung ergibt sich zu:

η	Richtwirkungserhöhung
4	12 db
5	14 db
• 10	• 20 db

j Die Verstärkung des rücklaufenden Signals und die eintretende jRichtwirkungserhöhung sind aufgrund der Dämpfung des rücklaufenj den Signals und des hinlaufenden Eingangssignals begrenzt, da mehrere Richtungskoppler zu durchlaufen sind. Die Dämpfung hängt ■ von der Größe des Kopplungskoeffizienten k eines Richtungskopp-

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lers ab, wobei ein höherer Kopplungskoeffizient k eine höhere Dämpfung bewirkt.

Handelt es sich bei dem Eingangssignal VIN um einen Spannungssprung, so ergibt sich als resultierendes rücklaufendes Signal bei η Richtungskopplern der in Fig. 12 dargestellte Signalverlauf. Aus den Übertragungsfunktionen eines Richtungskopplers läßt sich ableiten, daß die effektive Verstärkung des primären rücklaufenden Impulses bei η Richtungskopplern im Vergleich zu einem einzelnen Richtungskoppler den Wert

A = η k (1-k²) ⁿ~¹ = η (1-k²) ⁿ~¹

Das Verhältnis R des primären zum sekundären rücklaufenden Impuls ergibt sich bei Verwendung von η Richtungskopplern zu

ρ _ η k (1-k²) ⁿ~¹ _ _J_

Beispielsweise erhält man für k = 0,2 für einen einzelnen Richtungskoppler R = ₉ = 25:1 und A = 1. Eine Einrichtung mit

(o,2r

η = 3 Richtungskopplern ergibt eine effektive Verstärkung von A = 3 χ (1- (0,2)²) ³~¹ = 2,76. Das Verhältnis R bestimmt sich

^{zu r} - ¹ = 25 =8,33. Die Anzahl der in einer er-

: 3(O,2) 3
findungsgemäßen Richtungskopplereinrichtung zu verwendenden Richtungskoppler ist eine Funktion des Kopplungskoeffizienten k, der erforderlichen effektiven Verstärkung A und der das Verhältnis R betreffenden Kriterien. Die folgende Tabelle enthält Angaben über den Effekt von k und η auf die effektive Verstär- ¹ kung A und das Verhältnis R.

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α	1	1	R	1	2	R	5	3	R	4	R	5	R
	1	A	100	1	A	50	5	A	33	A	25	A	20
k .1	1		25	1	,98	12,	2	2,94	8,3	3,88	6,25	3,8	5
.2	1		11		,88	5,		2,70	3,7	3,46	2,5	4,2	2,2
.3			4		,82		2,48	1,3	3,0	1,0	3,4	0,8
.5			1,5		1,7		1,7		1,6

|Aus Fig. 7 sind die zeitlichen Zusammenhänge für eine erfindungsjgemäße Einrichtung mit drei Richtungskopplern für ein einen Spanjnungssprung darstellendes Eingangssignal VIII dargestellt. Die in die Signalverläufe VF1, VF2, VF3 und VF eingezeichneten Pfeile 'stellen Deltafunktionen dar, die von den entsprechenden Eingangs- !funktionen abgeleitet sind. Die gestrichelten Teile der Signalverläufe VB1, VF1, VB2 und VF2 zeigen die Lage der Impulse zum 'Zeitpunkt 0, während die ausgezogenen Linien die Lage der Impulse ■zu einem etwas späteren Zeitpunkt angeben. Es sei bemerkt, daß sich die Signale VE und VF in entgegengesetzter Richtung bewegen, was sich in den eingezeichneten Zeitmaßstäben wiederspiegelt. Beispielsweise geben die gestrichelten Verläufe VB1 und VF1 die entsprechenden Signale zum Zeitpunkt 0 an. Nach einer Zeit entsprechend 2 τ hat sich das Signal VB1 entsprechend der Lage des ausgezogenen Impulses um zwei τ ns in der einen und das Signal VF1 entsprechend um 2 τ ns in der anderen Richtung weiterbewegt. Der ausgezogene Impuls des Verlaufs VB1 ist der durch den Richtungskoppler A ausgelöste Impuls am Nebenleiterausgang des Richtungskopplers C. In gleicher Weise repräsentieren im Verlauf VE2 die gestrichelte Linie den im Richtungskoppler B erzeugten Impuls aufgrund eines Eingangssignals VIN2

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und die ausgezeichnete Linie den vom rücklaufenden Signal im Richtungskoppler B am Nebenleiterausgang des Richtungskopplers C auftretenden Impuls. Die gestrichelte Linie im Signalverlauf VF1 repräsentiert dem vom Eingangssignal VIN1 am Nebenleitereingang hervorgerufenen Impuls im Richtungskoppler A. Die ausgezogene Linie entspricht dem vom Richtungskoppler C an den Nebenleitereingang gelieferten Impuls. Dieser ist um 2 τ ns verzögert , da er sowohl dem Richtungskoppler B als auch dem Richtungskoppler A mit jeweils einer Verzögerung von τ ns durchlaufen muß. Entsprechende Erklärungen gelten für den Richtungskoppler D in Abhängigkeit von dein Eingangssignal VIN2. Das Eingangssignal VIN3 erzeugt die Signalverläufe VB3 und VF3. Die Signale VB3, VB2C und VB1C werden am Nebenleiterausgang des Richtungskopplers C addiert und liefern dadurch das als Signalverlauf VB dargestellte verstärkte Ausgangssignal. Wie bereits in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, sind die parasitären hinlaufenden Signale im Nebenleiter zeitlich um 2 τ ns getrennt, so daß keine Addition eintreten kann.

Fig. 8 gibt die Signalverläufe wieder, wenn drei Richtungskoppler verwendet werden und ein Eingangssignal VIN mit einer Anstiegszeit von 2 τ ns zugeführt wird.

Entsprechende Signalverläufe sind in Fig. 9 dargestellt, wobei das Eingangssignal VIN eine Anstiegszeit > 2 τ ns aufweist.

Wird die beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung in Verbindung mit symmetrischen, periodischen Eingangssignalen verwendet, so erhält man die maximale Richtwirkungserhohung. Man nähert sich einer unendlich großen Richtwirkung für den Fall, daß keine ideale Angleichung der Gegenkapazität Cm und gegen Induktivität LM vorliegt.

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Fig. 10 zeigt acht Signalverläufe, die auftreten, wenn einer erfindungsgemäßen Richtuiigskoppeleinrichtung mit zwei Richtungskopplern ein periodisches Eingangssignal zugeführt wird. Jeder der beiden Richtungskoppler ist auf eine Viertel Wellenlänge der Eingangsfrequenz abgestimmt. Ist beispielsweise das Eingangssignal VIN1 ein periodisches Rechtecksignal, das dem ersten Richtungskoppler zugeführt wird, so erhält man den Signalverlauf VB1 am Nebenleiterausgang 64 des ersten Richtungskopplers. Das Signal VF1 ist das resultierende, parasitäre hinlaufende Signal am Nebenleitereingang 62. Das Signal VIN2 wird am Hauptleitereingang 54 des zweiten Richtungskopplers zugeführt und ist um τ ns gegenüber dem Signal VIN1 verzögert. Das Signal VB2 ist das resultierende rücklaufende Signal, das am Nebenleiterausgang 68 des zweiten Richtungskopplers ankommt. Das Signal VF2 ist das resultierende, parasitäre hinlaufende Signal, das am Nebenleitereingang 62 des zweiten Richtungskopplers erscheint. Das Signal VB ist das angestrebte Ausgangssignal und entspricht der Summe der Signale VB1 und VB2. Wesentlich ist, daß das Signal VF durch Addition der parasitären hinlaufenden Signale VF1 und VF2 praktisch verschwindet. Entsprechende Ergebnisse erhält ',man mit einer Anzahl 2n erfindungsgemäß in Kaskade geschalteten iRichtungskopplern, wobei jeder dieser Richtungskoppler auf eine ιViertel Wellenlänge der Eingangsfrequenz abgestimmt ist. Weiterhin kann ein Ausführungsbeispiel darin bestehen, daß 4 χ n, ;mit η = 1, 2, 3 usw., auf ein 1/8 Wellenlänge der Eingangsfre-

iquenz abgestimmte Richtungskoppler eingesetzt werden.

'Eine unendlich große Richtwirkung läßt sich praktisch nicht erizielen, da sich die parasitären hinlaufenden Signale nicht volljkommen gegenseitig auslöschen können. Der Grund dafür liegt in Ider vorhandenen Dämpfung. Aus der Fig. 10 läßt sich ersehen, daß die Signale VF1 und VF2 identische Amplituden aufweisen müssen, um eine vollkommene Auslöschung zu erhalten. Das Signal VF2 weist aber stets eine etwas geringere Amplitude als das Signal VF1 auf, da das Signal VIN2 eine geringere Amplitude

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j als das Signal VIN1 aufweist und das Signal VF2 beim Durchlaufen des Richtungskopplers A gedämpft wird. Die Dämpfung des parasitären hinlaufenden Signals VF2 kann auf ein Minimum gebracht werden, wenn der Kopplungskoeffizient niedrig gehalten wird. Die

Dämpfung ergibt sich nämlich aus dem Wert 1~k . Für die Werte k = 0,2 und |VF1| = 1 erhält man |VF2| = 1 - 0,04 χ 1 = 0,98. Die Amplitude des resultierenden hinlaufenden Signals wird somit um 2% gegenüber dem hinlaufenden Signal bei einem einzelnen Richtungskoppler reduziert. Verglichen mit einem einzelnen Richtungskoppler wird die Amplitude des resultierenden rücklaufenden Signals um einen Faktor 1,96 erhöht. Die Richtwirkung einer Einrichtung mit zwei Richtungskopplern ist somit 98 mal höher als die Richtwirkung eines einzelnen Richtungskopplers. Das bedeutet eine Erhöhung der Richtwirkung um 39,8 db.

Fig. 11 zeigt die Verhältnisse bei einem nichtperiodischen Signal-Jverlauf, wie er beispielsweise bei einem Datenfluß im Zweifre- !quenz-Code auftritt. Die Rxchtwirkungserhohung tritt auch hier Iein, da das resultierende parasitäre hinlaufende Signal nicht j größer als bei einem einzelnen Richtungskoppler ist, hingegen ; das rücklaufende Signal in der beschriebenen Weise verstärkt wird.

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Claims

2 5 A 7 2 5 O

PAT Ε__Ν_Ϊ_ AN S P_RÜ _C_JL.E

"i.' Richtungskopplereinrichtung unter Verwendung eines Riehtungskopplers bestehend aus einem Streifenleiterpaar mit einem Eingangs- unu Ausgangsanschluß aufweisenden Hauptleiter für das hinlaufende und einem Eingangs- und Ausgangsanschluß aufweisenden Nebenleiter für das induzierte rücklaufende Signal, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Richtungskoppler vorgesehen sind und der Hauptleitereingang des ersten Richtungskopplers den Eingang und der Nebenleiterausgang des letzten Richtungskopplers den Ausgang der Einrichtung bildet, daß der Hauptleiterausgang jedes Richtungskopplers mit Ausnahme des letzten mit dem Hauptleitereingang des jeweils nachfolgenden Richtungskopplers und der Nebenleiterausganc jedes Richtungskoppler mit Ausnahme des letzten mit dem Nebenleitereingang des jeweils nachfolgenden Richtungskopplers verbunden ist,, daß der Nebenleitereingang des ersten und der Nebenleiterausgang und Hauptleiterausgang des letzten Richtungskopplers entsprechend dem Wellenwiderstand der jeweils daran angeschlossenen Leitung abgeschlossen sind und daß die auftretenden Verzögerungszeiten so festgelegt sind, daß die rücklaufenden Signale aller Nebenleitungen am Nebenleiterausgang des letzten Richtungskopplers gleichzeitig und die parasitären hinlaufenden Signale aller Nebenleitungen am Nebenleitereingang des ersten Richtungskopplers nicht gleichzeitig ankommen.

Richtungskopplereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Richtungskoppler die gleiche elektrische Länge aufweisen.

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3. Richtungskopplereinrichtung nach Anspruch 2, daß die parasitären hinlaufenden Signale der Nebenleitungen eine Dauer gleich der Anstiegszeit der zu koppelnden Eingangssignale aufweisen.

4. Richtungskopplereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei periodischem Eingangssignal
die Richtungskoppler unter Berücksichtigung der Wellenlänge des Eingangssignals abgestimmt sind.

po 974 020 6 0 9 8 2 7/0561