DE2637889C2

DE2637889C2 - Hochfrequenzleistungskombinator und Hochfrequenzleistungsteiler

Info

Publication number: DE2637889C2
Application number: DE2637889A
Authority: DE
Inventors: Jiro Aiba; Thoshimasa Funabashi Chiba Ito
Original assignee: Tdk Electronics Co Ltd Tokyo; TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1976-08-23
Publication date: 1981-09-24
Also published as: FR2322464B1; FR2322464A1; DE2637889A1; GB1528549A; US4309666A; JPS5227238A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verteilung der Leistung einer einzigen HF-Quelle auf n Verbraucher untereinander gleicher Impedanz oder zur Zusammenschaltung der Leistung von n HF-Quellen untereinander gleicher Impedanz auf einen gemeinsamen Verbraucher wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Zum Zusammenführen oder Kombinieren einer Hochfrequenzleistung von mehreren auf eine Leitung und zum Auftrennen einer Hochfrequenzleistung von einer auf mehrere Leitungen hat man bisher eine geeignete Kombination von Übertragungsleitungen benutzt, ein sogenanntes Anpassungsglied, mit dessen Hilfe die Impedanzen der Eingangsleitungen und der Ausgangsleitung aneinander angepasst wurden. Da diese Anpassungsglieder im allgemeinen aus Leitungen mit verteilten Konstanten aufgebaut sind, hängt die Größe eines solchen Anpassungsgliedes nun von der Frequenz ab: für relativ niedrige Frequenzen, wie z.B. beim VHF Band ist ein solches Anpassungsglied ziemlich groß. Daher ergeben sich beim Einbau derartiger Anpassungsglieder Schwierigkeiten. Weiterhin ist ein solcher aus einer Kombination von Übertragungsleitungen aufgebautes Anpassungsglied, das im übrigen auch als Hybridschaltung bezeichnet werden kann, reversibel und infolgedessen nachteilig, denn beim Auftreten einer Impedanzfehlanpassung zwischen dem Anpassungsglied und einer damit verbundenen Schaltung oder bei der aus irgendeinem Grunde erhöhten Leistungsreflexion wird die Eingangsseite des Anpassungsgliedes direkt in ungünstiger Weise betroffen. Um solche Rückwirkungen auszuschließen, musste man nichtreziproke Bauelemente, z.B. Isolatoren, zwischen das Anpassungsglied und die äußeren Schaltungen, z.B. Verstärker, einschalten, die jegliche reflektierte Leistung absorbieren. Konventionelle Anpassungsglieder können so aufgebaut sein, dass ihre Eingangs- und Ausgangsimpedanz mit der charakteristischen Impedanz Z[tief]0 der Übertragungsleitung gleich sind. Die Isolatoren werden dann oft so angewendet, dass die Impedanzen auf der Eingangs- und der Ausgangsseite gleich Z[tief]0 sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die ohne ein Anpassungsglied herkömmlicher Bauweise auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann vorgesehen sein, dass die nichtreziproken Dämpfungsglieder Ferrit-Isolatoren bzw. Ferrit-Y-Zirkulatoren in Isolatorschaltung sind.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines konventionellen Hochfrequenzleistungskombinators.

Fig. 2 ein Schaltbild eines Hochfrequenzleistungskombinators gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ein Schaltbild eines Hochfrequenzleistungsteilers gemäß der Erfindung.

Fig. 4 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzleistungskombinators gemäß der Erfindung.

Fig. 5 ein Schaltbild eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hochfrequenzleistungskombinators gemäß der Erfindung und

Fig. 6 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzleistungsteilers gemäß der Erfindung.

Der konventionelle Hochfrequenzleistungskombinator der Fig. 1 weist ein konventionelles Anpassungsglied H auf, das herkömmlich so dimensioniert ist, dass seine verschiedenen Eingänge und sein einziger Ausgang die gleiche Impedanz Z[tief]0 haben. Zur Vermeidung von Rückwirkungen auf mit den Eingangsleitungen verbundene Schaltungen, z.B. Verstärker B1 und B2, sind in die Eingangsleitungen nichtreziproke Bauelemente A1 und A2 eingeschaltet, deren Eingangs- und Ausgangsimpedanzen gleich Z sind.

In dem Schaltungsbeispiel der Fig. 2 das einen Hochfrequenzleistungskombinator gemäß der Erfindung darstellt, sind in die beiden Zuführungsleitungen als nichtreziproke Bauelemente Zirkulatoren C1 und C2 mit drei Anschlüssen eingefügt, beide Zirkulatoren haben gleiche charakteristische Impedanzen. Die ersten Anschlüsse (Eingangsanschlüsse) 1 und 1´ werden als Eingänge I und II benutzt während die zweiten Anschlüsse 2 und 2´ (Ausgangsanschlüsse) parallel geschaltet sind. Der gemeinsame Ausgang III führt von dem Knotenpunkt a weg. Die Verbindungsleitungen /I und /2 zwischen Knotenpunkt a und den Ausgangsanschlüssen 2 und 2´ der Zirkulatoren C1 und C2 sind gleich lang. Die dritten Anschlüsse 3 und 3´ sind mit je einem nichtreflektierenden Abschlußwiderstand R1 bzw. R2 verbunden. An den Eingängen I und II der Zirkulatoren C1 und C2 liegende Hochfrequenzleistungen werden auf diese Weise kombiniert und dem Ausgang III zugeführt. Wenn man annimmt, dass die Impedanz an den Eingängen I und II gleich der Impedanz Z[tief]0 des Ausgangs III für das kombinierte Signal ist, dann kann ein äußerer Kreis mit gleicher Impedanz, z.B. ein Verstärker mit der Impedanz Z[tief]0, direkt mit den Eingängen I und II und/oder mit dem Ausgang III verbunden werden. Hierzu sind die Impedanzen an den Eingangsanschlüssen 1 und 1´ der beiden Zirkulatoren C1 und C2 mit Z[tief]0 zu dimensionieren, während die Impedanzen der beiden parallel geschalteten Ausgangsanschlüsse 2 und 2´ sowie die Wellenwiderstände der beiden Verbindungsleitungen /1 und /2 jeweils mit 2 Z[tief]0 zu dimensionieren sind.

Wenn nicht nur zwei Zirkulatoren, sondern beispielsweise n Zirkulatoren parallel zusammengeschaltet werden, dann muß deren Impedanz an der jeweiligen Ausgangsseite sowie der jeweilige Wellenwiderstand der Leitungen /1 I n n mal größer dimensioniert sein als die des jeweiligen Eingangs. Dann wird die Ausgangsimpedanz für das kombinierte Signal gleich den Eingangsimpedanzen sein. Der Hochfrequenzleistungskombinator kann damit direkt mit einem äußeren Kreis verbunden werden. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, kann die Eingangsseite der Schaltung auch bei der Verwendung einer Mehrzahl von direkt parallel geschalteten Zirkulatoren durch einen Fehler in einer äußeren, mit dem Ausgang III verbundenen Schaltung oder in einer folgenden Schaltung nicht ungünstig beeinflusst werden. Das liegt daran, dass die reflektierte Leistung, auch wenn sie wenigstens in einen der Zirkulatoren eintreten muß, doch durch die mit dem dritten Ausgang der Zirkulatoren verbundenen Abschlußwiderstände R1 oder R2 absorbiert wird.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Hochfrequenzleistungsteilers gemäß der Erfindung, in welchem zwei Zirkulatoren C1 und C2 parallel geschaltet sind, wobei ihre Durchgangsrichtung umgekehrt ist. Bei dieser Schaltung sind die Eingangsanschlüsse 1 und 1´ der Zirkulatoren C1 bzw. C2 parallel geschaltet. Ein Eingang III ist mit dem Knotenpunkt b in der gleichen Weise verbunden wie der Ausgang III mit den beiden Ausgängen 2 und 2´ der Zirkulatoren im Fall des oben beschriebenen Hochfrequenzleistungskombinators. Wenn eine Hochfrequenzleistung an dem Eingang III anliegt, wird sie zu gleichen Teilen den Ausgängen I und II der Ausgangsanschlüsse 2 und 2´ zugeführt. Wenn in
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Ausgang I oder II vorhandenen äußeren Kreis
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Fehler auftreten,
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wird die reklektierte Leistung wie oben beschrieben durch die Abschlußwiderstände R1 und R2 der Zirkulatoren absorbiert, so dass jegliche schädliche Beeinflussung einer vor dem Eingang III verbundenen Schaltung vermieden wird.

Falle beschrieben
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denen die Leistungskombinatoren und Leistungsteiler erfindungsgemäß
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äußeren Schaltungen verbunden sind, die gleiche Impedanzen an den Eingängen und Ausgängen
<NichtLesbar>

Viele Hochfrequenz-Halbleiterleistungsverstärker haben jedoch überlicherweise niedrigere Impedanzen als die üblichen Übertragungsleitungen, die eine charakteristische Impedanz Z[tief]0 von beispielsweise 50 Ohm aufweisen. Wenn man eine solche externe Schaltung mit einem konventionellen Anpassungsglied so verbinden wollte, dass die Impedanzen angepasst sind, war es notwendig, sie mittels eines Impedanzwandlers zu verbinden. Gemäß der Erfindung sind jedoch derartige Impedanzwandler nicht mehr nötig; der Leistungskombinator oder der Leistungsteiler können unmittelbar mit der externen Schaltung verbunden werden:

Wenn man z.B. die Impedanz einer mit dem Eingang bzw. Ausgang eines erfindungsgemäßen Kombinators bzw. Teilers verbundenen Schaltung mit Z[tief]1 annimmt, wobei dieser Wert von den Impedanzen Z[tief]0 an den parallel geschalteten Ausgängen oder Eingängen verschieden ist, dann kann die externe Schaltung unmittelbar mit den Zirkulatoren verbunden werden, indem man die in den Zirkulatoren C1 und C2 vorhandenen Kapazitäten oder Induktivitäten abgleicht, bis die Impedanz an den Eingangsanschlüssen bzw. an den Ausgangsanschlüssen Z[tief]1 wird. Wenn man die Impedanzen der Verstärker B1 und B2 in der Schaltung der Fig. 4 mit 20 Ohm und die der Ausgangsanschlüsse 2 und 2´ der Zirkulatoren C1 und C2 sowie die Wellenwiderstände der beiden Leitungen zum Knotenpunkt mit jeweils 100 Ohm annimmt, wobei sich die Impedanz am Ausgang für das kombinierte Signal zu 50 Ohm ergibt, dann genügt es, die Impedanz an den Eingangsanschlüssen 1 und 1´ der Zirkulatoren C1 und C2 mit 20 Ohm zu dimensionieren, so dass die Verstärker B1 und B2 mit den Eingängen verbunden werden können. Wenn nicht nur zwei Zirkulatoren parallel verbunden sind, sondern n genügt es, die Impedanzen und Wellenwiderstände in den parallel geschalteten Ausgangskreisen wie oben beschrieben zu dimensionieren und weiterhin die Impedanzen am Eingangsanschluß 1 bzw. Ausgangsanschluß 2 der Zirkulatoren an den unterschiedlichen Impedanzwert der Verstärker anzupassen.

In den Fig. 5 und 6 sind weitere Ausführungsbeispiele der Leistungskombinatoren und Leistungsteiler gemäß der Erfindung dargestellt, in denen Isolatoren A1 und A2 parallel geschaltet sind, die jegliche reflektierte Leistung absorbieren, z.B. durch den ferrimagnetischen Teil selbst. Ähnlich wie in den oben beschriebenen Fällen, können diese Ausführungsbeispiele unmittelbar mit äußeren Schaltungen verbunden werden: dazu müssen nur die Impedanzen an den parallel zu verbindenden Anschlüssen auf einen Wert dimensioniert werden, der n mal größer ist als der an den anderen Anschlüssen.

Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, ermöglicht die vorliegende Erfindung den Aufbau eines Hochfrequenzleistungskombinators und eines Hochfrequenzleistungsteilers einfach durch Parallelschaltung von nichtreziproken Bauelementen, wie z.B. Zirkulatoren oder Isolatoren, ohne dass ein herkömmliches Anpassungsglied benötigt wird. Die nichtreziproken Bauelemente übernehmen bei der erfindungsgemäßen Schaltung zugleich mit der Absorption der unerwünschten reflektierten Leistung die Aufgabe der Anpassung. Da ein derartiger Hochfrequenzleistungskombinator oder -teiler grundsätzlich nicht von der Wellenlänge der Eingangsleistung abhängt, kann er auch in einem niederfrequenten Band verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Kombinator- und Teilerschaltungen können in ihren Abmessungen klein gehalten und mit erheblich geringeren Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Verteilung der Leistung einer einzigen HF-Quelle auf n Verbraucher untereinander gleicher Impedanz oder zur Zusammenschaltung der Leistung von n HF-Quellen untereinander gleicher Impedanz auf einen gemeinsamen Verbraucher unter Verwendung von je einem nichtreziproken Dämpfungsglied in jedem der Leitungszweige zwischen einem Knotenpunkt für den Anschluss der einzigen HF-Quelle oder des gemeinsamen Verbrauchers und den n Verbrauchern oder HF-Quellen, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtreziproken Dämpfungsglieder (A1, A2, C1, C2) über untereinander gleich lange Leitungen eines Wellenwiderstandes gleich dem n-fachen Wert der Impedanz der einzigen HF-Quelle oder des gemeinsamen Verbrauchers mit dem Knotenpunkt (a, b) derart verbunden sind, dass nur reflektierte Leistung absorbiert werden kann und dass die Impedanzen der nichtreziproken Dämpfungsglieder auf den Anschlußseiten dieser Leitungen an deren Wellenwiderstandswert und auf den Anschlußseiten der n HF-Quellen oder Verbraucher an deren Impedanzwert oder den Impedanzwert eines zwischengeschalteten Verstärkers (B1, B2) angepasst sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtreziproken Dämpfungsglieder Ferritisolatoren sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtreziproken Dämpfungsglieder Ferrit-Y-Zirkulatoren in Isolatorschaltung sind.