DE2645898A1

DE2645898A1 - Phasenschieber in form einer pi-schaltung

Info

Publication number: DE2645898A1
Application number: DE19762645898
Authority: DE
Inventors: Richard W Burns
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1977-05-05
Also published as: GB1561145A; JPS5251841A; NL7611633A; US4001734A; JPS5340856B2; FR2329105B1; IL50619A0; BE847524A; FR2329105A1; DE2645898C2; SE414849B; NL176118C; IT1076498B; SE7611656L; IL50619A; NL176118B

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 7· Oktober 1976

Hughes Aircraft Company P 3257 S/kg Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 4-1
7000 Stuttgart 1

Phasenschieber in Form einer U"-Schaltung

Es sind verschiedene Arten von Dioden-Phasenschiebern bekannt, nämlich solche mit umschaltbaren Leitungsabschnitten, Hybriden-Kopplung, belasteten Leitungen und drei Elementen in Form von Tf"- oder !-Schaltungen· Die Phasenschieber mit umschaltbaren Leitungen umfassen zwei einpolige Umschalter, die dazu dienen, einen von zwei

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Abschnitten einer Übertragungsleitung in einen Kreis einzuschalten.» Allgemein erfordert eine solche Anordnung vier Dioden. Eine Phasenverschiebung wird erzielt, indem zwischen einem Leitungsabschnitt, der einen Bezugsweg bildet, und einen zweiten Leitungsabschnitt, der einen Verzögerungsweg bildet, umgeschaltet wird. Der Phasenschieber mit Hybrid-Kopplung enthält eine 3 dB-Hybride mit einem Paar abgeglichener Diodenschalter, die an identische Zweigarme der Hybride angeschlossen sindο Der Phasenschieber mit Hybridkopplung wird in großem Umfang benutzt, weil er größere Phasenverschiebungen unter Verwendung von nur zv/ei Dioden ermöglicht« Der Phasenschieber mit belasteten Leitungen enthält eine Anzahl von Paaren umschaltbarer Parallel-Blindwiderstände, die im Abstand einer Viertelwellenlänge längs einer Übertragungsleitung angeordnet sind. Die Phasenverschiebung wird dadurch erzielt, daß die Blindwiderstände vom induktiven in den kapazitiven Zustand umgeschaltet werden.. Die Phasenverschiebung ist bei einer solchen Anordnung auf etwa 4-5° für ein Diodenpaar beschränkte Endlich bestehen TT-Schaltungen aus zwei Parallelzweigen und einem Serienzweig. Eine Phasenverschiebung wird erzielt, indem die Schaltungsanordnung von einer Tiefpaß- auf eine Hochpaß-Charakteristik umgeschaltet wird und umgekehrt,, Mit einer solchen Schaltungsanordnung ist eine Phasenverschiebung in der Größenordnung von 90° erzielbar. Für eine solche Ti -Schaltung und die dazu duale T-Schaltung werden jeweils drei Dioden benötigte

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenschieber in Form einer IT-Schaltung zu schaffen, der

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unter Anwendung von nur zwei Dioden das Einschalten einer beliebigen Phasenverschiebung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Läng3zweig derIT-Schaltung aus einem Eingang und Ausgang verbindenden ersten Richtungsleiter besteht und die mit dem Eingang und dem Ausgang verbundenen C^uerzweige aus Leitungsabschnitten gleicher Länge bestehen, die zu einex* gemeinsamen Verbindungsstelle führen, die ihrerseits durch einen zweiten Richtungsleiter mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist, daß die beiden Leitungsabschnitte bei der Betriebsfrequenz jeweils eine elektrische Länge von mehr als Λ⁷·4· und weniger aid λ/2 aufweisen und mit den Leitungsabschnitten eine Schaltungsanordnung gekoppelt ist, mit deren Hilfe die beiden Richtungsleiter gleichzeitig wahlweise in den Sperrzustand oder den Leitungszustand bringbar sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zu einer den Längszweig der ^-Schaltung bildenden Seriendiode eine Übertragungsleitung mit einer Länge von etwa 5/i/4 parallel geschaltet, welche in ihrer Mitte durch eine weitere Diode mit Masse verbunden ist. Sind beide Dioden in Durchlaßrichtung vorgespannt, wird eine TT-Schaltung gebildet. Bei einer Vorspannung in Sperrichtung ist jedoch der durch die Paralleldiode gebildete Zweig geöffnet, so daß ein HF-Signal die von der Übertragungsleitung gebildete Schleife durchlaufen kann_o Ein Teil des Signals fließt auch durch die in Sperrichtung vorgespannte Seriendiode. Durch Einstellen

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der Schleifenlänge und der Impedanz des von der gesperrten Seriendiode gebildeten Übertragimgsweges kann eine angepaßte Signalübertragung für beide Vorspannung^ zustände der Dioden erzielt werden_e Transformationsabschnitte am Eingang und Ausgang der Schaltung sanordnungen können ebenfalls zur Anpassung verwendet werden. Die Größe der Phasenverschiebung kann durch geeignete Wahl der Dioden-Reaktanzen sowie die Impedanz und die Länge der Schleife eingestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Phasenschiebers in Form einer ΤΓ-Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 das Äquivalent-Schaltbild des Phasenschiebers nach Fig. 1 in dem Fall, daß beide Dioden in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, und

Fig. 3 das Äquivalent-Schaltbild des Phasenschiebers nach Fig. 1 in dem Fall, daß beide Dioden in Sperrichtung vorgespannt sind_o

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Bei dem in IJ¹Ig. 1 dargestellten Phasenschieber iat eine Eingangsklemiae 10 durch eine Seriendiode 12 mit einer Ausgangsklemme 14 verbundene Die Seriendiode 12 ist so gepolt, daß ein Vorspannstrom in Richtung auf die Eingangsklemme 10 fließen kann₀ Weiterhin ist ein Leitungsabschnitt 15 mit einer Länge von 3 A/8 ^a*i die Eingangsklemme 10 angeschlossen, die zu einer Verbindungsstelle 16 führt, die ihrerseits durch einen Sperrkondensator 17 und einen Leitungsabschnitt 18 mit einer Länge von 3/I/8 mit der Ausgangsklemme 14 verbunden ist. Die Verbindungsstelle 16 ist über eine Shunt-Diode 20 mit Masse verbunden. Diese Shunt-Diode ist so gepolt, daß ein Vorspannstrom in Richtung auf die Verbindungsstelle 16 fließen kanru Weiterhin ist der Mittelleiter des Leitungsabschnittes 18 mittels einer Drossel 22 auf Masse gehalten, die den Mittelleiter mit Masse verbindet.

Der Betx'ieb des Phasenschiebers nach Fig. 1 hängt nicht in kritischer Weise von den HF-Eigenschaften der Dioden 12 und 20 ab, so daß Dioden, deren Parameter in einem großen Bereich liegen, zur Erzeugung der gewünschten HF-Phasenverschiebung benutzt werden können,, Beispielsweise wurden Dioden mit einer Kapazität in der Größenordnung von 1,0 pF und einem Widerstand in der Größenordnung von 0,25 0hm für Anwendungen im S-Band und L-Band für geeignet befunden. Weiterhin haben sich Dioden, deren Kapazität in der Größenordnung von 0,8 pF liegt, für den Gebrauch im C-Band als geeignet erwiesen.

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Das Vorspannen des erfindungsgemäßen Phasenschiebers erfolgt durch Aufrechterhalten eines geeigneten Gleichstrom-Potentials an der Eingangsklemme 10. Die Eingangskleiame 10 ist unmittelbar mit den Kathoden der beiden Dioden 12 und 20 ,,verbunden und von der Anode der Diode durch den Sperrkondensator 17 getrennt.

Die zum Erzeugen der Vorspannung dienende Schaltungsanordnung besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Potentialquelle 24, die in bezug auf Masse so gelegt ist, daß an einer negativen Klemme eine Spannung von -0,75 V und an einer positiven Klemme eine Spannung von +100 V erscheint. Die Klemmen 25 und der Potentialquelle 24 sind mit den entsprechenden Eingängen 27 und 28 eines Einfach-Umschalters 29 verbunden, dessen Ausgang 30 über eine HF-Drossel 3^ mit der Eingangsklemme 10 verbunden ist. Die Stellung des Umschalters 29 bestimmt die Vorspannung, welche an die Dioden 12 und 20 angelegt wird. Wenn der Schaltarm des Umschalters 29 einen Kontakt zum Anschluß 27 herstellt, werden die Dioden mit einer Spannung von +0,75 ^v in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Wenn dagegen der Schaltarm des Umschalters den Kontakt zur Klemme 28 herstellt, werden die Dioden 12 und 20 mit einer Sperrspannung von -100 V beaufschlagt.

Wenn die Dioden 12 und 20 des Phasenschiebers nach iⁿig. in Durchlaßrichtung beaufschlagt sind, also von einem Vorspann«trom durchflossen werden, ergibt sich für die

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Schaltungsanordnung das in Fig. 2 dargestellte Aquivalent-Schaltbild. 13in ötromfluß durch die Diode 20 führt zu einer effektiven HF-Erdung der Verbindungsstelle 16, so daß die Leitungsabschnitte 15 und 18 eine zwischen Unendlich und Null liegende Impedanz an die Eingangsklemme 10 bzwο Ausgangsklemme 14 reflektieren. Die Wahl der tatsächlichen Länge und des Wellenwiderstandes der Leitungsabschnitte 15 und 18 bestimmt die Größe und Art dieser Impedanz_o Es ist allgemein bekannt, daß ein Kurzschluß am Ende eines Leitungsabschnittes mit der Länge einer Viertelwellenlänge einen sehr hohen, theoretisch unendlich großen V/iderstand am Eingang erzeugt. ■Ein Kurzschluß am Ende eines Leitungsabschnittes, der eine halbe Wellenlänge lang ist, erzeugt auch am Eingang der Leitung einen Kurzschluß. Demgemäß erzeugt ein Kurzschluß am Ende eines Leitungoabschnittes, dessen Länge 3 λ/8 beträgt, an dessen Eingang eine Impedanz in Form eines kapazitiven Blindwiderstandes, der in Fig. 2 durch die Kondensatoren 36 und 38 veranschaulicht ist, welche zwischen die Klemmen 10 bzw. 14 und Masse geschaltet sind. Die in Durchlaßrichtung vorgespannte Seriendiode bildet ihrerseits einen die Klemmen 10 und 14 verbindenden, leicht induktiven Weg 40. Die Kapazitätevn 36 und 38 sowie die Induktivität 40 der 1Γ-Schaltung bewirken ein Aufrechterhalten der richtigen Impedanzen und erzeugen eine Phasenverschiebung zwischen den Klemmen 10 und 14.

Wenn die Dioden 12 und 20 in Sperrichtung vorgespannt sind, wenn also der einpolige Umschalter 29 in die Lage gebracht worden ist, in der seine Anschlüsse 28 und 30

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- g no

verbunden sind und an den Dioden eine Sperrspannung von -100 V anlegt, gilt das in Fig. 3 dargestellte Äquivalent-Schaltbildο Die Dioden 12 und 20 bilden nunmehr für das HF-Signal Kapazitäten 41 und 4-2» Ein an die Eingangsklemme 10 angelegtes HF-Signal wird nun in zwei Anteile aufgespaltene Ein Anteil fließt durch die Leitungsabschnitte 15 und 18 zur Ausgangsklemme 14, während der restliche Anteil der Ausgangsklemme 14 über die Kapazität 41 zufließt. Diese "beiden Signalanteile werden an der Ausgangsklemme 14 wieder kombinierte Hierdurch wird eine Phasenverschiebung zwischen den Klemmen 10 und 14 hervorgerufen. Die reine Änderung der Phasenverschiebung ergibt sich aus der Differenz der Phasenverschiebung zwischen den beiden Klemmen 10 und 14 in den beiden Fällen, in denen die Dioden 12 und 20 in Vorwärtsrichtung und in Hückwärtsrichtung vorgespannt sind.

Der beschriebene Phasenschieber läßt eine große Variation in den Parametern der Dioden 12 und 20 zu, da die Phasenverschiebung primär durch die richtige Wahl der Längen der Leitungsabschnitte 15 und 18 und des Impedanzniveaus bestimmt ist. Daher hat der Phasenschieber auch eine erhebliche Bandbreite in der Größenordnung von bis 30%. Durch geeignete Wahl der Parameter der Dioden und Eeitungsabschnitte können Phasenverschiebungen im Bereich von sehr kleinen Werten bis vergleichsweise hohen Werten, nämlich 180°, erzielt werden,,

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Claims

Patentansprüche

(1.] Phasenschieber in Form einer fT-Schaltung, dadurch ' gekennzeichnet, daß der Längszweig der 7J*-Schaltung aus einem Eingang (10) und Ausgang (14-) verbindenden ersten Richtungsleiter (12) besteht und die mit dem Eingang (IQ) und dem Ausgang (14·) verbundenen Querzweige aus Leitungsabschnitten (15» 18) gleicher Länge bestehen, die zu einer gemeinsamen Verbindungsstelle (16) führen, die ihrerseits durch einen zweiten Richtungsleiter (20) mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist, daß die beiden Leitungsabschnitte (15| 18) bei der Betriebsfrequenz Jeweils eine elektrische Länge von mehr als A/4- und weniger als "X/2 aufweisen und mit den Leitungsabschnitten eine Schaltungsanordnung (24-, 29) gekoppelt ist, mit deren Hilfe die beiden Richtungsleiter (12, 20) gleichzeitig wahlweise in den Sperrzustand oder den Leitungszustand bringbar sindo
2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Richtungsleiter (12, 20) Dioden sind.
3. Phasenschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diode (12) einen Stromfluß in Richtung zum Eingang (10) und die zweite Diode (20) einen Stromfluß in Richtung zur Verbindungsstelle (16) zuläßt.

·/ ■

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4. Phasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (15, 18) bei der Betriebsfrequenz eine elektrische Länge von 3>l/8 aufweisen.

5· Phasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansi>rüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle von Masse gebildet wird,

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