DE2728329A1 - Richtkoppelglied - Google Patents

Description

GORDON P. RIBLET
Wellesley, Mass. /USA

RICHTKOPPELGLIED

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf

Richtkoppelglieder für Abzweigungen von der Art der Streifenleiter, Mikrostrips, Koaxialleiter oder Hohlleiter, Die Erfindung betrifft insbesondere ein Vierpol-energiekoppelndes Netzwerk, das an jedem Eingang mit Anpassungsnetzwerken versehen ist, um bei mehr als einer Frequenz Anpassung hervorzurufen, und ist duroh eine sehr flache VSWR-Kurve charakterisiert.

In der Zeichnung zeigen die Figuren 1A und

809832/0580

- ir-

1B bisher bekannte Kopplungsnetzwerke in Streifenleiteraufbau. Figur 1A zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vierpolschaltung, bestehend aus vier Netzwerken, jedes vorzugsweise für eine Viertelwellenlänge. Dieses Koppelglied ist aufgrund seiner Eigenart auf nur eine einzige Frequenz abgestimmt, die üblicherweise die Mittenfrequenz des gewünschten Betriebsbandes ist. Handelt es sich beispielsweise bei dem Betriebsband um das 3»7-4,2 GHz-Band, dann ist das Koppelglied exakt nur auf die Mittenfrequenz von 3,95 GHz abgestimmt und angepaßt. Genauer Abgleich ist nur bei dieser Frequenz erreicht, und der VSWR ist nur bei der mittleren Betriebsfrequenz 1,0. Wenn das Koppelglied als Quadraturhybrid ausgebildet ist, tritt bei der Mittenfrequenz gleiche Leistungskopplung vom Eingang zu den Ausgängen auf. Zur Verbesserung der VSWR-Bandbreite ist es bekannt, weitere Abzweignetzwerke hinzuzufügen oder für den Fall der Streifenleiter weitere Streifennetzwerke insbesondere parallel hinzuzufügen, wie dies in Figur 1B gezeigt ist. Zum Verständnis der bekannten Abzweigkoppelelemente wird auf die Literatur verwiesen, insbesondere auf CG. Montgomery, R.H. Dicke und E.M. Pure eil, Principles of Microwave Circuits, McGraw-Hill, New York, 1948; J. Ried and G.J. Wheeler, "A Method of Analysis of Symmetrical Four-Port Networks", IRE Trans. Microwave Theory and Technology, VoI♦ MTT-4, P. 246-252, Okt. 1956; und R. Levy und L.P. Lind, "Synthesis of Symmetrical Branch-Guide Directional Couplers", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol. MTT-16, P. 80-89, Feb. 1968. Diese Zueatznetzwerke wirken daraufhin, die VSWR-Kurve für die Gesamteinrichtung abzuflachen, und verbreitern etwas das Band, in welchem gute Kopplung erreicht wird. Wenn auch die Einrichtung bei mehr als einer Frequenz angepaßt ist, hat sich die Leistungsaufteilung dadurch nicht wesentlich

009832/0511

verändert, was aus der Kurve der Figur 9 deutlich wird. Mit anderen Worten, mit den bekannten Abzweig-Koppeleinrichtungen ist es nicht möglich, eine flache Leistungsaufteilungsbandbreite über ein wünschenswert breites Band wie etwa bis zu einem 3O$6-Band zu erzielen.

Mit der Erfindung wird angestrebt, ein Abzweigrichtungskoppelglied zu schaffen, das verbesserte Kopplungseigenschaften für eine erhöhte Bandbreite hat im Vergleich zu den bisher bekannten Koppelgliedern dieser Art. Das Abzweig-Richtungskoppelglied soll sich durch eine sehr flache VSWR-Kurve auszeichnen, indem Anpassung bei mehr als einer Frequenz im Betriebsband erreicht wird.

Das Abzweigrichtungskoppelglied soll eine verbesserte leistungsaufteilung über einen verhältnismäßig großen Bereich des Betriebsbandes zeigen. Gemäß der Erfindung ist über Bandbreiten bis zu 30% des Betriebsbandes eine flache Leistungsaufteilung möglich. Neben der verbesserten VSWR soll eine bessere Isolation und verbesserte Rückflußdämpfung erzielt werden.

Es ist ferner Ziel der Erfindung, ein Vierpol-Koppelglied zu schaffen, das im Aufbau verhältnismäßig einfach ist, leicht hergestellt werden kann und verhältnismäßig kompakte Abmessungen hat. Das Abzweigkoppelglied soll als Quadraturhybrid mit gleichen Koppeleigenschaften an den Ausgängen konstruiert sein und sich in vielen verschiedenen Formen herstellen lassen wie als Streifenleiter, als Mikrostrip, als Koaxialleiter oder Hohlleiter.

Um die vorstehenden Ziele zu verwirklichen, wird mit der Erfindung ein Abzweigrichtungskoppelglied ge-

809832/0568

schaffen, das aus vier untereinander verbundenen, verlustfreien Zweipol-Netzwerken gebildet ist, die zur Bildung von vier Ein- oder Ausgängen zusammengeschaltet sind, wozu auch ein Signaleingang gehört und ein Paar von Ausgängen. Um eine verbesserte VSWR und eine flache Kopplung zu erhalten, werden in einer bevorzugten Ausführungsform gleiche Anpassungsnetzwerke mit zwei Eingängen unabhängig voneinander bei jedem Eingang des Koppelgliedes gekoppelt. Bei einigen Anwendungsfällen können auch nur zwei Anpaß- oder Abgleichnetzwerke eingesetzt werden. Zum Beispiel können dann nur zwei Netzwerke verwendet werden am Ausgang, wenn der Abgleich an den Eingängen nicht kritisch ist. Durch richtige Auswahl der Scheinleitwerte des grundlegenden Netzwerks, das das Koppelglied enthält, wirkt dieses als Quadraturhybrid mit gleicher Leistungsaufteilung über eine relativ große Bandbreite. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Koppelglied ein Streifenleiter ist, weist jedes der Abgleichnetzwerke einen Stab (Streifen) und einen zugehörigen Viertelwellenlängen-Wandler auf, der von den Ausgangsanschlüssen des Koppelgliedes abgeht. Dieser Stableiter kann ein verkürzter Stableiter von Viertelwellenlänge sein oder ein offener Stableiter von halber Wellenlänge. Unter einigen Bedingungen kann Abgleich oder Anpassung erzielt werden, wenn nur ein Viertelwellenlängen-Wandler ohne den Stableiter (stablose Version) verwendet wird. Das Konzept der Erfindung ist auch anwendbar bei Konstruktionen von Hohlraumkoppelgliedern und Koaxialkoppelgliedern ·

Die Erfindung wird aus der nun folgenden

Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung noch deutlicher offenbart. Es zeigen:

809832/0568

Figur 1Α: Ein Schemadiagranim eines bekannten Abzweig-Richtungskoppelgliedes ;

Figur 1B: ein Schemadiagramm eines bekannten Abzweig-Koppelgliedes mit mehreren Zweigen;

Figur 2: ein Schemaschaltbild in Zweileiterdarstellung eines Netzwerks unter Verwendung eines erfindungsgemäflen Richtungskoppelgliedes;

Figur 3 σ ein AusfUhrungsbeispiel eines Abgleichnetzwerks gemäß der Erfindung;

Figur 4: die Koppelgliedkonstruktion mit Abgleichnetzwerken gemäß Figur 3;

Figur 5: eine weitere bevorzugte Ausführungsform des

Richtungskoppelgliedes mit Halbwellenlängen-Abgleichstableitern;

Figur 6: eine teils aufgebrochene perspektivische

Darstellung eines Koppelgliedee gemäß Figur 5;

Figur 7i in Kurvendarstellung die Abhängigkeit von

VSWR gegenüber der Frequenz des Richtungskoppelgliedes nach der Erfindung;

Figur 8: die Darstellung der Kopplung (db) abhängig

von der Frequenz des Richtungskoppelgliedes;

Figur 9J eine Kopplungskurve eines Richtungskoppelgliedes bekannter Bauart, wie sie an einem oder mehreren Zweigen auftritt;

809832/0568

Figur 10: ein Streifenleiter-Abzweigkoppelglied der

stablosen Type mit einem Wandler an jedem Ausgang;

Figuren 11A und 11B: Endansicht und Querschnitt eines Koppelgliedes in Hohlleiteraufbau als 1Odb-Koppelglied;

Figur 12: eine Koaxialleiterversion der Erfindung;

Figur 13: eine schematische Darstellung eines Koppelgliedes im Aufbau gemäß Figur 5 jedoch als 10db-Koppelglied; und

Figur 14: ein schematisches Schaltbild in Zweileiterdarstellung einer Reihenschaltung von zwei Ausgangs-Anpaßnet zwerken.

Figur 1A zeigt die grundlegende Art eines

Koppelnetzwerks bekannter Form in Streifenleiterausführung, welches aus vier untereinander verbundenen Netzwerken besteht, die die Ausgänge 1-4 bilden. Wie bereits gesagt, können die Eigenschaften dieses Koppelgliedes hinsichtlich der flachen Ausbildung der VSWR-Kurve dadurch verbessert werden, daß zusätzliche Zweigleiter oder Streifen im wesentlichen parallel zu der eigentlichen Netzwerkvorrichtung eingeschaltet werden. Figur 1B zeigt ein typisches Zweigleitungskoppelglied mit zusätzlichen Leiterstreifen B1 und B2. Drei Abzweige können ebenfalls verwendet werden, wobei sämtliche Längen gleich sind, der Streifen B1 verbindet die Streifen 1A und 4A, der Streifen B2 die Streifen 2A und 3A. Obgleich bereits eine Verbesserung der VSWR-Kurve damit erzielt wird, hat das Zweigleitungskoppelglied immer noch

809832/0561

«ι

Parabolkurvencharakter hinsichtlich der Kopplung mit idealen Koppeleigenschaften bei nur zwei Frequenzen. Figur 9 zeigt Kopplungskurven an den Ausgängen, die die Anpassung für nur eine Frequenz zeigen und nach wie vor im wesentlichen Parabolkurvenverlauf.

Im Gegensatz zu den zusätzlichen Zweigleitungen sind bei der Erfindung an jeden Ausgang des Koppelgliedes ein Zweiausgangs-Anpaßnetzwerk angeschlossen. Jedes dieser Anpaßnetzwerke ist unabhängig an seinen Ausgang angeschlossen, ohne daß zwischen den benachbarten Anpaßnetzwerken wiederum Verbindungen hergestellt sind. Figur 2 zeigt ein elektrisches Vierpol-Netzwerk in Zweileiterdarstellung, in welchem zwischen die Ausgänge 1, 2, 3 und 4 vier Netzwerke eingeschaltet sind. Die Ausgänge 1 und 4 und die Ausgänge 2 und 3 sind durch jeweils einen Vierpol N miteinander verbunden, während die Ausgänge 1 und 2 und die Ausgänge 3 und 4 durch jeweils einen anderen Vierpol N¹ miteinander verbunden sind. Die Vierpole N und N¹ sind beide verlustfrei, reziprok und symmetrisch. Da die Netzwerke reziprok und symmetrisch sind, gelten für die Scheinleitwertmatrixelemente, die in Figur 2 dargestellt sind und die jedes der vier Pole kennzeichnen, die Beziehungen Ypp = ^Yii und Yp< = ^Υιρ· Außerdem ist der Vierpol N¹ dem Vierpol N gleich mit Ausnahme des Faktors für den Scheinleitwertpegel Y. Der Vierpol N¹ ist gleich diesem Pegel Y mal dem Vierpol N. Die Scheinleitwertmatrixelemente des Vierpols N¹ sind in Figur 2 dargestellt durch folgende Werte: Y'^ = Y^Y₁₁ und Y*₁₂ = ^Y*^Y12* ^Ρ1^^{Γ 2 ζβ1}δ* auch das Anpaßnetzwerk gemäß der Erfindung, das durch die Elemente einer ABCD-Matrix dargestellt wird, die an jeden der Vierpolausgänge 1, 2, 3 und 4 angeschlossen sind, wie die Figur 2 erkennen läßt.

809832/0568

Die Schaltung nach Figur 2 mit ihrer besonderen Symmetrie bezüglich der Vierpole N und N¹ wirkt wie ein perfektes Richtungskoppelglied, wenn sie angepaßt ist. Sie ist dann angepaßt, wenn am Eingang 1 keine eintretende Leistung reflektiert wird, sofern der Ausgang 4 isoliert ist, während an den Ausgängen 2 und 3 in irgendeinem Verhältnis die Leistung ausgekoppelt wird. Jedoch kann durch Wahl eines Vierpol-Anpaßnetzwerks, das an jedes der Eingänge 1-4 angeschlossen wird, Anpassung bei einer Anzahl von Frequenzen erzielt werden und speziell bei zwei Frequenzen, was anschließend noch dargelegt wird.

Es kann mit Hilfe mathematischer Ableitung gezeigt werden, daß für alle angepaßten Frequenzen das Kopplungsverhältnis dasselbe ist für ein Netzwerk mit vier Ausgängen der beschriebenen Form, was durch folgende Gleichung wiedergegeben werden kann:

^S12

(D

^S13

Darin ist S₁₂ die Amplitude des vom Eingang 1 zum Ausgang 2 übertragenen Signals; S₁₅ die Amplitude des vom Eingang 1 zum Ausgang 3 übertragenen Signals und Y das Scheinleitwertpegelverhältnis zwischen den Netzwerken N und N¹· Durch Auswahl eines Anpaßnetzwerkes, das, wenn an jeden Ausgang 1, 2, 3, 4 eines angeschlossen ist, das Netzwerk mit den vier Ausgängen an eine Anzahl von Frequenzen anpaßt, wird eine sehr flache Kopplung über ein Frequenzband erreicht, in welchem diese Frequenzen enthalten sind, da für alle Frequenzen, bei denen die Schaltung angepaßt ist, diese Kopplung dieselbe ist. Die Kurve in Figur 8 gibt die Kopplungscharakteristik deutlich wieder. Ein ähnliches

809832/0568

- r-

Ergebnis läßt sich für das Mehrzweig-Kopplungsglied der Figur 1B nicht erhalten, da es nicht in die Kategorie des in Figur 2 gezeigten Netzwerks fällt.

Der nächste Schritt ist der, daß der äquivalente Scheinleitwert bestimmt, wird, indem mit Hilfe des Anpaßnetzwerks (dargestellt durch die ABOD-Matrix in Figur 2) angepaßt wird, damit die Möglichkeit besteht, ein geeignetes Anpaßnetzwerk zu bestimmen. Wenn ein Vierpol-Anpaßnetzwerk, das mit der Matrix ABCD dargestellt wird, sich in diese komplexe Scheinleitwertkonstruktion einpaßt, dann ruft dasselbe Vierpol-Netzwerk, das an jeden der Ausgänge 1, 2, 3 und 4 angeschlossen ist, auch eine angepaßte Einrichtung hervor, wenir^ie Eingänge 1·, 2¹, 3' und 4' hineingesehen wird. Der Ausdruck für den äquivalenten Scheinleitwert ist durch den allgemeinen Ausdruck

gegeben und genauer durch

worin Y₁₁ und Y₁ ρ die Elemente der Scheinleitwertmatrix für das in Figur 2 gezeigte Vierpol-Netzwerk N sind. Der Realteil dieses äquivalenten Scheinleitwertes ist der Wirkleitwert und der Imaginärteil der Blindleitwert. Wenn A, B, C, und D die Elemente der Matrix ABGD des Anpaßnetzwerke sind, das an jeden der vier Eingänge angeschlossen ist, dann ergibt sich für die Anpaß- oder Abgleichbedingung j

1 = (B²+D²) \Y²-1 · Y₁₂ = (B²+D²) G» (3) (AB-CD) = (B² + D²) (1+Y) ♦ Y₁₁ = (B²+-D²) Y». (4)

Die endgültige ABCD-Matrix wird durch Multiplikation der

809832/0568

- yr-

Matrix für einen Wandler mit der Matrix für einen Stableiter erhalten.

Die Gleichungen 3 und 4 können dazu verwendet werden, Richtungskoppelglieder mit flacher Kopplungscharakteristik in Streifenleiterform, als Mikrostrip, als Koaxialübertragungsleitung oder als Hohlleiter zu entwerfen. Ein Beispiel eines speziellen Bemessungsvorgangs kann das Verständnis jedoch wesentlich unterstützen. Es sei angenommen, daß eine mit vier Ausgängen versehene Streifenleitereinrichtung der Art nach Figur 2 ein Netzwerk N enthält, das einfach eine Länge der Übertragungsleitung von der elektrischen Länge θ hat und den Einheits-Scheinleitwert Y =1 wie in Figur 1A. Das Netzwerk N', mit dem die Ausgänge 1 und 2 verbunden sind und auch die Ausgänge 3 und 4 haben ebenfalls eine Länge der Übertragungsleitung von derselben elektrischen Länge Θ, jedoch mit einem Eigenscheinleitwert Y. Weiter wird angenommen, daß das Koppelglied ein Quadraturhybrid ist mit gleichen Kopplungseigenschaften an den Ausgängen. Auf diese Weise ergibt sich gleiche Leistungsaufteilung zwischen den Ausgängen 2 und 3, so daß
folgt, daß Y

hält man Y₁₁ = -ctg θ und Y₁₂ = 1/sin Θ. Es folgt dann aus Gleichung (2), daß

Y_eq = 1 - (1+ {^ ) ctg Θ. (5)

sin θ

Es läßt sich aus der Gleichung (5) ersehen, daß bei θ = 90° entsprechend einer Viertelwellenlänge der äquivalente Scheinleitwert den Wert Eins annimmt. In der Nähe von θ = 90° hat der äquivalente Scheinleitwert annähernd die Form eines Einheitswiderstandes, dem ein kurzgeschlossener Stableiter von der elektrischen Länge θ und dem Scheinleitwert-

809832/0568

3, so daß S₁J = S.,, . Aus Gleichung (1)

r— Ii3 I

= γ2. Für den speziellen gewählten Aufbau er-

pegel (1+W2 ) parallel geschaltet ist.

Figur 3 zeigt ein Anpaßnetzwerk, das mit dem grundlegenden Koppelgliedaufbau zusammen verwendet werden kann. Dieses Netzwerk ist in Figur 3 als Viertelwellenlängen-Wandler von der elektrischen Lange θ dargestellt und einem Scheinleitwert Y₁, dem ein kurzgeschlossener Stableiter von derselben elektrischen Länge θ und dem Eigenscheinleitwert Y₂ parallelgeschaltet ist. Wie bereits an früherer Stelle erwähnt, wird die resultierende ABCD-Matrix erhalten durch Multiplizieren der ABCD-Matrizen des Stableiters und des Wandlers. Die resultierenden Matrixelemente werden dann in die Gleichungen (3) und (4) eingesetzt. Als nächstes werden die Realteile und die Imaginärteile der Gleichungen (5) in die Gleichungen (3) und (4) eingefügt, und es ergeben sich daraus folgende Abgleichbedingungen t

= sin θ (6)

θ - ^Y2

Die Gleichungen (6) und (7) können gleichzeitig gelöst werden, um die beiden unbekannten Eigenscheinleitwerte Y. und Yp zu bestimmen. Die Gleichungen bleiben außerdem unverändert, wenn die elektrischen Längen θ ersetzt werden duroh 180°-θ. Es sind also zwei Frequenzen für vollkommen* Anpassung vorhanden, die symmetrisch zur Mittelfrequenz liegen, welche diesen beiden elektrischen Längen entsprechen. Wenn weitere zusätzliche Anpaßstableiter und Viertellängenwellen-Wandler an jedem Ausgang

809832/0668

vorgesehen werden, lassen sich für weitere Frequenzen ideale Anpassungsbedingungen hervorrufen. So können z.B. an jedem Ausgang der Vorrichtung zwei Anpaßstableiter vorgesehen sein.

Figur 4 zeigt ein Richtungskoppelglied mit Anpaßnetzwerken 1B, 2B, 3B und 4B, die an die entsprechenden Ausgänge 1, 2, 3 und 4 des Abzweig-Richtungskoppelgliedes angeschlossen sind. Die in Figuren 7 und 8 gezeigten Kurven beziehen sich auf die Ausführungsform der Figur 4 und geben die theoretischen Eigenschaften (VSWR und Kopplung an den beiden Ausgängen 2 und 3) an für einen hybrid angepaßten Streifenleiter, der optimiert ist für das 3,7 - 4,2 GHz-Band durch geeignete Wahl von Θ. θ *cos-¹^! cos

A f

worin -%- die normalisierte Bandbreite darstellt.

Für Y₁ = 1.026 und Y₂ = 2.39 ist der Wert VSWR kleiner als 1.06, und die Kopplungsverstimmung ist etwa 0.012 db, wenngleich über dieses Frequenzband die theoretische Kopplungsverstiimnung kleiner als maximal 0.006 db gemacht werden kann. Mit dieser Ausbildung der Anpassung ergibt sich eine sehr flache Kopplung im Vergleich zu anderen Einrichtungen über Bandbreiten bis au 30#. Der Abgleich ist vollständig, wie sich aus den Kurven erkennen läßt, bei den Frequenzen, für die VSWR = 1 gilt. Die Kopplung zu Ausgang 2 hat Wellenform und nicht die gewöhnliche Parabolkurvengestalt, wie sie bei Abzweigkoppelgliedern auftritt etwa gemäß der Figur 1B.

Wie bereits an früherer Stelle gesagt, kann das Koppelglied der Erfindung als Quadraturhybrid ausge-

809832/0568

bildet werden bei geeigneter Auswahl der Scheinleitwertswerte der Netzwerke N und N¹. Pur das Quadraturhybrid wurde gezeigt, daß das Verhältnis sich in der Größe y2 bewegt. Durch geringes Variieren dieses Verhältnisses jedoch können die Kurven der Figur 8 wesentlich relativ zueinander verschoben werden, so daß'sie einander schneiden, womit Tier Frequenzwerte erhalten werden, bei denen die Kopplung gleich und ideal ist. Biese Abgleichfrequenzen können s.B. zwei voneinander entfernte Frequenzwerte um 3,78 GHa und zwei andere voneinander entfernte Frequenzwerte üb 4,12 GHz. sein.

Die Figuren 5 und 6 zeigen andere Ausführungsbeispiele der Erfindung· Statt kurzgeschlossener Stableiter, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt sind, werden dabei Stableiter in offenem Kreis verwendet mit einer elektrischen Länge von 2 θ und einem charakteristischen Blgenscheinleitwert Y₂ = 1.195 (= 1/2 Y₂ für den Stableiter im Kurzschluß), wodurch der Aufbau einfacher wird. Wie die Figur 5 zeigt, haben diese nun längeren Stableiter eine Abknickung, so daß der ganze Aufbau kompakter wird. Der Abstand (c) ist jedoch hinreichend groß, um ein übersprechen zwischen den einander gegenüberstehenden Stableitern zu vermeiden.

Figur 6 zeigt speziell eine aufgebrochene perspektivische Darstellung der Grundkomponenten dieser Vorrichtung. Die verschiedenen Schichten können dabei in geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Die Streifenleitervorriohtung befindet sich zunächst innerhalb einer gedruckten Schaltungstafel 10, auf der der Leiter 12 in der in Figur 5 dargestellten Form aufplattiert ist. In Sandwich-Bauweise sind ferner Grundplatten 14 und 16 sowie

809832/0568

eine einfache Isolierschicht 18 vorgesehen. Verbindungen mit geätzten Leitern 12 können in herkömmlicher Weise hergestellt werden.

Das in Figur 5 gezeigte Netzwerkmuster

kann in bekannter Weise hergestellt sein. Ein Fotowiderstand wird auf eine Kupferplatte für eine gedruckte Schaltung aufgebracht, und vorbestimmte Bereiche der Platte sind durch Ätzung vom Kupfer freigelegt, so daß das Muster gemäß Figur 5 übrig bleibt. Die Streifenleiter lassen sich auf einfache Weise abstimmen, um die richtigen Scheinleitwerte für den Grundaufbau und für die Anpaßungsstableiter herzustellen.

Bei dem an früherer Stelle beschriebenen

Beispiel wurde eine Betriebsfrequenz um die Mittenfrequenz von 3.95 GHz angegeben. Es lassen sich aber Vorrichtungen mit davon abweichenden Frequenzen leicht durch einfache Maßstabsveränderungen herstellen. Für ein Quadraturhybrid würde das Verhältnis zwischen den Scheinleitwerten für das Grundnetzwerk y2 behalten, jedoch die elektrischen Längen würden sich im Maßstabsverhältnis zur Betriebsfrequenz verändern. Natürlich ließen sich die früher angegebenen Gleichungen für die Berechnung der Scheinleitwerte der Stableiter für das neue Frequenzband benützen.

Zahlreiche Abwandlungen des Anpaßnetzwerks sind möglich, alt denen ebenfalls ein niedriger VSWR und eine sehr flache Kopplung über Bandbreiten bis zu wenig stens 3096 erzielbar sind. So läßt sich der Stableiter durch einen aus konzentrierten Elementen aufgebauten Shunt-Resonanz-LC-Kreis ersetzen mit der Kapazität C und einer Induktivität L, die so gewählt werden, daß dieselbe Mitten-

809832/0560

frequenz entsteht und derselbe Blindwiderstand-Abfall-Parameter wie beim Stableiter· Dies hat Vorteile am unteren Ende des Mikrowellenspektrums, wo die Stableiter recht lang werden. Es läßt sich auch der Grundaufbau der Verbindungsteile verändern, während der generelle Aufbau, wie er in der Figur 2 dargestellt ist, erhalten bleibt. So muß beispielsweise der Scheinleitwert Y , nicht Eins sein, sondern kann auch um einiges größer als Eins sein, was die Eigenschaften nach dem Anpassen über eine bestimmte Bandbreite tatsächlich verbessern würde (siehe ausgezogene Kurve der Figur 7).

Figur 10 zeigt schematisch eine Vorrichtung ähnlich der aus den Figuren 4 und 5» bei der jedoch keine Stableiter vorhanden sind. Es handelt sich auch hier um eine Streifenleiterkonstruktion mit einer geätzten Leiterkonfiguration, die die vier Ein- oder Ausgänge 21, 22, 23 und 24 bildet. Diese Ausgänge 21 - 24 sind mit zugeordneten Viertellängenwellen-Wandlern 21A, 22A, 23A und 24A versehen. Bei der Version nach Figur 10 ist erkennbar, daß die die Ausgänge bildenden Leiterstreifen erheblich breiter sind als beim Ausruhrungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5. Die Breite dieser Streifen ist so berechnet, daß sie den Wert 2w hat, während die Breite des in Figur 4 gezeigten Beispiels w ist.

Für die Bemessung des Koppelgliedes nach der Erfindung sind in der Tat drei Variable vorhanden, nämlich Y , Y₁, Y₂, die gewählt werden müssen. Wenn man nun annimmt, daß die Stableiter nicht vorhanden sein sollen, ist die Variable Y„ nicht mehr vorhanden, so daß die Gleichungen so gelöst werden können wie die Gleichungen 6 und 7 für die Scheinleitwerte Y₁ und Y . Wird dies durchge-

§09832/0588

- vr-IO

führt, so wird ein Aufbau ähnlich der Figur 10 entwickelt. Wie bereits gesagt, ist die Breite der Streifen zweimal so groß wie bei der Vorrichtung nach Figur 4, und die Wandler haben eine Breite von 1.414w. Die Vorrichtung der Figur 10 kann einige Anwendungsfälle haben, doch besteht eine Schwierigkeit darin, daß die Gleichungen zeigen, daß Y_Q sehr groß sein muß und folglich die Vorrichtung Anlaß zu Junctioneffektproblemen geben kann. Dies wird deutlich aus der Figur 10, wo die Eingänge groß und verhältnismäßig nah beieinander sind, so daß die Bedingungen für Junctioneffektprobleme vorliegen.

Figuren 11A und 11B zeigen eine Hohlleiterversion der Erfindung als lOdb-Koppelglied. Mit eines derartigen Koppelglied ist die Leistungsaufteilung in den Ausgangsöffnungen im Verhältnis 1:10. Bei der Anordnung der Figuren 11A und 11B sind ew«i Hauptleitungskanäl· vorhanden, die die Öffnungen 31, 32, 33 und 34 bilden. Die beiden Querkanäle 35 und 36 verbinden die Hauptleitungskanäle miteinander und stellen die Querkopplung für das Koppelglied her. Es sei bemerkt» daß, weil es sich um ein 1Odb-Koppelglied handelt, die Kanäle 35 und 36 erheblioh geringere Breite haben ale die beiden Hauptdurchgangskanäle. Figur 11B zeigt deutlich die Stableiter 31A bis 34A, die den jeweiligen öffnungen 31 bis 34 zugeordnet sind. Jeder Stableiter kann ein kurzer Abschnitt eines am Ende abgeschlossenen Hohlleiters sein. Bei dieser Hohlleiterversion ist die Höhe der Abschnitte der Führungekanäle proportional den gewünschten charakteristischen Scheinleitwertspegeln.

Figur 12 zeigt eine Koaxial-Obertragungs-

808832/056»

leitungsversion der Erfindung mit Koaxialleiterabschnitten, die die öffnungen 41 - 44 bilden, welche den Grundaufbau der Vorrichtung darstellen. Bei dieser speziellen Anordnung sind nur zwei Stableiter vorgesehen als endseitig abgeschlossene Leiter 45 und 46, die mit den beiden Ausgangsöffnungen 42 und 43 verbunden sind. Die Leiter 45 und 46 sind an ihren Enden durch Leiterplatten 45A und 46A abgeschlossen. Die Anordnung der Figur 12 kann bei Betriebsfällen eingesetzt werden, bei denen Anpassung an den Eingangsöffnungen nicht erforderlich ist. Zum Beispiel kann die Einrichtung nach Figur 12 als Leistungsteiler benutzt werden, wo eine Anpassung am Eingang nicht so wichtig ist wie flache Leistungskopplung aus den Ausgangsöffnungen heraus.

Die Verwendung von nur zwei Anpaßnetzwerken kann auch bei der Streifenleiterkonstruktion verwendet werden, wo die Vorrichtung beispielsweise als Isolator oder als Leistungsschalter benützt wird. In einigen dieser Anwendungsfälle sind Dioden mit den Ausgangsöffnungen verbunden. Diese Dioden haben aus sich selbst Reihen- und Nebenschlußreaktanzen, die einige Verstimmungsprobleme mit sich bringen, wenn sie mit den Abzweigkoppelgliedern oder dem Grundkoppelglied zusammen eingesetzt werden. Durch den Aufbau der Erfindung kann jedoch eine Kompensation dieser Diodenparameter leicht durch Trimmen der Länge der Stäbe herbeigeführt werden, wodurch die elektrische Länge θ verändert wird, um diese Diodenreaktanz zu kompensieren. Gewöhnlich wird nur der Stableiter getrimmt, an den die Diode angeschlossen ist.

Die AusfUhrungsform nach Figur 13 entspricht Im wesentlichen der aus Figur 5» so daß auch die

809832/0568

gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, um vergleichbare Teile dieser zwei Schaltbilddarstellungen zu kennzeichnen. Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform nach Figur 13 besteht darin, daß dieses Koppelglied als ein 1Odb-Koppelglied mit ungleicher Leistungsteilung an den Ausgangsöffnungen 2 und 3 aufgebaut ist. Bei dieser speziellen Anordnung muß vermerk t werden, daß die Streifenleiter 50 und 51 eine Breite haben, die wesentlich geringer als bei den anderen Streifen ist, die den übrigen Aufbau bilden. Die Gleichungen lassen sich lösen, um die gewünschten Scheinleitwerte für diese Querstreifen zu erhalten. Durch diese Anordnung kann eine Leistungskopplung im Verhältnis von 10:1 zwischen den Ausgängen 2 und 3 erzielt werden.

Figur 14 ist ein Schemadiagramm in Zweileiterdarstellung, welches die Reihenschaltung von Vierpol-Anpaßnetzwerken zeigt. Dieses Diagramm ist ähnlich dem in der Figur 2 gezeigten, das jedoch für die bevorzugte Parallelschaltung der Vierpol-Anpaßnetzwerke gezeichnet wurde. In Figur 14 sind die Anpaßnetzwerke weiterhin dargestellt durch die ABCD-Matrix, doch sind die Grundnetzwerke nunmehr durch Impedanz- oder Scheinwiderstandsmatrizen und nicht mehr durch Scheinleitwertsmatrizen dargestellt. Jede der vier Ausgänge oder Öffnungen, die beim Grundnetzwerk vorhanden sind, ist durch ihre eigene Impedanzmatrix wiedergegeben. Das Diagramm der Figur 14 mag in Wirklichkeit als eine Dualform des Diagramms der Figur 2 angesehen werden und ist ähnlich dem Fall mit Parallelverbindungen, wenn die Scheinleitwerte überall durch Impedanzen ersetzt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 14 kann

809832/0561

praktisch in der Wellenleiter-Koppelgliedversion der Erfindung eingesetzt werden. Für diese Version ist die wich tige Größe die äquivalente Impedanz Z , die durch folgen

eq

de Gleichung bestimmt ist:

z_eq -

Die Leistungsaufteilung ist dann bestimmt durch folgende Gleichung:

Le e rs e

.te

Claims (18)

1. Patentansprüche

   Vj. .... Abzweigkoppelglied, g e k e η η ζ e i c h net durch zwei Paare von Vierpol-Netzwerken, die mit ihren jeweiligen Ausgängen an einen Ausgang eines jeden der beiden Vierpol-Netzwerke des anderen Paares angeschlossen sind, um dadurch vier Ausgangsöffnungen des Koppelgliedes zu bilden, und daß wenigstens zwei Vierpol-Anpaßnetzwerke an zwei der vier Ausgangsöffnungen des Koppelgliedes angeschlossen sind, wobei jedes Anpaßnetzwerk nur an seine zugehörige Öffnung angeschlossen ist.
2. 2. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß alle Anpaßnetzwerke gleich sind.
3. 3. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Paare der Zweipol-Netzwerke untereinander gleiche Scheinleitwertmatrizen haben und die Elemente der beiden unterschiedlichen Scheinleitwertmatrizen voneinander um einen konstanten Multiplikationsfaktor abweichen.
4. 4. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßnetzwerke einen Stableiter und einen zugehörigen Wandler aufweisen.
5. 5. Koppelglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stableiter durch einen Streifen von Leitermaterial von halber Wellenlänge gebildet ist.

   609832/0560

   ORIGINAL INSPECTED
6. 6. Koppelglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Stableiter in Paaranordnung angebracht sind und einer davon einer Eingangsöffnung und der andere einer Ausgangsöffnung zugeordnet ist, wobei die beiden Stableiterstreifen mit ihren freien Enden aufeinander hinweisen und zwischen den Enden einen Abstandsspalt haben.
7. 7. Koppelglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler einen Viertelwellenlängenstreifen aufweist.
8. 8. Koppelglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Stableiter als Streifen eines Leitermaterials von ein Viertel Wellenlänge ausgebildet ist, der an seinem Ende mit Masse verbunden ist.
9. 9. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Stableiter die Länge von im wesentlichen einer halben Wellenlänge hat und L-förmig gestaltet ist.
10. 10. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es in Streifenleiterform aufgebaut ist mit einer Grundplatte und alle Anpaß netzwerke Stableiter sind, die sich angrenzend an die Öffnung erstrecken.
11. 11. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er eine geätzte, ge druckte Schaltungsplatte aufweist, deren geätzte Leiter das Koppelglied in Verbindung mit einer Masse-Platte und einer

    609832/0568

    2 3

    Isolationsplatte bilden, die in Sandwich-Bauweise angeordnet sind.
12. 12. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es stableiterlos mit Anpaßnetzwerken ausgebildet ist, die durch Wandler an wenigstens einigen der Öffnungsausgänge gebildet sind.
13. 13. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vierpol-Netzwerke Abschnitte von Hohlleitern enthalten und die Anpaß-Netzwerke durch endseitig verschlossene Piüirungsstableiter gebildet sind.
14. 14· Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch

    gekennzeichnet , daß die Scheinleitwertsgrößen der Paare der Vierpolnetzwerke so vorgewählt sind, daß an den Ausgangsöffnungen des Koppelgliedes gleiche Leietungsaufteilung auftritt.
15. 15· Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch

    gekennzeichnet, daß die Scheinleitwertsgrößen der Paare der Vierpol-Netzwerke so gewählt sind, daß an den Ausgangsöffnungen des Koppelgliedes ungleiche Leistungsaufteilung auftritt.
16. 16. Koppelglied nach Anspruch 15, dadurch gekennze ichnet , daß es als 10db-Koppelglied gestaltet ist.
17. 17. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vierpol-Netzwerke Abschnitte von koaxialen Übertragungsleitungen aufweisen und die Anpaßnetzwerke durch endseitig abgeschlossene Ko-

    809832/0568

    -.25 -

    axialstableiter gebildet sind.
18. 18. Koppelglied nach Anspruch 1, dadurch

    gekennzeichnet, daß die Vierpol-Netzwerke in Reihe oder parallel geschaltet sind.

    809832/0661