DE2828047C2 - Frequenzabhängiges Koppelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein frequenzabhängiges Kop- γ, pelsystem mit zwei Kopplungsschleifen in einem Hohlraum, die gleichen charakteristischen Widerstand besitzen und in der Nähe der Wand des Hohlraums voneinander isoliert angeordnet und mit ihren Enden durch die Hohlraumwand hindurchgeführt und jeweils wi mit einer Eingangs- bzw. Ausgangskoaxialleitung verbunden sind, die die charakteristische Impedanz haben und mit dem charakteristischen Widerstand abgeschlossen sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 23 39 441 ist bereits hi ein derartiges frequenzabhängiges Koppelsystem bekannt. Bei diesem bekannten System hat jedoch der Hohlraumresonator unvermeidlich große Abmessungen, wenn er bei geringen Frequenzen auf Resonanz abgestimmt werden soll, außerdem ist die Abstimmung schwierig.

In der deutschen Patentschrift 8 91432 wird ein Uitrakurzwellen-Bandfilterkreis beschrieben, der aus mindestens zwei rotationssymmetrischen Hohlraumresonatoren besteht, die auf die gleiche Frequenz eingestellt und miteinander über öffnungen gekoppelt sind Dabei läßt sich die Bandbreite dieses Bandfilterkreises durch Änderung der öffnungswerte einstellen.

Außerdem kennt man sog. Konstantwiderstand-Schaltungen, d. h. Schaltungen, die in möglichst idealer Weise einen konstanten Eingangs- und/oder Ausgangswiderstand aufweisen, der frequenzunabhängig ist und keine reaktive Komponente enthält Es ist bekannt, daß derartige Schaltungen aus Koaxialleitungen aufgebaut werden können. Da dabei jedoch notwendig ist, Diplexer in solche Schaltungen aufzunehmen, e/gibt sich ein komplizierter, sperriger und unwirtschaftlicher Aufbau. Dieser Nachteil kann auch bei einem Aufbau der Schaltung mit Wellenleitern nicht vermieden werden, da Wellenleiter ebenfalls sperrig und teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein für Konstant-Widerstand-Schaitungen anwendbares Koppelsystem zu schaffen, welches auch bei niedrigen Frequenzen geringe Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem Koppebystem der eingangs gemannten Gattung dadurch gelöst, daß im Hohlraum eine Resonatorplatte angebracht ist, deren Ebene parallel zu den Ebenen der Kopplungsschleifen liegt.

Das erfindungsgemäße Kopplungssystem besitzt den Vorteil, daß bei Beaufschlagung der Eingangs-Koaxialleitung mit Energie keine Energie-Reflexionen auftreten und die Energie in Abhängigkeit vom Verhältnis der Eingangsfrequenz zur Resonanzfrequenz der Platte aufgeteilt wird.

Vorzugsweise umfaßt jede Koppelschleife ein im wesentlichen parallel zu und mit Abstand von der Innenwand des Hohlraumes angebrachtes elektrisch leitfähiges Element.

Vorzugsweise umfaßt jedes leitende Element einen dünnen Blattleiter.

Vorzugsweise ist die Rcsonatorplattc quadratförmig, und die Koppelschleifen sind aneinanderstoßenden geraden Kanten der Platte benachbart angebracht.

Vorzugsweise beträgt die elektrisch wirksame Länge jeder Seite der quadratischen Resonatorplatte annähernd eine halbe Wellenlänge bei Resonanzfrequenz.

Vorzugsweise ist die Platte mit einer zentral angeordneten öffnung versehen, deren Größe die tatsächliche Resonanzfrequenz der Platte beeinflußt.

Vorzugsweise besitzt die öffnung die Form eines Kreuzes, bei dem jeder Balken mit den Seiten der Platte ausgerichtet ist.

Um eine Schaltung mit mehr als einer Resonanzfrequenz zu schaffen, kann mehr als eine Resonanzplatte vorgesehen sein; falls zwei Platten vorgesehen sind, sind sie vorzugsweise kapazitiv miteinander verkoppelt. Sie können übereinander angeordnet sein oder in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung Jcr Zusammenhänge,

F i g. 3 ein Diagramm des Frequenzverhaltens der

Ausführung nach F i g. 1,

F i g. 4 eine alternative Ausführung der Erfindung,

F i g. 5 ein Diagramm des entsprechenden Frequenzverhaltens.

In F i g. 1 zeigt der obere, mit »F i g. 1A« bezeichnete Teil die Draufsicht auf eine Schaltung mit vier Zugängen 1, 2, 3 und 4 und einem Hohlraum 5, mit dem die Zugänge gekoppelt sind Jeder der Zugänge 1,2,3 und 4 besteht aus einem Stück Koaxialleitung mit jeweiligen Impedanzübertragungsabschnitten 16, 17, 18 bzw. 19. Ein Schnitt durch das Gebilde längs der Linie A-A' ist in F i g. 1B dargestellt Der Hohlraum 5 besteht aus einem kurzen Abschnitt eines Wellenleiters, dessen Wand vier Wandabschnitte 26, 2?, 28 und 29 umfaßt, die durch obere und untere Endplatten 30 bzw. 31 begrenzt sind. Die Zugänge 1 und 2 sind an dem Wandabschnitt 28 angebracht und mittels eines Koppelelementes 6 miteinander verbunden, wobei das Koppelelement 6 aus einem dünnen Leiterblatt besteht Die gleichartig ausgeführten Zugänge 3 und 4 sind am Wandabschnitt 27 angebracht und mit einem Koppelelement 7 versehen. Die Koppelelmente 6 und 7 sind getrennt von den jeweiligen Wandabschnitten, parallel zu diesen so angebracht, daß sie keinen elektrischen Kontakt mit den Wandabschnitten bilden. Die Enden der Koppelelemente sind jeweils mit dem Mittelleiter der Koaxialleitungen verbunden, so daß innerhalb des Hohlraums eine Koppelschleife gebildet ist. Im normalen Betrieb wird jede der die Zugänge 1, 2, 3 und 4 bildenden Koaxialleitungen mit ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlossen. Es ist nicht wesentlich, daß dis Koppelelemente 6 und 7 an einander benachbarten Wandabschnitten angebracht sind; sie können auch an einander entgegengesetzt liegenden Wänden angebracht sein. Eine quadratische Resonatorplatte 37 ist innerhalb des Hohlraumes 5 in der dargestellten Weise auf isolierenden Stützen 9 angebracht, wobei ihre Ebene mit der der Koppelelemente 6 und 7 ausgerichtet ist. Die Seiten der Resonatorplatte 37 sind etwa von einer Länge, die der halben Wellenlänge bei der Mittelfrequenz entspricht, bei der die Schaltung verwendet werden soll. Es ist selbstverständlich die effektive elektrische Länge, die hier relevant ist und diese kann geringfügig von der tatsächlichen körperlichen Länge abweichen. Damit der gleiche Hohlraum 5 bei verschiedenen Frequenzen benutzt werden kann, ist eine zentrale kreuzförmige Öffnung 8 vorgesehen, die durch die Platte 37 hindurchreicht. Die Größe der Öffnung beeinflußt die Resonanzfrequenz der Platte sehr stark und bei einer ziemlich großen Öffnung, wie sie beispielsweise dargestellt ist, weichen die elektrischen Ausmaße der Platte bedeutend von ihren körperlichen Ausmaßen ab. Der Hohlraum 5 beeinflußt selbst die Resonanzfrequenz der Schaltung nicht direkt, er beeinflußt jedoch den Q-Wert der Schaltung. Feinabslimmkerne oder -stifte 10, 11, 12 und 13 sind in der Deckwand 30 des Hohlraums 5 vorgesehen, und ihre Einsatz- oder Einschublänge, mit der sie in den Hohlraum hineinragen, ermöglicht eine genaue Abstimmung der Resonanzfrequenz.

Während des Betriebes ist H.-v /..igang 1 gegenüber dem Zugang 3 isoliert und der Zugang 2 ist gegenüber dem Zugang 4 isoliert. Nicht bei der Resonanzfrequenz der Platte befindliche Leistung, die dem Zugang 1 zugeführt wird, wird normalerweise an den Zugang 2 weitergegeben und in gleicher Weise wird eine Nichtresonanzlcistung, die der Zugang 3 erhält, an den Zugang 4 weitergegeben. Wenn jedoch Leistung mit Resonanzfrequenz am Zugang 1 angelegt wird, dann wird diese statt dem Zugang 2 dem Zugang 4 zugeleitet In gleicher Weise wird am Zugang 3 angelegte Resonanzfrequenzleistung zum Zugang 2 weitergeleitet Das Verhalten der Schaltung kann so erklärt werden, daß Bestandteile eines zirkularpolarisierten Wellenleiters benutzt werden. Nach Fig.2 läßt am Zugang 1 anliegende Leistung eine Spannung zwischen dem Koppelelement 6 und der Platte 37 infolge der zwischen

ίο dem Koppelelement und der Wand vorhandenen Kapazität entstehen. Bei Resonanz werden Schwingungen innerhalb der Platte angeregt wobei das elektrische Feld senkrecht zur Ebene des Koppelelementes steht, wie es in F i g. 2 mit durchgezogenen Linien angezeigt ist In gleicher Weise läßt im Koppelelement 6 fließender Strom Schwingungen innerhalb des Hohlraums entstehen, wobei das elektrische Feld in der Ebene des Koppelelementes liegt, wie es durch die gestrichelten Linien in F i g. 2 angedeutet ist. Wenn die

2ii Schleifen mit Widerstandslasten abgeschlossen sind, die gleich dem charakteristischen Widerstand sind, folgt, daß die beiden Schwingungsmoden von gleicher Größe und zeitlich und räumlich so verteilt sind, daß ein zirkularpolarisiertes Feld in dem Hohlraum existiert, in

r> dem die Platte gelegen ist, wobei der resultierende elektrische Vektor um die Achse der Platte rotiert. Daher ergibt sich, daß die Relativlage der beiden Koppelelemente nicht kritisch ist und daß sich die Schaltung wie ein Richtungskoppler mit sich ändernder

SIi Empfindlichkeit verhält, wobei die Empfindlichkeit durch die Charakteristik der Pesonatorplatte bestimmt wird. Die Schaltung zeigt an den Zugängen 2 und 3 einen konstanten Widerstand, dessen Wert unabhängig von der am Zugang 1 anliegenden Frequenz ist; wenn die

Γι Koppler richtig bemessen sind, enthält der Widerstand keine reaktive Komponente.

Wenn die Zugänge 2, 3 und 4 mit ihren jeweiligen charaktierischen Impedanzen abgeschlossen sind und eine Quelle veränderlicher Frequenz am Zugang 1

4Ii anliegt, wird eine in Fig. 3 dargestellte Übertragungscharakteristik erreicht. Die Übertragungscharakteristik zeigt die Veränderung der Einfügungsdämpfung am Zugang 2 mit der Frequenz. Bei beträchtlich unterhalb der Resonanz gelegenen Frequenzen wird die gesamte

4") am Zugang 1 oder an der Klemme 1 anliegende Leistung an die Klemme 2 weitergeleitet und die Kopplung innerhalb des Hohlraums ist vernachlässigbar. Wenn die Frequenz auf die Resonanzfrequenz der Platte /i) angehoben wird, wird die gesamte Energie zum

">(i Zugang oder zur Klemme 4 hin übertragen. In diesem Zustand erhält weder der Zugang 2 noch der Zugang 3 Energie. Wenn die Eingangsfrequenz über die Resonanzfrequenz hinaus ansteigt, nimmt die dem Zugang 4 zugeführte Leistung ab, bis wiederum die gesamte

Vi Leistung am Zugang 2 erscheint. Durch sorgfältige Auslegung und Abstimmung des Hohlraumes, der Platte und der Koppelelemente kann der Anstieg der Übertragungscharakteristik im Bereich der Resonanzfrequenz /n sehr steil gemacht werden. Das ergibt einen

Wi Kreis mit einem sehr hohen Q-Fakior. Die Resonanzfrequenz besitzt eine Wellenlänge λ, und der Wert — ist,

wie bereits erwähnt, die elektrisch wirksame Länge der Platte 37.

h) Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft auf

die Kombination zweier Signale anwenden, beispielsweise auf die Kombination eitles Bildträgersignals mit dem Tonträgersignal in der Endstufe eines Fernsehsen-

ders. Die Tonträgerfrequenz liegt am Zugang 1 eines Hohlraumes an, in dem eine Platte mit einer bei dieser Frequenz auftretenden Resonanz angebracht ist und das Bildträgersignal liegt an Zugang 3 an. Der Abstand der Trägerfrequenzen des Ton- und des Bildträgers ist genügend grob, so daß die Platte bei Bildträgerfrequenz im wesentlichen nicht mehr im Resonanzzustand ist. Das bedeutet, daß die Bildträgerfrequenz im wesentlichen unmodifiziert an Zugang 4 weitergegeben wird. Da jedoch, wie bereits erwähnt, die gesamte an Zugang 1 anliegende Energie ebenfalls mit Zugang 4 verkoppelt ist, wird an diesem Zugang 4 ein kombiniertes Ausgangssignal erhalten. Typischerweise wird das am Zugang 4 anliegende Ausgangssignal direkt von einem gemeinsamen Scndcclcmcnt abgestrahlt. Der Vorteil dieser Schaltungsart besteht darin, daß in Praxis buchstäblich keine Leistung von Zugang ί an Zugang 3 übertragen wird und ebenfalls auch keine an Zugang 3 anliegende Leistung an Zugang 1 gelangt. Dadurch wird zwischen den Ton- und den Bildübertragungssystemen ein sehr hoher Isolationsgrad gehalten. Da die Schaltung eine konstante Widerstandscharakteristik besitzt, ändert sich auch die Leistung des ausgestrahlten Signals nicht mit der Frequenz.

Durch Kombination von zwei oder mehr Resonanzplatten können Übertragungseigenschaften erzielt werden, die eine größere Komplexheit als die in Fig.3 dargestellten besitzen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist in F i g. 4 dargestellt, wobei F i g. 4A eine Draufsicht und Fig.4B ein Querschnitt ist, entsprechend den Teilen der Fig. 1. Die Bezeichnungen in

ι ο F i g. 4 entsprechen soweit möglich denen in F i g. 1. Der Unterschied von Fig.4 gegen Fig. 1 liegt darin, daQ eine zusätzliche Resonanzplatte 50 vorgesehen ist, die in der gleichen Ebene wie die Platte 37 liegt und eine gleichartige kreuzförmige öffnung 51 besitzt. Diese Platte ist kapazitiv mit der Platte 37 über zwei Leitbänder 52 und 53 verbunden, wobei diese auf isolierenden Stiften 54 ruhen.

Die entsprechend abgewandelte Übertragungscharakteristik ist in F i g. 5 dargestellt; es ist zu sehen, daß auf diese Weise zwei Resonanzfrequenzen erzeugt werden.

Hier/u 4 Blau Zeiclinuimen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Frequenzabhängiges Koppelsystem mit zwei Kopplungsschleifen in einem Hohlraum, die gleichen s charakteristischen Widerstand besitzen und in der Nähe der Wand des Hohlraums voneinander isoliert angeordnet und mit ihren Enden durch die Hohlraumwand hindurchgeführt und jeweils mit einer Eingangs- bzw. Ausgangskoaxialleitung ver- ι ο bunden sind, die die charakteristische impedanz haben und mit dem charakteristischen W^:derstand abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (5) eine Resonatorplatte (37) angebracht ist, deren Ebene parallel zu den Ebenen ι ^r> der Kopplungsschleifen (6,7) liegt

2. Koppelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Koppiungsschleife ein elektrisch leitendes, im wesentlichen parallel zu und in Abstand von der Innenwand des Hohlraumes >o angebrachtes Element umfaßt.

3. Koppelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes leitende Element einen dünnen Blattleiter umfaßt.

4. Koppelsystem nach einem der vorangehenden >> Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorplatte quadratförmig ist und daß die Kopplungsschleifen in Nachbarschaft zu zwei benachbarten geraden Kanten der Platte angebracht sind.

5. Koppelsystem nach Anspruch 4, dadurch so gekennzeichnet, daß die elektrisch wirksame Länge jeder Seite der quadratischen Resonatorplatte annähernd einer halben Wellenlänge der Resonanzfrequenz entspricht.

6. Koppelsystem nach Anspruch 4, dadurch r> gekennzeichnet, daß die Platte mit einer zentral angeordneten Öffnung versehen ist, deren Größe die tatsächliche Resonanzfrequenz der Platte beeinflußt.

7. Koppelsystem nach Anbruch b, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung die Form eines 4« Kreuzes besitzt, wobei jeder Balken mit den Seiten der Platte ausgerichtet ist.

8. Koppelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung einer Schaltung mit mehr als einer Resonanz- r> frequenz mehr als eine Resonatorplatte vorgesehen ist.

9. Koppelsysiem nach Anspruch- 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei vorgesehenen Platten diese kapazitiv miteinander gekoppelt sind. ^r>o