DE3135480C2

DE3135480C2 -

Info

Publication number: DE3135480C2
Application number: DE19813135480
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Adelseck; Bernhard Dr.-Ing. 7910 Neu-Ulm De Rembold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Sendertechnik GmbH
Priority date: 1981-09-08
Filing date: 1981-09-08
Publication date: 1989-11-16
Also published as: DE3135480A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Phasenmodulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Phasenmodulator ist in "1979 International Microwave Symposium, Orlando/Florida, Conf. Proc. Seiten 119 bis 121" beschrieben. Dieser ist als Reflexionsmodulator aufgebaut und benötigt daher zusätzliche Koppler, um einfallende und auslaufende Welle zu entkoppeln.

Aus der DE 22 35 695 B2 ist ein weiterer Phasenmodulator bekannt, bei dem zur Zuführung der zu modulierenden hochfrequenten Schwingung in einem Hohlleiter eine Koppelanordnung mit zwei an einen Längsleiter angeschlossenen Armen vorgesehen ist, die eine Querverzweigung bilden, wobei in jedem der beiden Arme der Koppelanordnung je eine Diode eingeschaltet ist, die jeweils getrennt für sich ansteuerbar sind und je nach der Ansteuerung H₁₀-Wellen mit 180° gegenseitigem Phasenunterschied im Hohlleiter anregen.

Ferner ist in dem Artikel von R. V. Garver: "Broadband Binary 180° Diode Phase Modulator"; in: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1965, S. 32-38 ein Phasenmodulator beschrieben, bei dem ein Eingangs-Hohlleiter sich über ein in der H-Ebene liegendes erstes T-Stück in zwei Hohlleiterzüge verzweigt, in denen sich jeweils ein Diodenschalter befindet und die am anderen Ende über ein in der E-Ebene liegendes zweites T-Stück mit einem gemeinsamen Ausgangs-Hohlleiter verbunden sind. Durch eine komplementäre Ansteuerung der Diodenschalter in den beiden Zweigen werden im Ausgangs-Hohlleiter Wellen mit 180° gegenseitigem Phasenunterschied angeregt.

Schließlich ist aus der DE 29 25 827 B2 ein Millimeterwellenmischer bekannt, bei dem in einem Hohlleiter ein Substrat angeordnet ist, auf dem als Wellenleiter eine Finleitungsanordnung aufgebracht ist, wobei als Mischelemente Dioden verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen weiteren Phasenmodulator der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen geringeren Raumbedarf hat.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Phasenmodulator der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Der Unteranspruch beinhaltet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in A) und B) vergrößert die Rückseite bzw. Vorderseite des Layouts des erfindungsgemäßen Phasenmodulators.

Fig. 2 zeigt ein einfaches Ersatzschaltbild des Phasenmodulators.

Fig. 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der aktiven Zone des Phasenmodulators.

Das in Fig. 1 dargestellte Substrat ist in eine Hohlleiteranordnung eingebaut.

Die einfallende Hohlleiterwelle wird mit Hilfe eines Tapers 1 auf eine asymmetrische unilaterale Finleitung 2 geführt. Diese Finleitung wird auf der Vorderseite des Substrats von einem Streifenleiter 3 gekreuzt, der zusammen mit den am Anfang des Ausgangsarmes reduzierten Hohlleiterabmessungen eine Art Koaxialleitung bildet, da der Durchmesser des entstehenden Kanals gleich der Breite der sich anschließenden Koplanarleitung 4 gewählt ist (Durchmesser des Außenleiters der "Koaxialleitung" = 2×Schlitzweite + Schlitzabstand). Dieser Durchmesser des kurzen "Koaxialbereiches" ist so gewählt, daß nur der koaxiale Feldtyp ausbreitungsfähig ist. Der Streifenleiter 3 ist an seinem anderen Ende galvanisch mit einem Mikrostriptiefpaßfilter 5 verbunden, welches die asymmetrische Finleitung als Masse 6 benutzt und bei der Frequenz des zu schaltenden Signals an seinem Eingang einen Kurzschluß darstellt.

Der dem Eingang 1 gegenüberliegende Arm 9 ist kurzzuschließen. Dies kann durch einen Kurzschlußschieber geschehen (vor allem in der Entwicklungsphase), oder durch einen internen Finleitungskurzschluß.

Der koaxiale Mode wird im Ausgangsarm über die Koplanarleitung 4 zwei antiparallel geschalteten Dioden 7 zugeführt, welche über den Tasteingang 10 mit dem Tiefpaß 5 wechselweise durchgeschaltet werden können. Dadurch erreicht man eine Phasendifferenz zwischen den beiden möglichen Ausgangssignalen von 180°. Die Dioden verbinden die Koplanarleitung 4 mit der symmetrischen Finleitung 8 des Ausgangs. Fig. 2 zeigt ein relativ einfaches Ersatzschaltbild dieser Anordnung. Z₀ ist hierin der Wellenwiderstand des koaxialen Leitungsstückes 3 hinter der angepaßten, anregenden, asymmetrischen Finleitung 2.

Z _K ist der Wellenwiderstand des koaxialen Wellentyps auf der Koplanarleitung 4 und Z _FIN der der symmetrischen Ausgangsleitung 8. Z₃ und Z₄ sind jeweils die Diodenimpedanzen im offenen und durchgeschalteten Zustand.

Die Auswertung des Ersatzschaltbildes ergibt leitungstheoretisch folgenden Ausdruck für den Transmissionskoeffizienten:

Hierbei wurde angenommen, daß die Länge der Koplanarleitung 4 sowohl für den koaxialen als auch für den Finleitungsmode näherungsweise λ/4 beträgt. Da der Finleitungsmode auf der Koplanarleitung am Übergang zur koaxialen Durchführung kurzgeschlossen ist, hat der Wellenwiderstand des Finleitungsmodes in Bandmitte keinen Einfluß auf das Übertragungsverhalten des Phasenmodulators.

Der Gleichung ist zu entnehmen, daß sich bei Umschaltung der Dioden, d. h. Vertauschen von Z₃ und Z₄, das Vorzeichen von S₂₁ ändert.

Die Gleichung für das Übertragungsverhalten enthält als frei wählbare Parameter die auf Z₀ normierbaren Wellenwiderstände Z _FIN und Z _K. Wegen der relativ komplizierten Form wurde ein numerisches Verfahren zur Feststellung des Maximums von |S₂₁ | bezüglich der Variablen Z _FIN und Z _K angewendet. Als Ergebnis zeigte sich, daß die Größe des Wellenwiderstandes Z _FIN relativ unkritisch ist, Z _K jedoch möglichst exakt realisiert werden sollte.

Das Substrat des Phasenmodulators ist vorzugsweise aus Teflon gefertigt, das sich einfach bearbeiten und in den Hohlleiter einpassen läßt. Einige Diodentypen sind jedoch mechanisch sehr empfindlich und vertragen keine Spannungen aufgrund von Verbiegungen des Substrats. Fig. 3 zeigt, wie dieses Problem in einer Weiterbildung der Erfindung gelöst ist. Die Dioden werden auf ein Quarzplättchen 11 aufgelötet, das die entsprechende Leiterstruktur des Diodenbereichs enthält, vgl. Fig. 3B. Beim Teflonsubstrat wird dieser Dioden-Bereich 7 ausgestanzt, wobei die Aussparung etwas kleiner ist als das Quarzplättchen, vgl. Fig. 3A, und Quarzplättchen und Teflonsubstrat werden Leiterseite an Leiterseite zusammengelötet. Damit lassen sich die Vorteile beider Substratmaterialien weitgehend verbinden.

Claims

1. Phasenmodulator für mm-Wellen in Finleitungstechnik, mit einem Substrat, auf dem als Wellenleiter eine Finleitungsanordnung aufgebracht ist, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau:

- das Substrat befindet sich in einem T-förmigen Hohlleiterübergang,
- zur Führung einer einfallenden Hohlleiterwelle auf eine asymmetrische unilaterale Finleitung (2) auf der Rückseite des Substrats ist am Eingang der Finleitung (2) ein Taper (1) vorgesehen, der gegenüberliegende Ausgang (9) der Finleitung (2) ist kurzgeschlossen,
- ein Streifenleiter (3) auf der Vorderseite des Substrats kreuzt die asymmetrische Finleitung (2) und bildet mit dem in den Abmessungen reduzierten Hohlleiter eine Koaxialleitung,
- der Streifenleiter (3) geht in eine Koplanarleitung (4) über, an deren Ende (7) zwei Dioden einen Übergang auf eine symmetrische Ausgangsfinleitung (8) bilden,
- der Streifenleiter (3) ist an seinem anderen Ende galvanisch über ein Mikrostriptiefpaßfilter (5) mit einem Tasteingang (10) verbunden, wobei die asymmetrische Finleitung (2) als Masse (6) dient.

2. Phasenmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Teflon besteht, und daß im Bereich der Dioden (7) ein Teil des Substrats ausgestanzt ist, in welchen ein Quarzplättchen (11) eingelötet ist, das die Dioden trägt.