DE3238806C2

DE3238806C2 - Symmetriereinrichtung

Info

Publication number: DE3238806C2
Application number: DE19823238806
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Buck
Original assignee: RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN DE; RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN
Current assignee: Richard Hirschmann & Co 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3238806A1

Abstract

Bei einer Symmetriereinrichtung mit wenigstens einem Symmetrierglied zur Umwandlung unsymmetrischer in symmetrische Hochfrequenzspannungen bzw. umgekehrt, besteht das Symmetrierglied aus einer Doppelleitung mit einer Länge von einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge (λ°/4), bei der dem λ°/4-langen Endteil einer unsymmetrischen Leitung ein gleich langer Einzelleiter zugeordnet ist, dessen eines Ende mit dem freien Ende des Innenleiters der unsymmetrischen Leitung und dessen anderes Ende mit deren Außenleiter galvanisch verbunden ist. Unter Wahrung der guten elektrischen Eigenschaften dieser Symmetriereinrichtung ist zum Zweck einer exakten und kostengünstigen Mengenfertigung und eines möglichst geringen Platzbedarfs die Doppelleitung aus zwei auf einer Trägerplatine in ebener Leiterstruktur ausgeführten, einseitig miteinander verbundenen breiten Leiterbahnen aufgebaut und der Innenleiter der unsymmetrischen Leitung als in einem dem gewünschten Wellenwiderstand entsprechenden geringen Abstand zur zugehörigen breiten Leiterbahn verlaufende schmale Leiterbahn ausgebildet.

Description

chen Ende des unsymmetrischen Leitungsabschnittes mit dessen Innenleiter verDunden ist, wobei das freie Innenleiterende des unsymmetrischen Leitungsabschnittes mit demjenigen des Einzelleit-xabschnittes verbunden ist und dieser Verbindungspunkt sowie das freie Außenleiterendteil des unsymmetrischen Leitungsabschnittes die Anschlußstellen für die symmetrische Leitung bilden. Symmetriereinrichtungen dieser Art sind z. B. aus dem »Lehrbruch der Hochfrequenztechnik« von Zinke-Brunswick, Springer-Verlag, 1973, Band I, Seite 105, sowie dem Fachbuch »Antennen«, Band II, von E. Stirner, Hüthig-Verlag, 1980 Seite 180 ff. bekannt. Sie dienen dazu Mantelwellen auf dem Außenleiter der Koaxialleitung und damit Fehlanpassungen zu vermeiden, die beispielsweise auch zu Verformungen des Richtdiagramms einer angeschlossenen symmetrischen Antenne führen würden. Dabei können der Außenleiter der unsymmetrischen Leitung und der den gleichen Durchmesser aufweisende Einzelleiter über die ganze Länge zueinander parallel angeordnet oder in Schleifenform als sogenannte EMI-Schleife ausgebildet sein.

Diese bekannte Ausführung stellt insbesondere für höhere Frequenzen eine der wirksamsten Symmetriereinrichtungen mit frequenzunabhängiger Symmetrierung dar. Andererseits ist sie jedoch aufgrund ihres Aufbaues mit rohrförmigen Leitern und/oder Koaxialkabeln bzw. der dabei erforderlichen Befestigungs- und Verbindungsmittel in der Herstellung aufwendig und teuer. Insbesondere in Fällen, in denen geringere ToIeranzen gefordert werden, ist eine Serienfertigung dieser Symmetriereinrichtungen mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Außerdem bedingt der genannte Aufbau verhältnismäßig große räumliche Abmessungen und eignet sich damit nicht für alle Einsatzfälle, wie z. B. den Einbau in Zimmerantennen, bei denen naturgemäß nur wenig Platz für Schaltungen zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Symmetriereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Wahrung der guten elektrischen Eigenschaften einen möglichst geringen Platzbedarf aufweist und in der Mengenfertigung exakt und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Leitungsabschnitte derart in Form von Streifenleitungen auf eine einseitig bedruckte Leiterplatte aufgebracht sind, daß der unsymmetrische Leitungsabschnitt durch einen den Außenleiter darstellenden breiten Streifenleiter und durch einen dazu in einem den Wellenwiderstand bestimmenden Abstand verlau- so fenden, den Innenleiter bildenden schmalen Streifenleiter nachgebildet ist, und daß der Einzelleiterabschnitt von einem Streifenleiter gebildet ist, der etwa die gleiche Breite aufweist wie der den Außenleiter des unsymmetrischen Leitungsabschnittes darstellende Streifenleiter und dazu in bezug auf eine Symmetrieachse (S) spiegelbildlich angeordnet ist.

Durch die einfache und doch genaue Reproduzierbarkeit eignet sich diese Symmetriereinrichtu.ig besonders gut für die Serienfertigung und aufgrund ihrer geringen räumlichen Abmessungen auch für den Einbau in Geräten mit kleinen dafür verfügbarem Platz. Als Trägerplatine kommen dabei eine einfach oder beidseitig mit Metallbelag versehene (kaschierte) Isolierstoffplatte, eine gestanzte Metallfolie, ein leitfähiger Druck oder eine andere ii. planarer Technik aufgebaute Leiterplatte in Betracht.

Bei all diesen Ausführungen sind der Leitungswellenwiderstand und etwa erforderliche Blindwiderstände in weiten Grenzen auf sehr einfache, präzdse und platzsparende Weise in Drucktechnik realisierbar.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Symmetriereinrichtung nach dem Hauptanspruch beschrieben. Bei einer Anordnung gemäß Anspruch 2 ist eine besonders günstige Ausnutzung der Fläche der Trägerplatine mit größtmöglichen und damit für entsprechend tiefe Frequenzen geeigneten Leiierbahnlängen erreicht Diese Wirkung läßt sich noch erweitern oder bei höheren Frequenzen die Leiterbahnlänge und damit die Abmessungen der Platine verkleinern durch eine in Anspruch 3 vorgesehene elektrische Verkürzung. Darüber hinaus bildet der Verkürzungskondensator zusammen mit dem induktiven Eingangswiderstand der verkürzten Leitung (< AJA) einen Parallelresonanzkreis, der bei richtiger Bemessung z. B. das Serienresonanzverhalten eines angeschlossenen HaIbwellendipols kompensiert und somit eine breitbandige Anpassung ermöglicht. Durch eine Ausbildung der erfindungsgemäßen Symmetriereinrichtung gemäß Anspruch 4 können Bauteile eingespart und der Platzbedarf weiter verringert werden. Ist der schmale Streifenleiter bei gerader Ausführung als Induktivität bemessen, so ergibt sich darüber hinaus als weiterer Vorteil ein größerer Abstand von dem zugehörigen breiten Streifenleiter de·; unsymmetrischen Leitungsabschnitts bei geringeren Toleranzforderungen und damit eine einfachere und kostengünstigere Herstellung.

Besonders zweckmäßig ist dabei die in Anspruch 5 angegebene Gestaltung des schmalen Streifenleiters. Bei Verwendung doppelt kaschierter Trägerplatinen kann es allerdings vorteilhafter sein. Kondensatoren durch einander gegenüberliegende Flächen der beiden Platinenseiten zu realisieren.

Für den Fall des Einsatzes aktiver Elemente (z. B. Kapazitätsdiode, Transistor) an den symmetrischen Anschlüssen eines Symmetriergliedes stellt die Ausgestaltung nach Anspruch 6 eine vorteilhafte Lösung dar, bei der auf einfache Weise eine lose Speiseleitung vermieden ist. Durch Wahl einer entsprechenden Länge wirkt der weitere schmale Streifenleiter zugleich als Speisedrossel, so daß das aktive Element hochfrequenzmäßig entkoppelt ist.

Ein ebenfalls sehr einfacher Aufbau, bei dem der weitere schmale Streifenleiter entfallen kann, ergibt sich für den genannten Verwendungsfall aus Anspruch 7.

Normalerweise bilden die freien Enden der beiden breiten Streifenleiter die symmetrischen Anschlüsse und das freie Ende des den Einzelleiter nachbildenden breiten Streifenleiters dieVerbindungsstelle mit der schmalen Leiterbahn. Ist jedoch im Einzelfall eine Impedanztransformation notwendig, so ist dies auf einfache und elegante Weise durch entsprechend versetzte Anschlüsse gemäß Anspruch 8 erreichbar.

In den Ansprüchen 9—13 sind Symmetriereinrichtungen beschrieben, die sich insbesondere durch sehr geringen Platzbedarf auszeichnen. Bei Verwendung mehrerer Symmetrierglieder können diese entweder für gleiche Frequenzbereiche — z. B. bei Kreuzdipolen (mit 90°-Phasendrehglied) -^ oder für unterschiedliche Frequenzbereiche — z. B. bei einer VHF/UHF-Empfangsantenne — bestimmt sein. Im letzteren Fall stellt die Symmetriereinrichtung nach Anspruch 10 eine besonders kompakte Anordnung bei guter Entkopplung der einzelnen Symmetrierglieder dar. Der Aufbau gemäß Anspruch 11 gibt eine preisgünstige Lösung an. Dabei können zur Erreichung einer möglichst hohen Entkopp-

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lung die weitere(n) Schaltung(en) und das bzw. die Symmetrierglieder entweder nebeneinander oder gemäß Anspruch 12 angeordnet sein.

Im letzteren Fall ist es dazu zweckmäßig, nach Anspruch 13 in der Randzone der weiteren Schaltung(en) einen Massering vorzusehen.

Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau von vier Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Symmetriereinrichtung, wobei diejenigen in den F i g. 1 und 4 jeweils ein Symmetrierglied und diejenigen der F i g. 2 und 3 jeweils zwei Symmetrierglieder für unterschiedliche Frequenzbereiche enthalten.

Die Symmetriergüeder 1 bestehen jeweils aus einer ■Λ/4-Iangen Doppelleitung, deren beide als breite Streifenleiter 2, 3 ausgebildete Leiter an einem in der Symmetrieebene 5 an Masse liegenden Ende 4 hochfrequenzmäßig miteinander verbunden sind und an den freien Enden die symmetrischen Anschlüsse 5, 6 tragen. Der eine breite Streifenleiter 2 stellt dabei den Außenleiter einer unsymmetrischen Pseudokoaxialleitung dar, deren »Innenleiter« in einem geringen, dem gewünschten Wellenwiderstand entsprechenden Abstand dazu als schmaler Streifenleiter 7 angeordnet und mit dem freie« Ende des anderen breiten Streifenleiters 3 galvanisch '25 verbunden ist. Das andere Innenleiterende 8 und der Verbindungspunkt 4 bilden die unsymmetrischen Anschlüsse, an die in den F i g. 1 und 4 jeweils ein Koaxialkabel 9 direkt angeschlossen ist. Der gesamte Aufbau der Symmetrierglieder 1 zeichnet sich durch die Eignung zu einer einfachen und kostengünstigen aber dennoch äußerst präzisen Serienfertigung aus.

In F i g. 1 ist das auf einer doppelt kaschierten Leiterplatte tO angeordnete Symmetrierglied 1 kürzer als A₀IA ausgeführt; zur Kompensation ist in an sich bekannter Weise an den symmetrischen Anschlüssen 5, 6 ein entsprechender Kondensator 11 parallel geschaltet, der durch entsprechende, einander gegenüberliegende Flächen der beiden Leiterplattenseiten gebildet ist. Der dadurch entstandene Parallelresonanzkreis dient zugleich zur breitbandigen Kompensation des Serienresonanzkreisverhaltens einer an die symmetrischen Anschlüsse 5, 6 angeschlossenen Halbwellen-Dipolantenne 12. Außerdem ist durch die Verkürzung der Streifenleiter 2,3 eine räumliche Verkleinerung der Leiterplatte 10 erreicht.

Der Anschluß über eine als Induktivität wirkende, etwa /2o/8-iange symmetrische Zuleitung 13 ermöglicht es, die Dipolantenne 12 ohne wesentliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften ebenfalls zu verkürzen.

Die Zuleitung 13 ist beweglich ausgebildet und damit in weiten Grenzen, z. B. für den Anschluß an eine drehbare Dipolantenne geeignet Beide Eigenschaften stellen insbesondere für Zimmerantennen vorteilhafte Merkmale dar.

Die Streifenleiter 2,3 und 7 sind in der Randzone der Leiterplatte 10 angeordnet Dadurch ist einerseits bei gegebenen Abmessungen der Leiterplatte 10 die größte Länge der Doppelleitung und zum anderen eine optimale Ausnützung der restlichen Leiterplattenfläche erreicht Im vorliegenden Beispiel ist hier für eine Fläche 14 zur Bestückung mit nicht dargestellten Bauteilen einer weiteren Schaltung (z. B. eines Verstärkers) vorgesehen.

Der schmale Streifenleiter 7 erfüllt im Beispiel gemäß F i g. 1 zusätzlich die Funktion eines Tiefpasses zur Vermeidung von Störungen durch z. B. von einer am un-

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40 symmetrischen Anschluß 4, 8 des Symmetriergliedes 1 angeschlossenen Antenne für einen höheren Frequenzbereich stammende höhere Frequenzen. Dazu weist sie zwei durch mäanderförmige Ausbildung erreichte Längsinduktivitäten 15 und eine durch kammartige Verzahnung mit entsprechenden Fortsätzen des breiten Streifenleiters 2 gebildete Querkapazität 16 auf.

In der z. B. für die Anwendung in einer Zimmerfernsehantenne mit VHF- und UHF-Antenne geeigneten Ausführung gemäß Fig.2 sind die beiden für unterschiedliche Frequenzbereiche ausgelegten Symmetrierglieder 1 neben der für eine weitere nicht dargestellte Schaltung vorgesehenen Fläche 14 angeordnet, wodurch die einzelnen Schaltungen sehr gut voneinander entkoppelt sind.

Dieser Vorteil ist bei einem ineinander verschachtelten und damit räumlich sehr kleinen Aufbau nach F i g. 3 dadurch erreicht, daß die schmalen Streifenleiter 7 an den einander abgewandten Seiten der zugehörigen breiten Streifenleiter 2 verlaufen. Die gleiche Wirkung könnte auch dadurch erreicht werden, daß die Symmetrierglieder derart ineinander verschachtelt sind, daß jeweils die unsymmetrische Leitung 2, 7 des einen Symmetrierglieds dem breiten Streifenleiter 3 des nächsten Symmetriergliedes gegenüberliegt.

In F i g. 4 ist ein Symmetrierglied 1 mit einer direkt zwischen die symmetrischen Anschlüsse 5,6 eingeschalteten Kapazitätsdiode 17 gezeigt. Die Speisung dieses aktiven Elements erfolgt dabei nach der in Anspruch 7 beschriebenen Alternative auf sehr einfache und kostensparende Weise von der Gleichspannungsklemme 18 aus über den einen breiten Streifenleiter 2, der zu diesem Zweck gleichstrommäßig von dem auf Massepotential liegenden Verbindungspunkt 4 des anderen breiten Streifenleiters 3 getrennt, hochfrequenzmäßig jedoch damit über einen Kondensator 19 verbunden ist.

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65 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Symmetriereinrichtung mit wenigstens einem Symmetrierglied zum störungsfreien Zusammenschalten einer symmetrischen Leitung mit einer Koaxialleitung, bei der das Symmetrierglied aus einem jeweils ^o/4-langen Leitungsabschnitt einer unsymmetrischen Leitung und eines Einzelleiters besteht und ein Ende des Einzelleiterabschnitts mit einem Ende des Außenleiters des unsymmetrischen Leitungsabschnittes verbunden ist und den Masseanschlußpunkt für die Koaxialleitung bildet, deren Innenleiter am gleichen Ende des unsymmetrischen Leitungsabschnittes mit dessen Innenleiter verbunden ist, wobei das freie Innenleiterende des unsymmetrischen Leitungsabschnittes mit demjenigen des Einrelleiterabschnittes verbunden ist und dieser Verbindungspunkt sowie das freie Außenleiterendteil des unsymmetrischen Leitungsabschnittes die Anschlußstellen für die symmetrische Leitung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungsabschnitte (2/7, 3) derart in Form von Streifenleitungen auf eine einseitig bedruckte Leiterplatte aufgebracht sind, daß der unsymmetrische Leitungsabschnitt (2/7) durch einen den Außenleiter darstellenden breiten Streifenleiter (2) und durch einen dazu in einem den Wellenwiderstand bestimmenden Abstand verlaufenden, den Innenleiter bildenden schmalen Streifenleiter (7) nachgebildet ist, und daß der Einzelleiterabschnitt von einem Streifenleiter (3) gebildet ist, der etwa die gleiche Breite aufweist wie der den Außenleiter des unsymmetrischen Leitungsabschnittes darstellende Streifenleiter (2) und dazu in bezug auf eine Symmetrieachse (S) spiegelbildlich angeordnet ist.

2. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 1, da-, durch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (2,3,7) in der Randzone der Trägerplatine (10) angeordnet sind.

3. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die breiten Streifenleiter (2, 3) kürzer als A₀IA bemessen und ihre symmetrischen Anschlüsse (5, 6) durch einen entsprechenden Verkürzungskondensator (11) miteinander verbunden sind.

4. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein schmaler Streifenleiter (7) derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, daß er für sich allein oder zusammen mit daran angeschlossenen Blindwiderständen eine zusätzliche passive Hochfrequenzschaltung, insbesondere eine Filter- oder Anpaßschaltung bildet.

5. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäts- und/oder Induktivitätsbeläge wenigstens eines schmalen Streifenleiters (7) zumindest teilweise durch Kammbzw. Mäanderstrukturen (15,16) gebildet sind.

6. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem Symmetrierglied (1) ein weiterer, hochfrequenzmäßig über einen Kondensator mit der auf Massepotential liegenden Verbindungsstelle (4) der beiden Streifenleiter (2, 3) sowie dem freien Ende des den Einzelleiterabschnitt nachbildenden breiten Streifenleiters (3) verbundener schmaler Streifenleiter auf der Trägerplatine (10) angeordnet ist, der als

Speiseleitung zur Versorgung eines insbesondere direkt zwischen die symmetrischen Anschlüsse (5, 6) an den freien Enden der breiten Streifenleiter (2, 3) eingeschalteten aktiven Elementes (17) vorgesehen ist

7. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem Symmetrierglied (1) die auf Massepotential liegende Verbindungsstelle (4) der breiten Streifenleiter (2,3) galvanisch getrennt und hochfrequenzmäßig durch einen Kondensator (19) überbrückt ist, und daß ein breiter Streifenleiter (3) zugleich als Speiseleitung zur Versorgung eines zwischen die symmetrischen Anschlüsse (5, 6) an den freien Enden der breiten Streifenleiter (2, 3) eingeschalteten aktiven Elementes (17) vorgesehen ist.

8. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrischen Anschlüsse (5,6) oder die Verbindungsstelle des schmalen Streifenleiters (7) mit dem einen breiten Streifenleiter (3) bei wenigstens einem Symmetrierglied (1) zwischen den freien Enden der breiten Streifenleiter (2, 3) und deren Verbindungsstelle (4) angeordnet sind.

9. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei unabhängige Symmetrierglieder (1) auf einer einzigen frägerplatine (10) angeordnet sind.

10. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrierglieder (1) für unterschiedliche Frequenzbereiche bemessen sind und jeweils das für den höheren Frequenzbereich ausgebildete Symmetrierglied innerhalb desjenigen für den tieferen Frequenzbereich liegt und daß die schmalen Streifenleiter (7) wenigstens zweier benachbarter Symmetrierglieder (1) auf den einander abgewandten Seiten der zugehörigen breiten Streifenleiter (2) angeordnet sind oder jeweils die unsymmetrische Leitung (2, 7) des einen Symmetriergliedes (1) dem breiten Streifenleiter (3) des anderen gegenüberliegt.

11. Symmetriereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Symmetrierglied (1) zusammen mit wenigstens einer weiteren für andere Zwecke vorgesehenen Schaltung auf einer einzigen Trägerplatine (10) angeordnet ist.

12. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Symmetrierglied (1) um eine weitere Schaltung herum angeordnet ist.

13. Symmetriereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone jeder weiteren Schaltung als Massebelag ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Symmetriereinrichtung mit wenigstens einem Symmetrierglied zum störungsfreien Zusammenschalten einer symmetrischen Leitung mit einer Koaxialleitung, bei der das Symmetrierglied aus einem jeweils io/4-langen Leitungsabschnitt einer unsymmetrischen Leitung und eines Einzelleiters besteht und ein Ende des Einzelleiterabschnitts mit einem Ende des Außenleiters des unsymmetrischen Leitungsabschnitts verbunden ist und den Masseanschlußpunkt für die Koaxialleitung bildet, deren Innenleiter am glei-