DE3507779A1 - OVERLOAD PROTECTION FOR HF RECEIVERS - Google Patents
OVERLOAD PROTECTION FOR HF RECEIVERSInfo
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Description
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BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft einen Überlastschutz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Hochfrequenz-Empfangs sy stern mit einem derartigen Überlastschutz.The invention relates to overload protection according to the preamble of claim 1 and high-frequency reception sy star with such an overload protection.
Es gibt viele Fälle, in denen eine empfindliche Eingangsschaltung vor zu hohen Spannungen, Strömen oder Leistungen geschützt werden muß. Dies trifft beispielsweise für bestimmte Feldeffekttransistoren oder andere Bauelemente zu, an deren Eingang nur eine • 10 Spannung anliegen darf, die eine bestimmte Größe nicht überschreitet. Entsprechendes gilt auch für den Eingang bestimmter Empfänger. So kann zum Beispiel in Wetterradarsystemen der Eingangsbereich einer Mischschaltung dadurch beschädigt werden, daß er eine zu hohe Leistung empfängt, die von nahegelegenen Radioquellen ausgesandt oder vom Wetterradarsystem selbst erzeugt und von diesem nach Reflexion wieder erfaßt wird. Radarsysteme sind besonders anfällig gegen Überlastung, da sie eine Antenne mit Doppel funktion besitzen, die sowohl relativ hochenergetische Pulse aussendet als auch sehr schwache Signale derselben Form empfängt. Ist eine derartige Antenne beschädigt oder zerbrochen, so ist es darüberhinaus möglich, daß die genannten hochenergetischen Pulse nicht in gewünschter Weise abgestrahlt sondern direkt in den Eingang des Radarempfängers gekoppelt werden.There are many cases where a sensitive input circuit is exposed to excessive voltages, currents or currents Benefits must be protected. This applies, for example, to certain field effect transistors or other components to whose input only a voltage • 10 that is not of a certain size may be applied exceeds. The same applies to the receipt of certain recipients. For example, in weather radar systems the input range of a mixer circuit can be damaged by setting it too high Receives power emitted by nearby radio sources or generated by the weather radar system itself and is grasped again by this after reflection. Radar systems are particularly prone to overload, because they have an antenna with a double function, which emits both relatively high-energy pulses and receives very weak signals of the same shape. If such an antenna is damaged or broken, it is it is also possible that the high-energy pulses mentioned are not emitted in the desired manner but can be coupled directly to the input of the radar receiver.
Radarsysteme der genannten Art sind sehr schwer gegen Überlastung zu schützen. So wird beispielsweise nach einer bekannten Schutzmethode die Wetterradarantenne so gedreht, daß sie keine eine Beschädigung verursachenden Signale von anderen in der Nahe arbeitenden Radarsystemen oder infolge von Reflexionen empfängt, bis einRadar systems of the type mentioned are very difficult to protect against overload. For example, after a known protection method, the weather radar antenna rotated so that it does not cause damage Receives signals from other radar systems operating in the vicinity or as a result of reflections until a
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das Radarsystem tragendes Flugzeug den relativ stark frequentierten Verkehrsbereich verlassen hat. Nach einer anderen und wenig erfolgreichen Methode erfolgt der Schutz des Radarsystems dadurch, daß seine Versorgung abgeschaltet wird. Sobald diese jedoch wieder eingeschaltet wird, stellt sich das oben genannte Problem erneut. Der Eingangsbereich des Radarsystems und mit ihm seine hochempfindlichen Komponenten können wiederum durch zu starke Signale, die von nahegelegenen Hochfrequenzquellen attsgesandt werden, beschädigt werden.the aircraft carrying the radar system is relatively strong has left the frequented traffic area. A different and less successful method was used the protection of the radar system by switching off its supply. As soon as this, however, again is turned on, the above problem arises again. The entrance area of the radar system and with it its highly sensitive components in turn, damaged by excessive signals sent from nearby radio frequency sources will.
Nach einer weiteren bekannten Technik zum Schutz des Eingangsbereichs von Radarsystemen werden zu diesem eine oder mehrere Stufen von Pin-Dioden parallelgeschaltet. Durch ein relativ hohes Radiofrequenzsignal über den Pin-Dioden werden diese in Durchlaßrichtung betrieben. Dabei bleibt der Betrieb in Durchlaßrichtung aufgrund der Diodenkapazität aufrechterhalten. Dieser Lösung sind jedoch von Natur aus Grenzen gesetzt, da die Pin-Dioden die Leistung absorbieren und daher eine relativ hohe Nennleistung haben müssen. Dies bedeutet, daß sie nur relativ langsam ansprechen, so daß es einem starken Signal möglich ist, die geschützte Schaltung zu erreichen, bevor die Dioden durchschalten. Darüber hinaus erzeugen die Pin-Dioden keinen perfekten Kurzschluß, sondern reduzieren lediglich die dynamische Quer- bzw. Parallelimpedanz über dem Eingangsbereich der zu schützenden Schaltung.According to another known technique for protecting the entrance area of radar systems, a or several stages of pin diodes connected in parallel. A relatively high radio frequency signal over the Pin diodes are operated in the forward direction. The operation remains in the forward direction due to the diode capacitance is maintained. However, there are inherent limits to this solution, as the Pin diodes absorb power and therefore have to have a relatively high rated power. This means, that they respond relatively slowly, so that it is possible for a strong signal to break the protected circuit to reach before the diodes switch through. In addition, the pin diodes do not create a perfect one Short circuit, but only reduce the dynamic transverse or parallel impedance over the input area the circuit to be protected.
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Bei Hochfrequenzschaltungen ist es häufig erwünscht und auch praktikabel, sich die relativ kurze Wellenlänge der die Schaltung durchlaufenden Signale zu Nutze zu machen. Beispielsweise kann eine Übertragungsstrecke ein kurzgeschlossenes oder offenes Ende besitzen, während das andere Ende abhängig von derIt is often desirable in high frequency circuits and also practical to consider the relatively short wavelength of the signals passing through the circuit To make use of. For example, a transmission link can have a short-circuited or open end own while the other end depends on the
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effektiven elektrischen Länge der Übertragungsstrecke als offener oder kurzgeschlossener Schaltkreis erscheint. Ähnlich und entsprechend dem Abstand von Toren entlang der Übertragungsstrecke kann entweder eine vollständige oder gar keine Koppelung zwischen den Toren eintreten. Dieses Phänomen wird in Zirkulatore^ Richtungskopplern und Hybrid-Kopplern ausgenutzt. Dabei können die verschiedenen Effekte mit Hilfe von Wellenleitern, Kabeln, Mikro-Streifenleitern, Streifenleitern und bekannten äquivalenten Schaltungen, die eine entsprechende Übertragungsstrecke simuliere^ erzeugt werden.effective electrical length of the transmission path appears as an open or short-circuited circuit. Similarly and according to the distance from gates along the transmission path can be either there is complete or no coupling between the gates. This phenomenon is used in circulators ^ Directional couplers and hybrid couplers exploited. The various effects can be used with Waveguides, cables, micro-striplines, striplines and known equivalent circuits that a corresponding transmission path simulate ^ can be generated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überlastschutz zur Sicherung einer empfindlichen Schaltung der genannten Art zu schaffen, durch den ein unzulässig starkes Signal schneller und vollständiger abgebaut bzw. unterbrochen wird, als es mit den bekannten Systemen möglich ist.The invention is based on the object of an overload protection device for securing a sensitive circuit of the type mentioned, through which an impermissibly strong signal is degraded or removed faster and more completely. is interrupted than is possible with the known systems.
Die Lösung dieser Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.The solution to this problem is given in brief in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den ünteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the invention are the Refer to subclaims.
Nach der Erfindung wird ein Überlastschutz geschaffen, mit dessen Hilfe verhindert wird, daß an seinem Eingang anliegende Radiofrequenzsignale mit übermäßig großer Leistung seinen Ausgang erreichen. Auf diese Weise wird die sichere Übertragung und Verarbeitung von Nutzsignalen in nachfolgenden Schaltungen gewährleistet. Der Überlastschutz besitzt ein Lastverteilerelement, eine Detektoreinrichtung und eine Ableit- bzw. Umleiteinrichtung. Die Detektoreinrichtung ist mit dem Eingang gekoppelt, um einen Einstellstrom in AbhängigkeitAccording to the invention, an overload protection is created, with the help of which it is prevented that at its entrance adjacent radio frequency signals reach their output with excessively high power. That way will ensures the safe transmission and processing of useful signals in downstream circuits. The overload protection has a load distribution element, a detector device and a diverting or diverting device. The detector device is coupled to the input to a setting current as a function
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eines eine bestimmte Gtföße übersteigenden Signals am Eingang zu erzeugen. Die Umlenkeinrichtung ist ebenfalls mit dem Eingang und zusätzlich mit dem Ausgang, dem Lastverteilerelement und der Detektoreinrichtung des Überlastschutzes gekoppelt- Sie empfängt den Einstellstrom und lenkt, in Abhängigkeit davon, die am Eingang erscheinende Leistung vom Ausgang zum Lastverteilerelement. a signal exceeding a certain value on the Generate input. The deflection device is also with the input and additionally with the output, the Load distribution element and the detector device of the overload protection coupled - it receives the set current and, depending on this, directs the power appearing at the input from the output to the load distribution element.
Die Erfindung betrifft ferner ein Hochfrequenzempfangssystem mit einer Antenne, einer Hochfrequenz-Leistungsquelle und einem Lastverteilerelement. Das Empfangssystem besitzt eine Einrichtung zur phasenverschobenen Ansteuerung wenigstens eines ersten, eines zweiten und eines dritten Tores. Dabei sind das erste Tor mit der Antenne und das zweite Tor mit der Leistungsquelle verbunden. Das erste Tor ist dabei so ansteuerbar, daß eine Verbindung zwischen ihm und dem zweiten und dritten Tor hergestellt werden kann. Dagegen werden das zweite und dritte Tor so angesteuert, daß eine Verbindung zwischen ihnen verhindert wird. In dem Empfangssystem ist ferner eine Prozessoreinheit enthalten, die Signale mit einer vorbestimmten Verteilung empfängt und daraus ein Detektorsignal erzeugt. Darüber hinaus ist ein Überlastschutz vorgesehen, der mit dem Lastverteilerelement, dem dritten Tor und der Prozessoreinheit verbunden ist, um vom dritten Tor gelieferte Signale von der Prozessoreinheit zum Lastverteilerelement gegebenenfalls umzuleiten. Auf diese Weise wird die Prozessoreinheit vor übermäßig starken Signalen geschützt.The invention also relates to a radio frequency receiving system with an antenna, a high frequency power source and a load sharing element. The receiving system has a device for phase-shifted Control of at least a first, a second and a third gate. The first goal is with the Antenna and the second port connected to the power source. The first gate can be controlled in such a way that a connection can be established between it and the second and third port. Against the second and third gate controlled in such a way that a connection between them is prevented. In the receiving system is further comprising a processor unit that receives and receives signals having a predetermined distribution a detector signal is generated. In addition, an overload protection is provided, which is connected to the load distribution element, the third port and the processor unit is connected to signals supplied by the third port divert from the processor unit to the load balancing element if necessary. In this way, the Processor unit protected from excessively strong signals.
Mit Hilfe des überlastschutzes nach der Erfindung kann ein empfangenes Signal von einem Eingang zu einem Ausgang selektiv übertragen werden. Dazu benutzt der Überlastschutz eine Umleiteinrichtung, die zwischen dem Eingang und dem Lastverteilerelement angeordnet ist,With the help of the overload protection according to the invention, a received signal from an input to a Output can be transmitted selectively. For this purpose, the overload protection uses a diverting device that runs between is arranged at the entrance and the load distribution element,
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um über diese Signale bzw. Leistung zu befördern. Eine Reflexionseinrichtung des Überlastschutzes ist mit der Umleiteinrichtung verbunden, damit an der Reflexionseinrichtung Leistung entfernt vom Lastverteilerelement reflektiert werden kann. Zur Veränderung des Umfangs der Reflexion an der Reflexionseinrichtung sind Steuermittel vorgesehen, so daß der Überlastschutz einstellbar und die Umleitung der Leistung vom Eingang bzw. vom Ausgang des Überlastschutzes weg zum Lastverteilerelement, welches die vorhandene Leistung vernichtet, gewährleistet ist.in order to convey these signals or power. One The reflection device of the overload protection is connected to the diversion device, so that power at the reflection device is removed from the load distribution element can be reflected. Control means are used to change the extent of the reflection at the reflection device provided so that the overload protection can be adjusted and the power can be diverted from the input or from Output of the overload protection to the load distribution element, which destroys the existing power, is guaranteed.
Durch Verwendung eines Überlastschutzes der zuvor beschriebenen Art kann eine hochempfindliche Schaltung wirkungsvoll geschützt werden, indem eine eingekoppelte zu große Leistung schnell und vollständig von der zu schützenden Schaltung zu einem Lastverteilerelement, welches die Leistung vernichtet, umgelenkt wird. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Eingang des Überlastschutzes über einen Richtungskoppler mit einem Knotenpunkt verbunden, welcher den Ausgangspunkt für zwei Viertelwellenlängen-Zweige darstellt. Der eine Zweig erstreckt sich in Richtung der zu schützenden Schaltung und ist mit einem Nebenschluß versehen, der durch eine erste Begrenzungsdiode gebildet wird. Der andere Zweig endet im Lastverteilerelement, das beispielsweise durch einen Widerstand gebildet ist. Eine steuerbare Stichleitung, die mit dem Lastverteiler-Widerstand verbunden ist, besitzt einen weiteren Nebenschluß, der ebenfalls durch eine Begrenzungsdiode gebildet ist. Dieser Nebenschluß befindet sich an einer Stelle der Stichleitung, die vom Lastverteilerwiderstand einen Abstand von einer Viertelwellenlänge besitzt. Vorzugsweise sind die genannten Dioden mit Hilfe eines Schottky-Diodendetektors in Vorwärtsrichtung vorgespannt, welcher durch denBy using an overload protection device of the type described above, a highly sensitive circuit can be effectively protected in that excessive power that is coupled in is diverted quickly and completely from the circuit to be protected to a load distribution element, which destroys the power. According to a preferred embodiment of the invention d is it connected input of the overload protection via a directional coupler to a node, which is the starting point for two quarter-wave branches. One branch extends in the direction of the circuit to be protected and is shunted which is formed by a first limiting diode. The other branch ends in the load distribution element, which is formed, for example, by a resistor. A controllable stub that is connected to the load sharing resistor has a further shunt, which is also formed by a limiting diode. This shunt is located at a point on the stub that is a quarter of a wavelength away from the load sharing resistor. Preferably, said diodes are forward biased with the aid of a Schottky diode detector, which by the
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Richtungskoppler angesteuert wird. Ein überhöhtes Signal kann somit die vorhandene Schaltung des Überlastschutzes effektiv umgestalten, so daß es zum Lastverteilerelement umgeleitet wird. 5Directional coupler is controlled. An excessive signal can therefore affect the existing overload protection circuit effectively remodel so that it is diverted to the load distribution element. 5
Der Überlastschutz ist außerordentlich schnell, da die Schottky-Dioden so ausgelegt sein können, daß sie unmittelbar auf ein empfangenes überhöhtes Signal ansprechen und einen Korrekturstrom bzw. Einstellstrom erzeugen. Der als passives Bauelement zu bezeichnende Überlastschutz kann so ausgelegt sein, daß er in fünf bis zwanzig Nanosekunden oder noch weniger, je nach Wahl der entsprechenden Komponenten, die empfangene Leistung umlenkt. So wurde ein derartiger Überlastschutz für 1,5 Kilowatt, eine Impulsbreite von 16 Mikrosekunden (Arbeitszyklus von 0,003) und eine Erholzeit von 1,2 Mikrosekunden konstruiert.The overload protection is extremely fast because the Schottky diodes can be designed so that they respond immediately to a received excessive signal and a correction current or setting current produce. As a passive component to be designated overload protection can be designed so that it is in five up to twenty nanoseconds or even less, depending on the choice of the appropriate components, the received Redirects performance. Such an overload protection for 1.5 kilowatts, a pulse width of 16 Microseconds (duty cycle of 0.003) and a recovery time of 1.2 microseconds.
Wird die vorhandene Leistung auf einen externen Abschlußwiderstand geschaltet, ist also das Lastverteilerelement von den übrigen Bauteilen des Überlastschutzes getrennt angeordnet, so kann der Überlastschutz in Mikro-Streifenleitertechnik hergestellt sein, da andernfalls die Mikro-Streifenleiter beschädigt werden könnten. Diese Technik erlaubt darüber hinaus, ungeachtet etwa unbeabsichtigter Belastungen infolge von Fehlanpassungen, die Verarbeitung von Signalen bzw. Leistungen, die etwa eine Größenordnung höher liegen, weil durch die Leistungsumlenkung die reale Leistung an den Dioden eine Größenordnung unterhalb des maximalen Nennwertes der Dioden liegt.If the existing power is applied to an external terminating resistor switched, so the load distribution element is from the other components of the overload protection arranged separately, the overload protection can be produced using micro-stripline technology otherwise the micro striplines could be damaged. This technique allows about In addition, regardless of any unintentional loads as a result of mismatches, the processing of Signals or powers that are about an order of magnitude higher because the power redirection causes the real power at the diodes is an order of magnitude below the maximum nominal value of the diodes.
Die nachfolgende Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:The following drawing shows exemplary embodiments of the invention. They show:
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Figur 1
Figur 2
Figur 3
Figur 4AFigure 1
Figure 2
Figure 3
Figure 4A
Figur 4BFigure 4B
ein Hochfrequenz-Empfangssystem mit einem Überlastschutz nach der Erfindung, eine detailliertere Darstellung des Überlastschutzes nach Figur 1, eine der Figur 2 entsprechende Schaltung mit Mikro-Streifenleitern, eine Übertragungsstrecke der Schaltung nach Figur 3, wenn Signale von ihrem Eingang zu ihrem Ausgang geleitet werden, und eine weitere Übertragungsstrecke der Schaltung nach Figur 3, wenn Signale vom Eingang zu einem Lastverteilerelement geleitet werden.a high frequency receiving system with a Overload protection according to the invention, a more detailed representation of the overload protection According to Figure 1, a circuit corresponding to Figure 2 with micro-striplines, a transmission path of the circuit of Figure 3, if signals from its input are passed to their output, and a further transmission path of the circuit of Figure 3, if signals from Input to be routed to a load balancing element.
Die Figur 1 zeigt ein Hochfrequenz-Empfangssystem, wie es beispielsweise als Wetterradarsystem in Flugzeugen eingesetzt wird, und das bei einer Frequenz von 9,35 GHz arbeitet. Selbstverständlich können derartige Hochfrequenz-Empfangssysteme auch für andere Zwecke eingesetzt und bei anderen Frequenzen betrieben werden. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet bei Frequenzen (Radiofrequenzen) oberhalb des Audiobereichs und unterhalb des Infrarotbereichs. Das Radarsystem nach Figur 1 besitzt eine mit einem ersten Tor 14 verbundene Antenne 10 und ein mit einem zweiten Tor 16 verbundenes Magnetron 12, wobei die Tore 14 und 16 zu einer Phasenschieber-Einrichtung gehören, beispielsweise einem Wellenleiter-Zirkulator 18. Der Zirkulator 18 wird so betrieben, daß die Antenne 10 entweder mit dem Magnetron 12 oder mit einem dritten Tor 20 in Verbindung treten kann, wobei allerdings zwischen dem dritten Tor 20 und dem Magnetron 12, das als Hochfrequenz-Leistungsquelle dient, keine Verbindung hergestellt wird. Das Wellenleitertor 20 (drittes Tor) ist über eine den Wellenleiter mit einemFigure 1 shows a high-frequency receiving system, as it is used, for example, as a weather radar system in aircraft, and that at a frequency of 9.35 GHz works. Of course, such high-frequency receiving systems can also be used for other purposes used and operated at other frequencies. The embodiment described here works at frequencies (radio frequencies) above the audio range and below the infrared range. The radar system of Figure 1 has one with a first Port 14 connected antenna 10 and a second port 16 connected magnetron 12, the gates 14 and 16 belong to a phase shifter device, for example a waveguide circulator 18. Der Circulator 18 is operated so that the antenna 10 either with the magnetron 12 or with a third Gate 20 can connect, although between the third gate 20 and the magnetron 12, that serves as a high frequency power source, no connection will be produced. The waveguide gate 20 (third gate) is via a waveguide with a
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Koaxialkabel verbindende Übergangseinrichtung 21 mit dem Eingang Jl des Überlastschutzes verbunden, welcher eine Schutzeinrichtung 24 und ein Lastverteilerelement 26 besitzt. Die Übergangseinrichtung 21 kann eine kommerziell verfügbare Einrichtung sein, in der ein Wellenleiter mit einem leitförmigen Teil endet, das als innere Leitung eines Koaxialkabels dient. Der Ausgang J2 der Schutzeinrichtung 24 ist mit dem Eingang einer Prozessorschaltung 28 verbunden, die im vorliegenden Fall beispielsweise die Mischstufe des von einem Flugzeug getragenen Wetterradarsystems ist. Diese Mischstufe 28 und ihre zugeordneten Schaltungen sollen durch die Schutzeinrichtung 24 und das Lastverteilerelement 2 6 vor zu hohen Eingangssignalen bzw. zu großen Leistungen geschützt werden.Coaxial cable connecting transition device 21 with the Input Jl of the overload protection connected, which has a protective device 24 and a load distribution element 26 owns. The interworking facility 21 may be a commercially available facility in which a Waveguide ends with a conductive part that serves as the inner line of a coaxial cable. The exit J2 of the protection device 24 is connected to the input of a processor circuit 28, which in the present case Case is, for example, the mixer stage of the weather radar system carried by an aircraft. These Mixer stage 28 and its associated circuits are intended to be provided by protection device 24 and the load sharing element 2 6 protected against excessive input signals or excessive power.
In der Figur 2 ist der zuvor erwähnte Überlastschutz genauer dargestellt, der aus der Schutzeinrichtung 24 und dem Lastverteilerelement 2 6 besteht, das in diesem Fall ein äußerer und mit Masse verbundener bzw. geerdeter Widerstand ist. Das Lastverteilerelement 2 6 ist mit der Schutzeinrichtung 24 über einen Stecker J3 verbunden, der beispielsweise vom OSM-Typ sein kann. Der Eingang Jl, der durch die Buchse einer Buchsensteckverbindung vom OSM-Typ gebildet wird, ist mit einem Tor des Richtungskopplers 3 0 verbunden, während das weitere Tor des Richtungskopplers 3 0 mit dem Knotenpunkt A verbunden ist. Die beiden anderen korrespondierenden Tore des Richtungskopplers 13 sind jeweils getrennt mit einem Anpassungswiderstand 32 von 50 Ohm und mit dem Eingang eines Anpassungsnetzwerkes 34 verbunden. Dieses Anpassungsnetzwerk 34 dient zur Korrektur von Impedanz-Fehlanpassungen zwischen den einzelnen Komponenten der Schaltungsanordnung. Der Eingang Jl besitzt eine charakteristische Eingangsimpedanz von 5 0 Ohm, während der Richtungskoppler 30 In FIG. 2, the above-mentioned overload protection is shown in more detail, which consists of the protective device 24 and the load distribution element 2 6, which in this case is an external one which is connected or grounded to ground Resistance is. The load distribution element 2 6 is connected to the protective device 24 via a connector J3 connected, which may be of the OSM type, for example. The input Jl, through the socket of a socket connector formed by the OSM type is connected to a port of the directional coupler 3 0 while the further gate of the directional coupler 3 0 is connected to the node A. The two others Corresponding ports of the directional coupler 13 are each separated by a matching resistor 32 of 50 ohms and connected to the input of a matching network 34. This adaptation network 34 is used to correct impedance mismatches between the individual components of the circuit arrangement. Of the Input Jl has a characteristic input impedance of 50 ohms, while the directional coupler 30
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eine Kopplungsdämpfung von -3 3 dB zwischen dem Eingang Jl und dem Eingang des Anpassungsnetzwerkes 34 besitzt. Ein Richtungskoppler 30 der genannten Art ist allgemein bekannt, zum Beispiel aus Members of Staff of the Radar School, M.I.T., Principles of Radar,McGraw-Hill Book Co., Inc. (1952), Seiten 834 bis 839; Dr. Max Fogiel, Modem Microelectronics, Research and Education Association, New York, 1972, Seiten 222 bis 225. Aus diesen Literaturstellen ist zu entnehmen, daß Richtungskoppler beispielsweise aus Wellenleitern, Kabeln, Streifenleitern oder Mikro-Streifenleitern bestehen können. Sie können andererseits auch durch gleiche Wirkungen aufweisende Schaltungen aus Induktionsspulen und Kondensatoren aufgebaut sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Richtungskoppler 30 so ausgebildet, daß er einen Duplexverkehr zwischen dem Eingang Jl und dem Knotenpunkt A gestattet.a coupling loss of -3 3 dB between the input Jl and the input of the matching network 34 has. A directional coupler 30 of the type mentioned is generally known, for example from Members of Staff of the Radar School, M.I.T., Principles of Radar, McGraw-Hill Book Co., Inc. (1952), pages 834-839; Dr. Max Fogiel, Modem Microelectronics, Research and Education Association, New York, 1972, pp. 222-225. It can be seen from these references that Directional couplers made, for example, of waveguides, cables, striplines or microstriplines can exist. On the other hand, you can also use circuits having the same effects Induction coils and capacitors. In this embodiment, the directional coupler is 30 designed so that it allows duplex traffic between the input Jl and the node A.
Der Ausgang des Anpassungsnetzwerkes 34 ist mit einer Detektoreinrichtung, die auch als Steuereinrichtung zu bezeichnen ist, verbunden, die aus einem Paar von in gleicher Richtung arbeitenden leitfähigen Bauelementen 36 und 38 besteht. Die Bauelemente 36 und 38 sind vorzugsweise Schottky-Dioden, etwa vom DMJ-Typ, deren Anoden jeweils mit dem Ausgang des Anpassungsnetzwerkes 3 4 verbunden sind.The output of the adaptation network 34 is connected to a detector device, which also acts as a control device denote, connected, which is made up of a pair of conductive components working in the same direction 36 and 38 consists. The components 36 and 38 are preferably Schottky diodes, such as the DMJ type, their Anodes are each connected to the output of the matching network 3 4.
Ein Tiefpaßfilter besitzt einen Nebenschluß-Speicherkondensator 39, der zwischen Masse oder einem Referenzpotential und einer Verbindungsleitung liegt, die einen Testpunkt TP mit den beiden Kathoden der Dioden 36 und 38 verbindet. Die Filtereinrichtung besitzt eine Induktions- oder Drosselspule 40, die zwischen dem Testpunkt TP und dem Knotenpunkt C liegt. Darüber hinaus ist ein 68 Ohm Gleichstrom-Rücklaufwiderstand 43 aus einer Kohlenstoffverbindung zwischen Masse bzw.A low-pass filter has a bypass storage capacitor 39, which lies between ground or a reference potential and a connecting line that a test point TP connects to the two cathodes of the diodes 36 and 38. The filter device has a Induction or choke coil 40, which lies between the test point TP and the node C. About that In addition, there is a 68 ohm direct current return resistor 43 made of a carbon bond between ground and
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-18-dem Referenzpotential und dem Testpunkt angeordnet.-18-arranged the reference potential and the test point.
Entsprechend dem beschriebenen Schaltungsaufbau kann ein hinreichend großes Signal am Eingang Jl die Dioden 36 und 38 in Durchlaßrichtung schalten, so daß sie als Detektoren arbeiten und eine Spannung über dem Kondensator 3 9 sowie einen Einstellstrom IB durch die Induktionsspule 40 hindurch zum Knotenpunkt C erzeugen.According to the circuit structure described, a sufficiently large signal at the input Jl the diodes 36 and 38 switch in the forward direction so that they work as detectors and a voltage across the capacitor 3 9 as well generate a set current IB through induction coil 40 to node C.
Der Knotenpunkt C ist über einen Strahlführungskondensator 42 von 10 pF (Reihenschaltung) mit den Anoden von parallel liegenden Begrenzerdioden 44 und 46 verbunden, deren Kathoden geerdet sind bzw. auf Referenzpotential liegen. Im Hinblick auf die angegebene Arbeitsfrequenz besitzt die Diode 44 eine Erholzeit von 20 Nanosekunden, während die Diode 46 eine Erholzeit von 10 Nanosekunden besitzt. Die Dioden 44 und 46 können beispielsweise Pin-Dioden oder andere geeignete Dioden sein. Eine Gleichstromumkehr erzeugende Induktionsspule 48 liegt zwischen Erde bzw. Referenzpotential und der Verbindungsleitung, welche die Anoden der Begrenzerdioden 44 und 46 und den Ausgang J2 (Buchse einer Steckverbindung) miteinander verbindet.The node C is parallel to the anodes via a beam guiding capacitor 42 of 10 pF (series connection) lying limiter diodes 44 and 46 connected, the cathodes of which are grounded or are at reference potential. With regard to the specified operating frequency, the diode 44 has a recovery time of 20 nanoseconds, while the Diode 46 has a recovery time of 10 nanoseconds. The diodes 44 and 46 can, for example, pin diodes or other suitable diodes. An induction coil 48 generating a direct current reversal lies between earth and ground. Reference potential and the connection line, which the anodes of the limiter diodes 44 and 46 and the output J2 (Socket of a plug connection) connects with each other.
Die Schaltungsanordnung nach Figur 2 besitzt eine Signal-Umleitungseinrichtung, die nachfolgend genauer beschrieben wird. Die Linie A-C zwischen den Knotenpunkten A und C wird dabei als Hauptübertragungsstrecke bzw. dritte Übertragungsstrecke bezeichnet. Diese Linie A-C ist vorzugsweise als Viertelwellenlängen-Übertragungsstrecke durch Mikro-Streifenleiter aufgebaut, obwohl selbstverständlich auch Wellenleiter, Kabel oder andere äquivalente Schaltungen verwendet werden könnten. Eine variable Impedanz bildet die Halbleiter-Begrenzerdiode 50, die auch als Unterdrückungs-, Lösch- oder Trenneinrichtung bezeichnet werden kann. Die Anode der Begrenzerdiode 50 ist mit dem Knotenpunkt C verbunden, während ihre Kathode geerdet ist bzw. auf Referenzpotential liegt. Beispiels-The circuit arrangement according to Figure 2 has a signal diversion device, which is described in more detail below. The line A-C between the nodes A and C are referred to as the main transmission link and the third transmission link, respectively. This line A-C is preferably constructed as a quarter-wavelength transmission path through micro-striplines, although it goes without saying waveguides, cables, or other equivalent circuitry could also be used. A variable The semiconductor limiter diode 50, which is also referred to as a suppression, quenching or isolating device, forms the impedance can be. The anode of the limiter diode 50 is connected to the node C, while its cathode is grounded or is at reference potential. Example
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weise kann die Begrenzerdiode 50 eine Pin-Diode mit einer Erholzeit von 50 Nanosekunden sein. Eine weitere Viertelwellenlängen-Übertragungsstrecke A-B liegt zwischen den Knotenpunkten A und B und wird nachfolgend als erste Übertragungsstrecke bezeichnet. Diese Übertragungsstrecke ist ähnlich der Übertragungsstrecke A-C aufgebaut. Der Knotenpunkt B ist über einen Kondensator 52, der identisch mit dem Kondensator 42 ist, und über den Ausgang J3 (Steckverbinder vom OSM-Typ) mit einem 50 Ohm Anpassungsabschluß verbunden, der durch das Lastverteilerelement 2 6 gebildet wird. Die Linie B-D bildet eine weitere Viertelwellenlängen-Übertragungsstrecke zwischen den Knotenpunkten B und D und wird als zweite Übertragungsstrecke bezeichnet, die ähnlich wie die anderen beiden A-C und A-B aufgebaut ist.wise, the limiter diode 50 may be a pin diode with a Recovery time of 50 nanoseconds. Another quarter-wavelength transmission link A-B lies between nodes A and B and is referred to below as the first transmission link. This transmission line is structured similarly to the transmission path A-C. The node B is through a capacitor 52, which is identical to the capacitor 42, and via the output J3 (connector of the OSM type) with a 50 ohm matching termination connected, which is formed by the load distribution element 2 6. Line B-D forms another quarter-wavelength transmission link between nodes B and D and is referred to as the second transmission link, the similar to the other two A-C and A-B.
Eine Diode 54 liegt mit ihrer Anode an dem Knotenpunkt D, während ihre Kathode mit Erde verbunden ist bzw. auf Referenzpotential liegt. Durch diese Diode 54, die als Entlastungs- oder Reflektionseinrichtung bezeichnet werden kann, wird ein weiterer Nebenschluß gebildet. Die Diode 54 ist eine Halbleiterdiode mit variabler Impedanz und kann identisch mit der zuvor erwähnten Diode 50 sein. Eine vierte Übertragungsstrecke, nämlich die Linie D-E, liegt zwischen den Knotenpunkten D und E und ist in Reihe mit der zweiten Übertragungsstrcke B-D geschaltet, um einen Leitungsabschluß zu bilden. Vorzugsweise ist die Übertragungsstrecke D-E effektiv eine halbe Wellenlänge lang.A diode 54 has its anode at the node D, while its cathode is connected to ground Reference potential is. Through this diode 54, which is referred to as a relief or reflection device can, another shunt is formed. The diode 54 is a semiconductor diode with variable impedance and may be identical to the aforementioned diode 50. A fourth transmission line, namely the line D-E, lies between the nodes D and E and is connected in series with the second transmission line B-D to to form a line termination. Preferably, the transmission link D-E is effectively half a wavelength long.
In der Figur 3 ist eine praktische Ausführungsform der Schaltung nach Figur 2 in Mikro-Streifenleitertechnik dargestellt. Selbstverständlich kann diese Schaltung auch mit diskreten Komponenten aufgebaut sein, wobei die verschiedenen Übertragungsstrecken durch äquivalente Schaltungen gebildet sind, speziell bei niedrigen Frequenzen. Die Schaltung kann alternativ auch durch Wellenleiter aufgebaut sein, obwohl dies die Herstellung erschweren würde. —FIG. 3 shows a practical embodiment of the circuit according to FIG. 2 using micro-stripline technology. Of course, this circuit can also be constructed with discrete components, with the various Transmission links are formed by equivalent circuits, especially at low levels Frequencies. Alternatively, the circuit can also be constructed by waveguides, although this complicates the manufacture would. -
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Die dargestellte Schaltung umfaßt einen Aluminiumrahmen 60 mit vier Wänden, an denen die drei zuvor erwähnten Eingänge bzw. Stecker Jl, J2 und J3 vom OSM-Typ montiert sind. Die äußeren leitfähigen Hauben der Stecker Jl, J2 und J3 werden durch Verschraubung mit dem Aluminiumrahmen 60 verbunden.The circuit shown comprises an aluminum frame 60 with four walls on which the three aforementioned inputs and Connectors Jl, J2 and J3 of the OSM type are mounted. The outer conductive hoods of connectors Jl, J2 and J3 are connected to the aluminum frame 60 by screwing.
Die innere Schaltungsanordnung ist auf einer Mikro-Streifenleiterplatte angeordnet, die eine Aluminiumgrundplatte 62 umfaßt, welche elektrisch und mechanisch mit dem Rahmen verbunden ist und gleiche äußere Abmessungen wie dieser hat. Auf der der Platte 62 gegenüberliegenden Seite des Rahmens 60 ist eine entsprechend ausgebildete Aluminiumdeckplatte (nicht dargestellt) mit dem Rahmen 60 durch Schrauben verbunden. Die innere Seite der Grundplatte 62 ist mit einer dünnen Schicht 64 eines verlustarmen dielektrischen Materials, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen , verbunden, welche etwa 0,254 mm dick ist. Die verschiedenen Streifenleiter auf der dielektrischen Schicht 64 sind durch Metallschichten gebildet, die entsprechend der vorgegebenen Schaltungsanordnung durch einen photochemischen Ätzvorgang erzeugt worden sind. Die den Bauelementen nach Figur 2 entsprechenden Elemente sind in der Figur 3 mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 versehen.The internal circuitry is on a micro-strip circuit board arranged comprising an aluminum base plate 62 which is electrically and mechanically connected to the frame is connected and has the same external dimensions as this. On the side of the frame opposite the plate 62 60, a correspondingly designed aluminum cover plate (not shown) is connected to the frame 60 by screws. The inner side of the base plate 62 is covered with a thin layer 64 of a low loss dielectric Material, preferably made of polytetrafluoroethylene, connected, which is about 0.254 mm thick. The different striplines on the dielectric layer 64 are formed by metal layers corresponding to the predetermined Circuit arrangement have been generated by a photochemical etching process. The components according to FIG Corresponding elements are provided in FIG. 3 with the same reference numerals as in FIG.
Die Mehrzahl der dargestellten Streifenleiter ist so dimensioniert, daß eine charakteristische Impedanz (bzw. ein Wellenwiderstand) von 50 Ohm erhalten wird. Speziell die Streifenleiter zwischen den Steckern J1 und J2 und die zuvor erwähnten Übertragungsstrecken A-B, B-D, D-E und dieThe majority of the striplines shown are like that dimensioned so that a characteristic impedance (or a characteristic impedance) of 50 ohms is obtained. Specifically the Strip line between the connectors J1 and J2 and the aforementioned transmission lines A-B, B-D, D-E and the
3Q Strecke zwischen dem Stecker J3 und dem Knotenpunkt B sind so geformt, daß sie die genannte charakteristische Impedanz von 50 Ohm aufweisen. Die Breite dieser 50 Ohm Streifenleiter beträgt 0,787 mm. Entsprechend ausgebildet ist die Streifenleitung 3OA, die zwischen den Elementen 34A und 32 des Richtungskopplers 30 liegt.3Q path between connector J3 and node B. shaped so that they have the said characteristic impedance of 50 ohms. The width of this 50 ohm stripline is 0.787 mm. The strip line 3OA, which is formed between the elements 34A and 32 of the Directional coupler 30 is located.
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Q C Π-7 7 7 QQ C Π-7 7 7 Q
P DU / / / UP DU / / / U
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Der Richtungskoppler 30 besitzt einen Streifenleiter 30A, der etwa 5,7 mm lang ist und vom Streifenleiter 30B ungefähr 0,889 mm entfernt angeordnet ist. Der Richtungskoppler 30 ist darüber hinaus so ausgelegt, daß er bei einer Eingangsfrequenz von 9,35 GHz eine Kopplungsdämpfung von -33 dB zwischen dem Eingang Jl und dem Element 3 4A besitzt. Das rechte Ende des Streifenleiters 30A in Figur 3 ist durch den schon zuvor erwähnten Widerstand 32 begrenzt, der als Plättchenwiderstand ausgebildet ist, und der mit einem geerdeten Dämpfungsglied 66 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 66 besteht aus einer Metallschicht, die auf derThe directional coupler 30 has a strip conductor 30A, which is about 5.7 mm long and about from strip conductor 30B 0.889 mm away. The directional coupler 30 is also designed so that it has a coupling loss of -33 dB at an input frequency of 9.35 GHz has between the input Jl and the element 3 4A. The right end of the strip conductor 30A in Figure 3 is through the previously mentioned resistor 32, which is designed as a plate resistor, and which is connected to a grounded resistor Attenuator 66 is connected. The attenuator 66 consists of a metal layer on the
dielektrischen Schicht 64 ruht und einen Schlitz aufweist, der in Verbindung mit der Aluminiumgrundplatte 62 steht. Dieser Schlitz ist ungefähr 3,3 mm lang und 0,787 mm breit und besitzt abgerundete Enden. Der Schlitz ist mit der Grundplatte 62 dadurch verbunden, daß das Dämpfungsglied 6 mit der Grundplatte 62 verlötet ist.dielectric layer 64 rests and has a slot which is in connection with the aluminum base plate 62. This slot is approximately 3.3 mm long and 0.787 mm wide and has rounded ends. The slot is connected to the base plate 62 in that the attenuator 6 is soldered to the base plate 62.
Das bereits erwähnte Anpassungsnetzwerk 3 4 ist hier als kapazitives Nebenschlußelement 34A dargestellt, und zwar als sich verbreiterndes metallisches Dämpfungsglied, um Signale kapazitiv zu der darunter liegenden Grundplatte 62 abzuleiten. Vom Element 3 4A (Nebenschluß-Kondensator) führt dann eine Streifenleitung, die ebenfalls 0,787 mm breit ist, zu den zuvor erwähnten Schottky-Dioden 36, 38, die eine Parallelkombination darstellen und in einem gemeinsamen Gehäuse durch den Hersteller hermetisch eingeschlossen sind. Der genannte Streifenleiter 3 4C zwischen den Komponenten 34A und 36 wird über etwa zwei Drittel seines Weges in Richtung auf die Diode 36 von einem Nebenschluß begleitet, der durch ein Streifenleiter-Induktionselement 3 4B gebildet ist, das mit einem geerdeten Dämpfungsglied 68 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 68 besitzt wiederum einen Schlitz zur Herstellung einer Lötverbindung mit der Grundplatte 62. Der Streifenleiter 34B ist ein Viertelwellenlängen-Gleichstromumkehrelement, das als Drossel im Radio-The already mentioned matching network 3 4 is shown here as a capacitive shunt element 34A, namely as widening metallic attenuator to capacitively divert signals to the base plate 62 below. A stripline then leads from element 3 4A (shunt capacitor), which is also 0.787 mm wide, to the aforementioned Schottky diodes 36, 38, which represent a parallel combination and in a common housing are hermetically sealed by the manufacturer. Said strip conductor 3 4C between the components 34A and 36 is shunted about two thirds of its way towards diode 36, formed by a stripline induction element 3 4B which is connected to a grounded attenuator 68. The attenuator 68 in turn has a Slot for making a solder connection to the base plate 62. The strip conductor 34B is a quarter-wave DC reversing element, that as a throttle on the radio
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frequenzbereich arbeitet. Die Komponenten 3 4A und 34C bilden ein Impedanz-Anpassungsnetzwerk, durch das die 50 Ohm Impedanz der Streifenleitung 3OA an die durch die Schottky-Dioden 36, 38 gebildete geringere Impedanz angepaßt wird. Die Dimensionierung der Elemente 34A und 34C erfolgt daher unter Berücksichtigung der Impedanz im Bereich der Dioden 36, 38.frequency range works. Components 3 4A and 34C form an impedance matching network through which the 50 ohm impedance of the strip line 3OA to the through the Schottky diodes 36, 38 formed lower impedance is adapted. The dimensioning of elements 34A and 34C is therefore carried out taking into account the impedance in the area of the diodes 36, 38.
Der . Nebenschluß-Speicherkondensator 3 9 ist durch einOf the . Shunt storage capacitor 3 9 is through a
2 Dämpfungsglied gebildet, welches etwa 1 mm groß ist.2 attenuator formed, which is about 1 mm in size.
Die Drosselspule 40 zwischen dem Nebenschluß-Speicherkondensator 39 und dem Knotenpunkt C besteht aus einem Goldbrand von 0,127 mm Breite und 0,635 mm Dicke.The choke coil 40 between the shunt storage capacitor 39 and the node C consists of one Goldbrand 0.127 mm wide and 0.635 mm thick.
Der Gleichstrom-Rücklaufwiderstand 43 liegt zwischen dem Dämpfungsglied 39 und einem Schlitz eines Dämpfungsgliedes 70, der zu dessen Erdung dient. Ein Streifenleiter-Induktionselement 48 mit einer Breite von 0,177 mm und einer Länge von 6,14 mm verbindet das Dämpfungsglied 70 mit derjenigen Streifenleitung, die zwischen dem Stecker J2 und der Diode 46 verläuft, und zwar an einem Punkt, der näher an der Diode liegt. Die Diode ist als üblicher kubischer Baustein mit Anschlußkontakten an gegenüberliegenden Flächen ausgebildet. Ihre Kathodenseite ist über eine Lötstelle mit der Grundplatte 62 verbunden, und zwar durch einen Schlitz 46A hindurch, der sich in der dielektrischen Schicht 64 befindet. Der Bereich 7 2 ist geerdet, um die Ausbildung von Kriechströmen bzw. Nebenschlußströmen zu verhindern. Die Anode der Diode 46 ist mit dem Mikro-Streifenleiter an jeder Seite des Schlitzes 46A über ein reines Goldband (99,99% Gold) verbunden, das eine Länge von 0,127 mm und einen Durchmesser von 0,063 mm besitzt. Selbstverständlich können hierzu auch Goldstreifen entsprechender Abmessung vorgesehen sein. Eine Lücke im Mikro-Streifenleiter zwischen den Dioden 44 und 50 ist mit Hilfe des Strahlführungskondensators 42The DC return resistor 43 is between the attenuator 39 and a slot of an attenuator 70, which is used to ground it. A stripline induction element 48 with a width of 0.177 mm and a length of 6.14 mm connects the attenuator 70 with that strip line that runs between the connector J2 and the diode 46, namely on one Point closer to the diode. The diode is a normal cubic component with connection contacts formed on opposite surfaces. Its cathode side is connected to the base plate 62 via a solder joint, through a slot 46A located in the dielectric layer 64. The area 7 2 is grounded to prevent leakage currents or shunt currents from developing. The anode of diode 46 is connected to the micro stripline on each side of slot 46A by a pure gold ribbon (99.99% gold), which has a length of 0.127 mm and a diameter of 0.063 mm. Of course you can do this gold strips of appropriate dimensions can also be provided. A gap in the micro stripline between the diodes 44 and 50 is by means of the beam guiding capacitor 42
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überbrückt. Die bereits erwähnten Dioden 44 und 50 sind entsprechend der Diode 46 ebenfalls in Schlitzen 44A und 5OA angeordnet, die ähnlich wie der Schlitz 46A ausgebildet sind / so daß ihre jeweiligen Kathoden ebenfalls in entsprechender Weise mit der Grundplatte 62 verbunden sind. Auch die Anoden der Dioden 44 und 50 sind in gleicher Weise wie bei der Diode 46 mit einem Golddraht oder Goldstreifen verbunden, der die Schlitze 50A und 44A überspannt. Die Anode der Diode 50 ist mit dem bereits erwähnten Knotenpunkt C und andererseits über eine Leitung 40 mit dem Dämpfungsglied 39 verbunden. Der Mikro-Streifenleiter zwischen den Knotenpunkten C und A stellt wiederum die bereits zuvor erwähnte Viertelwellenlängen-Übertragungsstrecke dar und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ungefähr 4,826 mm lang, was durch die Arbeitsfrequenz von 9,35 GHz bestimmt ist. Etwa dieselbe Länge weist der senkrecht dazu verlaufende Mikro-Streifenleiter auf, der sich vom Knotenpunkt A zum Knotenpunkt B erstreckt. Zwischen dem Knotenpunkt B und dem Streifenleiter 7 4 ist der weitere Strahlführungskondensator 52 eingelötet. Der Streifenleiter 74 ist dagegen mit dem Stecker J3 verbunden. Zwischen den Knotenpunkten B und D liegt ein Streifenleiter, dessen Länge der Länge des zwischen den Punkten A und B liegenden Streifenleiters entspricht. Am Knotenpunkt D befindet sich eine Begrenzerdiode 54, deren Kathode durch einen Schlitz 54A hindurch mit der Grundplatte 62 verlötet ist. Die Anode der Diode 54 ist wiederum mit einem Goldband oder einem Goldstreifen, der den Schlitz 54A überspannt, verbunden. Eine nachfolgende Mikro-Streifenleitung zwischen den Knotenpunkten D und E ist etwa doppelt so lang, wie die Streifenleitung zwischen den Punkten B und D und am Knotenpunkt E offen.bridged. The already mentioned diodes 44 and 50 are corresponding of diode 46 are also arranged in slots 44A and 50A, which are formed similarly to slot 46A are / so that their respective cathodes are also in corresponding Manner are connected to the base plate 62. The anodes of the diodes 44 and 50 are also the same Connected in a manner similar to diode 46 with a gold wire or strip of gold spanning slots 50A and 44A. The anode of the diode 50 is connected to the already mentioned node C and on the other hand via a line 40 to the Attenuator 39 connected. The micro-stripline between nodes C and A in turn represents the the previously mentioned quarter-wavelength transmission path and is in the illustrated embodiment approximately 4.826 mm long, which is determined by the operating frequency of 9.35 GHz. The is about the same length Micro-stripline running perpendicular to it, which extends from node A to node B. Between The further beam guiding capacitor 52 is soldered into the node B and the strip conductor 7 4. Of the On the other hand, strip conductor 74 is connected to connector J3. Between the nodes B and D is a Strip conductor, the length of which is the length of the between the Points A and B lying stripline corresponds. At node D there is a limiter diode 54, whose Cathode is soldered to the base plate 62 through a slot 54A. The anode of diode 54 is in turn connected to a gold ribbon or strip spanning the slot 54A. A subsequent Micro stripline between nodes D and E is about twice as long as the stripline between open at points B and D and at node E.
Die Figuren 4A und 4B dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Überlastschutzes, die im folgenden unter Zuhilfenahme der Figuren 1 bis 3 nochmals erläutert wird.FIGS. 4A and 4B serve to explain the mode of operation of the overload protection, which is described below under With the help of Figures 1 to 3 will be explained again.
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Gemäß der Figur 1 ist der Zirkulator 18 so ansteuerbar, daß er die vom Magnetron 12 erzeugten Hochfrequenzsignale in kurzen Pulsen zur Antenne 10 leitet, ohne daß ein nennenswertes Signal in das dritte Tor 20 eingekoppelt wird. Die von Objekten reflektierte Strahlung wird von der Antenne aufgefangen und mit Hilfe des Zirkulators 18 in das Tor geleitet. Nach Durchlaufen der Verbindungseinrichtung 21 wird das empfangene Signal über den Eingang Jl der Schutzeinrichtung 24 zugeführt.According to FIG. 1, the circulator 18 can be controlled in such a way that he the high-frequency signals generated by the magnetron 12 in short pulses to the antenna 10 without a significant signal being coupled into the third gate 20. the Radiation reflected from objects is captured by the antenna and with the help of the circulator 18 into the goal directed. After passing through the connecting device 21, the received signal is transmitted via the input Jl of the protective device 24 supplied.
Durch ein relativ kleines Signal am Eingang Jl der Schutzeinrichtung 24 wird kein ausreichendes Signal am Speicherkondensator 39'(vgl. Figur 2) erzeugt. Demzufolge ist ein durch die Induktionsspule 40 fließender Einstellstrom JBBy a relatively small signal at input Jl of the protective device 24, a sufficient signal is not generated at the storage capacitor 39 '(see FIG. 2). Hence is a setting current JB flowing through induction coil 40
jL5 vernachlässigbar· Dies hat zur Folge, daß die Dioden 54 und 50 nicht in Durchlaßrichtung betrieben werden können und daher eine sehr hohe Eingangsimpedanz, entsprechend der einer offenen Schaltung, aufweisen. Daraus resultiert, daß die Schaltung nicht nur am Knotenpunkt E sondern auch am Knotenpunkt D weiterhin als offen erscheint. Eine Viertelwellenlänge davon entfernt am Knotenpunkt B erscheint die offene Schaltung jedoch als über den Widerstand 26 kurzgeschlossen. Dieser Kurzschluß am Knotenpunkt B bewirkt, daß der Streifenleiter A-B wie eine offene Schaltung von dem Knotenpunkt A aus erscheint. Da keine weiteren Dioden oder Komponenten vorhanden sind, über die Leistung aus dem Mikro-Streifenleiter zwischen den Steckern Jl und J2 abgeleitet werden könnte, werden die Signale ohne Reflektion zwischen den genannten Steckern transportiert. EinejL5 negligible · As a result, the diodes 54 and 50 cannot be operated in the forward direction and therefore have a very high input impedance, corresponding to the an open circuit. As a result, the circuit is not only at node E but also at Node D still appears to be open. A quarter wavelength away at node B appears the open circuit, however, as short-circuited via resistor 26. This short circuit at node B causes that the strip conductor A-B appears like an open circuit from the node A from. There are no more diodes or components are present via which the power is derived from the micro-stripline between the connectors J1 and J2 could be, the signals are transported between the named connectors without reflection. One
3Q äquivalente Schaltung der Mikro-Streifenleiter unter diesen Bedingungen ist in Figur 4A dargestellt, wobei der Knotenpunkt B geerdet ist, um eine vom Knotenpunkt A aus als offen erscheinende Schaltung zu erzeugen.3Q equivalent circuit of the micro stripline below These conditions are shown in Figure 4A with node B grounded for one from node A. to be generated as an open circuit.
Im folgenden wird angenommen, daß die der Antenne 10 zugeführten Magnetronpulse von ihr in das Tor 14 reflektiert werden, was beispielsweise bei einer Beschädigung derIn the following it is assumed that the magnetron pulses fed to the antenna 10 are reflected by it into the gate 14 what, for example, if the
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Antenne 10 oder bei einer Blockierung der Fall sein kann. Diese Pulse sind daher relativ stark und besitzen einen hohen Leistungspegel. Entsprechende Impulse werden erhalten, wenn die Antenne 10 Signale von in der Nähe befindlichen Radar-Stationen oder anderen Sendestationen empfängt. Auch in diesen Fällen wird eine unzulässig hohe Leistung über das Tor 14 transportiert. Es wird damit ein zu starkes Signal vom Tor 20 zum Eingang bzw. Stecker Jl geleitet. Dieses Signal kann typischerweise um 10 Watt pro Nano-Sekunde ansteigen.Antenna 10 or a blockage may be the case. These pulses are therefore relatively strong and have a high power level. Corresponding pulses are obtained when the Antenna 10 receives signals from nearby radar stations or other transmitting stations. Also in In these cases, an impermissibly high power is transported via the gate 14. It becomes too strong a signal from gate 20 to the entrance or connector Jl. This signal can typically be around 10 watts per nano-second increase.
In diesem Fall wird ein bedeutsamer Leistungsbetrag vom Richtungskoppler 30 durch das Anpassungsnetzwerk 3 4 hindurch zu den Detektordioden 36, 3 8 übertragen. Durch die sehr schnelle Gleichrichtung mit Hilfe der genannten Dioden wird eine Schnellaufladung des Kondensators 39 erreicht. Hierdurch wird ein Einstellstrom IB erzeugt, der Werte bis zu 6OmA erreichen kann, und der durch die Induktionsspule 40 und durch die in Vorwärtsrichtung betriebenen Dioden 54 und 50 fließt. Dieser Einstellstrom IB reduziert schlagartig die dynamische Impedanz der Dioden 54 und und erzeugt einen effektiven Kurzschluß zwischen ihren Anoden und Kathoden. Die Kurzschlüsse bewirken somit, daß die Mikro-Streifenleiter, wie in Figur 4B dargestellt, mit Masse bzw. einem Bezugspotential verbunden werden.In this case, a significant amount of power is passed from the directional coupler 30 through the matching network 34 to the detector diodes 36, 38 transmitted. Due to the very fast rectification with the help of the mentioned diodes rapid charging of the capacitor 39 is achieved. As a result, a setting current IB is generated, the values can reach up to 6OmA, and that by the induction coil 40 and by the operated in the forward direction Diodes 54 and 50 flows. This setting current IB suddenly reduces the dynamic impedance of the diodes 54 and and creates an effective short circuit between their anodes and cathodes. The short circuits thus cause the micro striplines, as shown in Figure 4B, be connected to ground or a reference potential.
Die Knotenpunkte C und D sind somit durch die ihnen zugeordneten Begrenzerdioden 50 bzw. 54, wie in den Figuren 2 und 4B dargestellt, geerdet. Da die Übertragungsstrecke A-C mit ihrem geerdeten Knotenpunkt C eine Viertel- wellenlänge lang is^erscheint sie vom Knotenpunkt A aus gesehen als offen bzw. als offene Schaltung. Entsprechendes gilt auch für die Übertragungsstrecke B-D mit ihrem geerdeten Knotenpunkt D, die ebenfalls vom Knotenpunkt B aus als offene Schaltung erscheint. Infolgedessen entsteht ein ungestörter Signalweg vom Eingangsstecker Jl über die Übertragungsstrecke A-B und den Stecker J3 zum Lastver-The nodes C and D are thus assigned by them Limiter diodes 50 and 54, as shown in Figures 2 and 4B, grounded. Since the transmission path A-C with its grounded node C is a quarter wavelength is ^ it appears from node A seen as open or as an open circuit. The same applies to the transmission link B-D with its grounded Node D, which also appears from node B as an open circuit. As a result, arises an undisturbed signal path from the input connector Jl via the transmission path A-B and the connector J3 to the load
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teilerelement 26. Die am Eingangsstecker Jl vorhandene Leistung kann daher externdivider element 26. The power present at the input connector Jl can therefore be external
iin Lastverteilerelement 2 6 vernichtet bzw. abgebaut werden. Der effektiv als offen erscheinende und durch die Übertragungsstrecke A-C gebildete Schaltungsteil sorgt also für eine ausgezeichnete Isolierung, um Signale mit unzulässig hoher Leistung von der zu schützenden Schaltung 28 fernzuhalten.iin load distribution element 2 6 are destroyed or dismantled. The circuit part, which appears to be effectively open and is formed by the transmission path A-C, thus ensures for excellent isolation in order to avoid signals with impermissibly high power from the circuit 28 to be protected keep away.
Hinter der Übertragungsstrecke A-C, also zwischen dem Knotenpunkt C und dem Ausgang J2, sind zusätzliche Dioden 44 und 46 (Figur 2) vorgesehen, um einen noch besseren Schutz einer nachfolgenden Schaltung zu gewährleisten. Diese Dioden leiten durch die Übertragungsstrecke A-C hindurchleckende Leistung während des Anstiegs des Eingangssignals ab, indem sie durch die hindurchgeleckte Leistung in Durchlaßrichtung betrieben werden. Sie besitzen eine bestimmte Kapazität, so daß sie zur Leistungsableitung in diesem Zustand verbleiben und jedes den Ausgang J2 erreichende Signal nur noch sehr klein ist. Die Diode 44 und insbesondere die Diode 46 können ein sehr hohes Ansprechvermögen besitzen, da über sie keine hohen Leistungen abgeleitet zu werden brauchen.Behind the transmission path A-C, that is between the node C and the output J2, there are additional diodes 44 and 46 (FIG. 2) are provided in order to ensure even better protection of a subsequent circuit. These Diodes conduct power leaking through link A-C during the rise of the input signal by operating them in the forward direction through the power leaked through. You own one certain capacitance, so that they remain in this state for power dissipation and each reaches the output J2 Signal is only very small. The diode 44, and particularly the diode 46, can have a very high response as they do not need to be used to derive high performance.
Verschwindet das unzulässig hohe Signal am Eingang Jl der Schutzeinrichtung 24, so kehren alle Dioden in ihren relativ nicht-leitenden Zustand zurück. Beispielsweise können die Dioden 44 und 46 durch die Drossel 48 entladen werden. Ähnliches gilt für den Kondensator 39 und die Dioden 50 und 54, die über den Widerstand 43 entladen werden, welcher effektiv parallel zu ihnen geschaltet ist.If the impermissibly high signal at the input Jl of the protective device 24 disappears, all diodes return to their relative non-conductive state. For example, the diodes 44 and 46 can be discharged through the inductor 48. The same applies to the capacitor 39 and the diodes 50 and 54, which are discharged via the resistor 43, which is effectively connected in parallel with them.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Einstellstrom IB sehr schnell, beispielsweise innerhalb von 5 bis 20 Nanosekunden, erzeugt werden. Die Rückkehr der Schaltung in den Normalzustand dauert etwas länger, beispielsweise bis zu 1,2 Mikrosekunden, und ist eine Funktion der Pulsbreite sowie des Leistungspegels. DieIn the embodiment described above, the setting current IB can be very fast, for example within from 5 to 20 nanoseconds. The return of the circuit to the normal state takes a little longer, for example up to 1.2 microseconds, and is a Function of the pulse width and the power level. the
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Erholzeit der Schaltung ist unter anderem durch die von dem Widerstand 43 abhängige Zeitkonstante bestimmt. Darüber hinaus sind aber auch andere Faktoren von Einfluß, beispielsweise die Erholzeiten der Dioden 44, 46, 50 und 54. Insbesondere die Erholzeiten der zuletzt genannten Dioden 50 und 54 sind von Gewicht. Sind diese genannten Elemente entladen, so wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung, wie eingangs beschrieben, Leistung vom Eingang Jl zum Ausgang J2 tranportiert. Zum Lastverteilerelement 2 6 gelangt in diesem Fall keine Leistung.The recovery time of the circuit is determined, among other things, by the time constant that is dependent on the resistor 43. About that In addition, however, other factors are also of influence, for example the recovery times of the diodes 44, 46, 50 and 54. In particular, the recovery times of the last-mentioned diodes 50 and 54 are important. Are these elements mentioned discharged, so is with the help of the circuit according to the invention, as described above, power from the input Jl to Exit J2 transported. In this case, no power reaches the load distribution element 2 6.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann selbstverständlich in vielerlei Hinsicht abgewandelt bzw. verändert werden. Zur Verarbeitung von Signalen mit unterschiedlicher Leistung können beispielsweise die Nennleistungen der Dioden bzw. mehr oder weniger Dioden parallel zueinander geschaltet werden. Zusätzlich ist es möglich, die Größe der Mikro-Streifenleiter bei gleichzeitiger Änderung der Dielektrizitätskonstanten des darunterliegenden nicht leitenden Materials zu verändern. Während in den Figuren 2 und 3 ein Richtungskoppler 30 zur Ansteuerung des Diodendetektors zur Erzeugung des Einstellstromes IB dargestellt ist, kann gemäß einer anderen Ausführungsform auch eine andere Kopplungstechnik angewendet werden, die beispielsweise eine Ohm'sche Verbindung einschließt. Darüber hinaus können in vielen Fällen die Viertelwellenlängen oder Halbwellenlängen-Übertragungsstrecken durch ein Vielfaches der halben Wellenlänge jeweils verlängert sein, ohne daß dadurch die Wirkung der Schaltung beeinträchtigt wird. Statt einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm, wie beschrieben, ist es selbstverständlich auch möglich, in anderen Ausführungsbeispielen andere Impedanzwerte zu wählen. Die Schaltung braucht ebenfalls nicht durch Mikro-Streifenleiter aufgebaut zu sein, diskrete und miteinander verdrahtete Komponenten, Wellenleitersysteme, Streifenleitersysteme oder Koaxialkabelsysteme können ebenfalls zum Einsatz kommen, was sich nach den jeweiligenThe circuit according to the invention can of course in be modified or changed in many ways. For processing signals with different levels of power For example, the nominal power of the diodes or more or fewer diodes can be connected in parallel to one another will. In addition, it is possible to change the size of the micro-stripline while changing the dielectric constant of the underlying non-conductive material. While in Figures 2 and FIG. 3 shows a directional coupler 30 for controlling the diode detector for generating the setting current IB is, according to another embodiment, another coupling technique can also be used, for example includes an ohmic connection. In addition, in many cases, the quarter wavelengths or half-wavelength transmission links can be extended by a multiple of half the wavelength, without affecting the effectiveness of the circuit. Instead of a characteristic impedance of 50 ohms, As described, it is of course also possible to use other impedance values in other exemplary embodiments Select. The circuit also does not need to be built up by micro-striplines, discrete and interconnected wired components, waveguide systems, stripline systems or coaxial cable systems can also come into play, which depends on the respective
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Anforderungen wie zu verarbeitender Leistung, Betriebssicherheit, Gewicht und Größe, usw. richtet. Die elektrischen und geometrischen Größen der einzelnen Komponenten können ebenfalls in Abhängigkeit der zu verarbeitenden Frequenz, der Bandbreite, der zu verarbeitenden Leistung, der Temperaturstabilität, der Genauigkeit, der Unempfindlichkeit gegenüber Interferenzen, der Anforderungen an die Isolation, usw. verändert werden. Darüber hinaus eignet sich die beschriebene Schaltung nicht nur zur Sicherung von Radarsystemen, sondern kann ganz allgemein zur Sicherung jeder Schaltung eingesetzt werden, die oszillierende Signale an ihrem Eingang empfängt. Die erwähnten Kurzschlüsse innerhalb der Schaltung können nicht nur durch die beschriebenen Dioden, sondern auch durch andere Bauelemente, einschließlich Transistoren oder andere schnelle Schalter, erzeugt werden. Durch einen Diodenkurzschluß oder eine entsprechende Durchschaltung läßt sich darüber hinaus eine als offen erscheinende Schaltung erzeugen, so daß die Länge einer zugeordneten Übertragungsstrecke verändert werden kann, indem eine offene oder kurzgeschlossene Diode entweder eine als offen oder als kurzgeschlossen erscheinende Schaltung erzeugt.Addresses requirements such as processing performance, operational safety, weight and size, etc. The electric and geometric sizes of the individual components can also be used depending on the frequency to be processed, the bandwidth, the power to be processed, the temperature stability, the accuracy, the insensitivity against interference, the requirements for the isolation, etc. are changed. It is also suitable The circuit described is not only used for securing radar systems, but can also be used in general for securing any circuit that receives oscillating signals at its input. The short circuits mentioned within the circuit, not only through the diodes described, but also through other components, including transistors or other fast switches. By a diode short circuit or a In addition, a corresponding through-connection can be generated that appears to be open, so that the Length of an assigned transmission link can be changed by using either an open or a short-circuited diode a circuit that appears to be open or short-circuited is generated.
ISP-CTEDISP-CTED
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Claims (26)
dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung eine vierte Übertragungsstrecke (D-E) besitzt, die an einem Ende offen und an ihrem anderen Ende mit der Verbindungsstelle zwischen den Entlastungselementen (54) und der zweiten Übertragungsstrecke (B-D) verbunden ist, und daß die vierte Übertragungsstrecke (D-E) eine effektive Länge besitzt, die ein Vielfaches der halben Wellenlänge des in ihr verlaufenden Signals ist.12. Overload protection according to claim 11,
characterized in that the deflection device has a fourth transmission path (DE) which is open at one end and connected at its other end to the connection point between the relief elements (54) and the second transmission path (BD), and that the fourth transmission path (DE ) has an effective length that is a multiple of half the wavelength of the signal passing through it.
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verbindung der Umlenkeinrichtung mit dem Ausgang (J2) des Überlastschutzes und einem Referenzpotential wenigstens eine Begrenzungsdiode (44,46) angeordnet ist.14. Overload protection according to claim 13,
characterized in that at least one limiting diode (44, 46) is arranged between the connection of the deflection device to the output (J2) of the overload protection and a reference potential.
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 verbunden ist.-6-
or more of claims 1 to 17 is connected.
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