DE3517010A1

DE3517010A1 - Breitbandiges tem-moden-hybrid mit vier anschluessen

Info

Publication number: DE3517010A1
Application number: DE19853517010
Authority: DE
Inventors: William George Canoga Park Calif. Sterns
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1984-05-14
Filing date: 1985-05-11
Publication date: 1985-11-14
Also published as: FR2564252A1; US4578652A; GB2159336B; JPS6123401A; GB8511365D0; FR2564252B1; GB2159336A; SE8502392D0

Description

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Breitbandiges TEM-Moden-Hybrid mit vier Anschlüssen

Die Erfindung betrifft ein breitbandiges TEM-Moden-Hybrid mit vier Anschlüssen. Das Hybrid ist vorzugsweise mit Streifen lei tern, Mikrostreifenleitern oder in einer ähnlichen Technik realisiert.

Diese sogenannten Hybride an sich sind allgemein bekannt. Diese Bauelemente werden verwendet zur Leistungsteilung, zur Leistungssummierung und als Differenziernetzwerke. Sie sind weit verbreitet bei MikroweLLensystemen. In dem Buch Radar Handbook von Merrill I. Skolnik, McGraw-Hill Book Company 1970, sind Mikrowellenkreuzungen (microwave junctions), zu denen auch die sogenannten Hybride gehören, beschrieben.

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Unmittelbar vor der Beschreibung dieser Bauelemente ist in dem Buch von Skotnik eine Abhandlung über Streifenleiter und Mikrostreifenleiter enthalten. Die Erfindung ist mit solchen Leitern realisiert. Streifenleiter, Mikrostreifenleiter und ähnliche Leiter sind auch noch in anderer technischer Literatur beschrieben, z.B. in Antenna Engineering Handbook von Henry Jasik, McGraw-Hill Verlag 1961 (erste Ausgabe).

Ein wichtiges Element der Erfindung, nämlich der sogenannte "all-pass filter" ist in dem Aufsatz "Coupled-Strip-Transmission-Line Filters and Directional Couplers von E.M.T. Jones and J .T. Bo 11 j ahn" beschrieben (IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques April 1956). In diesem Aufsatz sind die wesentlichen Auslegungskriterien für Konfigurationen mit verkoppelten Streifen angegeben und zwar für die räumlichen Abmessungen und für die Impedanzrelationen. Der sogenannte Allpassfilter, der in dem Aufsatz von Jones und Bolljahn enthalten ist, ist an sich ein 'breitbandig.es Bauelement.

In dem Aufsatz von B.M. Schiffman ("Transactions on Microwave Theory and Techniques", IEEE April 1958) ist eine Anwendung der Bauelemente mit verkoppelten Streifen für die Erzeugung einer 90 Phasenverschiebung beschrieben.

Das typische bekannte Hybrid weist einen 1 1/2 Wellenlängenhybrid ri ng auf, wie dargestellt in der Figur 16 (Seite 8.-17) des bereits erwähnten Radar Hand book. Diese Form ist angepasst zur Realisierung in Streifenleiteroder Mikrostreifen leitertechnik. Dieses bekannte Hybrid

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ist wirksam für kleine Frequenzbereiche oder für Anwendungen, bei denen Änderungen der Isolation, der Leistungsteilung und der Phasendifferenzen als Funktion der Frequenz toleriert werden können. Es ist allerdings, bedingt durch seine Geometrie, wenig kompakt und wenig geeignet zur Verwendung in Mikrowellenschaltungen.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auch auf die deutsche Offen legungsschrift 33 41 719 bezug genommen.

Die Erfindung betrifft 180°-TEM-Moden-Hybride mit vier Anschlüssen. Es soll ein Bauelement geschaffen werden, das breitbandig ist, das einen geringen Verlust aufweist und das preiswert ist. Es soll in der Technik der Streifenleiter oder Mikrostreifen Lei ter äquivalent sein zu dem magischen T, das mit Hohleitern realisiert ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel mit Streifen lei tern ist ein Muster von Leitern in der Technik der gedruckten Schaltung auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht und zwar im wesentlichen symmetrisch zwischen einem Paar leitender Platten.

Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Allpassfilter mit verkoppelten Streifen mit vorgegebenen Längen so in der Schaltung angeordnet, daß zwischen den Seitenanschlüssen und dem Differenzanschluß eine Phasenverschiebung von 180 vorhanden ist und zwischen den Seitenanschlüssen und dem Summenanschluß eine Phasendifferenz von 0 vorhanden ist. Die Allpassfilterabschnitte mit verkoppelten Streifen ergeben eine nahezu

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Lineare Phasenverschiebung in Bezug auf die Frequenz über eine große Bandbreite und die Anordnung dieser verkoppelten Streifen ist so, daß sich eine nahezu konstante relative Phase bei den Seitenanschlüssen ergibt.

Mit dem neuen Hybrid erzieLt man folgende Vorteile:

1. Die Isolation zwischen den Anschlüssen ist nahezu frequenzunabhängig über einen großen Frequenzbereich.

2. Die Leistungsaufteilungist über einen großen Frequenzbereich konstant.

3. Nicht dispersive (konstante) Phaseneigenschaften über einen großen Frequenzbereich.

4. Der mittlere Leiter befindet sich in einer Ebene.

5. Geringe Größe und günstig zu realisierende Geometrie.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise nähererläutert. Es zeigt

Figur 1 und Figur 2 Ein erstes und ein zweites Aus-

führungsbeispie I,

Figur 3 Eine Explosionsdarstellung de'r

Ausführung nach Figur 2 _A und Figur 4 und Figur 5 Diagramme.

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r JIh-

Bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 sind die in der Technik der gedruckten Schaltungen realisierten Leiter in bekannter Weise auf ein dielektrisches Substrat 10 aufgebracht. Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Eigenschaft des dielektrischen Substrats im wesentlichen gleich. Dem Fachmann sind geeignete Materialien, die einen geringen Verlust aufweisen, allgemein bekannt.

Die Eigenschaft der Impedanz der übertragungsleitungsabschnitte, realisiert durch die Leiter auf dem Substrat (bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 2 ist dies das Substrat 10a) weisen die gleiche Größenordnung auf. Die Faktoren und Parameter, die diese charakteristische Impedanzen bestimmen, sind allgemein bekannt. Es ist besonders wichtig, daß die Breite der Leiter mathematisch in Bezug steht zur effektiven charakteristischen Impedanz eines gegebenen Leiters. Es ist weiterhin zu beachten, daß die verbindenden Leiter, die von anderen Leitern abzweigen, so ausgelegt sind, daß an den Verbindungsstellen eine Impedanzanpassung erfolgt. Es bilden z.B. die Leiter 17 und 18 zusammen an ihrer Verbindung mit 12 eine Impedanz, die an die andere Impedanz angepasst ist. Entsprechend sind auch die Stücke 19 und 20 impedanzangepasst. Geeignete Impedanzen für diese verschiedenen Lei ter si nd:

Leiter Impedanz (Ohm)

11 50

12 50

13 50

14 50 17 70,7

18 70,7

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Bei dem AusführungsbeispieL nach Figur 1 fuhrt der Leiter 12 zu dem Summenanschuß, der Leiter 14 zu dem Differenzanschluß und die Leiter 11 und 13 zu den Seitenanschlüssen. Von außen betrachtet ist die Funktion dieselbe wie bei einem bekannten TEM-Hybrid mit vier Anschlüssen-. Die beiden Allpassfilter 15 und 16 mit verkoppelten Streifen haben eine Länge von einer ha Iben We I lenlänge und einer viertel Wellenlänge und sind an ihren Ende 15 c und 16 c kurzgeschlossen.

Bei einer Realisierung im C-Band ergeben sich for die Filter mit verkoppelten Streifen und bei der Verwendung eines Substrats mit einer Dielektrizitätskonstante 2,2 die nachfolgenden Abmessungen. Für die verkoppelten Streifen ist die Gesamtlänge, gemessen von der Mittellinie von 19 oder 20 zum kurzgeschlossenen Ende 15 c 0,69 inch. Die Leitungstücke 15 a, 15 b, 16 a und 16 b sind jeweilsungefähr 0,06 inch breit. Die mittleren Schlitze 15 d und 16 d sind jeweils ungefähr 0,010 inch breit. Die Gesamtlänge des Filters mit verkoppelten Streifen 16 ist, gemessen von der Mitte I Iinie von 19 oder 20 zu dem kurzgeschlossenen Ende 16 c, ungefähr = 0,35 inch.

Die Einfügungsphase für die Filterabschnitte 15 ist 360° bei der Bandmitte und die Einfügungsphase für 16 bei der Bandmitte ist 180 . Wie angegeben ist die entsprechende Einfügungsphase im wesentlichen eine lineare Funktion der Frequenz. Auf diese Weise wird zwischen Anschlüssen 11 und 13 eine Phasenverschiebung von 180 aufrechterhalten wenn das Hybrid von dem Differenzanschluß 14 gespeist wird. In Bezug auf den Summenanschluß 12 sind die Seitenanschlüsse 11 und 13 in Phase.

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- AL.

Anhand der Fiqur 2 wird ein mehr symmetrisches Ausführung sbeispiel erläutert. Die Isolation zwischen Seitenanschlüssen 25 und 26 ist im wesentlichen frequenzunabhängig. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Filterabschnitte 27, 28 und 29 mit verkoppelten Streifen- vorgesehen, die jeweils 3/4 Wellenlängen lang sind. Weiterhin ist ein vierter Filterabschnitt mit verkoppelten Streifen 30 vorgesehen, der eine 1/2 Wellenlänge lang ist. Bezüglich der Impedanzbetrachtungen für die Leiter und für die Filterabschnitte mit verkoppelten Streifen gilt dasselbe wie das zur Figur 1 gesagte. Für die Sei teηanschlüsse 25 und 26 ist eine im wesentlichen konstante 180 Phasendifferenz über eine große Bandbreite vorhanden. Die Filterabschnitte 27 und 30 mit verkoppelten Streifen entsprechen den Abschnitten 15 und 16 aus Figur 1 und dienen zur selben Funktion. Bedingt durch die Symmetrie der Anordnung beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 erhält man jedoch eine noch bessere Realisierung. Die Filterabschnitte 28 und 29 mit verkoppelten Streifen gleichen sich im wesentlichen einander aus, wenn man die Aufrechterhaltung der 180 Phasenverschiebung zwischen den Seitenanschlüssen 25 und 26 betrachtet (gespeist über den Differenzanschluß 32). Eine hohe konstante Seitenanschlußisolation bleibt erhalten.

Bei der Explosionsdarstellung nach Figur 3 sieht man, daß die Anordnung nach Figur 2 zwischen zwei leitenden Masseplatten 33 und 34 angeordnet ist. Dies entspricht der Realisierung gemäß der Streifen Leitertechnologie.

Aus den Diagrammen nach Figur 4 und Figur 5 erkennt man die Bestätigung der erwarteten Resultate. Bei einer sorgfältigen Abstimmung der einzelnen Teile erhält man noch bessere Ergebnisse.

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Leerseite -

Claims

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC 3517010 CORPORATION, NEW YORK W.G. Sterns 2 Patentansprüche

1. Breitbandiges TEM-Moden-Hybrid mit vier Anschlüssen, von denen einer ein Summenanschluß, einer ein Differenz- // anschluß und zwei SeitenanschLüsse sind und bei dem zur % Signalübertragung MikroweIlenLeitungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Technik der gedruckten Schaltungen realisierte Leiter (11, »-.., 18) vorgesehen sind, welche auf ein dielektrische Substrat (10) aufgebracht sind und in Bezug auf eine Masse-Platte zumindest angenähert parallel angeordnet sind, daß die gedruckte Schaltung einen ersten Leiter (14) aufweist, der dem Differenzanschluß (Δ) zugeordnet ist, daß dieser erste Leiter an einer ersten Verbindungsstelle (20) mit dem jeweils ersten Anschluß eines

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Paares von Allpassfiltern (15, 16) mit verkoppelten Streifen verbunden ist, wobei sich jedes der Allpassfilter von der ersten Verbindungsstelle aus mit einem bestimmten Winkel in Bezug auf den ersten Leiter erstreckt, daß zweite und dritte Verbindungsstellen (19) vorgesehen sind, die mit den zweiten Anschlüssen der Allpassfilter und mit zweiten (11) bzw. dritten Leitern (13) verbunden sind, wobei diese zweite und dritte Leiter zu dem ersten (5) bzw. zweiten (5) Seitenanschluß führen, und daß ein vierter Leiter (12) vorgesehen ist, der einerseits dem Summenanschluß zugeordnet ist und andererseits an einer vierten Verbindungsstelle mit einem fünften (17) und einem sechsten (18) Leiter verbunden ist, wobei diese beiden Leiter an ihrem jeweils anderen Ende mit der zweiten bzw. dritten Verbindungsstelle verbunden sind.

2. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der ersten Anschlüsse der Filterabschnitte und die fünften und sechsten Leiter ein rechteckformiges Gebi Ide erzeugen.

3. Hybrid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Allpassfilterabschnitte mit verkoppelten Streifen in der Bandmitte ungefähr eine halbe Wellenlänge lang sind, daß der zweite Allpassfilterabschnitt mit verkoppelten Streifen bei der Bandmitte zu- mindest angenähert gleich einer viertel Wellenlänge lang ist, und daß zwischen den Seitenanschlüssen eine Phasendifferenz von 180 besteht.

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4. Hybrid nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Allpassfilterabschnitte mit verkoppelten Streifen jeweiLs ein Paar eng benachbarter Leitender Streifen enthalten, die an dem von der VerbindungssteLLe entfernten Ende kurzgeschlossen sind.

5. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte und der sechste Leiter dritte und vierte AlL-passfiIterabschnitte mit verkoppeLten Streifen enthält.

6. Hybrid nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/, daß die dritten und vierten FiLterabschnitte jeweiLs eine viertel Wellenlänge lang sind.

7. Hybrid nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichent, daß die AI LpassfiIterabschnitte mit verkoppelten Streifen jeweiLs eng benachbarte parallele Leiter enthalten/ die jeweiLs an dem Ende, das der Verbindungsstelle entfernt ist/ kurzgeschlossen sind.

8. Hybrid nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß die Verbindungsenden der A LlpassfiIterabschnitte mit verkoppelten Streifen den Umriß eines rechteckförmigen Gebi Ldes bi Lden.

9. Hybrid nach Anspruch 8> dadurch gekennzeichnet, daß der rechteckfδrmige Umriß der Umriß eines Quadrats ist, dessen Seitenlange bei der Mittenfrequenz eine viertel WellenLänge nicht überschreitet.

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10. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Leitende Masseplatte vorgesehen ist, und daß zwischen der ersten und der zweiten Leitenden Masseplatte das dielektrische Subtrat angeordnet ist, wodurch ein Streifen Leitungsmedium erzeugt wi rd.

11. Hybrid nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Substrat zwischen einer ersten und einer zweiten Leitenden Masseplatte angeordnet ist, wodurch ein Streifenleitungsmedium realisiert wird.

12. Hybrid nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite leitende Masseplatte vorhanden ist, zwischen denen das dielektrische Substrat angeordnet ist, wodurch ein Streifen Leitungsmedium realisiert wird.

13. Hybrid nach Anspruch 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Substrat in der Mitte zwischen einer ersten und einer zweiten leitenden Masseplatte angeordnet ist, wodurch ein Streifen Leitungsmedium realisiert wird.

14. Hybrid nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leiter, die den vier Anschlüssen zugeordnet sind, von der Mitte der gedruckten Schaltung aus und gemessen in der Ebene des Substrats unter Winkeln von 0°, 90°, 180° und 270° nach außen erstrecken.

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15. 180 -TEM-Moden-Hybrid für Mikrowellensignale, realisiert in der Technik der gedruckten Schaltung auf einem dieLektrisehen Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß vier Leiter vorhanden sind, die sich radiaL vom MitteLpunkt der gedruckten SchaLtung nach außen erstrecken, daß diese Leiter zu einem Differenz-, einem Summen- und ersten und zweiten Seitenanschlüssen führen, daß mindestens zwei A LLpassfilterabschnitte mit verkoppelten Streifen vorgesehen sind, daß diese ebenfalls in der Technik der gedruckten Schaltung realisiert sind und parallele eng benachbarte Leiter enthalten, die an dem Ende, das von der Verbindungsstelle entfernt ist, kurzgeschlossen sind, und daß diese dem Zentrum der gedruckten Schaltung so zugeordnet sind, daß bei Anregung des DifferenzanschLusses der erste und der zweite SeitenaηSchluß die Anregung teilen und eine 180 Phasenversch großen Bandbereich gewähr Leisten.

teilen und eine 180 Phasenverschiebung über einen

16. Hybrid zur Aufteilung von Leistung in ungleiche Anteile, dadurch gekennzeichnet, daß eine VieLzahL von ALL-passfilterabschnitten vorgesehen sind, daß diese jeweils einen bestimmten Impedanzpegel haben, und daß die Verbindungsleiter der Abschnitte so gewählt sind, daß sich eine gewünschte ungleiche Leistungsaufteilung ergibt.

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