DE3616033A1

DE3616033A1 - Reflexions-phasenschieber

Info

Publication number: DE3616033A1
Application number: DE19863616033
Authority: DE
Inventors: Philip R. Nashua N.H. Merrill; Richard L. Holliston Mass. O'Shea
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1985-05-13
Filing date: 1986-05-13
Publication date: 1986-12-11
Anticipated expiration: 2006-05-14
Also published as: GB8611374D0; US4617539A; DE3616033C2; JPS61264802A; NL8601191A; GB2175146B; CA1250029A; JPH0466401B2; GB2175146A

Description

DORNER & HUFNAGEL

PATENTANWÄLTE

OHTNITSTa. 20 8000 MÖNCHEN 81 TCL. 003/082311

München, den 12. Mai I986 /J Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 385

Raytheon Company, !Al Spring Street, Lexington, Mass. 021731 Vereinigte Staaten von Amerika

Reflexions-Phasenschieber

Die Erfindung betrifft allgemein Reflexions-Phasenschieber und im einzelnen digital steuerbare Reflexions-Phasenschieber für hohe Leistungen.

VJ Bei bestimmten Radaranlagen mit phasengesteuerten Antennenelementreihen ist eine Anzahl digital gesteuerter Phasenschieber mit einer entsprechenden Anzahl von Antennenelementen gekoppelt, um einen gebündelten Richtstrahl der Hochfrequenzenergie zu erzeugen. Ein derartiger digital gesteuerter Reflexions-Phasenschieber koppelt selektiv eine aus einer Anzahl von Impedanzen an eine Übertragungsleitung an, um diese Übertragungsleitung mit einem aus einer Mehrzahl von Reflexionskoeffizienten zu versehen und dadurch wird Hochfrequenzenergie, welche in den Phasenschieber eingeführt und von ihm reflektiert wird, um einen Betrag phasenverschoben, welcher von dem betreffenden aus der Anzahl von Reflexionskoeffizienten aufgrund der ausgewählten Impedanz abhängig ist- Entsprechende PIN-Dioden koppeln die Impedanzen an die Übertragungsleitung an. Kombinationen von verschiedenen Impedanzen führen zu verschiedenen Phasenverschiebungen, doch

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sind die Möglichkeiten eines solchen Phasenschiebers bezüglich der Handhabung größerer Leistungen auf die Leistungsfähigkeit einer einzigen Impedanzkomponente und der zugehörigen PIN-Dioden beschränkt. Die handhabbare Leistung ist somit auf die Leistung einer einzelnen PIN-Diode beschränkt. Für Anwendungsfälle, in denen große Leistungen zu handhaben sind, müssen teuere Dioden hoher Leistung eingesetzt werden oder es müssen mehrere Dioden parallelgeschaltet werden, um die Leistung bzw. die Leistungsverluste aufzuteilen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Reflexions-Phasenschieber so auszugestalten, daß eine Leistungsbeschränkung aufgrund einzelner Bauelemente des Phasenschiebers in besserer Weise vermieden wird, als dies bei bekannten Phasenschiebern dieser Art möglich ist.

! Diese Aufgabe wird durch die im anliegenden Anspruch 1 genannten Merkmale erfindungsgemäß gelöst.

Im einzelnen wird ein digital gesteuerter Reflexions-Phasen- ^: schieber geschaffen, welcher in kompakter Bauweise hohe Lei- ! stungen zu handhaben vermag und niedrige Verluste besitzt. '·. Ein derartiger Reflexions-Phasenschieber erteilt einer ein-' tretenden Hochfrequenzenergie nach Reflexion eine vorbestimmj te Phasenverschiebung. Der Reflexions-Phasenschieber besitzt ; eine Koaxialübertragungsleitung mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, wobei das erste Leitungsende den Eingang für die Hochfrequenzenergie darstellt und auch der Ausgang für die reflektierte, phasenverschobene Hochfrequenzenergie ist. Mit dem anderen Ende des Außenleiters ist ein Abschlußleiter gekoppelt, der von dem anderen Ende des Innenleiters einen

S vorbestimmten Abstand hat. Weiter ist eine Mehrzahl von Schalt-

ι mitteln vorgesehen, die zwischen bestimmten Orten des Endbe- ; reiches des Innenleiters und entsprechenden bestimmten Orten ^: des Abschlußleiters angeordnet sind, um ausgewählte TeELe des

BAD ORIGINAL

Innenleiters mit ausgewählten Teilen des Abschlußleiters in Abhängigkeit von entsprechenden Steuersignalen zu koppeln. Weiter sind bei dem Reflexions-Phasenschieber der hier angegebenen Art mehrere in Serie geschaltete Viertelwellen-Transformatoren vorgesehen, um elektrisch Hochfrequenzenergie von einem Eingang verhältnismäßig hoher Impedanz an einen Ausgang verhältnismäßig niedriger Impedanz zu transformieren, wobei Kopplungsmittel Energie an einen ersten der "Anzahl von in Serie geschalteten Viertelwellentransformatoren eingangsseitig ankoppeln und die austretende Hochfrequenzenergie auskoppelt und wobei ferner mindestens einer der Anzahl in Serie geschalteter Viertelwellentransformatoren die Hochfrequenzenergie ; an das Eingangsende der koaxialen Übertragungsleitung weitergeben, die im wesentlichen denselben Wellenwiderstand wie die verhältnismäßig niedrige Ausgangsimpedanz des letzten der mehreren in Serie geschalteten Viertelwellentransformatoren hat.

Ein Reflexions-Phasenschieber der vorliegend angegebenen Art j kann auch in der Weise beschrieben werden, daß er einer eintretenden Hochfrequenzenergie nach Reflexion eine vorbestimmte Phasenverschiebung erteilt, so daß die austretende Hochfrequenzenergie diese Phasenverschiebung aufweist. Dieser Pha- '·■ senschieber besitzt, wie bereits erwähnt, eine koaxiale Übertragungsleitung mit Innenleiter und Außenleiter und einem Eingangsende für die Hochfrequenzenergie, welches zugleich der Ausgang für die reflektierte Hochfrequenzenergie ist, welche mit der Phasenverschiebung versehen ist. Mit dem anderen Ende der koaxialen Übertragungsleitung ist ein Abschlußleiter gekoppelt, nämlich mit dem Außenleiter der Übertragungsleitung verbunden und von dem anderen Ende des Innenleiters mit bestimmter Entfernung beabstandet und es ist eine Anzahl von Schaltmitteln zwischen bestimmten Orten des genannten anderen Endes des Innenleiters und entsprechenden ausgewählten Orten des die Gestalt einer Endplatte aufweisen-

j den Abschlußleiters vorgesehen, um die ausgewählten Punkte des Innenleiters mit ausgewählten Punkten der Endplatte in Abhängigkeit von Steuersignalen zu verbinden, so daß ausge-

; wählte Abschnitte des Innenleiters und der Abschlußplatte auf im wesentlichen gleiches elektrisches Potential gesetzt werden, während die nicht ausgewählten Punkte dieser Leiterteile unterschiedliches elektrisches Potential besitzen. Der mit dem

genannten anderen Ende des Außenleiters der Übertragungsleii

tung verbundene Abschlußleiter und der davon beabstandete Endbereich des Innenleiters, welcher von dem Abschlußleiter vorbestimmten Abstand hat, bilden bei der Betriebs-Nennfrequenz des Phasenschiebers einen nicht in Resonanz befindlichen schwingfähigen Raum.

Im übrigen sind vorteilhafte Ausgestaltungen in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung nachfolgend erläutert. Im einzelnen stellen dar:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Phaseneinstellung

zwischen O und 36O mit einer beispielsweisen Konstruktion eines Reflexions-Phasenschiebers der hier angegebenen Art im Schnitt als Bestandteil einer Gruppe von insgesamt vier derartigen Phasenschiebern,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der Einrichtung zur Phaseneinstellung zwischen O und 36Ο⁰ gemäß Figur 1,

Fig. 3 eine Endansicht eines der Reflexions-Pha-

sefasch;
gur 1,

senschieber für die Einrichtung gemäß Fi-

Fig. 4 eine Endansicht der in Figur 1 mit 70 bezeichneten Abschlußplatte eines Phasenschiebers für die Einrichtung in Figur 1, '

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des oberen :

Teiles eines der Reflexions-Phasenschieber der Einrichtung nach Figur 1,

Fig. 6 eine Darstellung eines Reffexions-Phasenschiebers der Einrichtung nach Figur 1 mit drei Viertelwellentransformatoren in Hintereinanderschaltung sowie mit einer Anordnung der Schaltmittel und

Fig. 7 einen schematischen Schnitt des die Schaltmittel enthaltenden Endes des Phasenschiebers gemäß Figur 6 unter Wiedergabe bestimmter Teile des Innenleiters und eines Abschlußleiters sowie mit der Andeutung höherer Schwingungsmoden -in den nicht ausgewählten Leiterteilen.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Einrichtung zur Phaseneinstellung mit 10 bezeichnet und enthält vier digital steuerbare Reflexions-Phasenschieber 20a bis 2Od. Jeder dieser Phasenschieber bewirkt eine Phasenverschiebung einer die Einrichtung verlassenden Hochfrequenzenergie relativ zum hochfrequenten Eingangssignal zwischen 0 und l80 . Die beiden ersten der vier digital steuerbaren Phasenschitber, nämlich die Phasenschieber 20a und 20b, sind mit einem ersten Hybridkoppler 24 verbunden und das zweite Paar der vier digital steuerbaren Phasenschieber, nämlich die Phasenschieber 20c und 2Od, sind mit einem zweiten Hybridkoppler 37 verbunden. Die mit der Phasenverschiebung zu versehende Hochfre-

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ι quenzenergie wird einem Eingangsleiter 28 zugeführt. Der Ein-¹ gangsleiter 28 ist beispielsweise ein Koaxialleiter mit einem 7/8-Zoll-Flansch, wie er durch die Spezifikation Mil-F-24o44/l ;vorgeschrieben ist. Der Eingangsanschluß 28 ist mit einem Leiter 30 versehen, der sich durch eine Öffnung eines geerdeten Gehäuses 40 hindurch erstreckt und gegenüber diesem Gehäuse durch einen isolierenden Abstandshalter 32 getrennt ist. Eine Gewindebohrung 31 dient zur Aufnahme eines entsprechenden Gegengewindes zur Herstellung eines Anschlusses. Der Leiter 30 ^! stellt einen ersten Leitungspfad von zwei Leitungspfaden dar, [ die einen Hybridkoppler 24 bilden und verbindet einen Ausgang des ersten Hybridkopplers 24 mit dem Reflexions-Phasenschie- ' ber 20b. Der Leiter 34, nämlich der zweite Leiter von den bei-. den den ersten Hybridkoppler 24 bildenden Leitern, bildet ^! schließlich den Ausgang des ersten Hybridkopplers 24 und führt, , zu dem Eingang des zweiten Hybridkopplers 37, wobei dieser ι Leiter wiederum der erste der beiden Leiter ist, die den zwei-

ten Hybridkoppler 37 bilden. Der Leiter 34 verbindet also den . j Reflexions-Phasenschieber 20a mit dem einen Ausgang des ersten , Hybridkopplers 24 und einen Ausgang des zweiten Hybridkopplers ; 37 mit dem Reflexions-Phasenschieber. 2Od. Der Leiter 36, näm- 1

I lieh der zweite der beiden den zweiten Hybridkoppler 37 bil- ; denden Leiter verbindet den Phasenschieber 20c mit einem Aus- : gang des zweiten Hybridkopplers 37 und den Endausgang des '' ! zweiten Hybridkopplers 37 mit dem Ausgangsanschluß 38. Der j Ausgangsanschluß 38 ist im wesentlichen genauso gestaltet wie ; der Eingangsanschluß 2Ö. Sowohl der erste Hybridkoppler 24 ι als auch der zweite Hybridkoppler 37 sind Viertelwellen- ; Hybridkoppler. Die phasenverschobene Hochfrequenzenergie wird : von jedem der Reflexions-Phasenschieber 20a und 20b aus der ' eingegebenen Hochfrequenzenergie gebildet und gegenüber ihr reflektiert und überlagert sich am Ausgang des ersten Hybrid-

kopplers additiv, während eine Überlagerung im Sinne einer j Auslöschung zwischen den zwei phasenverschobenen Hochfrequenz-• energieanteilen am Eingang zum ersten Hybridkoppler 24 ge-

i '

schicht. Aus diesem Grunde muß zur Erzielung eines maximalen
Wirkungsgrades eine Anpassung der beiden Reflexions-Phasenschieber 20a und 20b so gut wie möglich vorgenommen werden,
d. h. , jeder der beiden Phasenschieber 20a und 20b muß dieselbe Phasenverschiebung erzeugen, so daß keine Leistung zum , Eingangsanschluß 28 hin reflektiert wird und sämtliche Lei-

^: stung vom Eingangsanschluß 28 zum ausgangsseitigen Ende des
ersten Hybridkopplers 24 weitergegeben wird.-Die vorstehenden ι

' Betrachtungen gelten auch für den zweiten Hybridkoppler 37 : und die beiden Reflexions-Phasenschieber 20c und 2Od. Hochfrequenzdrosseln 35 koppeln die Leiter 30, 34 und 36 über das

Gehäuse 40 mit Erde, so daß eine Ableitung sämtlicher Gleichj . '

■ stromanteile erfolgt, die in den genannten Leitern zur Erde

abfließen, während die auf den Leitern weitergeführte Hoch- ;

frequenzenergie nicht beeinflußt wird. \

Nunmehr soll auch die Figur 2 in die Betrachtung einbezogen ' werden. Jedes Paar der vier digital steuerbaren Reflexions- ;

■ Phasenschieber 20a, 20b und 20c, 2Od erhält ein jeweils glei-

ches Steuersignal, nämlich die digital steuerbaren Phasen- ; schieber 20a und 20b über die Sammelleitung 24 und die digital; steuerbaren Phasenschieber 20c und 2Od über die Sammelleitung 43- Eine Steuereinrichtung 44 stellt die Steuersignale \ auf der Sammelleitung 45 bereit, wobei diese Steuersignale ι einer gewünschten Phasenverschiebung entsprechen und Festwert-¹ speichern 47 und 48 zugeführt werden, welche entsprechende
vorbestimmte Steuersignale für die steuerbaren Phasenschie- ! ber 20a bis 20d bereitstellen, die über die bereits erwähnten Sammelleitungen 42 und 43 den Phasenschiebern zugeführt ! werden. :

In Figur 1 ist im einzelnen ein Querschnitt durch eine bei- j spielsweise Ausführungsform eines Reflexions-Phasenschiebers
dargestellt, nämlich des Phasenschiebers 20a. Ein Gehäuse 50
des Phasenschiebers 20a ist mit der Außenwand des Gehäuses 40

mittels Schrauben 51 verbunden. Das Gehäuse 50 umgibt zwei l konzentrische zylindrische Leiter 60a und 60b sowie einen Lei- ; terring 60d mit einer den beiden zylindrischen Leitern gemeini samen Kurzschlußplatte 60c. Eine Schraube 53 dient zur Befe-

stigung des Leiters Jk an dem zylindrischen Leiter 60b. (Figur 3 ist eine Ansicht des unteren Teiles des Reflexions-Pha-

; senschiebers 20a in Richtung der Pfeilmarken 3-3 von Figur 1 _:

! gesehen). Der zylindrische Leiter 60b ist gegenüber dem Gehäuse 50 durch eine in geeigneter Weise ausgebildete dielektrische Hülse 57 isoliert. Bohrungen 52 dienen zur Aufnahme der

\ Schrauben 51 und eine Bohrung 5k dient zur Aufnahme der Schraube 53 zur Verbindung des zylindrischen Leiters 60b mit dem Leiter Jk (siehe Figuren 1 und 3)· Es sei bemerkt, daß die isolierende Hülse 57 (Figur 1) sich längs des zylindrischen Leiters 60b erstreckt und das Dielektrikum für eine koaxiale Wellenleitung bildet, die von dem zylindrischen Leiter 60b und der Innenwand einer Hülse 59 gebildet wird. Die Hülse 59 ist mit dem Gehäuse 50 verbunden. Die Länge dieser koaxialen Wellenleitung ist annähernd ein Viertel der Wellenlänge bei Betriebs-Nennfrequenz und besitzt einen niedrigeren Wellenwiderstand als die Eingangsimpedanz des Leiters Jk beträgt. Demgemäß stellt diese Wellenleitung einen Viertelwellentransformator dar, welcher eine verhältnismäßig hohe Ein-

j gangsimpedanz auf eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsim-' pedanz transformiert, wobei es sich hier um den ersten Vierj telwellentransformator handelt. Der zylindrische Leiter 60a,

I ι

' der mit dem zylindrischen Leiter 60b über die Kurzschlußi platte 60c verbunden ist, bildet einen zweiten Viertelwellen- |

i transformator zwischen der Innenwand des zylindrischen Lei-

j ters 60b und der Außenwand der Hülse 591 unter Zwischenschali

j tung des Dielektrikums 6l. Ein dritter Viertelwellentransformator ist durch die Außenvrand des zylindrischen Leiters 6Ob

I und die Innenwand des Gehäuses 50 verwirklicht. Zur Verdeut- ' ι \

! lichung ist ein elektrisches Feld für eine beispielsweise an- ' ! genommene transversale elektrische Hochfrequenzwelle (TEM)

f !

im Phasenschieber 20a durch Pfeile 631 64 und 65 angedeutet.
Das elektrische Feld der eintreffenden TEM-Hochfrequenz vom

: Leiter Jk her breitet sich längs des zylindrischen Leiters 60b!

. entsprechend den Pfeilen 63 aus. Diese Hochfrequenzenergie-Ausbreitung setzt sich fort, bis die Energie das freie Ende ^: der Hülse 59 erreicht, wo die Hochfrequenzenergie die Rich- j

, tung, zum zweiten Viertelwellen-Transformator umkehrt. Das
elektrische Feld entsprechend den Pfeilen 64 pflanzt sich in \ dem zweiten Viertelwellen-Transformator fort, bis die Energie , das freie Ende des zylindrischen Leiters 60a erreicht, wo eine' abermalige Umkehr der Richtung der Hochfrequenzenergie erfolgt und nun eine Ausbreitung durch den dritten Viertelwellentrans-

• formator stattfindet. Das elektrische Feld entsprechend den ; Pfeilen 65 der Hochfrequenzenergie im dritten Viertelwellen-Transformator breitet sich aus, bis es das Ende des zylindri- ! sehen Leiters 60a erreicht. Die drei Viertelwellen-Transfor- j matoren sind also so zusammengefaltet, daß die Länge dieser

drei Viertelwellen-Transformatoren annähernd gleich derjeni- j gen eines einzigen Viertelwellen-Transformators ist. j

Eine Mehrzahl von Dioden 68, vorliegend elf PIN-Dioden, die '

sich in dem Raum 69 befinden, der aus den nachfolgend ange- ;

gebenen Gründen keinen Resonanzzustand aufweist, verbindet :

elektrisch verschiedene Punkte des Ringleiters 60d mit der I

elektrisch leitfähigen Abschlußplatte "J¹O, wobei der Ringlei- ι ter 60d mit dem zylindrischen Leiter 60a durch die Kurzschluß-' platte 60c verbunden ist, wobei die Verbindung über die PIN-Dioden selektiv in Abhängigkeit von Steuersignalen geschieht,

die an die Dioden 68 über Leitungen 74 und Tiefpaßfilter 76 ;

• angelegt werden» '

■ Die elektrisch leitfähige Abschlußplatte 70, welche zusammen
mit dem Gehäuse 50 den Außenleiter des dritten Viertelwellen- ί Transformators bildet, ist mit dem Gehäuse 50 vermittels

j Schrauben 72 verbunden. Es sei bemerkt, daß die Hochfrequenz- |

, drosseln 35 (Figuren 1 und 2) einen Gleichstromrückleitunpspfad zur Erde für die Steuersignale darstellen, welche über
die PIN-Dioden 68 fließen. Der Umfang der Innenwand des Gehäu-i , ses 50 in dem nicht in Resonanz befindlichen Raum 69 ist vreni- . , ger als eine halbe Wellenlänge (D?*<7\./2), so daß Schwingungs- . ; formen höherer Ordnung, welche durch die selektive Ankopp-• lung verschiedener Teile des Ringleiters 6Od an die elektrisch ^! leitfähige Abschlußplatte 70 in dem nicht in- Resonanz befindlichen Raum 69 aufgrund der eintreffenden Hochfrequenzenergie
j angeregt werden, aus dem Phasenschieber 20a nicht austreten ;

können. Wird also der Umfang auf weniger als eine halbe WeI-I lenlänge beschränkt, so befindet sich der nicht in Resonanz :

befindliche Raum 69 gleichsam jenseits der Grenzfrequenz für
: diese Schwingungszustände höherer Ordnung. Die niedrigste
, Schwingungsordnung, nämlich die Grundwelle, ist diejenige, ; j bei der sämtliche PIN-Dioden 68 gesperrt sind und das elek- j , trische Feld der Hochfrequenzenergie in dem nicht in Resonanz
j befindlichen Raum 69 gleichförmig verteilt ist. Figur 4 zeigt

! in Aufsicht die Abschlußplatte 70. Wie bereits gesagt, ver-

i I

i binden Schrauben 72 die Abschlußplatte 70 mit dem Gehäuse 50,

wie aus Figur 1 ersichtlich ist, so daß das freie Ende des
! Ringleiters 60d überdeckt wird und elf Tiefpaßfilter 76 sind ^! l symmetrisch auf einem Kreis angeordnet, wobei dieser Kreis i ! einen Durchmesser hat, der annähernd demjenigen des Ringlei-I ters 60d (Figur l) entspricht und weiter sind auf die Tiefpaßj filter axial ausgerichtete, zugehörige PIN-Dioden 68 vorgese- · i hen. Figur 5 ist eine Explosionsdargstellung des oberen Tei-■ les eines der Phasenschieber 20a bis 2Od. Die PIN-Dioden 68

sind in Axialrichtung angeordnet und symmetrisch am Umfang

des Ringleiters 60d vorgesehen, wobei die Anoden der Dioden
' 68 mit dem Ringleiter 60d Verbindung haben. Die Kathoden der ₍ i Dioden 68 haben Verbindung mit entsprechenden der Tiefpaßfil- j : ter 76, welche an der Abschlußplatte 70 montiert sind. Die

Steuersignale, welche zur Steuerung der einzelnen Dioden 68
i dienen, werden über die Leiter 7k zugeführt, wie bereits ge-

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ORIGINAL INSPECTED

sagt wurde. Der Durchmesser D der Innenwand des Gehäuses ^O ist in der dargestellten Weise kleiner als eine halbe Wellenlänge, geteilt durch 1Γ ( % /2 77") ) , so daß der Umfang der Innenwand des Gehäuses 50 kleiner als eine halbe Wellenlänge ist, wie ebenfalls oben schon festgestellt wurde. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine vierstellige binäre Genauigkeit der Phasenverschiebung von 0 bis l80 für jedes Paar von Phasenschiebern 20a, 20b und 2Oc, 2Od, was zu einem Phasenverschiebungsschritt von 11,25 führt, je nachdem, welche der Dioden 68 leitend geschaltet ist, so daß eine gewünschte

; Phasenverschiebung empirisch erreicht wird, indem selektiv ausgewählte der Diodsn 68 leitend geschaltet werden, um eine gewünschte Phasenverschiebung bei minimalen Verlusten zu er-

ireichen und wobei entsprechende Daten in den Festwertspei- j

] ehern 47 und 48 (Figur 2) gespeichert sind. Für minimale Lei- j stungsverluste in jedem der Phasenschieber 20a bis 2Od für ; eine gegebene Phasenverschiebung, beispielsweise von l80

'. sind bei jedem Phasenv er schieb er 20a bis 20d bestimmte der j Dioden 68 leitend geschaltet, so daß sich beispielsweise 90 Phasenverschiebungen in jedem der Phasenschieber 20a bis 2Od ergeben, derart, daß eine Phasenverschiebung von 90 am Ausgang des ersten Hybridkopplers 2k gegeben ist und eine Phasenverschiebung von 90 am Ausgang des zweiten Hybridkopplers 37 gegeben ist, so daß schließlich eine Phasenverschiebung von l80° erhalten wird. Nachdem zwei Paare von Phasenschiebern, nämlich die Phasenschieberpaare 20a und 20b sowie 20c und 2Od, vorgesehen sind, und jedes Phasenschieberpaar eine Genauigkeit von vier Binärbits verwirklicht, erhält man einen Phasenschieber von 0 bis 36O mit einer fünfstelligen binären Genauigkeit. Für das bessere Verständnis der Wirkungsweise der Phasenschieber 20 und des Aufbaus dieser Phasenschieber zeigt Figur 6 schematisch einen solchen Phasenschieber mit drei Viertelwellen-Transformatoren, welche abweichend von der praktischen gefalteten Anordnung hintereinander gezeichnet sind, zusammen mit den Dioden 68 (Figur l), welche durch

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ORIGINAL

: Schalter 8O versinnbildlicht sind. Ein an dem Eingang 82 mit

der Eingangsimpedanz von 50 Ohm eingegebenes hochfrequentes ■ Eingangssignal breitet sich entlang des koaxialen Transformators 86, welcher der erste Viertelwellen-Transformator ist,

der von dem zylindrischen Leiter 6Ob und der Innenwand der Hülse 59 (Figur l) gebildet ist, aus, wobei dieser Transformator in Figur 6 durch den Außenleiter 84 und den Innenleiter j 85 dargestellt ist. Die elektrische Länge des koaxialen Vier- ! telwellen-Transformators 86 beträgt vorliegend O,26O Wellenlängen, also annähernd eine Viertelwellenlänge und der Wellenwiderstand beträgt 29,6 Ohm. Ein zweiter koaxialer Viertelwellen-Transformator 88 entsprechend dem zweiten der vorerwähnten, seriengeschalteten Viertelwellen-Transformatoren wird durch die Innenwand des zylindrischen Leiters 60a und die Außenwand der Hülse 59 bei der praktischen Ausführungsform nach Figur 1 gebildet und besitzt eine elektrische Länge von 0,25^ Wellenlängen, also annähernd einem Viertel der Wellenlänge und hat einen Wellenwiderstand von 8,8 Ohm. Ein dritter Koaxialtransformator 89, welcher dem dritten der in Serie geschalteten Viertelwellen-Transformatoren entspricht, wird durch die Außenwand des zylindrischen Leiters 60a und die Innenwand des Gehäuses 50 der praktischen Ausführungsform nach Figur 1 gebildet und besitzt eine elektrische Länge von 0,198 Wellenlängen, also wiederum etwa einem Viertel der Wellenlänge, und hat einen Wellenwiderstand von 2,7 Ohm. Der Ausgang von dem Koaxialtransformator 86 wird an den Eingang des Koaxialtransformators 88 angekoppelt und der Ausgang des ^! Koaxialtransformators 88 wird an den Eingang des Koaxialtransformators 89 angekoppelt, nachdem ein gemeinsamer Innenleiter 85 und ein gemeinsamer Außenleiter 84 vorgesehen sind. Ein Abschlußleiter 87, welcher der elektrisch leitfähigen Ab- ■ schlußplatte 70 der Ausführungsform nach Figur 1 äquivalent ist, ist mit dem Ende des Außenleiters 84 verbunden, und von ; dem Innenleiter 85 derart beabstandet, daß ein Raum 90 entsteht. Dieser Raum 90 entspricht dem nicht in Resonanz; bo-

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ORIGINAL INSPECTED ,

, findlichen Raum 69 gemäß Figur 1 und ist dadurch resonanzfrei ' gehalten, daß der Umfang der Innenwand des Außenleiters 2k 5 kleiner als eine halbe Wellenlänge ist. Signale, welche über ; . die Steuersignal-Sammelleitung 42 zugeführt werden, betätigen , selektiv die in dem Raum 90 befindlichen Schaltmittel 80, so ' ! daß elektrisch ganz bestimmte Teile des Innenleiters 85 mit , bestimmten Teilen des Außenleiters 84.in Verbindung gesetzt werden. Figur 7 ist eine Querschnittsdarsteliung des die Schaltmittel enthaltenden Endes des Phasenschiebers 20 nach i Figur 6, wobei die Schaltmittel 80a und 80b und bestimmte Teile 92a und 92b des Innenleiters 85 und der entsprechenden j Teile des Abschlußleiters 87 umgrenzt sind, und Schwingungs- . moden höherer Ordnung in den nicht ausgewählten Teilen dieser '■ Leiterbereiche angenommen sind. Ein elektrisches Feld, dargestellt durch die Pfeile 95₅ welches die zu dem Raum 90 hin ! ^: bzw. von diesem Raum weg wandernde Hochfrequenzenergie ver-, sinnbildlicht, ist von dem Innenleiter 85 zu dem Außenleiter . 84 orientiert. Der AbSchlußleiter 87 steht mit dem Außenleiter 84 in Verbindung und hat, wie ebenfalls bereits festgestellt, von dem Innenleiter 85 zur Bildung des Raumes 90 bestimmten Abstand. Ausgewählte Bereiche 92b des Innenleiters 85 und des Abschlußleiters 87 enthalten die Schaltmittel 80b in durchgeschaltetem Zustand, so daß eine elektrische Kopplung zwischen einem ausgewählten Bereich des Innenleiters 85 und einem ausgewählten Bereich des Abschlußleiters bzw. Aussenleiters zustande kommt. Ein wesentliches elektrisches Potential zwischen diesen ausgewählten Bereichen 92b ist nicht festzustellen, so daß zwischen den genannten ausgewählten Bereichen 92b der einander gegenüberstehenden Leiterteile nicht festzustellen ist. Dort, wo noch die Schalter 80a nicht eingeschaltet sind, haben die als nicht ausgewählt zu bezeichnenden Bereiche 92a des Innenleiters 85 einerseits und des Abschlußleiters 87 andererseits unterschiedliches Potential, so daß ein elektrisches Feld entsprechend den Pfeilen 95 vorhanden ist. Aufgrund des Vorhandenseins von Hochfrequenzener-

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ORIGINAL INSPECTS

I gie in den nicht ausgewählten Bereichen 92a werden Schwin- ; gungsmoden höherer Ordnung zugelassen und ein vorbestimmter ; Reflexionskoeffizient ergibt sich in dem Phasenschieber 20

mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung entsprechend einer \ vorbestimmten Reflexionskoeffizienten, welcher einer Hochfrei quenzenergie erteilt wird, die in den Phasenschieber ein-, tritt und ihn wieder verläßt. Der Schwingungsmodus niedrigster Ordnung ist derjenige, bei dem sämtliche die Schaltmitj tel jeweils enthaltende Bereiche nicht angewählt werden, so daß sich das elektrische Feld entsprechend den Pfeilen 95 gleichförmig zwischen sämtlichen Leiterbereichen des Innen- ! leiters 85 und der Abschlußplatte 87 verteilt. Durch selektii ve Einschaltung der Schaltmittel 8O (Figur 6) kann eine ausgewählte einer Mehrzahl vorbestimmter Phasenverschiebungen \ zwischen der in den Phasenschieber 20 eintretenden Hochfre- ! quenzenergie und der reflektierten Hochfrequenzenergie erzeugt werden, welche den Phasenschieber 20 verläßt, indem ausgewählte Bereiche des Innenleiters 85 elektrisch mit ausgewählten Bereichen des Abschlußleiters 87 vermittels der j Schaltmittel 80b gekoppelt werden, so daß diese ausgewählten ; Bereiche, die insgesamt mit 92b bezeichnet sind, im wesentj liehen gleiches elektrisches Potential erhalten, während die

nicht ausgewählten Bereiche 92a unterschiedliches elektrij sches Potential annehmen können. Durch die jeweils unter- ₍

schiedliche Auswahl der zu koppelnden bzw. nicht zu koppeln- ! den Leiterbereiche werden jeweils unterschiedliche Schwin-. gungsmoden höherer Ordnung gewählt, so daß unterschiedliche ! Reflexionskoeffizienten in dem Phasenschieber 20 verwirk- · j licht werden und vorbestimmte unterschiedliche Phasenverschiej bungen zwischen der den Phasenschieber 20 erreichenden und J der von ihm austretenden Hochfrequenzenergie erzeugt werden. ^:

- Ik -

ORIGINAL INS?

Claims

Patentansprüche

1. Reflexions-Phasenschieber mit einem Eingangs- und Ausgangsanschluß, welchem Hochfrequenzenergie zuführbar und

von welchem phasenverschobene Hochfrequenzenergie abnehmbar ^: ist, wobei eine Mehrzahl vorbestimmter Phasenverschiebungen
zwischen der eingegebenen Hochfrequenzenergie und der abge- i gebenen Hochfrequenzenergie selektiv in Abhängigkeit von ' einem Steuersignal wählbar sind, gekennzeichnet durch eine ! koaxiale übertragungsleitung mit einem Innenleiter und einem ^: Außenleiter, wobei ein erstes Ende des Innenleiters und des j Außenleiters den Eingangs- und Ausgangsanschluß des Phasen- i Schiebers bilden, ferner durch einen mit dem jeweils anderen
Ende des Außenleiters der koaxialen übertragungsleitung ver- ^: bundenen Abschlußleiter, der über ein Dielektrikum von dem j jeweils anderen Ende des Innenleiters beabstandet ist sowie i durch eine Mehrzahl von Schaltmitteln, die zwischen jeweils ; unterschiedlichen Punkten des genannten anderen Endes des ^: Innenleiters und des Abschlußleiters angeordnet sind und ; durch ein Steuersignal steuerbar sind, um jeweils einen aus- j gewählten Punkt oder jeweils ausgewählte Punkte des genann- ' ten zweiten E^des des Innenleiters der koaxialen Übertragungsleitung einerseits und des Abschlußleiters andererseits '. miteinander zu verbinden, während nicht ausgewählte Punkte i der genannten Bauteile dielektrisch voneinander getrennt _;

bleiben.

2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltmittel jeweils von PIN-Dioden gebildet sind. '

3. Phasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- i

zeichnet, daß mittels der Steuersignale in dem Raum zwischen

ORIGINAL INSPECTED

. dem vom Eingang abgewandten Ende des Innenleiters und dem

Abschlußleiter jeweils unterschiedliche Schwingungsmoden aufgrund selektiver Einschaltung der Schaltmittel zugelassen ; werden bzw. ausgeschlossen werden.

:

4. Phasenschieber nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Viertelwellen-

: Transformatoren vorgesehen ist, um die Hochfrequenz energie

I von einer verhältnismäßig hohen Eingangsimpedanz zu einer verhältnismäßig niedrigen Ausgangsimpedanz zu transformieren, daß Mittel zur Einkopplung von Hochfrequenzenergie an

: einem ersten Ende der Mehrzahl von in Serie geschalteten ! Viertelwellentransformatoren und zur Auskopplung von Hoch-

'. frequenzenergie von diesem Ende vorgesehen sind, wobei der ' letzte der genannten Anzahl von in Serie geschalteten Viertelwellen-Transformatoren die Hochfrequenzenergie an das erstj genannte Ende der koaxialen Übertragungsleitung abgibt und ! wobei die koaxiale Übertragungsleitung im wesentlichen den-J selben Wellenwiderstand hat, wie die verhältnismäßig niedrige , Ausgangsimpedanz des letzten der in Serie geschalteten Viertelwellen-Transformatoren.

I 5· Phasenschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

■ daß drei in Serie geschaltete Viertelwellen-Transformatoren vorgesehen sind, deren erster konzentrisch zu einem zweiten dieser Viertelwellen-Transformatoren ist und einen Außenleiter hat, der für einen Innenleiter des zweiten der drei seriengeschalteten Viertelwellen-Transformatoren gemeinsam vorgesehen ist und wobei ferner der erste und der zweite der drei in Serie geschalteten Viertelwellen-Transformatoren konzentrisch zu einem dritten dieser Viertelwellen-Transformatoren angeordnet sind und ein Innenleiter des dritten der Viertelwellen-Transformatoren den Außenleiter des zweiten Viertelwellen-Transformators bildet.

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6. Phasenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des jeweils zweiten ^; Endes des Außenleiters der Übertragungsleitung weniger als eine halbe Betriebswellenlänge mißt.

7. Phasenschieber nach einem der Ansprüche k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Übertragungsleitung und die mehreren bzw. drei in Serie geschalteten Viertelwellen-Transformatoren zylindrisch sind und daß die Anzahl von Schaltmitteln axial angeordnet und symmetrisch verteilt zwischen einem äußeren Kreis des jeweils zweiten Endes des Innenleiters und entsprechend axial fluchtenden Teilen des Abschlußleiters vorgesehen sind.

8. Phasenschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußleiter die Gestalt einer dem jeweils zweiten Ende des Innenleiters der koaxialen Übertragungsleitung gegenüberstehenden Abschluß-Leiterplatte hat, wobei die Schaltmittel zwischen bestimmten Bereichen des genannten zweiten Endes des Innenleiters und bestimmten Bereichen der Abschlußplatte angeordnet sind.

9. Phasenschieber nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte solchen Abstand von dem ihr gegenüberliegenden Ende des Innenleiters der Übertragungsleitung hat, daß ein mit Bezug auf die Nenn-Betriebsfrequenz resonanzfrei gehaltener Raum gebildet ist.

10. Verwendung eines Phasenschiebers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Einrichtung zur wahlweisen Einstellung verschiedener Phasenverschiebungen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl hintereinander angeordneter Koppler mit einem Eingang, zwei Ausgängen und einem in geeigneter Weise abgeschlossenen, insbesondere geerdeten Anschluß, wobei der Eingang

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; des ersten Kopplers den Eingang der Phaseneinstellungsein- ! richtung bildet und der Eingang des nächstfolgenden Kopplers , mit dem Ausgang des vorhergehenden Kopplers verbunden ist und schließlich ein Ausgang des letzten Kopplers den Ausgang der Phaseneinstelleinrichtung darstellt und wobei schließlich Phasenschieber entsprechend den Ansprüchen 1 bis 10 jeweils mit den freien Anschlüssen der hintereinander angeordneten Koppler verbunden sind.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ! zwei Paare von Reflexions-Phasenschiebern vorgesehen sind und daß z\v*ei hintereinander geschaltete Hybridkoppler mit ihren freien Anschlüssen an die Phasenschieberpaare ange- ! schlossen sind.

12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Paaren von Reflexions-Phasenschiebern gemein- ! same Steuersignale zuführbar sind.

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