DE3628435C1

DE3628435C1 - Switchable 0 DEG /180 DEG phase shifter

Info

Publication number: DE3628435C1
Application number: DE19863628435
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing Ehrlinger; Wilfried Dipl-Ing Heine; Rolf Dipl-Ing Lohrmann
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1988-02-04

Abstract

A switchable 0 DEG /180 DEG phase shifter having a slotted line structure which is arranged at one side of a substrate and has an input line (SL1) and two slotted line paths (SL2, SL3) which branch off at the end of said input line (SL1), are fitted with switching diodes (D1, D2) and meet again at a point (B) which is equidistant from the junction (A) for both paths (SL2, SL3), and having a stripline (ST2), which is coupled to the slotted line paths (SL1, SL2) at this point (B), is arranged on the other side of the substrate and has a stub line (ST22) which runs on a no load, extends in the region between the two slotted line paths and has a mechanical length which acts like a line which is electrically a quarter of a wavelength long while being less than a quarter of a wavelength (Figure). <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen schaltbaren 0°/180°- Phasenschieber mit einer auf einer Seite eines Substrats an geordneten Schlitzleitungsstruktur, welche eine Eingangs leitung und zwei an deren Ende abzweigende Schlitzleitungs pfade besitzt, die an einer für beide Pfade von der Abzwei gung gleich weit entfernten Stelle wieder zusammentreffen, und mit einer an dieser Stelle an die Schlitzleitungspfade angekoppelten, auf der anderen Seite des Substrats angeord neten Streifenleitung, die eine für die Betriebsfrequenz λ/4 lange, sich im Bereich zwischen den beiden Schlitzlei tungspfaden erstreckende leerlaufende Stichleitung besitzt, wobei jeder Schlitzleitungspfad mit mindestens einer Schalt diode bestückt ist, durch die ein in die Eingangsleitung eingekoppeltes, in seiner Phase zu modulierendes Signal ent weder über den einen oder den anderen Schlitzleitungspfad auf die Streifenleitung geschaltet wird.The present invention relates to a switchable 0 ° / 180 ° - phase shifter with an arranged on one side of a substrate to the slot line structure, which has an input line and two branching at the end of the slot line paths, the same distance on one for both paths from the branch distant point meet again, and with a coupled at this point to the slot line paths, arranged on the other side of the substrate stripline, which has a long for the operating frequency λ / 4, extending in the area between the two slot line paths extending idle stub, whereby each slot line path is equipped with at least one switching diode, by means of which a signal which is coupled into the input line and is to be modulated in its phase is connected to the strip line either via one or the other slot line path.

Ein derartiger schaltbarer Phasenschieber, der beispielsweise zur digitalen Phasenmodulation (PSK, QPSK) eines Trägersignals eingesetzt werden kann, ist aus der "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", Vol. MTT-30, No. 3, March 1982, S. 227-234 bekannt. Aus der EP 00 86 586 A1 ist eben falls ein schaltbarer Phasenschieber bekannt, der eine mit Dioden bestückte Schlitzleitungsverzweigung und eine an die Verzweigungsstelle angekoppelte Streifenleitung aufweist. In ähnlicher Weise ist ein aus der US 37 72 599 hervorgehender Mischer aufgebaut.Such a switchable phase shifter, which can be used, for example, for digital phase modulation (PSK, QPSK) of a carrier signal, is known from "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", Vol. MTT-30, No. 3, March 1982, pp. 227-234. From EP 00 86 586 A1, if a switchable phase shifter is known, which has a slot line branching equipped with diodes and a strip line coupled to the branching point. A mixer originating from US Pat. No. 3,772,599 is constructed in a similar manner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schaltbaren 0°/180°-Phasenschieber der eingangs genannten Art anzugeben, der möglichst breitbandig ausgelegt ist. The invention has for its object a switchable Specify 0 ° / 180 ° phase shifters of the type mentioned at the beginning, which is designed as broadband as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unter ansprüchen hervor.Appropriate embodiments of the invention are given in the sub claims.

Da nach der Erfindung die elektrisch λ/4 lange Stichlei tung eine mechanische Verkürzung erfährt, kann zwischen ihrem leerlaufenden Ende und der Schlitzleitungsverzweigung ein genügend großer Abstand eingehalten werden, so daß von der eine hohe elektromagnetische Felddichte aufweisenden Verzweigung keine Feldanteile in die Stichleitung einge koppelt werden. Eine solche Überkopplung wäre nämlich fre quenzabhängig, wodurch sich die ausnutzbare Bandbreite des schaltbaren Phasenschiebers verringern würde. Die Verkür zung der sich zwischen den beiden Schlitzleitungspfaden er streckenden Stichleitung hat vorteilhafterweise auch eine Verringerung der gesamten Längenausdehnung des Phasen schiebers zur Folge.Since, according to the invention, the electrically λ / 4 long spur line undergoes a mechanical shortening, a sufficiently large distance can be maintained between its idling end and the slot line branch, so that no field components are coupled into the spur line from the branch having a high electromagnetic field density . Such a coupling would be frequency-dependent, which would reduce the usable bandwidth of the switchable phase shifter. The shortening of the stub line extending between the two slot line paths advantageously also has a reduction in the overall length of the phase shifter.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispiels wird die Erfindung näher erläutert.Based on an execution shown in the drawing for example, the invention is explained in more detail.

Der der Zeichnung zu entnehmende 0°/180°-Phasenschieber besitzt eine auf einer Seite eines Substrats angeordnete Schlitzleitungsstruktur SL 1, SL 2, SL 3 und zwei auf der an deren Substratseite aufgebrachte Streifenleitungen ST 1, ST 2. Die Schlitzleitungsstruktur besteht aus einer an ei nem Ende leerlaufenden Eingangsleitung SL 1 und zwei von deren anderem Ende abzweigenden Schlitzleitungspfaden SL 2 und SL 3. Ausgehend von dem Verzweigungspunkt A bis zu ei nem Punkt B, in dem die zwei Schlitzleitungspfade SL 2 und SL 3 wieder zusammentreffen, verlaufen sie jeweils über ene für die Betriebsfrequenz des Phasenschiebers ^λ/₄ lange Strecke getrennt voneinander. The 0 ° / 180 ° phase shifter shown in the drawing has a slot line structure SL 1 , SL 2 , SL 3 arranged on one side of a substrate and two strip lines ST 1 , ST 2 applied to the side of the substrate. The slot line structure consists of an input line SL 1 idling at one end and two slot line paths SL 2 and SL 3 branching off from the other end thereof. Starting from the branching point A to a point B , in which the two slot line paths SL 2 and SL 3 meet again, they each run separately over a long distance for the operating frequency of the phase shifter ^λ / ₄ .

An die als Schlitzleitung ausgebildete Eingangsleitung SL 1 ist im λ/4-Abstand von ihrem leerlaufenden Ende die auf der Substratgegenseite befindliche Streifenleitung ST 1 an gekoppelt. Dabei kreuzt die Streifenleitung ST 1, welche eine leerlaufende, über die Koppelstelle hinausgehende Stichleitung ST 11 besitzt, die Eingangsleitung SL 1 im rechten Winkel.The strip line ST 1 located on the opposite side of the substrate is coupled to the input line SL 1 designed as a slot line at λ / 4 distance from its idling end. The strip line ST 1 , which has an idling stub line ST 11 that extends beyond the coupling point, crosses the input line SL 1 at a right angle.

Ein über die Streifenleitung ST 1 ankommendes Signal wird in die Eingangsleitung SL 1 eingekoppelt und gelangt an den Verzweigungspunkt A der beiden Schlitzleitungspfade SL 2 und SL 3. In jeden Schlitzleitungspfad SL 2, SL 3 ist eine PIN-Diode D 1, D 2 eingesetzt, die in Abhängigkeit von ihrem Schaltungszustand den Schlitzleitungspfad kurzschließt oder öffnet. Mittels der Dioden D 1 und D 2 kann also gesteuert werden, über welchen der beiden Schlitzleitungspfade SL 2, SL 3 das Signal zum Vereinigungspunkt B der Pfade geführt werden soll. Das elektrische Feld eines über den Pfad SL 2 geleiteten Signals trifft im Punkt B gegenüber dem elektri schen Feld eines über den Pfad SL 3 geleiteten Signals mit einer 180°-Phasendrehung ein. Die hier beschriebene Anord nung ist daher in der Lage, ein Signal auf die diskreten Phasenzustände 0° oder 180° umzuschalten.A signal arriving via the strip line ST 1 is coupled into the input line SL 1 and reaches the branching point A of the two slot line paths SL 2 and SL 3 . A PIN diode D 1 , D 2 is inserted into each slot line path SL 2 , SL 3 , which short-circuits or opens the slot line path depending on its circuit state. The diodes D 1 and D 2 can thus be used to control which of the two slot line paths SL 2 , SL 3 is to be used to route the signal to the union point B of the paths. The electric field of a signal passed through path SL 2 arrives at point B with respect to the electric field of a signal passed through path SL 3 with a 180 ° phase rotation. The arrangement described here is therefore able to switch a signal to the discrete phase states 0 ° or 180 °.

Das 0° oder 180° phasenverschobene Signal wird am Vereini gungspunkt B der Schlitzleitungspfade SL 2 und SL 3 über die Streifenleitung ST 2 ausgekoppelt, welche auf der den Schlitz leitungen gegenüberliegenden Substratseite verläuft und die Schlitzleitungspfade SL 2, SL 3 im Punkt B rechtwinklig kreuzt. Die Streifenleitung ST 2 hat eine über diesen Koppelpunkt B hinausgehende, sich im Bereich zwischen den beiden Schlitz leitungspfaden SL 2, SL 3 erstreckende leerlaufende Stichlei tung ST 22. Sie wirkt wie eine elektrisch ^λ/₄ lange, einen Kurzschluß in den Koppelpunkt B transformierende Leitung, ist aber mechanisch kürzer als ein Viertel der Betriebs wellenlänge. Diese mechanische Leitungsverkürzung ist be absichtigt, um einen genügend großen Abstand des leerlau fenden Stichleitungsendes von der Schlitzleitungsverzwei gung zu erreichen, damit bei der Verzweigung keine Überkop plung der hohen Feldstärke auf die Stichleitung stattfin det. Zur Realisierung der mechanischen Leitungsverkürzung unter Beibehaltung ihrer Wirkung als elektrisch λ/4 lange Leitung ist die Stichleitung ST 22 aus mehreren sich in ihrer Breite und Länge unterscheidenden Leitungsstücken zusammen gesetzt. Und zwar sind alternierend schmale und breite Lei tungsstücke aneinandergereiht. In einem Ausführungsbeispiel eines Phasenschiebers für eine Betriebsfrequenz von 4,4-5 GHz bilden sieben schmale Leitungsstücke mit einem Wellenwiderstand von ca. 80 Ω und sieben breite Leitungs stücke mit einem Wellenwidersand von ca. 35 Ω die Stich leitung ST 22. In diesem speziellen Fall sind die 80 Ω- Leitungsstücke 200 µm lang und 200 µm breit, und die 35 Ω- Leitungsstücke haben eine Länge von 360 µm und eine Breite von 1000 µm. Genauso wie die zur Streifenleitung ST 2 ge hörende Stichleitung ST 22 ist auch die Stichleitung ST 11 der Streifenleitung ST 1 gestaltet und dimensioniert. Die Breite der Schlitzleitungen SL 1, SL 2, SL 3 beträgt unge fähr das 0,2fache der Breite der für einen Wellenwider stand von 50 Ω ausgelegten Streifenleitungen ST 1, ST 2. Da die Schlitzleitungen für einen Wellenwiderstand von 80 Ω dimensioniert sind, ist eine breitbandige Ankopplung der 50 Ω-Streifenleitungen an die 80 Ω-Schlitzleitungen möglich. Außerdem können in den relativ breiten Schlitz leitungen SL 2 und SL 3 die PIN-Dioden gut plaziert werden.The 0 ° or 180 ° phase-shifted signal is coupled out at the point of union B of the slot line paths SL 2 and SL 3 via the strip line ST 2 , which runs on the substrate lines opposite the slot lines and crosses the slot line paths SL 2 , SL 3 at point B at right angles. The strip line ST 2 has a going beyond this coupling point B , extending in the area between the two slot line paths SL 2 , SL 3 idle stub line ST 22nd It acts like an electrically ^λ / ₄ long, transforming a short circuit in the coupling point B , but is mechanically shorter than a quarter of the operating wavelength. This mechanical line shortening is intended to be enough to achieve a sufficiently large distance between the empty end of the spur line from the slot line branching, so that no coupling of the high field strength to the spur line takes place at the branching. In order to implement the mechanical shortening of the line while maintaining its effect as an electrically λ / 4 long line, the stub line ST 22 is composed of several line pieces which differ in their width and length. Namely, alternating narrow and wide pieces of cable are strung together. In one embodiment of a phase shifter for an operating frequency of 4.4-5 GHz, seven narrow line sections with a characteristic impedance of approximately 80 Ω and seven wide line sections with a wave resistance of approximately 35 Ω form the stub line ST 22 . In this particular case, the 80 Ω line pieces are 200 µm long and 200 µm wide, and the 35 Ω line pieces have a length of 360 µm and a width of 1000 µm. Just like the branch line ST 22 belonging to the strip line ST 2 , the branch line ST 11 of the strip line ST 1 is designed and dimensioned. The width of the slot lines SL 1 , SL 2 , SL 3 is approximately 0.2 times the width of the strip lines ST 1 , ST 2 designed for a wave resistance of 50 Ω. Since the slot lines are dimensioned for a characteristic impedance of 80 Ω, broadband coupling of the 50 Ω strip lines to the 80 Ω slot lines is possible. In addition, the PIN diodes can be placed well in the relatively wide slot lines SL 2 and SL 3 .

Claims

1. Switchable 0 ° / 180 ° phase shifter with a slot line structure arranged on one side of a substrate, which has an input line and two slot line paths branching off at its end, which meet again at a point equally far from the branch for both paths, and with a water line coupled to the slot line paths, on the other side of the substrate arranged strip line, which has a long for the operating frequency λ / 4, extending in the area between the two slot line paths, the idling stub, where each slot line path with is equipped with at least one switching diode, through which a signal coupled into the input line, whose phase is to be modulated, is switched to the strip line either via one or the other slot line path, characterized in that the stub line (ST 22 ) has several jumps with respect to has its width, so dimensi are on that with a mechanical length that is less than g / 4, it acts like an electrically λ / 4 long line.

2. Switchable 0 ° / 180 ° phase shifter according to claim 1, characterized in that the stub line (ST 22 ) consists of two different periodically alternating line pieces, each of which is dimensioned in width so that the one line pieces egg nen approximately have twice the wave impedance than the other line sections.

3. Switchable 0 ° / 180 ° phase shifter according to claim 2, characterized in that the one line pieces a characteristic impedance of 80 Ω and the other line pieces have a characteristic impedance of 35 Ω.