DE3637398A1 - Mikrowellenverstaerkereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln des Übertragungsmodus eines Mikrowellensignals, welches an einen Wellenleiter gelegt wird, der das Signal mit dem umgewandelten Modus verstärkt und das verstärkte Signal über eine Mikrostreifenleitung (microstrip line) an ein folgendes Schaltungselement abgibt.

Während der Übertragungsmodus eines Mikrowellensignals, welches mit einem Wellenleiter übertragen wird, im allgemeinen einen TE- Modus oder einen TM-Modus besitzt, weist ein Signal, welches mittels einer Mikrostreifenleitung übertragen wird, einen TEM-Modus auf. Zur Übertragung eines Mikrowellensignals von einem Wellenleiter zu einer Mikrostreifenleitung wird deshalb der Übertragungsmodus des Signals von dem TE-Modus oder dem TM-Modus in den TEM-Modus umgewandelt, während gleichzeitig das Signal auf einen geeigneten Wert verstärkt wird.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte Mikrowellenverstärkungseinrichtung, die zur Ausgabe eines verstärkten Mikrowellensignals von einem Wellenleiter über eine Mikrostreifenleitung ausgelegt ist, umfaßt einen Wellenleiter bzw. Hohlleiter, der eine Aufnahmesonde aufweist und an einem Ende kurzgeschlossen ist, und ein Befestigungsteil, das mit dem Wellenleiter verbunden ist und auf dem eine MIC- Basis vorgesehen ist. Der Wellenleiter ist hohl und besitzt einen rechteckigen Querschnitt. Auf der MIC-Basis befinden sich z. B. erste bis dritte Mikrostreifenleitungen, ein erster Feldeffekttransistor (FET), der zur Verstärkung geeignet und zwischen der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung geschaltet ist, und ein zweiter FET zur Verstärkung, der zwischen der zweiten und dritten Mikrostreifenleitung geschaltet ist. Jede der Mikrostreifenleitungen ist mit einer Vielzahl von Stichleitungen zur Impedanzanpassung der Mikrostreifenleitung an den FET versehen.

Die erste Mikrostreifenleitung ist eingebaut, um den Untergrundfaktor des ersten FET zu optimieren, der als erstes Verstärkerstufenelement der Verstärkungseinrichtung dient. Eine Schwierigkeit, die bei dieser Ausgestaltung auftritt, besteht darin, daß ein dielektrischer Verlust in der ersten Mikrostreifenleitung erzeugt wird. Beispielsweise wird bei einem Mikrowellensignal im 10-GHz-Frequenzband ein dielektrischer Verlust von ungefähr 0,2 dB auf einer Länge von 1 cm der Mikrostreifenleitung beobachtet. Bei dieser Bedingung ist der an einen Eingangsabschnitt der ersten FET-Stufe angelegte Signalpegel kleiner, als derjenige, der an einer Ausgangsklemme der Aufnahmesonde auftritt, wodurch der Untergrundfaktor entsprechend schlechter wird. Daher ist der mit der Verstärkungseinrichtung nach dem Stand der Technik erreichbare Untergrundfaktor nicht vollständig annehmbar.

Eine Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine Mikrowellenverstärkereinrichtung zu schaffen, die einen wünschenswerten Untergrundfaktor bei minimalem Signalpegelverlust erzielt.

Eine andere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine allgemein verbesserte Mikrowellenverstärkereinrichtung zu schaffen.

Eine Einrichtung zum Umwandeln eines Übertragungsmodus eines Mikrowellensignals, das an die Einrichtung angelegt wird, und zum Verstärken des Signals, damit das verstärkte Signal gemäß dere Erfindung ausgegeben wird, umfaßt einen leitenden Hohlleiter, der einen vorbestimmten Querschnitt aufweist und an einem Ende des Hohlleiters kurzgeschlossen ist, eine Aufnahmesonde, die an dem Hohlleiter nahe seinem einen Ende angebracht ist, um den Übertragungsmodus des Mikrowellensignals, welches an den Hohlleiter angelegt wird, umzuwandeln, eine Anpassungseinrichtung, die zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Hohlleiters angeordnet ist, um eine Impedanz des Hohlleiters einzustellen, ein Verstärkerelement, dessen Eingangsklemme unmittelbar mit einer Ausgangsklemme der Aufnahmesonde verbunden ist, und eine Mikrostreifenleitung, deren Eingangsklemme mit einer Ausgangsklemme des Verstärkerelementes verbunden ist und eine Ausgangsklemme, die mit einem nachfolgenden Schaltkreiselement verbunden ist, welches sich außerhalb der Einrichtung befindet.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Mikrowellenverstärkereinrichtung einen Hohlleiter, der an einem Ende kurzgeschlossen ist und mit einem Signal im TM-Modus oder im TE-Modus versorgt wird, eine an dem Wellenleiter angebrachte Aufnahmesonde zum Umwandeln des Signals in ein Signal mit einem TEM-Modus, und Mikrostreifenleitungen sowie Feldeffekttransistoren oder Verstärkerelemente, um das Signal mit TEM-Modus zu verstärken. Eine Anpassungseinrichtung ist an dem kurzgeschlossenen Hohlleiter nahe der Eingangsseite in Bezug auf die Aufnahmesonde angebracht, während eine Eingangsklemme der ersten Verstärkerelementstufe unmittelbar mit einer Ausgangsklemme der Aufnahmesonde verbunden ist. Die Einrichtung weist deshalb keinen Signalverlust auf, der sonst zwischen der Aufnahmesonde und dem Verstärkerelement am Anfang auftritt. Die Anpassungseinrichtung besteht aus drei leitenden Stäben, welche mit einem Abstand einer Viertelwellenlänge voneinander beabstandet sind, und drei Gegenmuttern zur Befestigung der leitenden Stäbe.

Die vorstehenden und andere Zielsetzungen, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch näher aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Darstellung einer Mikrowellenverstärkereinrichtung nach dem Stand der Technik, und

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht einer Mikrowellenverstärkereinrichtung nach der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird kurz auf eine Mikrowellenverstärkereinrichtung nach dem Stand der Technik Bezug genommen, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung 10 weist einen hohlen, metallischen Wellenleiter 12 auf, der einen rechteckigen Querschnitt besitzt und dessen eines Ende kurzgeschlossen ist. Ein Befestigungsteil 14 ist einstückig mit dem Wellenleiter 12 verbunden. Eine Aufnahmesonde 16 ist an dem Wellenleiter 12 angebracht und eine MIC-Basis 18 auf der Oberseite des Befestigungsteils 14. Erste bis dritte Mikrostreifenleitungen 20, 22 und 24 und ein erster und ein zweiter FET 26 und 28, die zur Verstärkung geeignet sind, sind auf der MIC-Basis 18 angeordnet. Die Aufnahmesonde 16 weist eine Ausgangsklemme 16 a auf, die mit einem Ende 20 a der ersten Mikrostreifenleitung 20 über ein Verbindungselement 30 verbunden ist. Das andere Ende 20 b der Mikrostreifenleitung 20 ist mit einer Eingangsklemme 26 a des ersten FET 26 verbunden, der als erste Verstärkerelementstufe dient. Eine Ausgangsklemme 26 b des FET 26 ist mit einem Ende 22 a der zweiten Mikrostreifenleitung 22 verbunden. Das andere Ende 22 b der Mikrostreifenleitung 22 ist mit einer Eingangsklemme 28 a des zweiten FET 28 verbunden. Eine Ausgangsklemme 28 b des FET 28 ist mit einem Ende 24 a der dritten Mikrostreifenleitung 24 verbunden, wobei das andere Ende der Mikrostreifenleitung 24 mit einem nichtdargestellten, erwünschten Schaltkreiselement verbunden ist. Die erste Mikrostreifenleitung 20 ist mit Stichleitungen 20 c und 20 d und die zweite Mikrostreifenleitung 22 ist mit Stichleitungen 22 c und 22 d versehen. Die Stichleitungen 20 c, 20 d, 22 c und 22 d bilden einen Impedanzanpassungsschaltkreis und ihre Lage, Längenabmessung und anderes sind einstellbar, um die Impedanzen der Mikrostreifenleitungen an jede der FET 26 und 28 anzupassen.

Beim Betrieb wird ein Mikrowellensignal mit TE-Modus oder TM-Modus, welches in den kurzgeschlossenen Wellenleiter 12 eintritt, in ein Signal mit TEM-Modus mittels der Aufnahmesonde 16 umgewandelt. Im Ansprechen auf den Ausgang der Aufnahmesonde 16 sind die Stichleitungen 20 c und 20 d der ersten Mikrostreifenleitung 20 eingestellt, um die Impedanz der Streifenleitung 20 an diejenige des ersten FET 26 anzupassen, wodurch ein optimaler Untergrundfaktor in dem FET 26 eingestellt wird. Ferner wird das durch den FET 26 verstärkte Signal an den zweiten FET 26 angelegt, wobei die Stichleitungen 22 c und 22 d der zweiten Mikrostreifenleitung 20 zur Impedanzanpassung eingestellt sind und das Signal in geeigneter Weise durch den FET 28 verstärkt wird.

Bei der Mikrowellenverstärkereinrichtung 10 nach dem Stand der Technik wird ein dielektrischer Verlust in der ersten Mikrostreifenleitung 20 erzeugt, die zur Optimierung des Untergrundfaktors des ersten FET 26 angepaßt ist, wie es vorhergehend beschrieben wurde. Als Ergebnis hiervon wird die Signalleistung, die an die Eingangsklemme 26 a des ersten FET 26 angelegt wird, auf unterhalb der Signalleistung verringert, die an dem Ausgangsende 16 a der Aufnahmesonde 16 auftritt, wordurch entsprechend der Untergrundfaktor verschlechtert wird. Aus diesem Grund kann mit der Einrichtung 10 nach dem Stand der Technik kein zufriedenstellender Untergrundsfaktor erreicht werden.

Es wird auf die Fig. 2 Bezug genommen, die eine Mikrowellenverstärkereinrichtung zeigt, welche die Erfindung verkörpert und allgemein mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist. In Fig. 2 sind die gleichen oder ähnlichen Bauteile wie die in Fig. 1 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im einzelnen beschrieben, um eine Widerholung zu vermeiden.

Gemäß Fig. 2 weist die Einrichtung 32 einen Wellenleiter 12 auf, der mit einer Aufnahmesonde 16 versehen ist. Drei Schrauben 32, 34 und 36, die als leitende Stäbe dienen, sind in dem Wellenleiter 12 parallel zu einer Feldrichtung und auf der Eintrittsseite des Wellenleiters 12 in Bezug auf die Aufnahmesonde 16 eingeschraubt. Die Schrauben 32, 34 und 36 sind hintereinander auf der Mittellinie und in axialer Richtung des Wellenleiters 12 mit einem Abstand von einer Viertelwellenlänge voneinander angeordnet. Festsetzmuttern 38, 40 und 42 sind auf die Schrauben 32, 34 bzw. 36 aufgeschraubt, um sie an dem Wellenleiter 12 festzulegen. Die Schrauben 32, 34 und 36 sind jeweils bezüglich der Länge ihres Vorstehens in dem kurzgeschlossenen Wellenleiter 12 einstellbar und bilden eine Anpassungseinrichtung, auf die allgemein wie auf die drei Stichleitungen Bezug genommen wird. Ferner ist eine Eingangsklemme 26 a eines ersten FET 26 an der oberen Oberfläche des Wellenleiters 12 nahe einem Ausgangsende 16 a der Aufnahmesonde 16 angeordnet. Das heißt, das Ausgangsende 16 a der Aufnahmesonde 16 ist unmittelbar mit der Eingangsklemme 26 a des ersten FET 26 verbunden, der als erste Verstärkerelementstufe dient. Eine Ausgangsklemme 26 b des FET 26 ist mit einem Ende 22 a einer Mikrostreifenleitung 22 verbunden, die auf der oberen Oberfläche eine MIC-Basis 18 vorgesehen ist.

Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung wird ein in den Wellenleiter 12 einfallendes Mikrowellensignal mit TE-Modus oder TM-Modus durch die Aufnahmesonde 16 in ein Signal mit TEM-Modus umgewandelt und dann von der Ausgangsklemme 16 a unmittelbar der Eingangsklemme 26 a des FET 26 zugeführt. Dies schließt einen Signalverlust während der Signalfortpflanzung von der Aufnahmesonde 16 zu dem FET 26 aus, so daß der an den FET 26 angelegte Signalpegel verglichen mit der Einrichtung 10 nach dem Stand der Technik erhöht werden kann. Ferner sind die drei Schrauben 32, 34 und 36 einstellbar, um die Impedanz des Wellenleiters 12 an diejenige des ersten FET 26 anzupassen, und daher kann ein Signal, welches einen geringeren Verlustpegel als das Ausgangsende 16 a der Aufnahmesonde 16 aufweist, dem FET 26 zugeführt werden. Dies verstärkt bzw. verbessert den Untergrundfaktor des FET 26 und deshalb denjenigen der gesamten Einrichtung 32.

Es wird darauf hingewiesen, daß, während die dargestellte Ausführungsform eine Anpassungseinrichtung mit drei Stichleitungen verwendet, jede andere geeignete Impedanzanpassungsgestaltung verwendet werden kann, wie z. B. ein Abstimmfenster.

Zusammengefaßt ergibt sich, daß die Erfindung eine Mikrowellenverstärkereinrichtung schafft, die einen Signalverlust zwischen einer Aufnahmesonde und einer ersten Verstärkerelementstufe ausschließt und zusätzlich eine Impedanzanpassung mittels einer Anpassungseinrichtung erzielt. Dies ermöglicht, daß ein Signal mit hohem Pegel an eine Eingangsklemme der ersten Verstärkerelementstufe angelegt werden kann und deshalb der Untergrundfaktor verbessert wird. Dieser Vorteil ergibt sich aufgrund einer einzigartigen Konstruktion, bei der eine Anpassungseinrichtung nahe der Einfalls- bzw. Eintrittsseite eines Wellenleiters in Bezug auf eine Aufnahmesonde angeordnet wird, während die Eingangsklemme des Verstärkerelementes unmittelbar mit einer Ausgangsklemme der Aufnahmesonde verbunden ist.

Verschiedene Abwandlungen sind für den Fachmann nach Kenntnis der Lehre der vorliegenden Offenbarung möglich, ohne von derem Bereich abzuweisen.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Umwandeln eines Übertragungsmodus eines Mikrowellensignals, welches an die Einrichtung angelegt wird, und zum Verstärken des Signals, um ein verstärktes Signal auzugeben, gekennzeichnet durch
einen hohlen, leitenden Wellenleiter (12), der einen vorbestimmten Querschnitt aufweist und an einem Ende des Wellenleiters kurzgeschlossen ist,
eine Aufnahmesonde (16), die an dem Wellenleiter (12) nahe dessen einem Ende angebracht ist, um den Übertragungsmodus des Mikrowellensignals umzuwandeln, welches an den Wellenleiter gelegt ist,
Anpassungsmittel (32, 34, 36), die zwischen dem einen und dem anderen Ende des Wellenleiters (12) angeordnet sind, um die Impedanz des Wellenleiters einzustellen,
ein Verstärkerelement (26), dessen Eingangsklemme (26 a) unmittelbar mit einer Ausgangsklemme (16 a) der Aufnahmesonde (16) verbunden ist, und
eine Mikrostreifenleitung, deren Eingangsklemme (22 a) mit der Ausgangsklemme (26 b) des Verstärkerelements (26) und deren Ausgangsklemme mit einem nachfolgenden Schaltkreiselement verbunden ist, welches sich außerhalb der Einrichtung befindet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel eine Vielzahl von leitenden Stäben (32, 34, 36) umfaßt, die hintereinander mit vorbestimmten, gleichen Abständen auf der Mittellinie des Wellenleiters (12) und in axialer Richtung des Wellenleiters (12) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der leitenden Stäbe drei Schrauben (32, 34, 36) umfaßt, die in den Wellenleiter (12) eingeschraubt sind, wobei sie mit einem Abstand einer Viertelwellenlänge voneinander beabstandet sind, und daß die Schrauben (32, 34, 36) einzeln in Bezug auf die Länge des Vorstehens in den Wellenleiter (12) einstellbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel ferner drei Festsetzmuttern (38, 40, 42) zur Befestigung der Schrauben an dem Wellenleiter (12) umfassen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostreifenleitung Stichleitungen zum Anpassen einer Impedanz der Mikrostreifenleitung an das Verstärkerelement umfaßt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Befestigungsteil (14) aufweist, welches mit dem Wellenleiter (12) verbunden ist und eine MIC-Basis (18) trägt, die mit dem Verstärkerelement und einer Mikrostreifenleitung beladen ist.