DE3740098C1 - Planarer Verzweigungskoppler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Verzweigungskoppler, bestehend aus zwei sich jeweils zwischen zwei Toren erstreckenden Verbindungsleitungen und mehreren diese Verbindungsleitungen miteinander koppelnden Verzweigungsarmen, wobei die Verzweigungsarme und die einzelnen sich zwischen den Verzweigungsarmen erstreckenden Abschnitte der Verbindungsleitungen bezüglich ihrer Wellenwiderstände und ihrer phasendrehenden Wirkungen so dimensioniert sind, daß gewünschte Koppelbedingungen erfüllt sind.

Derartige in Streifenleitungstechnik realisierte Verzweigungskoppler mit zwei oder drei Verzweigungsarmen sind z. B. bekannt aus "Streifenleitungen" von H. Geschwinde und W. Krank, 1960, S. 79-85. Erfordert die Realisierung eines solchen planaren Verzweigungskopplers für die Verzweigungsarme oder Verbindungsleitungen relativ niedrige Wellenwiderstände (z. B. 35,4 Ω), so sind Leiterbreiten verlangt, die vor allem für Wellen im mm-Wellenbereich sehr groß sind. Für eine Betriebsfrequenz von z. B. 50 GHz entspräche die Leiterbreite einer für 35,4 Ω ausgelegten Leitung auf einem Aluminiumoxidsubstrat der Dicke von 0,254 mm etwa einer Viertelwellenlänge. Eine relativ zu der übertragenden Wellenlänge so extrem breite Leitung hat den Nachteil, daß sich auf ihr unerwünschte höhere Wellenmoden ausbreiten können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen planaren Verzweigungskoppler der eingangs genannten Art anzugeben, der so konzipiert ist, daß insbesondere bei Betrieb im mm-Wellenbereich möglichst keine störenden höheren Wellenmoden auf den Leitungen auftreten können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen planaren Verzweigungskoppler, bestehend aus zwei sich zwischen den Toren 1 und 2 und den Toren 3 und 4 erstreckenden Verbindungsleitungen VL 1 und VL 2 und zwei die beiden Verbindungsleitungen miteinander koppelnden Verzweigungsarmen VA 1 und VA 2. Die zwischen den Verzweigungspunkten, von denen die Verzweigungsarme VA 1 und VA 2 ausgehen, verlaufenden Verbindungsleitungen VL 1 und VL 2 und auch die Verzweigungsarme VA 1 und VA 2 sind jeweils so dimensioniert, daß die sich darüber ausbreitenden Wellen eine 90°-Phasendrehung erfahren.

Liegt z. B. die mittlere Betriebsfrequenz des Verzweigungskopplers bei ca. 50 GHz, so müßten, wenn der Verzweigungskoppler nach herkömmlicher Art ausschließlich mit λ/4 Leitungen realisiert würde, die Leitungen der Verzweigungsarme VA 1, VA 2 für einen Wellenwiderstand von etwa 50 Ω und die Verbindungsleitungen VL 1 und VL 2 für einen Wellenwiderstand von etwa 35 Ω ausgelegt werden. Eine z. B auf einem 0,254 mm dicken Aluminiumoxidsubstrat aufgebrachte 35 Ω Leitung würde bei einer Betriebsfrequenz von 50 GHz eine Leiterbreite von 0,46 mm erfordern. Das ist eine Leiterbreite, die bei der hohen Frequenz von 50 GHz nahezu einer Viertelwellenlänge entspricht. So relativ zur Wellenlänge extrem breite Leitungen lassen die Ausbreitung störender höherer Wellenmodem zu. Dieser Nachteil wird gemäß dem in der Figur dargestellten Verzweigungskoppler durch folgende Maßnahmen umgangen:

Die Verzweigungsarme VA 1, VA 2 und die sich zwischen ihnen erstreckenden Verbindungsleitungen VL 1 und VL 2 bestehen jeweils aus einer Leitung VA 11, VA 21, VL 11, VL 21 und einer von der Mitte dieser Leitung abzweigenden offenen Stichleitung VA 12, VA 22, VL 12, VL 22. Dabei sind alle diese Leitungen und Stichleitungen für einen Wellenwiderstand ausgelegt, der eine solch schmale Leiterbreite erfordert, daß die Ausbreitung höherer Wellenmoden nahezu unmöglich wird. Und zwar ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel eines im Frequenzbereich von 50 GHz betriebenen Verzweigungskopplers jede der Leitungen VA 11, VA 21, VL 11 und VL 21 und jede der offenen Stichleitungen VA 12, VA 22, VL 12 und VL 22 auf einen Wellenwiderstand von 70 Ω dimensioniert. In diesem Fall haben alle Leiter auf einem 0,254 mm dicken Aluminiumoxidsubstrat eine Breite von nur 0,1 mm.

Um bestimmte Kopplungen zwischen den Toren 1 bis 4 des Verzweigungskopplers zu erzielen, sind die einzelnen Leiter auch bezüglich ihrer Längen auf entsprechende Werte zu dimensionieren. So weisen in dem genannten konkreten Ausführungsbeispiel die einzelnen Leiter solche Längen auf, daß in den Verzweigungsarmen VA 1 und VA 2 die Stichleitungen VA 12 und VA 22 eine 29,8°-Phasenverschiebung und die zu beiden Seiten der Stichleitungen abgehenden Abschnitte der Leitungen VA 11 und VA 21 jeweils eine 41,5°-Phasenverschiebung bewirken und daß in den Verbindungsleitungen VL 1 und VL 2 die Stichleitungen VL 12 und VL 22 eine 53,8°-Phasenverschiebung und die zu beiden Seiten der Stichleitungen abgehenden Abschnitte der Leitungen VL 11 und VL 21 jeweils eine 25°-Phasenverschiebung bewirken.

Durch Änderung der Länge der Stichleitungen VA 12, VA 22, VL 12, VL 22 läßt sich auf sehr einfache Weise eine Abstimmung des Verzweigungskopplers vornehmen, so daß bei einer gewünschten Betriebsfrequenz die z. B. am Tor 1 eingespeiste Signalleistung zu gleichen Anteilen auf die Tore 2 und 4 aufgeteilt wird.

Die hier im Rahmen eines zweiarmigen Verzweigungskopplers beschriebenen Maßnahmen lassen sich auch auf mehrarmige Verzweigungskoppler übertragen, wenn dort ebenfalls große Leiterbreiten zu umgehen sind.

Claims (4)

1. Planarer Verzweigungskoppler, bestehend aus zwei sich jeweils zwischen zwei Toren erstreckenden Verbindungsleitungen und mehreren diese Verbindungsleitungen miteinander koppelnden Verzweigungsarmen, wobei die Verzweigungsarme und die einzelnen sich zwischen den Verzweigungsarmen erstreckenden Abschnitte der Verbindungsleitungen bezüglich ihrer Wellenwiderstände und ihrer phasendrehbaren Wirkungen so dimensioniert sind, daß gewünschte Koppelbedingungen erfüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Verzweigungsarme (VA 1, VA 2) und/oder Abschnitte der Verbindungsleitungen (VL 1, VL 2), die auf einen niedrigen Wellenwiderstand zu dimensionieren sind, jeweils aus einer Leitung (VA 11, VA 21, VL 11, VL 21) mit einer davon abzweigenden offenen Stichleitung (VA 12, VA 22, VL 12, VL 22) bestehen, die beide für sich einen größeren Wellenwiderstand haben als der eigentlich für den betreffenden Verzweigungsarm und/oder Verbindungsleitungsabschnitt geforderte niedrige Wellenwiderstand.

2. Planarer Verzweigungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung (VA 12, VA 22, VL 12, VL 22) von der Mitte der Leitung (VA 11, VA 21, VL 11, VL 21) abzweigt.

3. Planarer Verzweigungskoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (VA 11, VA 21, VL 11, VL 21) und die von ihr abzweigende Stichleitung (VA 12, VA 22, VL 12, VL 22) den gleichen Wellenwiderstand aufweisen.

4. Planarer Verzweigungskoppler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitungen (VA 12, VA 22, VL 12, VL 22) bezüglich ihrer Länge so dimensioniert sind, daß sich bei der jeweiligen Betriebsfrequenz die in den Verzweigungskoppler eingespeiste Signalleistung zu gleichen Anteilen auf zwei Ausgangstore aufteilt.