DE3925316C2

DE3925316C2 -

Info

Publication number: DE3925316C2
Application number: DE19893925316
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 2100 Hamburg De Mayer; Reinhard 2200 Elmshorn De Knoechel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1990-07-05
Also published as: DE3925316A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk zur Leistungsaufteilung entspre chend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Netzwerke aus Leitungsstücken zur Leistungsaufteilung sind in der Technik seit langem bekannt. Das bekannteste Beispiel ist der Ring-Koppler, welcher von manchen Autoren auch 180°-Hybrid oder Rat-Race genannt wird. Eine Übersicht über derzeit verwendete Struk turen ist zu finden in Meinke/Grundlach, Taschenbuch der Hochfre quenztechnik, vierte Auflage, Hrsg.: K. Lange und K. H. Löcherer, Bd. 2, Seite L 30 ff. Die bekannten Strukturen haben den Nachteil, daß sie entweder einen komplizierten Aufbau aufweisen oder nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes verwendbar sind. Zwar sind auch für den Ring-Koppler Modifikationen bekannt, um die Bandbreite zu erhö hen, jedoch ist dafür erheblicher technischer Mehraufwand erforderlich. Beispiele dafür sind zu finden in K. C. Gupta / R. Garg / I. J. Bahl, Mi crostrip Lines and Slotlines, Artech House Inc. 1979, S. 251.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die obengenannten Nachteile zu ver meiden, d.h. ein Netzwerk zur Leistungsaufteilung zu schaffen, welches breitbandig verwendbar, vollständig aus Leitungsstücken aufbaubar ist und damit bei guter Reproduzierbarkeit seiner elektrischen Eigen schaften kostengünstig gefertigt werden kann.

Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Netzwerk zur Lei stungsaufteilung zu schaffen, welches so dimensioniert werden kann, daß es in der Mikrowellen- und Millimeterwellentechnik verwendbar ist, beispielsweise als Schaltung in Mikrostreifenleitungstechnik.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Netzwerk zur Leistungsaufteilung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Netzwerk zur Leistungsaufteilung kann so di mensioniert werden, daß über eine Bandbreite von nahezu 40% die Anpassung aller 4 Tore besser als -20 dB ist, bei gleichzeitiger hoher Isolation der beiden Eingangstore und der beiden Ausgangstore. Die Leistungsaufteilungen weisen dabei Werte von -3 dB mit maximalen Ab weichungen von weniger als 0,1 dB über die gesamte Bandbreite auf. Diese Werte sind mit den herkömmlichen Netzwerken nicht erreichbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1- Fig. 7 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Netzwerk zur Leistungsaufteilung in Mikrostreifenlei tungstechnik für den Frequenzbereich 8 GHz-12 GHz.

Fig. 2- Fig. 6 Ergebnisse einer Netzwerkanalyse des Netzwerkes zur Leistungsaufteilung für die Dimensionierung nach Fig. 1.

Fig. 7 Netzwerk zur Leistungsaufteilung in Gleich- und Ge gentaktanteile.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Netzwerkes zur Leistungsaufteilung in Mikrostreifenleitungstechnik. Die Breiten der Leitungsstücke sowie die effektive relative Dielektrizitätszahl zu den entsprechenden Wellenwiderständen wurden mit einem handelsübli chen Netzwerkanalyseprogramm für die Mikrowellentechnik berechnet. Das Netzwerk wurde mit demselben Programm dimensioniert. Das Er gebnis zeigt nachfolgende Tabelle.

Die Dimensionierung erfolgte dabei für einen Wellenwiderstand von 50 Ω für alle Zuleitungen. Es wurde ein auf beiden Seiten mit 17 µm Kupfer beschichtetes Teflonsubstrat der Dicke 0,254 mm mit einer rela tiven Dielektrizitätszahl von 2,2 verwendet. Als Frequenzbereich wurde das X-Band, d. h. 8 GHz-12 GHz gewählt.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis einer Netzwerkanalyse des in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel. Es sind dabei die Beträge der 10 rele vanten S-Parameter des Viertores über der normierten Frequenz f/f _o dargestellt. In der nachfolgenden Tabelle sind die dargestellten Kur ven erläutert.

Kurven-Nummer
S-Parameter
18\| S 31
19	S 24
20	S 21
21	S 34
22	S 44
23	S 33
24	S 22
25	S 11
26	S 23
27	S 14

Fig. 3 zeigt die Leistungsaufteilung bei Einspeisung in das erste Tor (1) auf das zweite und dritte Tor (2), (3), d. h. die Beträge der S-Pa rameter S 31 (18) und S 21 (20) im Detail. Fig. 4 zeigt die Phasen von S 21 (28) und S 31 (29).

Fig. 5 zeigt die Leistungsaufteilung bei Einspeisung in das vierte Tor (4) auf das zweite und dritte Tor (2), (3), d. h. die Beträge der S-Pa rameter S 34 (21) und S 24 (19) im Detail. Fig. 6 zeigt die Phasen von S 34 (30) und S 24 (31).

Fig. 7 zeigt schematisch ein Netzwerk zur Aufteilung einer aus zwei Signalen bestehenden Eingangsleistung in Gleich- und Gegentaktantei le. Das zweite und dritte Tor (2), (3) dienen hierbei als Eingangstore, das erste Tor (1) und gegebenenfalls das vierte und fünfte Tor (4), (5) dienen als Ausgangstore. Dabei tritt durch das erste Tor (1) der jeweilige Gleichtaktanteil der in das zweite und dritte Tor (2), (3) ein gespeisten Signale aus, die Gegentaktanteile werden in den reflexions freien Abschlüssen des vierten und fünften Tores (4), (5) verbraucht.

Claims

1. Netzwerk zur Leistungsaufteilung, insbesondere für den Breitband betrieb im Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich, welches als so genanntes allseitig angepaßtes Viertor (1, 2, 3, 4) ein in das erste Tor (1) eingespeistes Signal phasengleich und in seiner Leistung betragsgleich auf das zweite Tor (2) und das dritte Tor (3) aufteilt, wobei aus dem verbleibenden vierten Tor (4) keine Leistung aus tritt, es also entkoppelt ist, und ein in das vierte Tor (4) einge speistes Signal gegenphasig und in seiner Leistung betragsgleich auf das zweite Tor (2) und dritte Tor (3) aufteilt, wobei aus dem verbleibenden ersten Tor (1) keine Leistung austritt, es also ent koppelt ist, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das Netzwerk aus mehreren Leitungsmaschen, welche aus je vier Leitungszweigen mit abwechselnden Längen λ _o/2 und λ _o/4 bestehen, die derart leitend miteinander verknüpft sind, daß je zwei Maschen einen λ _o/2-langen Leitungszweig gemeinsam haben, so daß immer genau zwei λ _o/2-lan ge Leitungszweige verbleiben, die nur einer Masche gemeinsam sind, aufgebaut ist und
b) daß das erste Tor über ein aus Leitungs stücken bestehendes Anpassungsnetzwerk, welches im einfachsten Fall aus einem Leitungsstück (6) mit dem Wellenwiderstand der Zu leitung besteht, mit der Mitte des einen nur einer Leitungsmasche gemeinsamen λ _o/2-langen Leitungszweiges (14) verknüpft ist,
c) daß die Enden desselben g _o/2-langen Leitungszweiges über Leitungsstücke (15, 16) mit dem zweiten Tor (2) und dem dritten Tor (3) verknüpft sind und
d) daß ein Ende des anderen λ _o/2-langen Leitungszweiges (12), welcher nur einer Masche gemeinsam ist, über ein Leitungsstück (7) mit dem vierten Tor (4) verknüpft ist.

2. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Anpassungsnetzwerk für das erste Tor aus kaskadierten λ _o/2-langen Leitungsstücken mit Wellenwiderständen, von denen mindestens einer vom Wellenwiderstand der Zuleitung verschieden ist, besteht.

3. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Anpassungsnetzwerk für das erste Tor aus kaskadierten λ _o/4-langen Leitungstransformationsstücken besteht.

4. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungspunkten der λ _o/2-langen Leitungsstücke bzw. der λ _o/4-langen Leitungstransfor mationsstücken zusätzliche λ _o/4-lange am Ende kurzgeschlossene oder λ _o/2-lange am Ende leerlaufende Stichleitungen parallel ge schaltet sind.

5. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus nur einer Leitungsmasche aus vier Leitungszweigen und den abwechselnden Längen λ _o/2 oder λ _o/4 besteht, und das erste Tor (1) über das aus Leitungsstücken bestehende Anpassungsnetzwerk mit der Mitte des einen λ _o/2-langen Leitungszweiges verknüpft ist, die Enden dessel ben λ _o/2-langen Leitungszweiges über Leitungsstücke mit dem zweiten Tor (2) und dem dritten Tor (3) verknüpft sind und ein Ende des anderen λ _o/2-langen Leitungszweiges über ein Leitungs stück mit dem vierten Tor (4) verknüpft ist.

6. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verknüpfung des gegen überliegenden Endes des λ _o/2-langen Leitungszweiges, welcher am anderen Ende über ein Leitungsstück mit dem vierten Tor verbun den ist, mit einem Leitungsstück (17) ein fünftes Tor (5) entsteht und durch reflexionsfreien Abschluß des vierten und fünften Tores ein Dreitor (1, 2, 3) entsteht, derart, daß die Gleichtaktanteile zweier in das zweite und dritte Tor eingespeister Signale durch das erste Tor austreten und die Gegentaktanteile einmal durch das vierte Tor und einmal durch das fünfte Tor austreten und in den Abschlüssen verbraucht werden.

7. Netzwerk zur Leistungsaufteilung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitungsstück oder mehrere Leitungsstücke durch konzentrierte Elemente ersetzt werden.