DE3938726C2 - Phasendrehglied - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2 und kommt u. a. in Oszillatoren und Filtern zur Anwendung.

Ein solches Phasendrehglied in Hohlleitertechnik ist aus DE 36 17 568 A1 bekannt.

Dieses Phasendrehglied, auch Phasenschieberanordnung genannt, in Hohlleitertechnik weist eine PIN-Diode auf, die in der Querschnittsebene des Hohlleiters fixiert ist. In der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung sind Stifte ausgebildet, welche eine resonanzfähige Anordnung bilden.

Die Stifte selbst müssen genau gearbeitet und im Hohlleiter fixiert sein, um die gewünschte Funktion der Anordnung sicherzustellen.

Ferner ist aus IEEE-MTT 35, Nr. 3 (1987), Seiten 315-319 ein monolithisches analoges Phasendrehglied, auch Phasenschieber genannt, in Mikrostreifenleitung bekannt. In diesem Phasendrehglied finden Varaktoren zur Schaltung des Phasendrehglieds Anwendung.

Da dieses Phasendrehglied in Mikrostreifenleitungstechnik realisiert ist, sind zusätzlich Maßnahmen erforderlich, um dieses Phasendrehglied in einem Hohlleiter betreiben zu können.

Weiterhin ist aus Electronic Letters, Vol. 19, Nr. 3 (1983), Seiten 107-109 eine über Dioden schaltbare Streifenleitungsgeometrie zur Phasenverschiebung bekannt, bei der ein zusätzlicher Einleitungsübergang erforderlich ist, damit diese Schaltung in einem Hohlleiter betrieben werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Phasendrehglied zu schaffen, welches möglichst einfach herstellbar ist und einen möglichst großen Abstimmbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.

In den Unteransprüchen 3 bis 7 sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.

Gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 sind - ausgehend von einem Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen im GHz-Bereich mit Dioden, die in der Querschnittsebene des Hohlleiters fixiert sind, und einer resonanzfähigen Anordnung, welche in der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung liegt - ein oder zwei Dioden vorgesehen, die jeweils als Varaktor ausgebildet sind. Die Varaktoren sind auf einem Substrat angeordnet und dieses Substrat ist in der Querschnittsebene des Hohlleiters fixiert. Die resonanzfähige Anordnung ist in Form eines bzw. zweier Schlitzleitungsresonatoren realisiert, und je einer der Varaktoren ist über einem Schlitzleitungsresonator angebracht.

Mithin sind modular aufbaubare, einfach realisierbare Anordnungen implementierbar, welche zusätzlich geringe Verluste aufweisen. Ferner weisen die Anordnungen eine große Abstimmlinearität auf.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Anordnungen als Moduln in die Querschnittsebene von Resonatoren in Hohlleiterfiltern zur Frequenzabstimmung oder als Moduln zur Anwendung als Phasenschieber in die Querschnittsebene eines Hohlleiters einsetzbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Ausbildung des Phasendrehglieds in einer Hohl­ leiterquerschnittsfläche;

Fig. 2 und 3 die Anordnung des Phasendrehglieds in einem Hohlraumoszillator;

Fig. 4 und 5 ein Schnittbild der Anordnung nach Fig. 1 mit im Hohlleiter und von der Schaltung ge­ nerierten magnetischen Feldlinien;

Fig. 6 einen Phasenschieber, und

Fig. 7 ein Filter.

Fig. 1 zeigt die Ausbildung eines Phasendrehglieds in einer Hohlleiterquerschnittsfläche (z. B. in einem Hohl­ raumoszillator).

Innerhalb eines Hohlleiters 1 besitzt eine Oszillatorschal­ tung 2 die Größe des Hohlleiterquerschnitts und ist zu­ sätzlich mit einem Lötrand zum Einbau in eine schmale, um den Hohlleiterquerschnitt verlaufende Einlötkante verse­ hen. Über die Freiflächen 33, 34 und 35 wird Leistung aus dem Hohlraumresonator in die Schlitze 31 und 32 gekoppelt. Mit den über die Schlitze 31 und 32 montierten Varaktoren 41 und 42 wird die Phase der Welle beeinflußt und somit die Schwingfrequenz des Oszillators verändert. Die Abmes­ sungen der Schlitze 31 und 32 bestimmen weitgehend die Mittenfrequenz, während die Abmessungen der Freiflächen 33, 34 und 35 die Abstimmbandbreite festlegen. Als Schal­ tungsträger eignen sich Substrate mit niederer Dielektri­ zitätskonstante (z. B. glasfaserverstärktes PTFE).

Als Dioden 41 und 42 sind Beam-Lead- und Chip-Varaktoren verwendbar.

Die Varaktoren 41 und 42 überbrücken je einen der auf je­ der Seite parallel zur Breitseite angeordneten Slotline- Resonatoren 31 und 32. Jeder Slotline-Resonator 31 und 32 mit Varaktor 41 bzw. 42 ist für sich eine variable Reak­ tanz, welche über die Freiflächen 33, 34 und 35 mit dem Hohlleiter verkoppelt ist. Die Breite und Länge der jewei­ ligen Freiflächen 33, 34 und 35 dienen zur Einstellung des Koppelfaktors und damit zur Festlegung der Abstimmband­ breite. Die an den Enden des Schlitzes 33 senkrecht und symmetrisch zur Mittellinie angeordneten Schlitze haben Einfluß auf den Koppelfaktor und dienen zusätzlich zur Unterdrückung von unerwünschten Schaltungsresonanzen. Mit den Längen und Breiten der Freiflächen 31 bzw. 32 wird die Mittenfrequenz des Oszillators bei konstantem Abstimmsi­ gnal festgelegt.

Das Abstimmsignal für die Varaktoren 41 und 42 wird über eine Leitung, welche sich vorzugsweise in der Längsachse der Schaltung befindet, den Varaktoren 41 und 42 zuge­ führt. Es befindet sich außerhalb der im Hohlleiterquer­ schnitt montierten Schaltung noch ein Tiefpaßfilter 77 zur Unterdrückung der ansonsten nach außen gelangenden Lei­ stungsanteile.

Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Systematik, die sich bei der Anwendung des Phasendrehglieds in einem Oszillator ergibt. Das Koppelnetzwerk 71 ist hier eine Planarschaltung, wel­ che die Querschnittsfläche des Hohlleiterprofils ausfüllt und zwischen Gunn-Diode 72 und Blende 73 angeordnet ist.

Da die Kopplung über einen großen Teil der Breitseite (a) des Hohlleiters stattfindet, zum anderen die Feldkonfigu­ ration in der Planarschaltung symmetrisch zu der Hohllei­ terwelle ist, werden kaum Störmoden erzeugt. Die Varaktor­ schaltung 71 befindet sich auf einem Substrat, welches eine geringe Schaltungskapazität besitzt, wodurch die va­ riable Abstimmkapazität und damit die Abstimmbandbreite nicht in unzulässigem Maße reduziert werden. Das Substrat wiederum ist im Hohlleiterfenster eingebracht und die Ge­ samtanordnung in Form einer Scheibe zwischen Blende 73 und Gunn-Diode 72 im Resonator positionierbar. Die Varaktoren 41 und 42 sind bezüglich der Abstimmsignalklemme gleichpo­ lig angeordnet. Wegen ihrer geringen parasitären Reaktan­ zen und der einfachen Einbringung in die Schaltung besit­ zen Beam-Lead- und Chip-Varaktoren, aus dieser Perspektive gesehen, erhebliche Vorteile gegenüber Varaktoren im ko­ axialen Gehäuse. Da die Choke-Reaktanz sehr klein ist, sind hochfrequente Abstimmsignale möglich.

Fig. 6 zeigt die Anwendung des Phasendrehglieds bei Phasenschiebern.

Dieses wird im Hohlleiter wie bei der Anwendung in obigen Oszillatoren angeordnet. Zusätzlich ist für eine Kompensation der konstanten Reaktanzen eine Kompen­ sationsscheibe erforderlich.

Fig. 7 zeigt die Anwendung des Phasendrehglieds zur Frequenzabstimmung in Filtern.

Das Phasendrehglied wird in einem Filter-Hohlraumresona­ tor analog der Anwendung im Hohlraumresonator beim Gunn-Oszillator angeordnet.

Claims (7)

1. Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen im GHz-Be­ reich, mit Dioden (41, 42) die in einer Querschnittsebene eines Hohlleiters (1) fixiert sind, und einer resonanzfähigen Anordnung (31, 32) welche in der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwei Dioden (41, 42) vorgesehen sind, die jeweils als Varaktor ausgebildet sind;
• - die beiden Varaktoren (41, 42) auf einem Substrat angeordnet sind und dieses Substrat in der Querschnittsebene des Hohlleiters (1) fixiert ist;
• - die resonanzfähige Anordnung (31, 32) in Form zweier Schlitzleitungsresonatoren realisiert ist;
• - je einer der Varaktoren (41, 42) über einem Schlitzleitungsresonator (31, 32) angebracht ist.

2. Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen im GHz-Bereich, mit einer Diode, die in einer Querschnittsebene eines Hohlleiters fixiert ist, und einer resonanzfähigen Anordnung, welche in der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Diode als Varaktor ausgebildet ist;
• - der Varaktor auf einem Substrat angeordnet ist und dieses Substrat in der Querschnittsebene des Hohlleiters fixiert ist;
• - die resonanzfähige Anordnung in Form eines Schlitzleitungsresonators realisiert ist;
• - der Varaktor über dem Schlitzleitungsresonator angebracht ist.

3. Phasendrehglied nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Längsachse der Querschnittsebene des Hohlleiters (1) ein weiterer Schlitz (33) ausgebildet ist.

4. Phasendrehglied nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des weiteren Schlitzes (33) je eine Schlitzleitung (34, 35) parallel zu den Schmalseiten des Hohlleiters (1) angeschlossen ist.

5. Phasendrehglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzleitungen (34, 35) jeweils beidseitig im gleichen Abstand zur Längsachse kurzgeschlossen sind.

6. Phasendrehglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Hohlleiters (1) in der Ver­ längerung der Längsachse der Querschnittsebene ein Tief­ paßfilter (77) angeordnet ist, welches durch ein Leitungsstück, das in der Längsachse verläuft, mit der HF-Schaltung im Hohlleiterquerschnitt verbunden ist.

7. Phasendrehglied nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Aufbau der Schaltung symmetrisch zur Achse des Hohl­ leiters ist.