DE4108942C2 - Phasendrehglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Phasendrehglied für Hohlleiteranordnungen im GHz-Bereich nach Patent 39 38 726 gemäß den dortigen neben­ geordneten Ansprüchen 1 und 2.

Phasendrehglieder der genannten Art werden beispielsweise in Hohl­ leiter/Streifenleiteranwendungen eingesetzt und sind Bestandteil von aktiven und/oder passiven HF-Schaltungen wie dies z. B. entsprechende Phasenschieber oder Schalter sind. "HF" steht dabei für Hochfre­ quenz.

Im Hauptpatent werden zwei Lösungen für ein Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen im GHz-Bereich beschrieben, die Dioden ent­ halten, die in einer Querschnittsebene eines Rechteck-Hohlleiters fixiert sind, sowie eine resonanzförmige Anordnung, die in der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung liegt. Bei der einen Lösung ist vorgesehen, daß zwei als Varaktoren ausgebildete Dioden auf einem Substrat angeordnet sind. Dieses Substrat ist in der Querschnitts­ ebene des Hohlleiters fixiert. Die resonanzfähige Anordnung ist in Form zweier Schlitzleitungsresonatoren realisiert, über denen je­ weils einer der beiden Varaktoren angebracht ist. Auf dem Substrat befindet sich ferner eine gegenüber dem Hohlleiter isolierte Metall­ struktur, die in ihrem Inneren Schlitzstrukturen aufweist. Die an­ dere Lösung unterscheidet sich hiervon lediglich dadurch, daß an­ stelle der beiden Varaktoren bzw. der beiden Schlitzleitungsresona­ toren jeweils nur ein Varaktor bzw. ein Schlitzleitungsresonator vorhanden, über dem der Varaktor angebracht ist.

Bei beiden Lösungen verlaufen der bzw. die beiden Schlitzleitungs­ resonatoren parallel zu den beiden Breitseiten des Rechteckhohllei­ ters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere vorteilhafte Aus­ führungsformen des Phasendrehglieds nach dem Hauptpatent anzugeben, die auch für andere Hohlleitertypen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen der Erfindung aufgeführt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine mögliche Ausbildungsform des Phasendrehglieds nach dem Hauptpatent, wobei in Fig. 3 eine zusätzliche Kopplungsvari­ ante dargestellt ist.

In einem Hohlleiter 10 nach Fig. 1 ist ein Substrat 20 in etwa rechtwinklig zur Hohlleiterlängsachse ausgebildet. Der Hohlleiter 10 weist vorzugsweise einen rechteckförmi­ gen Querschnitt auf. Er kann jedoch auch einen quadrati­ schen Querschnitt, runden Querschnitt oder andersartigen Querschnitt aufweisen. Das Substrat 20 mit seiner Metalli­ sierung 30 ist dem Hohlleiterquerschnitt und dessen Geome­ trie angepaßt.

Exemplarisch ist hier der Fall eines rechteckförmigen Hohlleiterquerschnitts betrachtet. Der Hohlleiter nach Fig. 1 weist an seiner breiteren und/oder schmaleren Seite 11 bzw. 12 Aussparungen bzw. Adapteranschlüsse auf, mit­ tels denen das Substrat 20 bzw. die Metallisierung 30 mit z. B. Mikrostreifenleitungselementen verkoppelt ist. Hierzu sind von der Metallstruktur 30 Teile des Substrates 20 aus dem Hohlleiter durch Aussparungen an den Raum außerhalb des Hohlleiters herausgeführt und Bauele­ mente 21 und 22 in den Hohlleiter 10 auf das Substrat 20 bzw. die Metallstruktur 30 hineinführend aufgeschaltet. Bei diesen Bauelementen 21 und 22 handelt es sich um als Varaktoren ausgebildete Dioden.

Die Winkligkeit der einzelnen Kanten richtet sich nach der Größe der Impedanzen der elektrisch anzupassenden Dioden 21 und 22. Je nach Bedarf kann an einer oder mehreren Kanten 31 bis 34 eine Ankopplung des Raumes außerhalb des Hohlleiters 10 an die Metallstruktur 30 er­ folgen. Hierzu sind die oben beschriebenen Maßnahmen durchzuführen, wie z. B. Ausbildung weiterer Zugänge an die Metallstruktur 30 und/oder Verformung der Kanten usw. In der Metallstruktur 30 ist eine nicht metallisierte Flä­ che 40 ausgebildet. Die nicht metallisierte Fläche 40 ist vorzugsweise mittig in der Metallstruktur 30 ausgebildet. Je nach gewünschter Übertragungskennlinie der Metallstruk­ tur 30 weist die Fläche 40 eine Schlitzform, T-, I- oder kreis- bzw. ellipsenähnliche Form auf. Fig. 3 zeigt exem­ plarisch die Fläche 40 in I-ähnlicher Form. Die Fläche ist ausgebildet aus einem metallfreien rechteckförmigen Be­ reich 42, der vorzugsweise in etwa parallel zur breiten Seite 11 oder schmalen Seite 12 des Hohlleiters 10 ver­ läuft.

Mit diesem metallfreien rechteckförmigen Bereich 42 sind nicht metallisch weitere metallfreie Bereiche 41 bzw. 43 verbunden. Im Falle von Fig. 3 sind dies metallfreie rechteckförmige Bereiche 41 und 43, die orthogonal zur Längsachse des metallfreien Bereichs 42 ausgebildet sind.

An jeder schmalen Seite des metallfreien Bereiches 42 sind jeweils die weiteren metallfreien Bereiche 41 bzw. 43 sym­ metrisch zur Längsachse des metallfreien Bereiches 42 aus­ gebildet. Die äußeren Kanten der Metallstruktur 30 sind winklig oder/und parallel zu den Seiten des Hohlleiters 10 ausgebildet.

Die Metallstruktur 30 kann drei, vier und mehr äußere Kan­ ten aufweisen. Fig. 2 zeigt exemplarisch die Metallstruk­ tur 30 als entartete Rechteckstruktur. Eine reine Rechteckstruktur bzw. eine andere winklige Anordnung der Kanten der Metallstruktur 30 ist möglich.

Hier sei der Fall betrachtet, daß eine erste Kante 31 der Metallstruktur parallel zur schmaleren Seite des Hohllei­ ters 10 ausgebildet ist. Dieser ersten Kante 31 liegt eine dritte Kante 33 mit einer metallischen Herausführung 35 der Metallstruktur 30 gegenüber. Die dritte Kante 33 weist in Richtung der Herausführung 35 einen winkligen Anstieg auf. Eine zweite Kante 32 bzw. eine vierte Kante 34 der Metallstruktur 30 ist winklig zur breiten Seite des Hohl­ leiters 10 ausgebildet.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist derart ausgebil­ det, daß die zweite Kante 32 und/oder vierte Kante 34 ge­ krümmt ist. Die erste Kante 31 und die dritte Kante 33 liegt parallel. Sie können in einer weiteren alternativen Ausführungsform ebenfalls gekrümmt sein. In einer vorteil­ haften Weiterbildung dieser weiteren alternativen Ausfüh­ rungsform sind die Kanten 31 bis 34 zu einer Ellipse entartet.

Abhängig vom Anwendungsfall (Fig. 1 bis 3) kann die erste und/oder dritte Kante 31 bzw. 33 und/oder die zweite und/oder vierte Kante 32 bzw. 34 parallel und/oder winklig und/oder gekrümmt zur schmaleren bzw. breiteren Seite des Hohlleiters 10 ausgebildet sein. Alternativ zur Herausfüh­ rung 35, die an einer beliebigen Stelle ausgebildet sein kann, ist es möglich, eine und/oder mehrere Herausfüh­ rung(en) mit galvanischer bzw. kapazitiver Kopplung an die Metallstruktur 30 zu realisieren. Die Herausführung 35 ist an der dritten und/oder ersten Kante 33 bzw. 31 ausgebil­ det. Eine kapazitive Kopplung ist exemplarisch in Fig. 3 dargestellt. Dort ist an Stelle der Herausführung 35 nach Fig. 2 eine Herausführung 35 auf der Substratunterseite realisiert. Die Substratunterseite liegt auf der zur Me­ tallisierung 30 gegenüberliegenden Seite des Dielektri­ kums.

Eine Mikrostreifenleitung ist dort analog zur Herausfüh­ rung 35 an die Metallisierung 30 herangeführt und geht in eine metallische Fläche über, welche die Gegenelektrode zur Metallisierung 30 bildet. Die für die kapazitive Kopp­ lung notwendige metallische Fläche auf der Rückseite des Substrates ist ähnlich angeordnet, wie jene auf der Sub­ stratvorderseite. Hierbei bleibt, ebenso wie auf der Sub­ stratvorderseite, eine metallfreie Innenfläche ausgespart. Alternativ kann auf der Substratrückseite nur eine teil­ weise Metallisierung erfolgen. Die Metallisierung kann da­ bei in alternativer Weise eine Rechteckstruktur oder an­ dersartige Struktur sein.

Ein Pin-Schalter ergibt sich auf einfache Art und Weise, beispielsweise dadurch, daß die Bauelemente 21 und 22 aus PIN-Dioden ausgebildet sind und an der Herausführung 35 nach Fig. 2 z. B. ein Filter in Mikrostreifen­ leitungstechnik außerhalb des Hohlleiters 10 realisiert ist.

Hierbei erfolgt eine Phasenumschaltung von zwei gleich­ großen HF-Leitungsteilen mit anschließender Addition. Es treten dabei zwei mögliche Fälle während des Betriebes des Schalters auf. Es sind dies der Zustand "vorbeilassen" der Hohlleiterwelle und "nicht vorbeilassen". In den bei­ den oben angeführten Fällen funktioniert der PIN-Schalter wie folgt:
Durchlaßbereich:

Über das von einer der Schmalseiten des Hohlleiterfensters zugeführte Schaltsignal werden die PIN-Dioden, welche in der Mitte der Breitseite den Schlitz überbrücken, in den niederohmigen Schaltzustand versetzt. Die vom Hohlleiter dem Schalter zugeführte HF-Leistung wird dadurch im me­ tallfreien Bereich innerhalb der Metallstruktur 30 ge­ schaltet, von wo die Leistung in den angrenzenden Hohllei­ ter 10 transmittiert wird.
Sperrbereich:

Die PIN-Dioden befinden sich im Sperrzustand, so daß der größte Teil der vom Hohlleiter 10 zugeführten Leistung im metallfreien Bereich innerhalb der Metallstruktur 30 zu liegen kommt. Die von einer Breitseite zur anderen verlau­ fenden Ströme erhalten eine Phasendrehung von 180°, so daß es im Hohlleiter 10 zu einer Auslöschung zweier um 180° zueinander in der Phase gedrehten Leistungsanteile kommt.

Aufgrund der einfachen über die ganze Hohlleiterapertur sich erstreckende Schaltungsstruktur ist der Anteil an Störmoden gering, woraus breitbandiges Verhalten der Schaltung resultiert. Die Mittenfrequenz für den Sperrbe­ reich läßt sich durch Änderung der Blendenbreite über das Hohlleiterfrequenzband ändern, während die Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches durch die Höhe der Blendenöffnung variiert werden kann. Als Blende sei der metallfreie Raum innerhalb der Metallisierung 30 bezeichnet.

Claims (5)

1. Phasendrehglied für Hohlleiteranwendungen im GHz-Bereich, mit Dioden (21, 22), die in einer Querschnittsebene eines Hohlleiters (10) fixiert sind, und einer resonanzfähigen Anordnung, welche in der Nähe der Breitseite der Hohlleiteröffnung liegt, wobei

• - zwei Dioden (21, 22) vorgesehen sind, die jeweils als Varaktor ausgebil­ det sind;
• - die beiden Varaktoren (21, 22) auf einem Substrat angeordnet sind und dieses Substrat in der Querschnittsebene des Hohlleiters (10) fixiert ist;
• - die resonanzfähige Anordnung in Form zweier Schlitzleitungsre­ sonatoren realisiert ist;
• - je einer der Varaktoren (21, 22) über einem Schlitzleitungsresonator an­ gebracht ist; und
• - auf dem Substrat eine gegenüber dem Hohlleiter isolierte Metall­ struktur (30) aufgebracht ist, nach Patent 39 38 726, dadurch gekenn­ zeichnet,
• - daß die Metallstruktur (30) als Viereck mit vier Kanten oder Fünfeck mit fünf Kanten (31 bis 34) ausgebildet ist und einen metallfreien Bereich (40) innerhalb des Vier- oder Fünfecks aufweist;
• - daß zwei Kanten (32, 34) des Vier- oder Fünfecks den beiden Breitseiten des Rechteckhohlleiters (10) gegenüberliegen und mit diesen jeweils einen Winkel verschieden von Null einschließen und daß diese beiden Kanten (32, 34) über Bauelemente (21, 22) mit dem Raum außerhalb des Rechteckhohlleiters verbunden sind.

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, wobei

• - die Diode als Varaktor ausgebildet ist;
• - der Varaktor auf einem Substrat angeordnet ist und dieses Sub­ strat in der Querschnittsebene des Hohlleiters fixiert ist;
• - die resonanzfähige Anordnung in Form eines Schlitzleitungsre­ sonators realisiert ist;
• - der Varaktor über dem Schlitzleitungsresonator angebracht ist; und
• - auf dem Substrat ein gegenüber dem Hohlleiter isolierte Metall­ struktur aufgebracht ist, nach Patent 39 38 726, dadurch gekenn­ zeichnet,
• - daß die Metallstruktur (30) als Viereck mit vier Kanten oder Fünfeck mit fünf Kanten (31 bis 34) ausgebildet ist und einen metallfreien Bereich (40) innerhalb des Vier- oder -Fünfecks aufweist;
• - daß zwei Kanten (32, 34) des Vier- oder Fünfecks den beiden Breitseiten des Rechteckhohlleiters (10) gegenüberliegen und mit diesen jeweils einen Winkel verschieden von Null einschließen und daß diese beiden Kanten (32, 34) über Bauelemente (21, 22) mit dem Raum des Rechteckhohlleiters (10) verbunden sind.

3. Phasendrehglied nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine dritte Kante (31) des Vier- oder Fünfecks einer der beiden Schmalseiten des Rechteckhohlleiters (10) gegen­ überliegt und parallel zu dieser verläuft.

4. Phasendrehglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der metallfreie Bereich (40) innerhalb des Vier- oder Fünfecks (30) in Form eines T, eines H, einer Ellipse oder eines Schlitzes ausgebildet ist mit der Symmetrie-Längsachse dieses Bereichs parallel zu den Breitseiten des Rechteckhohlleiters (10).

5. Phasendrehglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in Form eines PIN-Schalters, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (21, 22) durch PIN-Dioden realisiert sind und daß ein außerhalb des Rechteckhohlleiters (10) angeordnetes Filter über eine Heraus­ führung (35) an die Metallstruktur (30) angeschlossen ist.