DE4119631A1 - Schaltung zum aufteilen oder zusammenfuehren von hochfrequenzleistung - Google Patents
Schaltung zum aufteilen oder zusammenfuehren von hochfrequenzleistungInfo
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- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung laut Oberbegriff
des Hauptanspruches.
Brückenschaltungen dieser Art sind bekannt (Meinke/Gund
lach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 3. Aufl.,
S. 1444 ff.). Die Transformationsglieder solcher Brücken
können entweder aus konzentrierten Transformationsele
menten oder aus Leitungselementen, beispielsweise λ/8-
oder λ/4-Leitungen aufgebaut sein. Bei einem sogenannten
Wilkinson-Koppler sind die Transformationsglieder bei
spielsweise λ/4-lange Leitungen. Solche Brückenschaltungen
werden in der Hochfrequenztechnik vor allem zum Parallel
schalten von Hochfrequenzsendern benutzt. Zur breitban
digen Entkopplung der Einzeltore sind hierbei Lastaus
gleichswiderstände nötig. Bei einem Zweifach-Wilkin
son-Koppler ist beispielsweise ein solcher Widerstand
zwischen die beiden Einzeltore geschaltet, bei einem
Drei- oder Mehrfach-Wilkinson-Koppler zwischen den Ein
zeltoren und einem gemeinsamen Sternpunkt oder einem
entsprechenden Vieleck. Die Lastausgleichswiderstände
können dabei entweder symmetrisch zum Massepotential
spannungsmäßig hochliegend angeordnet sein, es ist auch
bekannt, die Lastausgleichswiderstände einseitig an
Masse anzuschalten und über zusätzliche Leitungen mit
den Einzeltoren zu verbinden. Diesen bekannten Brücken
ist der Nachteil gemeinsam, daß die Einzeltore räumlich
möglichst eng nebeneinander liegen müssen, damit durch
die angeschalteten Lastausgleichswiderstände keine para
sitären Impedanzen oder störende Transformationen auftre
ten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brücke der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, bei der die Einzeltore in
beliebigem räumlichen Abstand voneinander angeordnet
sein können.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut
Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeich
nende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen er
geben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Brücke können die Einzeltore
in einem für den jeweiligen Anwendungsfall günstigsten
Abstand räumlich voneinander angeordnet sein, der eigent
liche Lastausgleichswiderstand wird über entsprechend
lange zusätzliche Leitungen mit den Einzeltoren verbunden,
wobei die Länge dieser Leitungen sich nur nach dem
gewünschten Abstand der Einzeltore richtet. Da diese
beliebig langen Leitungen eine entsprechende Widerstands
transformation bewirken, wird deren Wellenwiderstand
bezogen auf Masse und der an ihren Enden angeschlossene
komplexe Lastausgleichswiderstand so dimensioniert, daß
der durch diese Leitungen an die Einzeltore transformierte
komplexe Widerstand demjenigen komplexen Widerstandswert
entspricht, der für eine breitbandige Entkopplung der
Einzeltore benötigt wird. Dieser Widerstandswert wird
in bekannter Weise nach den Bemessungsvorschriften für
die entsprechenden Koppler berechnet, er entspricht dem
jenigen Widerstandswert, der unter der idealen Annahme
von räumlich eng aneinander anliegenden Einzeltoren sich
errechnet. Es ist also nur erforderlich, den an die
Leitungen angeschlossenen komplexen Lastausgleichswider
stand so zu dimensionieren, daß die gewünschte breitban
dige Entkopplung der Einzeltore erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Maßnahme ist sowohl für Brücken
mit spannungsmäßig hochliegenden Lastausgleichswider
ständen geeignet als auch für Brücken, bei denen diese
einseitig nach Masse heruntergezogen sind. Ferner ist
es von Vorteil, die für die Einhaltung einer breitbandigen
Transformation der Brücke erforderlichen Kompensations
maßnahmen am Summentor bzw. an den Einzeltoren in Lei
tungstechnik auszubilden und hierbei die zusätzlichen
Anschlußleitungen des Lastausgleichswiderstandes auszu
nutzen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, eine
erfindungsgemäße Brücke in Stripline-Technik (Microstrip-,
Suspended-Stripline, Triplate-Technik o. ä.) auszubilden,
da sich hierdurch ein besonders einfacher und reprodu
zierbarer Gesamtaufbau ergibt. Die beispielsweise bei
einem Wilkinson-Koppler λ/4-langen Transformationslei
tungen werden hierbei in Stripline-Technik gegenüber
einer Massefläche realisiert, die eigentlichen Zuleitungen
zur Überbrückung des Abstandes zwischen den Einzeltoren
ebenfalls in Stripline-Technik, während die Anschlußlei
tungen für den oder die räumlich von den Einzeltoren
abgesetzten komplexen Lastausgleichswiderständen durch
Koaxialleitungen gebildet sind, die mit den Streifenlei
tungen elektrisch leitend verbunden sind. Eine erfin
dungsgemäße Brücke besitzt außerdem noch den Vorteil,
daß die Lastausgleichswiderstände an Stellen angebracht
werden können, an denen sie optimal gekühlt werden können.
Eine erfindungsgemäße Brücke ist daher für beliebig hohe
Leistungen bei geringstem Raumbedarf geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an einem 2fach-Wilkinson-Koppler näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Zweifach-Wilkinson-Koppler bestehend
aus zwei bei der mittleren Betriebsfrequenz ca. λ/4-langen
Transformationsleitungen L, deren Außenleiter beidseitig
an Masse M liegen und deren Innenleiter am einen Ende
in einem Summenpunkt S zusammengefaßt sind und deren
andere Enden mit den beiden Einzeltoren E1 und E2 ver
bunden sind. Der nach den bekannten Bemessungsvorschriften
für eine breitbandige Entkopplung zwischen den Einzeltoren
E1 und E2 erforderliche komplexe Lastausgleichswiderstand
Z wird in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch ein
spannungsmäßig hochliegendes komplexes Widerstandsbau
element Z1 gebildet, das über Koaxialleitungen L1 und
L2 mit den im beliebigen räumlichen Abstand voneinander
angeordneten Einzeltoren E1 und E2 verbunden ist. Die
Außenleiter dieser beiden Leitungen L1, L2 liegen wieder
beidseitig an Masse M, ihr Innenleiter ist mit dem Wider
standselement Z1 bzw. mit den Einzeltoren E1, E2 verbun
den. Die Länge und der Wellenwiderstand dieser Leitungen
L1, L2 richtet sich nach dem räumlichen Abstand zwischen
den beiden Einzeltoren E1, E2, das komplexe Widerstands
element Z1 ist so dimensioniert, daß durch die Transfor
mation der Leitungen L1, L2 an den Einzeltoren E1, E2
der gewünschte komplexe Lastausgleichswiderstandswert
Z erscheint.
Fig. 2 und 3 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele
für die Anordnung eines einzigen (Fig. 2) oder von zwei
parallelgeschalteten (Fig. 3) Lastausgleichswiderständen
wiederum bei einem 2fach-Wilkinson-Koppler, bei dem
die Einzeltore E1 und E2 wieder in einem beliebigen räum
lichen Abstand voneinander angeordnet sind. Nach Fig. 2
ist am Einzeltor E1 der Außenleiter eines Koaxialkabels
L4 beliebiger Länge angeschaltet, dessen nahe dem zweiten
Einzeltor E2 endender Innenleiter I4 über einen Blind
widerstand Z3, beispielsweise einen Kondensator, mit
dem Einzeltor E2 verbunden ist. Auf der anderen Seite
des Einzeltores E1 setzt sich dieses mit dem Außenleiter
an E1 angeschaltete Koaxialkabel in einem ebenfalls
beliebig langen Leitungsstück L5 fort, dessen Innenleiter
I5 mit einem komplexen Widerstandselement Z2 verbunden
ist, das zwischen diesem Innenleiter I5 und dem Außen
leiter dieses Leitungsstückes L5 geschaltet ist und das
vorzugsweise einseitig an Masse M liegt. Im Abstand
unterhalb des Koaxialleitungsstückes L4 ist eine schema
tisch gestrichelt angedeutete Massefläche M4 vorgesehen,
die zusammen mit dem Außenleiter des Leitungsstückes
L4 eine Hochfrequenzleitung mit einem entsprechenden
Wellenwiderstand bildet. Der komplexe Widerstand Z2 wird
über das Koaxialkabel L5, L4 zum Blindwiderstand Z3
transformiert (er wirkt damit zwischen Innenleiter I4
und Außenleiter des Koaxialkabels L4) und wird dann durch
das Leitungssystem L4/M4 zum Einzeltor E1 transformiert,
so daß zwischen den Einzeltoren E1 und E2 die Reihen
schaltung dieses transformierten Widerstandselementes
Z2 und des Blindwiderstandes Z3 wirkt. Durch entsprechende
Wahl des Widerstandswertes des komplexen Widerstands
elementes Z2 kann so unter Berücksichtigung des Blindwi
derstandes Z3 sowie der Länge und des Wellenwiderstandes
des Koaxialkabels L4+L5 und des Leitungssystems L4/M4
wieder der zur Entkopplung erforderliche komplexe Last
ausgleichswiderstand Z zwischen den Einzeltoren E1 und
E2 erzeugt werden. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt
sich, wenn gemäß Fig. 3 zwei elektrisch in Reihe geschal
tete Lastausgleichswiderstände Z2 und Z2′ vorgesehen
werden, die jeweils über die gleiche Anschlußtechnik
wie in Fig. 2 mit einem zwischen den Leitungen L4 und
L4′ angeordneten Blindwiderstand Z3, beispielsweise
wiederum einen Kondensator, verbunden sind. Die beiden
komplexen Widerstände Z2 und Z2′ werden über die Lei
tungsstücke L5+L4 bzw. L5′+L4′ zum Blindwiderstand
Z3 transformiert und dann über die Leitungssysteme L4/M4
bzw. L4′/M4′ zu den Einzeltoren E1 und E2, durch ent
sprechende Wahl der Widerstände Z2 und Z2′ kann auf diese
Weise wieder der gewünschte Lastausgleichswiderstand
Z zwischen den Einzeltoren E1 und E2 realisiert werden.
Die Leitungssysteme L4, L5 bzw. L4′, L5′ können zusätzlich
zur Kompensation der Frequenzabhängigkeit der Leitungs
transformation ausgenutzt werden, indem die Massefläche
M4 unterhalb des Außenleiters der Leitung L4 über den
Anschluß des Einzeltores E1 bzw. E2 hinaus zu einer
unterhalb des Leitungsstückes L5 bzw. L5′ verlaufenden
Massefläche M5 bzw. M5′ verlängert wird und der Außen
leiter des Leitungsstückes L5 bzw. L5′ in einem vorbe
stimmten Abstand l vom zugehörigen Einzeltor E1 bzw.
E2 mit der Massefläche M5 bzw. M5′ galvanisch verbunden
wird (Kurzschluß M6 bzw. M6′). Auf diese Weise wird an
den Einzeltoren E1 bzw. E2 ein Parallelresonanzkreis
in Form einer Induktivität (Länge l des Leitungsstückes
L5 bis zum Kurzschluß M6) und einer zugehörigen Kapazität
(zwischen Außenleiter der Leitung L4 bzw. L4′ und der
darunter angeordneten Massefläche M4 bzw. M4′) erzeugt.
Die in den Figuren in Koaxialleitungstechnik dargestellten
Brückenschaltungen gemäß der Erfindung können besonders
einfach und raumsparend in Streifenleitungstechnik
aufgebaut werden, wobei eine gemischte Technik vorteilhaft
ist, indem beispielsweise die Leitungen L und die Lei
tungssysteme L4/M4 bzw. L4′/M4′ und gegebenenfalls L5/M5
bzw. L5′/M5′ in Stripline-Technik aufgebaut werden,
während die Transformationsleitungen L4, L5 bzw. L4′,
L5′ als Koaxialleitungen ausgebildet sind, die auf die
Streifenleitungen des Stripline-Systems aufgelötet werden.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Einfachheit
halber nur ein aus zwei Transformationsleitungen beste
hender Zweifach-Wilkinson-Koppler beschrieben, die Erfin
dung ist jedoch in gleicher Weise für Mehrfach-Wilkin
son-Koppler mit drei oder mehr Transformationsleitungen
und andere Brückenschaltungen der eingangs erwähnten
Art mit Lastausgleichswiderständen geeignet, wesentlich
ist, daß nach der Erfindung hierbei die Einzeltore in
beliebigem Abstand voneinander angeordnet werden können,
während die Lastausgleichswiderstandselemente über trans
formierende Leitungsstücke angeschlossen sind, die darüber
hinaus bei geeigneter Dimensionierung zu breitbandigen
Transformationseigenschaften der Brücke führen.
Claims (5)
1. Schaltung zum Aufteilen von einem Summentor (S) zuge
führter Hochfrequenzleistung auf mehrere Einzeltore
(E1, E2) bzw. zum Zusammenführen von Einzeltoren (E1,
E2) zugeführter Hochfrequenzleistung in einem Summentor
(S), mit mehreren zwischen Summentor und Einzeltoren
geschalteten Transformationsgliedern und einem zwischen
den Einzeltoren wirkenden Lastausgleichswiderstand
(Z), der so bemessen ist, daß die Einzeltore breitban
dig entkoppelt sind, dadurch gekennzeich
net, daß die Einzeltore (E1, E2) in einem belie
bigen räumlichen Abstand voneinander angeordnet und
über Leitungen (L1, L2; L4/M4, L4+L5) mit einem
komplexen Widerstandselement (Z1; Z2; Z2′) verbunden
sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zwischen den Einzeltoren
wirkende Lastausgleichswiderstand Z durch ein komplexes
Widerstandselement (Z2) gebildet ist, das am einen
Ende (I5) des Innenleiters einer Leitung (L4+L5)
angeschlossen ist, dessen anderes Innenleiterende
(I4) mit einem am einen Einzeltor (E2) angeschlossenen
Blindwiderstand (Z3) verbunden ist, wobei ein Teil
(L4) der Länge dieser Leitungs (L4+L5) eine weitere
Leitung (L4/M4) bildet, die den Verbindungspunkt des
Innenleiterendes (I4) mit dem Blindwiderstand (Z3)
mit dem anderen Einzeltor (E1) verbindet (Fig. 2).
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zwischen den Einzeltoren
wirkende Lastausgleichswiderstand (Z) durch zwei kom
plexe Widerstandselemente (Z2, Z2′) gebildet ist,
die am einen Ende (I5, I5′) des Innenleiters von Lei
tungen (L4+L5; L4′+L5′) angeschlossen sind, deren
andere Innenleiterenden (I4, I4′) mit einem Blind
widerstand (Z3) verbunden sind, wobei ein Teil (L4,
L4′) der Länge dieser Leitungen (L4+L5; L4′+L5′)
weitere Leitungen (L4/M4; L4′/M4′) bilden, die die
Verbindungspunkte der Innenleiterenden (I4, I4′) mit
dem Blindwiderstand (Z3) mit den beiden Einzeltoren
(E1, E2) verbinden (Fig. 3).
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein
Teil der mit den Einzeltoren (E1, E2) verbundenen
Leitungen (L4/M4, L5/M5) so dimensioniert ist, daß
hierdurch Kompensations-Blindwiderstände gebildet
werden.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß min
destens ein Teil der Leitungen in Streifenleitungs
technik gegenüber einer oder mehreren Massebezugs
flächen ausgebildet ist.
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