DE8816832U1 - Hybrid-Leistungsteiler, insbesondere dreitoriger Hybrid - Google Patents

Description

HYBRID-LEISTUNGSTEILER, INSBESONDERE DREITORIGER HYBRID

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Leistungsteiler nach dem Oberbegriff des ,P**efft>anSpruchs 1 .

Hybridkopplsr, auch Hybrid-Verzweigungen genannt, in
Streifenleitertechnik werden beispielsweise in Mischern, Phasenschiebern, Leistungsteilern usw. benutzt. Die
Streifenleitertechnik weist die Vorteile der einfacheren Herstellbarkeit und des geringen Raumbedarfs auf.

Bei der Anwendung von Hybridkopplern in einem Kriecher ist neben der Forderung nach möglichst niedrigen
Konversionsverlusten auch die Forderung, daß nur Leistung von Signalen aus dem Frequenzband des Eingangssignals in die Zwischenfrequenzebene umgesetzt wird, zu erfüllen.
Bei einer Umsetzung von Signalen aus anderen
Frequenzbereichen, z.B. der Spiegelfrequenz, in die
Zwischenfrequenzebene verschlechtert sich der
Störspannungsabstand des Zwirfchenfrequenzsignals.

Hybridkoppler sind meist als Viereck-Hybrid oder Ringhybrid ausgeführt. Ausführungsformen von Hybridkopplern sind im Fachbuch "Mikrowellentechnik", Band 1 von E. Pehl, erschienen im Hüthig-Verlag Heidelberg, S. 195 - 199 ausführlich beschrieben und erläutert. Für einen Viereck-Hybrid ist auf Seite 197 des Fachbuches "llikrowellentechnik", Band 1 darauf hingewiesen, daß durch Einfügen weiterer Querzweige, d.h. Kettenanordnung solcher Viereck-Hybride, eine Vergrößerung der Bandbreite möglich ist.

In Bild 4.12 des vorgenannten Fachbuchs "Mikrowellentechnik", Band 1, Seite 199 ist eine Ausführungsform für einen Hybrid-Leistungsteiler dargestellt. Der daraus bekannte dreitorige Hybrid-Leistungsteiler in Streifenleitertechnik ermöglicht eine Leistungsarfteilung zu gleichen Teilen (3-dB-Teiler; mit phasengleichen Ausgangssignalen an den beiden Ausgingen. Unter Anwendung der Reziprozität kann dieser dreitorige Hybrid-Leistungsteiler auch beim Anschluß zweier Generatoren, welche einen Verbraucher speisen, benutzt werden. Für diesen in Fig. 1 dargestellten Anwendungsfall bestehen di<" Forderungen nach einer Entkopplung der beiden Generatoren G1 und G2 und einer möglichst geringen Dämpfung der Generatorausgangssignale durch den Hybrid-Leistungsteiler.

Die rijnktioiiswei.se des in Fig. 1 dargestellten dreitorigen Hybrids wird nachstehend näher erläutert.

ianne der bsi eis &eegr; Wellenleiter LI lind T zwischen Tor 1 und Tor 3 bzw. Tor 2 und Tor 3 ist / Oa3 am Tor 1 eingespeiste Generatorsignal, welches eine Frequenz f aufweist, erscheint, ideale Leitungen angenommen, um 3 dB abgeschwächt und um 90° in der Phase verschoben an Tor 3. Das Tor 3 ist mit der Tor 2 über den Wellenleiter L2 verbunden, so daß das an Tor 1 eingespeiste Generatorsignal um 3 dB abgeschwächt und um 180° in der Phase verschoben an Tor 2 erscheint.

Tor 1 und Tor 2 sind mittels eines Ausgleichswiderstands R miteinander verbunden, welcher so dimensioniert ist, daß diü Leistungen des über den Ausgleichswiderstand R zuaefuhrten Generaforsignais und des über die beiden ^/4-langen Wellenleiter L1, L2 zugeführten Generatorsignals gleich sind. Am Tor 2 treffen somit Signale mit einem Phasenunterschied von 180° zusammen. Dadurch ergibt sich eine Auslöschung der beiden Signale am Tor 2, d.h. Tor 1 und Tor 2 sind entkoppelt. Gleiches gilt in umgekehrter Richtung bei Einspeisung eines Generatorsignals am Tor 2.

In Fig. 2 ist die Betriebsdämpfung (Entkoppeldämpfung) des in Fig. 1 darg°stellen dreitorigen Hybrids angegeben. Vollkommene Auslöschung findet nur bei der Frequenz f statt und oberhalb bzv . unterhalb dieser Frequenz f

sinkt die Entkoppeldämpfung wieder ab. In der Praxis sind damit Bandbreiten, innerhalb derer die Dämpfungswerte ausreichend sind, von etwa einer Oktave, bezogen auf die Generatorfrequenzen, erreichbar. Durch die Kettenanordnung der Viereck-Hybride kann zwar die Bandbreite des Hybrid-LeistungsteiJ ers erhöht werden, d.h. Verschiebung des Dämpfungspol'j bei der Frequenz f in Richtung größerer Dämpfungswerte, von Nachteil jedoch ist u.a. der höhere Raumbedarf.

Weiterhin ist aus der DE-PS 26 60 472 ein Kaskaden-Filtersystem bekannt, bei dem zwei Schwingungsquellen mit unterschiedlichen Frequenzen abwechselnd oder gleichzeitig auf einem gemeinsamen Verbraucher arbeiten. Die von den beiden Schwingungsquellen zum Verbraucher führenden r_ih^2Ttre.^crii^nrte^aⁿä 1 e sind inittels H^bridko^^lsr nti-teincincler gekoppelt, wobei die Hybridkoppler über Verzögerungsmittel in Kaskade geschaltet sind. Die Verzögerungsmittel weisen eine einstellbare Verzögerungseinrichtung in Form zweier über einen Richtungskoppler gleichsinnig gekoppelter Leitungsabschnitte, denen ein Kurzschlußschieber zugeordnet ist, auf. Mittels der Kybridkoppler kann im Kaskaden-Filtersystem die Anzahl der Polstellen vorgegeben werden und durch die an den Verzögerungsmitteln eingestellten Verzögerungswerte wird eine Verschiebung der Lage der Polstellen ermöglicht.

Ein solches Filtersystem erfordert einen hohen Schdltungsaufwand, das genaue Abgleichen und Zusammenfügen der Kettenglieder, insbesondere bei der Veränderung dei" witkadiaen Leitungsiänge der einstellbaren, kurzgeschlossenen Leitungsabschnitte. Außderdem ist die Bandbreite der Kettenglieder, innerhalb derer die Dämpfungswerte in brauchbaren Größenordnungen liegen relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Leistungsteiler derart auszugestalten, daß sowohl eine Vergrößerung der Bandbreite, innerhalb derer die Entkoppeldampfungswerte in brauchbaren Größenordnungen liegen, als auch eine frei wählbare Vorgabe von Lage und Anzahl der Polstellen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem yattungsgemäßen Hybrid-Leistungsteiler durch die kennzeichnenden Merkmale des -a^nspruchs " gelöst.

Der erfindungsgemäße Hybrid-Leistungsteiler weist den Vorteil auf, daß der Frequenzbereich, in dem eine Entkopplung der Tore 1 und 2 erfolgt, frei wählbar ist. Zudem ist es möglich eine Filteranordnung zu schaffen, welche bei einer Mittenfrequenz einen Durchlaßbereich und jeweils in einem bestimmten Frequenzabstand eine Anzahl von Polstellen der Dämpfung aufweist.

Die Ausführung^form nach Patentanspruch 2 weist den Vorteil auf, da., im Sperrbereich ein gleicher, periodisch sich wiederholender Dämpfungsverlauf ■f.er tntkoppeldampfung der Kettenelemente erzielt wird.

Die Dämpfungswerte im Sperrbereich liegen zwischen 30 dB und 50 dB.

Sind gemäß der Au^f rungsform nach Pat jntanspruch 3 die Wellen]· lter des Kettenelements ungleich lang, so kann auf einfache Art und Weise in einem bestimmten Teilfrequenzband des Sperrbereichs eine Verschiebung eines Dampfungspols vorgenommen werden. Dabei tritt eine Verringerung der Entkoppe¹dämpfung bei höheren Frequenzen im Teilfrequenzband auf.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren ünteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine Ausführungsform für einen bekannten dreitorigen Hybrid,

Fig. 2 den Dämpfungsverlauf für den Hybrid gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ausführungsform für einen Hybrid gemäß

Fig. 4 den Dämpfungsverlauf für den Hybrid gemäß Fig, 3.

Die in Fig. 1 dargestellte, bekannte Ausführursgsform eines dreitorigen Hybrids, sowie der in Fig. 2 dargestellte Dämpfungsverlauf sind bereits ausfuhrlich beschrieben worden. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in Fig. 3 dargestellten Hybrid-Leistungsteilers näher beschrieben und erläutert.

Der in Fig. 3 dargestellte dreitorige Hybrid weist zwei Eingangstore 1,2 und ein Ausgangstcr 3 auf. Die an die Eingangstore 1,2 angeschlossenen Generatoren G1, G2 sind über eine Kettenanordnung von Kettenelementen K1, K2, . . ., KN mit dem am Ausgangstor 3 angeschlossenen Verbraucher V verbunden. Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform weist jedes Kettenelement K1, K2, ..., KN jeweils zwei gleichlange Wellenleiter L11, L12; L21, L22; .. ; LN1, LN2 mit zwischen diesen Wellenleitern angeordneten Ausgleichswiderstand R1, R2, ..., RN auf.

Durch die Wellenleiter L11, L12 usw. werden phasenverschobene Signale erzeugt, welche durch das über den Ausgleichswiderstand, z.B. R1, geführte Signal kompensiert werden. Der Frequenzbereich, in dem die Entkopplung der Tore 1 und 2 erfolgen soll, ist durch die Anzahl der Kettenelemente K1, K2, ..., KN frei

wählbar. Durch die Dimensionierung des Leitungswellenwiderstands der Wellenleiter L11, L12 usw., den Wert der Ausgleichswiderstände R1 , R2, ..., RN ur.d der Abschlußimpedanzen an den Toren 1 bis 3 kann die Güte der Dämpfungspole bestimmt werden. Dadurch ist der Dämpfungsverlauf an Forderungen hinsichtlich Anzahl, Lage und Güte der Dämpfungspole einfach anpaßbar. Der Frequenzabstand der Dämpfungspole wird durch die Leitungslänge 1 der Wellenleiter L11, L12 usw. bestimmt. Dadurch ist es auf einfache Art und Weise möglich, in einem vorgebbaren Teilfrequenzband das Ansteigen der Entkoppeldämpfung zwischen den das Teilfrequenzband begrenzenden Polstellen zu verringern, indem weitere Kettenelemente eingefügt werden.

In Fig. 4 ist der Dämpfungsverlauf für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform eines dreitorigen Hybrids gemäß der Erfindung angegeben. Die obere Grenzfrequenz f des Sperrbereichs wird bestimmt durch die kürzeste Leitungslänge 1 der beiden Wellenleiter des Kettenelements, z.B. K1, welche bei der Grenzfrequenz f 1/4 der Wellenlänge bezogen auf die Grenzfrequenz f ist. Die untere Grenzfrequenz f₁ wird u.a. durch die Anzahl N der Kettenelemente festgelegt. Diese beträgt bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, nämlich alle Wellenleiter aller Kettenelemente sind gleichlang,

^f1 - ^fn

1 1

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Werte der Ausgleichswiderstände R1, R2, ... RN wie folgt bemessen:

R1 = R
R2 = 2R

RN = N-R

Der Wert des Widerstands R wird dabei vom Wellenwiderstand der Wellenleiter, z.B. LI1, L12, den Ab^chlußimpedanzen an den Toren 1 bis 3 und der geforderten Sperrdämpfung an den Polstellen bei den Frequenzeii f, , f₂, ... ±_n bestimmt. Bei der Frequenz f_n+-| findet keine Entkopplung zwischen den Toren 1 und 2 statt, d.h. zwischen den Frequenzen f_ und f_r+o tritt ein Durchlaßbereich auf. Die Lage der Nullstelle bei der Frequenz f_n+1 wird dabei durch die Wellenlänge 1 der Wellenleiter bestimmt.

Damit ist es möglich, eine Filteranordnung zu schaffen, welche bei einer Mittenfrequenz f_n+1 einen Durchlaßbereich und einen Sperrbereich mit n-Polstellen der Dämpfung im Frequenzabstand f₁ aufweist. Eine solche Filteranordnung läßt sich vorzugsweise als Filter bei der Frequenzvervielfachung benutzen, um die bei der Frequenz f_n+1 liegende Frequenz durchzulassen und die Polstellen so zu wählen, daß die nicht gewünschten Frequenzen unterdrückt werden.

Die Bandbreite des bei der Mittenfrequenz f ₁ liegenden Durchlaßbereichs und die Güte der Dämpfungspole wird dabei vom Wellenwiderstand der Wellenleiter, z.B. L11, L 12 usw., dem Wert der Ausgleicliswiderstände R1 , R2 usw. und den Abschlußimpedanzen an den Toren 1 bis J bestimmt. Der erfindungsgemäße Hybrid-Leistunjsteiler läßt sich auf einfache Art und Weise an einen vorgebbaren Dämpfungsverlauf anpassen, wobei die Bandbreite von Durchlaßbereich und Sperrbereich ebenso frei wählbar ist, wie die Anzahl und Lage der Polstellen im Sperrbereich. Weiterhin ist die vielfältige Einsatzmöglichkeit, z.B. in der Meßtechnik beispielsweise, zur Trennschärfemessung (Nachbarkanaldämpfung); in der Empfängercechnik bei der Frequenzumsetzung (Mischer) usw. von Vorteil.

Claims (5)

HiTBRID-LEISTUNGSTEILER, INSBESONDERE DREITORIGER HYBRID JLäXfcNTANSPRUCHE

1. Hybrid Leistungsteiler, insbesondere dreitoriger Hybrid, mit zwei Eingangstoren (1,2) und einem Ausgangstor (3), bei dem zwei, jeweils am ^ringangstor (1,2) angeschlossene Generatoren (G1, G2) über jeweils einen Wellenleiter (L1, L2) der Länge #/4 mit einem am Ausgangstor (3) angeschlossenen Verbraucher (V) verbunden sind urd bei dem zwischen den beiden Eingangstoren (1,2) ein Ausgleichswiderstand (R) angeordnet ist, wodurch das über die beiden Wellenleiter (L1, L2) jeweils zum anderen Einganastor (1,2) geführte Generatorsignal, infolge eines Phasenunterschiedes von 180°, von dsm übsr den Ausgleichswiderstand (R) zug iführten Generatorsignal kompensiert wird, dadurch

gekennzeichnet, daß die beiden Generatoren (G1, G2) über eine Kettenanordnung von Kettenelementen (K1, K2, ..., KN) mit dem Verbraucher (V) verbunden sind, wobe^ jedes Kettenelement (K1, K2, ..., KN) aus zwei gleichlangen Wellenleitern (LII, L12; L21, L22; ...; LN1, LN2) mit zwischen diesen angeordnetem Ausgleichswiderstand (R1, R2, .., RN) besteht.

2. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter (L11, L12; L21, L22; ...; LN1, LN2) aller Kettenelemente (Ki,K2, ..., KN) yleichlctny sind.

3. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d±e beiden Wellenleitern (z.B. L11, L12) mindestens eines Kettenelemente (z.B. K1) ungleich lang zu den beiden Wellenleitern der anderen Kettenelemente (z.B. K2, . . . ,KN) sind.

4. Hybrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Ausgleichswiderstände (R1, R2, ..., RN) wie folgt bemessen sind:

R1 = R
R2 = 2R
R3 = 3R

RN = N^-R,
wobei N die Anzahl der Kettenelemente ist.

5. Hybrid nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstands R und der Abschlußimpedanzen Z. (Generatorinnenwiderstand bzw. Innenwiderstand des Verbrauchers) an den beiden Eingangstoren (1,2) und am Ausgangstor (3) gleich dem Wellenwiderstand Z_T der

Jj

Wellenleiter (L11. L12: L21. L22: ...: LN1 ,. LN2) gewählt werden.