EP0008707A2

EP0008707A2 - Richtungskoppler

Info

Publication number: EP0008707A2
Application number: EP79102943A
Authority: EP
Inventors: Franz Beyer; Peter Schucht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1980-03-19
Also published as: EP0008707A3; DE2838317C2; DE2838317A1; US4288760A

Abstract

Die Erfindung bezieht such auf einen für einen Gehäuse-einbau verwendbaren, in Streifenleitungstechnik ausgeführten Richtungskoppler, der aus zwei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen einer dielektrischen Trägerplatte (1) angebrachten, miteinander verkoppelten Übertragungsleitungen besteht, von denen die eine als Microstripleitung ausgebildet ist. Es soll ein Richtungskoppler geschaffen werden, der hohe Richtschärfe bei hoher Koppeldämpfung, große Spannungsfestigkeit und Unempfindlichkeit dieser Eigenschaften vom Gehäuse-einbau aufweist. Die Erfindung sieht hierzu eine Ausführung der zweiten Übertragungsleitung als Koplanar-Leitung vor, die einen Streifenleiter (5) aufweist, der auf der Masseseite der Microstripleitung in einem von der Masseleiterfläche (3) freien Bereich (4) eingefügt und im wesentlichen parallel sowie etwa gegenüberliegend zum Streifenleiter (2) der Microstripleitung geführt ist. Ein erfindungsgemäßer Richtungskoppler läßt sich stets dann verwenden, wenn die Forderung nach einem Richtungskoppler mit höherer Koppeldämpfung besteht, z.B. bei der VSWR-Überwachung in Sekundärradargeräten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen für einen Gehäuse- einbau verwendbaren, in Streifenleitungstechnik ausgeführten Richtungskoppler, bestehend aus zwei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen einer dielektrischen Trägerplatte angebrachten, miteinander verkoppelten übertragungsleitungen, deren Enden die. Ankopplungspunkte bilden und von denen eine als Microstripleitung mit einem Strei^fenleiter auf der einen Oberfläche der dielektrischen Trägerplatte und einer Masseleiterfläche auf der gegenüberliegenden Oberfläche dieser Trägerplatte ausgebildet ist.
Es sind in Streifenleitungstechnik ausgeführte Richtungskoppler bekannt, die aus zwei auf einer Oberfläche eines dielektrischen Trägers angebrachten, über einen bestimmten Abstand parallel zueinander verlaufenden Streifenleitern bestehen, welche zusammen mit der Masserückseite der dielektrischen Trägerplatte zwei Microstripleitungen ergeben. Zwischen diesen beiden Microstripleitungen besteht eine elektrische und eine magnetische Kopplung. Eine solche Richtungskoppleranordnung in Microstriptechnik, wie sie z.B. aus dem Aufsatz von Bryant, Weiß in IEEE Trans MTT-16, S. 1021 - 1027 (Dez. 1968) bekannt ist, zeigt jedoch insbesondere bei hohen Koppeldämpfungen eine schlechte Richtschärfe.
Zur Verbesserung der Richtschärfe, d.h. für eine bessere Angleichung der Geschwindigkeit der Gleich- und Gegentwelle, sind mehrere Lösungen bekannt. Nach dem Aufsatz von H.J. Herzog in Electron. Letters vol.14.S50, Nr. 3, Feb. 2nd, 1978 werden alle vier Ankopplungspunkte des Microstrip-Richtungskopplers durch Parallelkapazitäten belastet. Bei einer im Aufsatz von G. Schaller im AEÜ (26) E.. 11, 1972, S.508 - 509 dargestellten Ausführungsmöglichkeit eines Microstrip-Richtungskopplers besteht eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden verkoppelten Leitungen an deren Ausgärgen. Die Ausbildung der Koppelstrecke als Staffelung von Richtungskopplern mit verschiedenen Koppeldänpfungen und von verschiedenen Längen ist aus dem Aufsatz von S. Rehnmark, IEEE Trans MTT-25, S. 1116-1121 (Dez. 1977) bekannt. Eine sägezahnförmige Anordnung der Koppelstrecke ist aus dem Beitrag von A. Podell, 1970 G-MTT, Int. Microwave Symposium Digest bekannt. Im Aufsatz von B. Sheleg, B.E. Spielman in IEEE Trans MTT-22, S. 1216-1220 (Dez. 1974) ist das Aufbringen von Overlays auf die Koppelstrecke beschrieben. Die Verwendung von speziellem anisotropem Substratmaterial ist aus dem Aufsatz von N.G. Alexopoulos, C.M. Krowne in der Zeitschrift IEEE Trans MTT-26, S. 387-393 (Juni 1978) bekannt. Die Anordnung eines Schlitzes auf der Masseseite zweier gekoppelter Microstripleitungen ist aus dem Aufsatz von M. Aikawa in Trans. of the IECE of Japan, Vol. E 60, No. 4, S. 206-207 (Apr. 1977) bekannt.
Bei allen diesen bekannten Richtungskoppleranordnungen in Microstriptechnik werden die Forderungen nach einer hohen Spannungsfestigkeit, einer hohen Koppeldämpfung und gleichzeitig nach Unabhängigkeit der Richtschärfe von verschiedenen Gehäuseabmessungen nicht befriedigend erfüllt.
Aus der DE-AS 21 02 554 ist ein in Streifenleitungstechnik ausgeführter Richtungskoppler bekannt, dessen eine Übertragungsleitung als Microstripleitung und dessen andere Übertragungsleitung als Schlitzleitung ausgebildet ist. Diese Schlitzleitung ist durch einen die Masseleiterfläche der Microstripleitung auftrennenden schmalen Spalt gebildet, der dem Streifenleiter der Microstripleitung gegenüberliegend derart angeordnet ist, daß die Längsradien des Streifenleiters und des Spaltes einen von Null verschiedenen kleinen Kreuzungswinkel einschließen. Bei dieser Ausführung ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Serienschaltung von Bauelementen und beim Übergang auf eine Microstripleitung. Außerdem entsteht bei einer solchen Schlitzleitungsausführung eines Richtungskopplers ein erhebliches Streufeld. Eine Übertragung bis zur Frequenz Null ist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Richtungskoppleranordnung in Planartechnik zu schaffen die eine hohe Richtschärfe bei einer hohen Koppeldämpfung, eine große Spannungsfestigkeit und darüber hinaus. eine weitgehende Unempfindlichkeit dieser Eigenschaften vom Gehäuseeineinbau aufweist, wobei auch die zusätzlichen Nachteile der aus der deutschen Auslegeschrift 21 02 554 bekannten Richtungskoppleranordnung vermieden sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung, die sich auf einen Richtungskoppler der eingangs genannten Art bezieht, dadurch gelöst, daß die andere Übertragungsleitung als Koplanar-Leitung ausgeführt ist, die einen Streifenleiter aufweist, der auf der Masseseite der Microstripleitung in einem von der Masseleiterfläche freien Bereich eingefügt und im wesentlichen parallel und etwa gegenüberliegend zum Strei^fenleiter der Micro-stripleitung geführt ist.
Die Anordnung nach der Erfindung bringt bei hohen Koppeldämpfungen eine sehr geringe Abhängigkeit der Richtschärfe vom Gehäuse. Sie ist gut reproduzierbar. Die Koplanar-Leitung gestattet im Gegensatz zur Schlitzleitung nach der DE-AS 21 02 554 eine leichte Serienschaltung von Bauelementen und einen besseren Übergang auf eine Microstripleitung. Die Koplanar-Leitung hat auch ein geringeres Streufeld als die Schlitzleitung und ermöglicht im Gegensatz zu dieser die Übertragung bis zur Frequerz Null.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in sechs Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Richtungskopplers nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Dranisicht auf den Richtungskoppler nach Fig. 1,
Fig. 3 die Draufsicht auf einen Richtungskoppler nach der Erfindung, jedoch mit Mäandrierung der Koppelleitung,
Fig. 4 die Querschnittsdarstellung eines Richtungskopplers nach der Erfindung in Triplate-Technik,
Fig. 5 die Querschnittsansicht einer Anordnung mit zwei voneinander unabhängigen Richtungskopplern nach der Erfindung,
Fig. 6 die Querschnittsansicht einer Anordnung eines Dreifach-Richtungskopplers nach der Erfindung in Triplate-Technik.

Fig. 1 und 2 zeigen in einer Querschnittsdarstellung I-I in Fig. 2) bzw. in einer Draufsicht die Gestaltung eines einfachen Richtungskopplers in Streifenleitungstechnik nach der Erfindung.. Auf einer aus dielektrischem Material bestehenden Trägerplatte 1 ist auf der einen Oberfläche ein Streifenleiter 2 und auf der anderen Oberfläche eine Masseleiterfläche 3 angebracht. Der Streifenleiter 2 und die Masseleiterfläche 3 bilden zusammen eine Microstripleitung. Etwa parallel.zum Streifenleiter 2 und ungefähr diesem gegenüberliegend ist aus der Masseleiterfläche 3 ein Bereich 4 ausgenommen, in welchem ein weiterer Streifenleiter 5 geführt ist, der zusammen mit der Masseleiterfläche 3 eine Koplanar-Leitung bildet. Der freie Bereich 4 ist an einer Stelle mittels einer Massebrücke 6 überbrückt. Eine Welle, die entlang des zur Microstripleitung gehörenden Streifenleiters 2 von einem Ankopplungspunkt 7 zum anderen Ankopplungspunkt 8 läuft, koppelt in die Koplanar-Leitung mit dem Streifenleiter 5, welcher in die Masseleiterfläche 3 der Microstripleitung eingefügt und mit einem Abschlußwiderstand 9 am Ankopplungspunkt 10 abgeschlossen ist. Die ausgekoppelte Welle steht an einem Ankopplungspunkt 11 des Streifenleiters 5 der Koplanar-Leitung zur Verfügung.
Eine Variation mit einer Mäandrierung der koplanaren Koppelleitung zeigt Fig. 3. Im übrigen stimmt die Richtungskoppleranordnung nach Fig. 3 mit derjenigen nach den Figuren 1 und 2 überein, so daß die Bezugszeichen übernommen sind. Es ist genauso gut eine Mäandrierung der Microstripleitung, d.h. des Streifenleiters 2 möglich.
Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei wird als Hauptleitung eine Triplate-Leitungsstruktur verwendet. Die gekoppelte Koplanar-Leitung mit ihrem Streifenleiter 12 ist leicht zugänglich auf einer der Außenoberflächen der Triplateleitung angeordnet. Der Streifenleiter 13 der Triplateleitung ist hierbei zwischen den beiden Masseleiterflächen 14 und 15 der beiden zusammengefügten dielektrischen Trägerplatten 16a und 16b geführt. Die Koplanar-Leitung läßt sich auch hierbei genauso wie der Streifenleiter 13 der Triplate- leitung mäandriert oder sägezahnförmig führen.
Breitbandige Richtungskoppler können dadurch gebildet werden, daß man abschnittsweise Koppler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit verschiedenen Koppeldämpfungen und verschiedenen Koppellängen nach Art einer Kaskadeschaltung aneinandersetzt.
Fig. 5 zeigt in einer Querschnittsansicht eine auf einer dielektrischen Trägerplatte 16 angebrachte Richtungskoppleranordnung zur Kopplung von einer Microstrip- leitung, bestehend aus einem Streifenleiter 17 und der Masseleiterfläche 18, auf zwei voneinander unabhängige Koplanar-Leitungen, deren Streifenleiter 19 und 20 in zwei freien Bereichen der Masseleiterfläche 18 liegen.
Die gleichzeitige Verkopplung einer Triplateleitung, bestehend aus einem Streifenleiter 21 und den Masseleiterflächen 22 und 23, auf drei voneinander weitgehend unabhängige Koplanar-Leitungen, deren Streifenleiter 24; 25 und 26 in freien Bereichen der Masseleiterflächen 23 bzw. 22 liegen, ermöglicht die Richtungskoppleranordnung nach Fig. 6 mit den beiden zusammengefügten dielektrischen Trägerplatten 26a und 26b. Hierbei sind auf der einen Oberfläche der Triplate-Anordnung zwei Koplanar-Leitungen untergebracht, wogegen auf der anderen Oberfläche nur eine einzige Koplanar-Leitung eingefügt ist.

Claims

1. Für einen Gehäuseeinbau verwendbarer, in Streifenleitungstechnik ausgeführter Richtungskoppler, bestehend aus zwei auf einander gegenüberliegenden Oberflächen einer dielektrischen Trägerplatte angebrachten, miteinander verkoppelten Übertragungsleitungen, deren Enden die Ankopplungspunkte bilden und von denen eine als Hicrostripleitung mit einem Streifenleiter auf der einen Oberfläche der dielektrischen Trägerplatte und einer Masseleiterfläche auf der gegenüberliegenden Oberfläche dieser Trägerplatte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Übertragungsleitung als Koplanar-Leitung ausgeführt ist, die einen Streifenleiter (5) aufweist, der auf der Masseseite der Microstripleitung in einem von der Masseleiterfläche (3) freien Bereich (4) eingefügt und im wesentlichen parallel und etwa gegenüberliegend zum Strei- fenleiter (2) der Microstripleitang geführt ist.

2. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Masseleiterfläche (3) freie Bereich (4) mittels einer Massebrücke (6) elektrisch überbrückt ist.

3. Richtungskoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Koplanar-Leitung sägezahn- oder mäanderförmig geführt ist (Fig. 3).

4. Richtungskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifenleiter der Microstripleitung sägezahn-oder mäanderförmig geführt ist.

5. Richtungskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung in Triplate-Teehnik, wobei die mit der Koplanar-Leitung versehene Oberfläche eine Außenoberfläche bildet. (Fig. 4)

6. Richtungskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß abschnittsweise Koppler mit verschiedenen Koppeldämpfungen und verschiedenen Koppellängen in einer sogenannten Kaskadenschaltung aneinandergesetzt sind.

7. Richtmigskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere mit einer Microstrip-Leitung oder mit einer Triplate-Leitung verkoppelte Koplanar-Leitungen vorgesehen sind (Fig. 5 bzw. Fig. 6).