EP0114958A1 - Microwave hybrid ring coupling device - Google Patents
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- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
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- H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
- H01P5/22—Hybrid ring junctions
- H01P5/222—180° rat race hybrid rings
Definitions
- the invention relates to a microwave ring hybrid according to the preamble of claim 1.
- a microwave ring hybrid is known, for example, from Siemens magazine 48 (1974), supplement “News transmission technology", page 162, Figure 8.
- connection arms are galvanically coupled, so that additional networks for galvanically decoupling the connection arms, such as chip capacitors or finger couplers, for example, must be additionally provided when using the ring hybrid for parallel connection of two amplifier modules. These additional components can disturb the symmetry and adaptation of the ring hybrid and thus cause reflections and losses.
- the object of the invention is therefore to design the microwave ring hybrid according to the preamble of claim 1 so that all connecting arms galvanically ent from each other are coupled without the use of additional components. This object is achieved by the characterizing feature of patent claim 1.
- the connecting arms of the ring hybrid are designated by the reference numerals 1, 2, 3 and 4. They are located on the top of the dielectric carrier substrate 5 and are designed as microstrip lines.
- the ring 6 of the ring hybrid consists of a closed slot line on the underside of the carrier substrate 5.
- the connecting arms 1, 2, 3 and 4 cross the ring 6 vertically in the coupling area.
- connection arms 1, 2, 3 and 4 are distributed over the circumference of the ring 6, which has a circumference of 3/2 X as in a conventional 180 ° ring hybrid; ie the distance between two connecting arms - 1 and 3 - on the circumference of the ring 6 is 3/4 X and the other connecting arms - 2 and 4 - are each at a distance of ⁇ / 4 on the circumference of the ring 6 from adjacent connecting arms.
- the one line ends of the connection arms 1, 2 and 3 protrude a ⁇ / 4 piece into the ring area and thus ensure a suitable transformation in the coupling area of the slot line and the microstrip line.
- connection arm 4 which is preferably connected to an absorber, can be designed in various ways. Either both ends of the line on either side of the ring crossover can protrude into the ring area by one ⁇ / 4 line section or project outwards, or, as shown in FIG. 1, a line end can be extended by an X / 4 section from Ring area protrude outwards, whereas the other end of the line through a rivet 9 with the conductive layer 7, cf. Fig. 2, on the underside of the carrier substrates 5 is connected and thus forms an absorber. To compensate for series inductances of the absorber, the connection arm 4 is connected to a parallel capacitance 10 in microstrip technology on the side projecting into the ring area.
- Fig. 2 the ring hybrid is shown in section.
- the slot line 6 is embedded in the conductive layer 7.
- the wave resistance of the microstrip line is preferably chosen to be 50 Q. For the slot line, this results in a wave resistance of 71 ⁇ .
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment for a 90 ° ring hybrid.
- the connecting arms 1, 2, 3 and 4 are distributed on the circumference of the ring 6, which is designed in slot line technology, at a distance of ⁇ / 4.
- the connecting arms cross the ring 6 again vertically.
- the connecting arms 1, 2 and 3 also project into the ring area by one ⁇ / 4 piece each.
- the wave impedance of the strip lines 1, 2, 3 and 4 is Z 0 , for example 50 Q.
- the ring 6 using slot line technology on the underside of the carrier substrate 5 has slot lines with different widths.
- the width b1 of the slot line is selected so that it has a characteristic impedance of 0 / ⁇ 2, for example 35Q.
- the width b2 is chosen so that it has a characteristic impedance of Z o , for example 50 Q.
- tuning elements can be attached in the area of the intersections.
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Abstract
Ein Mikrowellenringhybrid auf einem dielektrischen Trägersubstrat (5) weist Anschlußarme (1, 2, 3, 4) in Microstrip-Technik auf. Der Ring (6) des Hybrids besteht aus einer Schlitzleitung, die in eine leitfähige Schicht auf der den Anschlußarmen (1, 2, 3, 4) abgewandten Seite des Trägersubstrates (5) eingelassen ist.A microwave ring hybrid on a dielectric carrier substrate (5) has connecting arms (1, 2, 3, 4) using microstrip technology. The ring (6) of the hybrid consists of a slot line which is embedded in a conductive layer on the side of the carrier substrate (5) facing away from the connecting arms (1, 2, 3, 4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenringhybrid gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solches Ringhybrid ist beispielsweise bekannt aus Siemens-Zeitschrift 48 (1974) Beiheft "Nachrichten-übertragungstechnik", Seite 162, Bild 8.The invention relates to a microwave ring hybrid according to the preamble of claim 1. Such a ring hybrid is known, for example, from Siemens magazine 48 (1974), supplement "News transmission technology", page 162, Figure 8.
Dieses Ringhybrid ist komplett in Microstrip-Technik auf einer Seite eines Keramiksubstrates ausgeführt. Die Anschlußarme sind galvanisch gekoppelt, sodaß beispielsweise bei Verwendung des Ringhybrids zur Parallelschaltung zweier Verstärkermodule zusätzliche Netzwerke zur galvanischen Entkopplung der Anschlußarme, wie etwa Chip-Kondensatoren oder Fingerkoppler, zusätzlich vorgesehen sein müssen. Diese zusätzlichen Bauelemente können die Symmetrie und Anpassung des Ringhybrids stören und damit Reflexionen und Verluste hervorrufen.This ring hybrid is completely microstriped on one side of a ceramic substrate. The connection arms are galvanically coupled, so that additional networks for galvanically decoupling the connection arms, such as chip capacitors or finger couplers, for example, must be additionally provided when using the ring hybrid for parallel connection of two amplifier modules. These additional components can disturb the symmetry and adaptation of the ring hybrid and thus cause reflections and losses.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Mikrowellenringhybrid gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszubilden, daß alle Anschlußarme galvanisch voneinander entkoppelt sind ohne Verwendung zusätzlicher Bauelemente. Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.The object of the invention is therefore to design the microwave ring hybrid according to the preamble of claim 1 so that all connecting arms galvanically ent from each other are coupled without the use of additional components. This object is achieved by the characterizing feature of patent claim 1.
Kopplungen zwischen Schlitzleitungen und Microstrip-Leitungen sind an sich bekannt, beispielsweise aus DE - 0δ 26 07634. Dieser Veröffentlichung ist aber keine Anregung zu entnehmen, wie ein Mikrowellenringhybrid bei galvanischer Entkopplung aller Anschlußarme ohne Zusatzmaßnahmen realisiert werden könnte.Couplings between slot lines and microstrip lines are known per se, for example from DE - 0δ 26 07634. However, this publication does not give any suggestion as to how a microwave ring hybrid could be implemented without additional measures with galvanic decoupling of all connecting arms.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aufgezeigt.Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims.
Erhebliche Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß sich trotz der galvanischen Entkopplung aller Anschlußarme sämtliche Ein- und Ausgänge des Ringhybrids auf einer Seite des Trägersubstrates befinden. Dadurch können die mit dem Ringhybrid zu verbindenden Baugruppen alle auf einer Seite des Trägersubstrates angeordnet werden. Die Schlitzleitung, die wegen ihres ungünstigen Abstrahlverhaltens nicht mit einstrahlungsempfindlichen Baugruppen gekoppelt sein darf, befindet sich auf der diesen Baugruppen abgewandten Trägersubstratseite und stört somit kaum. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Trägersubstratseite auf der sich die Schlitzleitung befindet, bis auf die "Störstelle - Schlitzleitung" eine geschlossene leitfähige Schicht trägt und so Abstrahlungen der mit dem Ringhybrid verbundenen Baugruppen in Richtung Trägersubstrat abschirmt. Benachbarte Mikrowellenbauteile können daher, ohne wesentlichen Störstrahlungen ausgesetzt zu sein, in die Nähe dieser leitfähigen Schicht gebracht werden. Die Packungsdichte von Mikrowellenschaltungen kann somit wesentlich erhöht werden.Significant advantages of the invention can be seen in particular in that, despite the galvanic decoupling of all connecting arms, all the inputs and outputs of the ring hybrid are located on one side of the carrier substrate. As a result, the assemblies to be connected to the ring hybrid can all be arranged on one side of the carrier substrate. The slot line, which must not be coupled to radiation-sensitive assemblies because of its unfavorable radiation behavior, is located on the carrier substrate side facing away from these assemblies and therefore hardly interferes with it. Another advantage can be seen in the fact that the carrier substrate side on which the slot line is located carries a closed conductive layer except for the "fault location - slot line" and thus shields radiation from the modules connected to the ring hybrid in the direction of the carrier substrate. Adjacent microwave components can therefore be brought into the vicinity of this conductive layer without being exposed to significant interference radiation. The packing density of microwave circuits can thus be increased significantly.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen
- Fig. 1 eine Aufsicht auf ein 1800 - Ringhybrid nach der Erfindung,
- Fig. 2 eine Schnittzeichnung hierzu und
- Fig. 3 ein 90° - Ringhybrid.
- 1 is a plan view of a 180 0 - ring hybrid according to the invention,
- Fig. 2 is a sectional drawing of this and
- 3 shows a 90 ° ring hybrid.
In Fig. 1 sind die Anschlußarme des Ringhybrids mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 bezeichnet. Sie befinden sich auf der Oberseite des aielektrischen Trägersubstrates 5 und sind als Microstrip-Leitungen ausgeführt. Der Ring 6 des Ringhybrids besteht aus einer geschlossenen Schlitzleitung auf der Unterseite des Trägersubstrates 5. Die Anschlußarme 1, 2, 3 und 4 kreuzen den Ring 6 im Koppelbereich senkrecht. Die Anschlußarme 1, 2, 3 und 4 sind auf dem Umfang des Ringes 6, der insgesamt einen Umfang von 3/2 X aufweist, wie bei einem herkömmlichen 180° - Ringhybrid verteilt; d.h. der Abstand zweier Anschlußarme - 1 und 3 - auf dem Umfang des Ringes 6 beträgt 3/4 X und die weiteren Anschlußarme - 2 und 4 - haben jeweils einen Abstand von λ/4 auf dem Umfang des Ringes 6 zu benachbarten Anschlußarmen. Die einen Leitungsenden der Anschlußarme 1, 2 und 3 ragen um ein λ/4 - Stück in den Ringbereich hinein und sorgen damit für eine geeignete Transformation im Koppelbereich von Schlitzleitung und Microstrip-Leitung. Die Leitungslängen λ/4, 3/ 4λ, 3/2 λ können jeweils mit einem Faktor n (n = 1, 2, 3, ...) multipliziert sein. Die Ausgestaltung des vorzugsweise mit einem Absorber beschalteten Anschlußarmes 4 kann auf verschiedene Weise geschehen. Entweder können beide Leitungsenden diesseits und jenseits der Ringüberkreuzung um jeweils ein λ/4 - Leitungsstück in den Ringbereich hinein- bzw. von diesem nach außen wegragen oder es kann, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Leitungsende um ein X/4 -Stück vom Ringbereich nach außen ragen, wohingegen das andere Leitungsende durch einen Niet 9 mit der leitfähigen Schicht 7, vgl. Fig. 2, auf der Unterseite des Trägersubstrates 5 verbunden ist und somit einen Absorber bildet. Zur Kompensation von Serieninduktivitäten des Absorbers ist der Anschlußarm 4 auf der in den Ringbereich ragenden Seite mit einer Parallelkapazität 10 in Microstrip-Technik beschaltet.In Fig. 1, the connecting arms of the ring hybrid are designated by the
In Fig. 2 ist das Ringhybrid im Schnitt dargestellt. Die Schlitzleitung 6 ist in die leitfähige Schicht 7 eingebettet. Die Breite b des ringfömrigen Schlitzes weist zur Breite a der Microstrip-Leitung das bei 180 - Ringhybriden bekannte Verhältnis von: a:b = √2:1 auf.In Fig. 2 the ring hybrid is shown in section. The
Ein Ringhybrid nach Fig. 1, das für eine Mittenfrequenz von 6 GHz konzipiert wurde, erreichte eine relative Bandbreite von 15%. Den Wellenwiderstand der Microstrip-Leitung wählt man vorzugsweise zu 50 Q. Für die Schlitzleitung resultiert daraus ein Wellenwiderstand von 71 Ω.1, which was designed for a center frequency of 6 GHz, achieved a relative bandwidth of 15%. The wave resistance of the microstrip line is preferably chosen to be 50 Q. For the slot line, this results in a wave resistance of 71 Ω.
Im bisherigen Ausführungsbeispiel wurde nur ein 180 - Ringhybrid dargestellt. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein 90° - Ringhybrid. Die Anschlußarme 1, 2, 3 und 4 sind auf dem Umfang des in Schlitzleitungstechnik ausgeführten Ringes 6 jeweils im Abstand von λ/4 verteilt. Die Anschlußarme kreuzen den Ring 6 wieder senkrecht. Auch ragen die Anschlußarme 1, 2 und 3 um jeweils ein λ/4-Stück in den Ringbereich hinein. Der Wellenwiderstand der Streifenleitungen 1, 2, 3 und 4 sei Z0, beispielsweise 50 Q. Der Ring 6 in Schlitzleitungstechnik auf der Unterseite des Trägersubstrates 5 weist Schlitzleitungen mit verschiedenen Breiten auf. Zwischen den überkreuzungen der Anschlußarme 1 und 2 sowie 3 und 4 ist die Breite b1 der Schlitzleitung so gewählt, daß sie einen Wellenwiderstand von 0/√2 aufweist, beispielsweise 35Q . Zwischen den Anschlußarmen 2 und 4 sowie 1 und 3 ist die Breite b2 so gewählt, daß sie einen Wellenwiderstand von Zo, also beispielsweise 50 Q aufweist. Im Bereich der Kreuzungen können wie zuvor Abstimmelemente angebracht sein.In the previous embodiment, only a 180-ring hybrid was shown. 3 shows an exemplary embodiment for a 90 ° ring hybrid. The connecting
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