EP1224708A1 - Koppler für elektromagnetische wellen - Google Patents

Koppler für elektromagnetische wellen

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EP1224708A1
EP1224708A1 EP00964275A EP00964275A EP1224708A1 EP 1224708 A1 EP1224708 A1 EP 1224708A1 EP 00964275 A EP00964275 A EP 00964275A EP 00964275 A EP00964275 A EP 00964275A EP 1224708 A1 EP1224708 A1 EP 1224708A1
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EP
European Patent Office
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coupling
branches
path
coupler
longitudinal
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EP00964275A
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EP1224708B1 (de
Inventor
Wulu Chang
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Airbus DS GmbH
Original Assignee
Astrium GmbH
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Publication date
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Publication of EP1224708A1 publication Critical patent/EP1224708A1/de
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Publication of EP1224708B1 publication Critical patent/EP1224708B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/183—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers at least one of the guides being a coaxial line

Definitions

  • Couplers for electromagnetic waves are Couplers for electromagnetic waves
  • the present invention relates to a coupler for electromagnetic waves, which has a coupling-in path and three coupling-out paths which are connected to one another by coupling branches.
  • a first decoupling path is through a first longitudinal branch with the
  • a coupling-in path is connected and a second coupling-out path is connected by a second longitudinal branch to a third coupling-out path, the first longitudinal branch in turn being connected to the second longitudinal branch by transverse branches.
  • the couplers can either have inner conductors, which form the longitudinal and transverse branches, and outer conductors surrounding the inner conductors. Such couplers will be referred to in the following simply as coaxial couplers. However, the couplers can also be designed as waveguide couplers which essentially have only outer conductors, but in particular no continuous inner conductor structures connected to one another.
  • the wave resistance behaves correspondingly in the coaxial couplers described above.
  • the wave resistance is therefore inversely proportional to the diameter of the inner conductor. With a constant diameter of the outer conductor, narrow inner conductors have a high-resistance and wide inner conductors have a low-resistance effect.
  • the couplers described in the cited prior art are in particular designed such that three groups of transverse branches are arranged between two longitudinal branches, each group of transverse branches comprising one or more individual transverse branches.
  • the group of shunt branches closest to the coupling path is designed as a high-resistance group, i.e. it comprises either a single, high-resistance cross branch or several, likewise high-resistance cross branches, which work together in such a way that the whole group again acts as a high-resistance coupling path between the longitudinal branches. For example, in W.
  • Figure 3 shows a coaxial coupler with an inner conductor that has a narrow transverse branch with a high-impedance effect which is closest to the coupling path.
  • Figure 7 shows a waveguide coupler, in which two narrow waveguide paths as cross branches form a high-resistance group and are closest to the coupling path.
  • GB 2 218 853 describes a microwave coupler for strip lines in which, for example, five identical conductors are connected capacitively as strip lines acting as longitudinal branches, and corresponding capacitive cross branches are thus formed between the strip lines.
  • DE 197 16 290 discloses a waveguide directional coupler in which a coupling space is provided between the coupling and decoupling paths, which has a stepped extension and in which coupling diaphragms are provided between the coupling space and the waveguides of the coupling and decoupling paths.
  • the object of the present invention is therefore to provide a compact coupler for electromagnetic waves which allows a higher directional coupling, in particular in the range between -1.5 dB and 0 dB.
  • Claim 1 comprises a directional coupler for electromagnetic waves with outer conductors and inner conductors, as defined above as a coaxial coupler.
  • the inner conductors form longitudinal branches and transverse branches within the outer conductors.
  • the coupler has a coupling-in path and three coupling-out paths which are connected to one another by coupling branches.
  • a first coupling-out path is connected to the coupling-in path by a first longitudinal branch
  • a second coupling-out path is connected to a third coupling-out path by a second longitudinal branch.
  • the first longitudinal branch is connected to the second longitudinal branch by transverse branches.
  • the transverse branches are divided into at least five successive groups of transverse branches from at least one transverse branch, which alternate as first groups with a smaller width of the inner conductor and second groups with a greater width than the first groups of the inner conductor are trained.
  • the group closest to the coupling path is designed as the first group with a smaller width of the inner conductor.
  • Another object of the invention is a directional coupler for electromagnetic waves according to claim 2 with a coupling-in path and three coupling-out paths which are connected to one another by coupling branches, a first coupling-out path being connected to the coupling-in path by a first longitudinal branch and a second coupling-out path by a second longitudinal branch a third coupling-out path is connected, and the first longitudinal branch is connected to the second longitudinal branch is connected by transverse branches.
  • the transverse branches, through which the longitudinal branches of the coupler are connected are divided into at least five successive groups of transverse branches, each consisting of at least one transverse branch, starting from the coupling path. These groups are alternately designed as high-resistance groups and low-resistance groups, the group closest to the coupling path being designed as a high-resistance group.
  • a directional coupler according to the invention as claimed in claim 1 or 2 thus offers an improved, namely higher coupling effect which can be achieved by an advantageous improvement of directional coupler structures known from the prior art, a space-saving arrangement being made possible in addition to the improved effect.
  • Such an arrangement according to the invention is used in particular when the second coupling-out path does not form the geometric extension of the coupling-in path and is not directly adjacent to the coupling-in path, but is arranged opposite one another.
  • the first and third decoupling paths are arranged directly adjacent to the coupling path.
  • the invention can thus be used in particular as an intersection of lines.
  • the transverse branches have a different width from one another.
  • the low-resistance cross branches have a larger width than the high-resistance ones.
  • the strength of the coupling of the directional coupler can be influenced and optimized by a suitable choice and variation of the width of the transverse branches.
  • the strength of the coupling can also be varied via the geometry of the longitudinal branches and the number, the distance and the geometry of the transverse branches. It can thus be designed such that, starting from the coupling-in path, coupling takes place predominantly in the direction of the second coupling-out path.
  • the number of coupling branches can be increased in order to achieve a stronger coupling in the direction of the second coupling path (coupling gate). without at the same time unnecessarily worsening the input adaptation of the directional coupler.
  • the third decoupling path acts as an isolation gate, ie practically no power should be decoupled there.
  • the cross-sectional area of the longitudinal branches varies in the longitudinal direction.
  • the longitudinal branches do not have a constant width, but the width changes in the longitudinal direction of the longitudinal branches, e.g. in the form of steps.
  • the length of the transverse branches is chosen to be the same, in particular, for all transverse branches.
  • the distance between the individual transverse branches can also be varied, the distance between two of the branches also being able to approach zero, i.e. that these branches are brought together to form a single transverse branch in the borderline case.
  • the cross-sectional area can also vary in the longitudinal direction of the transverse branch in the course of individual transverse branches.
  • the cross branch can also change widths, e.g. in step form, which gives a further degree of freedom to vary and optimize the strength of the coupling and the quality of the adaptation or isolation.
  • the individual coupling branches are preferably arranged in one plane and in this plane have in particular symmetry with respect to at least one axis.
  • the coupler can be specially designed so that a coupling between the coupling-in path and the second coupling-out path (coupling gate) is achieved in the range between -3 dB and 0 dB, i.e. that, on the other hand, a coupling is achieved between the coupling-in path and the first coupling-out path, which coupling can be significantly smaller than -3 dB.
  • a coupling in the direction of the second coupling-out path is thus achieved, which lies between 50% of the coupled-in power and an almost complete coupling of the coupled-in power.
  • the coupler can be designed as a waveguide coupler, ie as a coupler which at least essentially has only outer conductors. Certain internal structures can be provided as in the prior art mentioned at the outset, but in such a way that waveguide structures are effectively created again. But it can also be designed as a coaxial coupler with inner conductors and outer conductors.
  • the inner conductor and outer conductor of the directional coupler can in principle have any suitable shape. For example, it can be provided that the coupler is formed by rectangular outer conductors and rectangular inner conductors (bariine). On Cross-section through such a coupler is shown, for example, in W.
  • the coupler can also have a different geometry, for example round inner conductors and / or outer conductors.
  • the outer conductors and / or inner conductors have a constant height in the spatial direction that is perpendicular to the plane of the coupler or the coupling branches.
  • Such a directional coupler is preferably used as a microwave coupler for microwave circuits. This can be used in antenna systems such as those in the
  • Such a coupler can, for example, be part of a distribution network of transmitting and receiving antennas, as can occur in modern communication satellites or similar communications technology microwave circuits.
  • Fig. 1 shows a special embodiment of a directional coupler according to the invention, which has an inner conductor 1 and an outer conductor 2, wherein a coaxial coupling path 3 (feed gate) and three coaxial coupling paths 4, 5, 1 1 are also provided.
  • the coupler has a double symmetry with respect to a first central axis 9 and a second central axis 10.
  • the first decoupling path 4 (through gate) represents the geometric extension of the coupling path 3 and is directly adjacent to it in terms of circuitry and is connected to the coupling path 3 by a first longitudinal branch 6.
  • the second decoupling path 5 (Coupling gate) is arranged geometrically opposite the coupling-in path 3 and the special design of the directional coupler achieves strong coupling from the coupling-in path 3 in the direction of this second coupling-out path 5. The remaining power is directed through the first longitudinal branch 6 towards the first decoupling path 4.
  • the present arrangements according to FIGS. 1 and 2 also have a third decoupling path 11 (isolation gate), which is technically and geometrically adjacent to the coupling path 3 and is connected to the second decoupling path 5 by a second longitudinal branch 16, which in the present example is parallel is arranged to the first longitudinal branch 6.
  • the proportion of the power decoupled into the third decoupling path 11 is practically zero.
  • a plurality of groups of transverse branches 7a to 7e are arranged between the first longitudinal branch 6 and the second longitudinal branch 16. These transverse branches 7a to 7e and the longitudinal branches 6 and 16 together form the inner conductor 1 of the coaxial coupler.
  • five groups of transverse branches 7a to 7e are shown, which run parallel to the first central axis 9 of the directional coupler. It is provided: a first, high-resistance group 7a, a second, low-resistance group 7b, a third, high-resistance group 7c, a fourth, low-resistance group 7d and a fifth, high-resistance group 7e.
  • the high-resistance or low-resistance effect of the cross branches 7a to 7e is achieved by the smaller or larger width of the cross branches.
  • only the third group 7c is formed by two individual, closely adjacent transverse branches, the remaining groups 7a, 7b, 7d, 7e each consist of only a single transverse branch.
  • more than one cross branch per group can also be provided for the other groups 7a, 7b, 7d, 7e as required.
  • transverse branches 7a to 7e can be varied depending on the strength of the desired coupling.
  • the coupling branches of the third group 7c which are directly adjacent to the first central axis 9 of the arrangement according to FIG. 1, are fused into a single coupling branch.
  • the present arrangement would only have five groups of cross branches 7a to 7e, each with one cross branch per group.
  • the coupler can also be optimized via the shape of the longitudinal branches 6, 16 and the distance between the longitudinal branches.
  • Each individual transverse branch of a group 7a to 7e or each longitudinal branch 6, 16 can also have a variation in the cross-sectional area, in particular several
  • Width changes 12, 13, 14, 15, 17 have, as shown by way of example in Fig. 2. This allows a good adaptation or isolation to be achieved.
  • the height of the inner conductor 1 and possibly also the height of the outer conductor 2, that is to say the dimension of the coupler in the spatial direction perpendicular to the cross section according to FIG. 1 or 2, are preferably constant.
  • the longitudinal branches 6, 16 also have a stepped structure, i.e. here too the cross-sectional area of the branches is varied by changes in width in their longitudinal direction for optimization purposes and for adjusting the coupling.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Richtkoppler für elektromagnetische Wellen mit einem Einkoppelpfad (3) und drei Auskoppelpfaden (4, 5, 11), die durch Koppelzweige (6, 7a bis 7e) untereinander verbunden sind, wobei ein erster Auskoppelpfad (4) durch einen ersten Längszweig (6) mit dem Einkoppelpfad (3) verbunden ist, ein zweiter Auskoppelpfad (5) durch einen zweiten Längszweig (16) mit einem dritten Auskoppelpfad (11) verbunden ist, und der erste Längszweig (6) mit dem zweiten Längszweig (16) durch Querzweige (7a bis 7e) verbunden ist. Die Querzweige (7a bis 7e) sind ausgehend vom Einkoppelpfad (3) zumindest in fünf aufeinanderfolgende Gruppen von Querzweigen (7a bis 7e) aus mindestens je einem Querzweig unterteilt, die alternierend als hochohmige Gruppen (7a, 7c, 7e) und niederohmige Gruppen (7b, 7d) ausgebildet sind, wobei die dem Einkoppelpfad (3) am nächsten liegende Gruppe (7a) als hochohmige Gruppe ausgebildet ist.

Description

Koppler für elektromagnetische Wellen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Koppler für elektromagnetische Wellen, der einen Einkoppelpfad und drei Auskoppelpfade besitzt, die durch Koppelzweige untereinander verbunden sind. Ein erster Auskoppelpfad ist dabei durch einen ersten Längszweig mit dem
Einkoppelpfad verbunden und ein zweiter Auskoppelpfad ist durch einen zweiten Längszweig mit einem dritten Auskoppelpfad verbunden ist, wobei der erste Längszweig wiederum mit dem zweiten Längszweig durch Querzweige verbunden ist. Die Koppler können entweder Innenleiter, welche die Längs- und Querzweige bilden, und die Innenleiter umgebende Außenleiter aufweisen. Solche Koppler sollen im folgenden vereinfacht als Koaxialkoppler bezeichnet werden. Die Koppler können aber auch als Hohlleiterkoppler ausgebildet sein, die im wesentlichen lediglich Außenleiter aufweisen, insbesondere jedoch keine durchgehenden, miteinander verbundenen Innenleiterstrukturen.
Solche Koppler sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus folgenden Schriften bekannt:
W. Chang: "Accurate Analysis Method for Rectangular-Coaxial Line Components", FREQUENZ Band 43, Oktober 1989, Seite 271 bis 276 beschreibt Analysen von Mikrowellenkomponenten aus rechteck-koaxialen Wellenleitern, speziell von Branch-Line-Kopplem.
W. Chang: "Exakte Berechnung von rechteckigen Koaxial- und Hohlleiterstrukturen mit Hilfe der Orthogonalentwicklung", FREQUENZ Band 47, Januar/Februar 1993, Seite 17 bis 23 beschreibt ebenfalls Branchline-Koppler als spezielles Beispiel für koaxiale Koppler, die in diesem Dokument als Rechteck-Koppler (barline coupler) beschrieben werden. Dort werden jedoch auch alternative Koppler beschrieben, die als Hohlleiterkoppler ausgebildet sind. Diese weisen keine durchgehenden Innenleiterstrukturen auf, besiten aber trotzdem gewisse isolierte Innenstrukturen in Form von durchgreifenden Außenleitern, so dass wiederum effektiv eine Hohlleiterstruktur vorliegt.
Der Wellenwiderstandes ZL der TEM-Welle einer Koaxialleitung ist in H.H. Meinke: „Einführung in die Elektrotechnik höherer Frequenzen", Bd. 1, S. 171 gegeben durch mit D=Durchmesser des Außenleiters und d=Durchmesser des Innenleiters. Entsprechend verhält sich der Wellenwiderstand in vorstehend beschriebenen koaxialen Kopplern. Der Wellenwiderstand ist also umgekehrt proportional zum Durchmesser des Innenleiters. Damit zeigen bei konstantem Durchmesser des Außenleiters schmale Innenleiter eine hochohmige und breite Innenleiter eine niederohmige Wirkung.
Die in dem genannten Stand der Technik beschriebenen Koppler sind insbesondere so ausgebildet, daß zwischen zwei Längszweigen drei Gruppen von Querzweigen angeordnet sind, wobei jede Gruppe von Querzweigen einen oder mehrere einzelne Querzweige umfaßt. Die dem Einkoppelpfad am nächsten liegende Gruppe von Querzweigen ist dabei als hochohmige Gruppe ausgebildet, d.h. sie umfaßt entweder einen einzigen, hochohmigen Querzweig oder mehrere, ebenfalls hochohmige Querzweige, die so zusammenwirken, daß die ganze Gruppe wieder als hochohmige Koppelstrecke zwischen den Längszweigen wirkt. So ist beispielsweise in W. Chang: "Exakte Berechnung von rechteckigen Koaxial- und Hohlleiterstrukturen mit Hilfe der Orthogonalentwicklung", FREQUENZ Band 47, Januar/Februar 1993, Seite 17 bis 23 in Bild 3 ein Koaxialkoppler mit einem Innenleiter dargestellt, der einen schmalen Querzweig mit hochohmiger Wirkung aufweist, welcher dem Einkoppelpfad am nächsten liegt. Bild 7 zeigt dagegen einen Hohlleiterkoppler, bei dem zwei schmale Hohlleiterwege als Querzweige eine hochohmige Gruppe bilden und dem Einkoppelpfad am nächsten liegen.
Es ist noch folgender weiterer Stand der Technik zu Richtkopplem bekannt:
GB 2 218 853 beschreibt einen Mikrowellenkoppler für Streifenleitungen, bei dem beispielsweise fünf identische Leiter kapazitiv als Längszweigen wirkenden Streifenleitungen verbunden sind und so entsprechende kapazitive Querzweige zwischen den Streifenleitungen gebildet werden.
DE 197 16 290 offenbart einen Hohlleiter-Richtkoppler, bei dem zwischen den Ein- und Auskoppelpfaden ein Koppelraum vorgesehen ist, der eine abgestufte Ausdehnung aufweist und bei dem zwischen dem Koppelraum und den Hohlleitern der Ein- und Auskoppelpfade Koppelblenden vorgesehen sind.
Problematisch bei diesen Strukturen aus dem Stand der Technik ist es, wenn für den Koppler eine relativ hohe Kopplung vom Einkoppelpfad zu einem Auskoppelpfad erreicht werden soll, der nicht die direkte geometrische Verlängerung des Einkoppelpfades bildet oder dem Einkoppelpfad schaltungstechnisch nicht direkt benachbart ist. Der Koppler soll in diesem Fall als Richtkoppler (directional coupler) wirken. Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen für Koppler kann eine breitbandige Kopplung mit guter Anpassung und Isolation nur unzureichend erzielt werden. Der Stand der Technik, wie beispielsweise der Artikel aus FREQUENZ 1993, offenbart lediglich die Möglichkeit einer Richtungskopplung zu einem dem Einkoppelpfad gegenüberliegenden Auskoppelpfad mit Koppelwerten von maximal - 1,5 dB, jedoch nicht die Möglichkeit einer höheren Richtungskopplung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kompakten Koppler für elektromagnetische Wellen bereitzustellen, der eine höhere Richtungskopplung gestattet, insbesondere im Bereich zwischen - 1 ,5 dB und 0 dB.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des vorliegenden Anspruchs 1 und 2.
Anspruch 1 umfaßt einen Richtkoppler für elektromagnetische Wellen mit Außenleitern und Innenleitern, wie er vorstehend als Koaxialkoppler definiert wurde. Die Innenleiter bilden Längszweige und Querzweige innerhalb der Außenleiter. Der Koppler weist einen Einkoppelpfad und drei Auskoppelpfade auf, die durch Koppelzweige untereinander verbunden sind. Ein erster Auskoppelpfad ist dabei durch einen ersten Längszweig mit dem Einkoppelpfad verbunden, ein zweiter Auskoppelpfad ist durch einen zweiten Längszweig mit einem dritten Auskoppelpfad verbunden ist. Außerdem ist der erste Längszweig mit dem zweiten Längszweig durch Querzweige verbunden. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Querzweige ausgehend vom Einkoppelpfad zumindest in fünf aufeinanderfolgende Gruppen von Querzweigen aus mindestens je einem Querzweig unterteilt sind, die alternierend als erste Gruppen mit geringerer Breite des Innenleiters und zweite Gruppen mit im Vergleich zu den ersten Gruppen größerer Breite des innenleiters ausgebildet sind. Die dem Einkoppelpfad am nächsten liegende Gruppe ist dabei als erste Gruppe mit geringerer Breite des Innenleiters ausgebildet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Richtkoppler für elektromagnetische Wellen nach Anspruch 2 mit einem Einkoppelpfad und drei Auskoppelpfaden, die durch Koppelzweige untereinander verbunden sind, wobei ein erster Auskoppelpfad durch einen ersten Längszweig mit dem Einkoppelpfad verbunden ist, ein zweiter Auskoppelpfad durch einen zweiten Längszweig mit einem dritten Auskoppelpfad verbunden ist, und der erste Längszweig mit dem zweiten Längszweig durch Querzweige verbunden ist. Erfindungsgemäß sind die Querzweige, durch die die Längszweige des Kopplers verbunden sind, ausgehend vom Einkoppelpfad in zumindest fünf aufeinanderfolgende Gruppen von Querzweigen aus mindestens je einem Querzweig unterteilt. Diese Gruppen sind alternierend als hochohmige Gruppen und niederohmige Gruppen ausgebildet, wobei die dem Einkoppelpfad am nächsten liegende Gruppe als hochohmige Gruppe ausgebildet ist.
Durch solche erfindungsgemäße Konstruktionen kann eine starke Kopplung vom Einkoppelpfad (Einspeisetor) in Richtung zum zweiten Auskoppelpfad (Kopplungstor) erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßer Richtkoppler nach Anspruch 1 oder 2 bietet damit eine verbesserte, nämlich höhere Koppelwirkung, die durch eine vorteilhafte Verbesserung von aus dem Stand der Technik bekannten Richtkopplerstrukturen erzielt werden kann, wobei zusätzlich zu der verbesserten Wirkung eine raumsparende Anordnung ermöglicht wird.
Eine solche erfindungsgemäße Anordnung findet insbesondere dann Anwendung finden, wenn der zweite Auskoppelpfad nicht die geometrische Verlängerung des Einkoppelpfades bildet und dem Einkoppelpfad nicht direkt benachbart, sondern gegenüberliegend angeordnet ist. Der erste und dritte Auskoppelpfad sind dabei dem Einkoppelpfad direkt benachbart angeordnet. Die Erfindung läßt sich damit insbesondere auch als Kreuzung von Leitungen einsetzen.
Es werden nun weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 2 beschrieben.
Insbesondere weisen die Querzweige untereinander eine unterschiedliche Breite auf. Dabei besitzen die niederohmigen Querzweige eine größere Breite als die hochohmigen. Durch eine geeignete Wahl und Variation der Breite der Querzweige kann die Stärke der Kopplung des Richtkopplers beeinflußt und optimiert werden.
Die Stärke der Kopplung kann weiterhin über die Geometrie der Längszweige und die Anzahl, den Abstand und Geometrie der Querzweige variiert werden. Sie kann somit derart ausgelegt werden, daß ausgehend vom Einkoppelpfad eine Kopplung überwiegend in Richtung des zweiten Auskoppelpfades erfolgt. So kann beispielsweise die Anzahl der Koppelzweige erhöht werden, um eine stärkere Kopplung in Richtung des zweiten Auskoppelpfades (Kopplungstor) zu erzielen, ohne gleichzeitig die Eingangsanpassung des Richtkopplers unnötig zu verschlechtern. Der dritte Auskoppelpfad wirkt in einem solchen Fall als Isolationstor, d.h. es soll dort praktisch keine Leistung ausgekoppelt werden.
Es kann dabei insbesondere vorgesehen werden, daß die Querschnittsfläche der Längszweige in Längsrichtung variiert. Damit weisen die Längszweige im einfachsten Fall keine konstante Breite auf, sondern die Breite ändert sich in Längsrichtung der Längszweige, z.B. in Form von Stufen.
Die Länge der Querzweige wird insbesondere für alle Querzweige gleich gewählt. Es kann auch der Abstand der einzelnen Querzweige voneinander variiert werden, wobei der Abstand zwischen zwei der Zweige auch gegen Null gehen kann, d.h. daß diese Zweige im Grenzfall miteinander zu einem einzigen Querzweig zusammengeführt werden. Schließlich kann auch im Verlauf einzelner Querzweige die Querschnittsfläche in Längsrichtung des Querzweiges variieren. Der Querzweig kann damit im einfachsten Fall ebenfalls Breitenänderungen, z.B. in Stufenform, aufweisen, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad zur Variation und Optimierung der Stärke der Kopplung und der Güte der Anpassung bzw. der Isolation gegeben ist.
Die einzelnen Koppelzweige sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet und weisen in dieser Ebene insbesondere eine Symmetrie bezüglich mindestens einer Achse auf.
Der Koppler kann speziell so ausgelegt werden, daß eine Kopplung zwischen dem Einkoppelpfad und dem zweiten Auskoppelpfad (Kopplungstor) im Bereich zwischen -3 dB und 0 dB erreicht wird, d.h. daß andererseits zwischen dem Einkoppelpfad und dem ersten Auskoppelpfad eine Kopplung erzielt wird, die deutlich kleiner sein kann als - 3 dB. Man erreicht somit eine Kopplung in Richtung zum zweiten Auskoppelpfad, die zwischen 50 % der eingekoppelten Leistung und einer nahezu vollständigen Kopplung der eingekoppelten Leistung liegt.
Der Koppler kann als Hohlleiterkoppler ausgebildet sein, d.h. als Koppler, der zumindest im wesentlichen lediglich Außenleiter aufweist. Es können dabei zwar gewisse Innenstrukturen wie im eingangs genannten Stand der Technik vorgesehen werden, jedoch so, dass effektiv wieder Hohlleiterstrukturen entstehen. Er kann aber auch als Koaxialkoppler mit Innenleitern und Außenleitern ausgebildet sein. Innenleiter und Außenleiter des Richtkopplers können grundsätzlich jede geeignete Form aufweisen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Koppler durch rechteckige Außenleiter und rechteckige Innenleiter (bariine) gebildet wird. Ein Querschnitt durch einen solchen Koppler ist z.B. in W. Chang: "Exakte Berechnung von rechteckigen Koaxial- und Hohlleiterstrukturen mit Hilfe der Orthogonalentwicklung", FREQUENZ Band 47, Januar/Februar 1993, Seite 17 bis 23 dargestellt. Der Koppler kann aber auch eine andere Geometrie aufweisen, z.B. runde Innenleiter und/oder Außenleiter. Außerdem kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Außenleiter und/oder Innenleiter in derjenigen Raumrichtung, die senkrecht auf der Ebene des Kopplers bzw. der Koppelzweige steht, eine konstante Höhe aufweisen.
Bevorzugt wird ein solcher Richtkoppler als Mikrowellenkoppler für Mikrowellenschaltungen eingesetzt. Dieser kann in Antennensystemen Anwendung finden, wie sie in der
Nachrichtentechnik üblich sind. So kann ein solcher Koppler beispielsweise ein Teil eines Verteilnetzwerkes von Sende- und Empfangsantennen sein, wie sie in modernen Kommunikationssatelliten oder ähnlichen nachrichtentechnischen Mikrowellenschaltungen vorkommen können.
Nachfolgend werden spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Fi 1 und 2 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Querschnitt in Draufsicht auf einen Richtkoppler mit drei Auskoppelpfaden und zweifacher Symmetrie,
Fig. 2 wie Fig. 1 , aber mit variierendem Leiterquerschnitt im Bereich der Querzweige.
Fig. 1 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Richtkoppler, der einen Innenleiter 1 und einen Außenleiter 2 aufweist, wobei weiterhin ein koaxialer Einkoppelpfad 3 (Einspeisetor) und drei koaxiale Auskoppelpfade 4, 5, 1 1 vorgesehen sind. Der Koppler weist dabei eine zweifache Symmetrie bezüglich einer ersten Mittelachse 9 und einer zweiten Mittelachse 10 auf.
Der erste Auskoppelpfad 4 (Durchgangstor) stellt die geometrische Verlängerung des Einkoppelpfades 3 dar und ist diesem schaltungstechnisch direkt benachbart und durch einen ersten Längszweig 6 mit dem Einkoppelpfad 3 verbunden. Der zweite Auskoppelpfad 5 (Kopplungstor) ist dem Einkoppelpfad 3 geometrisch gegenüberliegend angeordnet und durch die spezielle Gestaltung des Richtkopplers wird eine starke Kopplung vom Einkoppelpfad 3 in Richtung auf diesen zweiten Auskoppelpfad 5 hin erzielt. Die noch verbleibende Restleistung wird durch den ersten Längszweig 6 zum ersten Auskoppelpfad 4 hin gerichtet.
Die vorliegenden Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 weisen außerdem noch einen dritten Auskoppelpfad 1 1 (Isolationstor) auf, der dem Einkoppelpfad 3 schaltungstechnisch und geometrisch benachbart und mit dem zweiten Auskoppelpfad 5 durch einen zweiten Längszweig 16 verbunden ist, der im vorliegenden Beispiel parallel zum ersten Längszweig 6 angeordnet ist. Der Anteil der in den dritten Auskoppeipfad 1 1 ausgekoppelten Leistung ist praktisch Null.
Zwischen dem ersten Längszweig 6 und dem zweiten Längszweig 16 sind mehrere Gruppen von Querzweigen 7a bis 7e angeordnet. Diese Querzweige 7a bis 7e und die Längszweige 6 und 16 bilden zusammen den Innenleiter 1 des Koaxialkopplers. Im vorliegendem Beispiel sind fünf Gruppen von Querzweigen 7a bis 7e dargestellt, die parallel zur ersten Mittelachse 9 des Richtkopplers verlaufen. Es ist dabei vorgesehen: eine erste, hochohmige Gruppe 7a, eine zweite, niederohmige Gruppe 7b, eine dritte, hochohmige Gruppe 7c, eine vierte, niederohmige Gruppe 7d und eine fünfte, hochohmige Gruppe 7e. Die hochohmige bzw. niederohmige Wirkung der Querzweige 7a bis 7e wird dabei durch die geringere bzw. größere Breite der Querzweige erzielt. Es wird im speziellen Beispiel lediglich die dritte Gruppe 7c durch zwei einzelne, eng benachbarte Querzweige gebildet, die übrigen Gruppen 7a, 7b, 7d, 7e bestehen jeweils nur aus einem einzigen Querzweig. Es kann aber auch für die anderen Gruppen 7a, 7b, 7d, 7e je nach Bedarf mehr als nur ein Querzweig pro Gruppe vorgesehen werden.
Die Anzahl oder die Abstände dieser Querzweige 7a bis 7e können je nach Stärke der gewünschten Kopplung variiert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Koppelzweige der dritten Gruppe 7c, die der ersten Mittelachse 9 der Anordnung nach Fig. 1 direkt benachbart sind, zu einem einzigen Koppelzweig verschmolzen werden. Somit würde die vorliegende Anordnung nur noch fünf Gruppen von Querzweigen 7a bis 7e mit jeweils einem Querzweig pro Gruppe aufweisen.
Betrachtet man die Struktur des vorliegenden Kopplers, so erkennt man, daß im Vergleich zum Stand der Technik deutliche Unterschiede und Vorteile bestehen. Es kann durch diese Struktur eine starke, breitbandige Kopplung in Richtung auf den zweiten Auskoppelpfad 5 erzielt werden, wobei gleichzeitig eine kompakte Struktur der Koppleranordnung garantiert ist und weitgehende Variationsmöglichkeiten der Geometrie zur Einstellung und Optimierung der Stärke der gewünschten Kopplung gegeben sind. Durch die Koppler aus dem Stand der Technik allein wäre eine solch starke und gleichzeitig auch breitbandige Kopplung nicht möglich.
Eine Optimierung des Kopplers kann beispielsweise neben der Anzahl, dem Abstand und er Breite der Querzweige in den Gruppen 7a bis 7e oder auch zwischen den Gruppen 7a bis 7e auch über die Formgestaltung der Längszweige 6, 16 und den Abstand zwischen den Längszweigen erfolgen. Es kann auch jeder einzelnen Querzweig einer Gruppe 7a bis 7e oder jeder Längszweig 6, 16 eine Variation der Querschnittsfläche, speziell mehrere
Breitenänderungen 12, 13, 14, 15, 17 aufweisen, wie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch läßt sich eine gute Anpassung bzw. Isolation erzielen. Die Höhe der Innenleiter 1 und ggf. auch die Höhe der Außenleiter 2, also die Dimension des Kopplers in der Raumrichtung senkrecht zum Querschnitt nach Fig. 1 oder 2, sind bevorzugt konstant.
Die Längszweige 6, 16 weisen im übrigen ebenfalls eine stufenförmige Struktur mit auf, d.h. es wird auch hier zu Optimierungszwecken und zum Einstellen der Kopplung die Querschnittsfläche der Zweige durch Breitenänderungen in ihrer Längsrichtung variiert.
Als eine spezielle Anwendung einer Anordnung nach den Fig. 1 und 2 ist deren Verwendung in einem Verteilnetzwerk einer Antennenanordnung vorgesehen, wie sie beispielsweise in Satelliten vorkommen.

Claims

Patentansprüche:
1. Richtkoppler für elektromagnetische Wellen mit Außenleitern (2) und Innenleitern ( 1 ), die Längszweige (6, 16) und Querzweige (7a bis 7e) innerhalb der Außenleiter (2) bilden, mit einem Einkoppelpfad (3) und drei Auskoppelpfaden (4, 5, 1 1), die durch Koppelzweige (6, 16,
7a bis 7e) untereinander verbunden sind, wobei
• ein erster Auskoppelpfad (4) durch einen ersten Längszweig (6) mit dem Einkoppelpfad verbunden ist,
• ein zweiter Auskoppelpfad (5) durch einen zweiten Längszweig (16) mit einem dritten Auskoppelpfad ( 1 1) verbunden ist, und
• der erste Längszweig (6) mit dem zweiten Längszweig ( 16) durch Querzweige (7a bis 7e) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
• die Querzweige (7a bis 7e) ausgehend vom Einkoppelpfad (3) zumindest in fünf aufeinanderfolgende Gruppen von Querzweigen (7a bis 7e) aus mindestens je einem Querzweig unterteilt sind, die alternierend als erste Gruppen (7a, 7c, 7e) mit geringerer
Breite des Innenleiters (1) und zweite Gruppen (7b, 7d) mit im Vergleich zu den ersten Gruppen größerer Breite des Innenleiters ( 1) ausgebildet sind, wobei die dem Einkoppelpfad (3) am nächsten liegende Gruppe (7a) als erste Gruppe mit geringerer Breite des Innenleiters (1 ) ausgebildet ist.
2. Richtkoppler für elektromagnetische Wellen mit einem Einkoppelpfad (3) und drei Auskoppelpfaden (4, 5, 1 1 ), die durch Koppelzweige (6, 16, 7a bis 7e) untereinander verbunden sind, wobei
• ein erster Auskoppelpfad (4) durch einen ersten Längszweig (6) mit dem Einkoppelpfad verbunden ist,
• ein zweiter Auskoppelpfad (5) durch einen zweiten Längszweig (16) mit einem dritten Auskoppelpfad (1 1) verbunden ist, und
• der erste Längszweig (6) mit dem zweiten Längszweig (16) durch Querzweige (7a bis 7e) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß • die Querzweige (7a bis 7e) ausgehend vom Einkoppelpfad (3) zumindest in fünf aufeinanderfolgende Gruppen von Querzweigen (7a bis 7e) aus mindestens je einem Querzweig unterteilt sind, die alternierend als hochohmige Gruppen (7a, 7c, 7e) und niederohmige Gruppen (7b, 7d) ausgebildet sind, wobei die dem Einkoppelpfad (3) am nächsten liegende Gruppe (7a) als hochohmige Gruppe ausgebildet ist.
3. Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die niederohmigen Querzweige (7a) eine größere Breite aufweisen als die hochohmigen Querzweige (7b).
4. Koppler nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Längszweige (6, 16) in Längsrichtung variiert.
5. Koppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längszweige (6, 16) in Längsrichtung mindestens eine zweifache Breitenänderung aufweisen.
6. Koppler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querzweige (7a, 7b) eine einheitliche Länge (8) aufweisen.
7. Koppler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche zumindest eines Teils der hochohmigen Querzweige (7a) in Längsrichtung (8) variiert.
8. Koppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der hochohmigen
Querzweige (7a) in Längsrichtung (8) mindestens eine zweifache Breitenänderung aufweist.
9. Koppler nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelzweige (6, 7a, 7b) in einer Ebene angeordnet sind und in dieser Ebene eine Symmetrie bezüglich mindestens einer Achse (9, 10) aufweisen.
10. Koppier nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler als Hohlleiterkoppler mit Außenleitern (2) ausgelegt ist.
1 1. Koppler nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler als Koaxialkoppler mit Außenleitern (2) und Innenleitern (1) ausgelegt ist. Koppler nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, durch rechteckige Außenleiter (2) und rechteckige Innenleiter (1 ) gebildet wird.
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