EP1665451B1 - Richtkoppler in koaxialleitungstechnik - Google Patents

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EP1665451B1
EP1665451B1 EP04790920A EP04790920A EP1665451B1 EP 1665451 B1 EP1665451 B1 EP 1665451B1 EP 04790920 A EP04790920 A EP 04790920A EP 04790920 A EP04790920 A EP 04790920A EP 1665451 B1 EP1665451 B1 EP 1665451B1
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coaxial line
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decoupling
network
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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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

  • the invention relates to a directional coupler in coaxial line technology.
  • Directional couplers are used in high-frequency technology for the separate measurement of back and forth wave in a line.
  • directional couplers z. B. used to measure the standing wave ratio.
  • a directional coupler is used in coaxial line technology.
  • Such a directional coupler in coaxial line technology is z. B. in the US 5,926,076 described.
  • the directional coupler consists of a coaxial line with an inner conductor, a hollow cylindrical dielectric guided around the inner conductor and a hollow cylindrical outer conductor applied to the jacket of the hollow cylindrical dielectric and a printed circuit board on which essentially the two coupling units of the directional coupler are applied.
  • Coaxial line and circuit board with decoupling units are arranged at an adjustable distance from each other in a housing.
  • a disadvantage of this arrangement is the relatively high cost of a mechanical and electrical connection between the coaxial line and the two coupling units and their connections via a common spacing, mounting and storage in a common housing.
  • the targeted and efficient removal of resulting heat from the directional coupler circuit by means of resistors and heat dissipation rails is designed comparatively expensive.
  • US 5 148 132 discloses a coupler with a coaxial line having a straight outer lead and an inner lead with bent inner lead terminals.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a directional coupler in coaxial line technology, in which the mechanical and electrical connection between the coaxial line and the terminals of Directional coupler, in particular the Auskoppelan Wegn, is realized with minimal additional equipment expense.
  • the object of the invention is achieved by a directional coupler in coaxial line technology with the features of claim 1.
  • the electrical connection between the inner and outer conductors of the coaxial line and the individual terminals of the directional coupler takes place at the input and output of the coaxial line via a respective resistor network.
  • the mechanical connection between the coaxial line and the individual terminals of the directional coupler, which are positioned on a planar printed circuit board, is realized in that the coaxial line z.
  • Such a realized electrical and mechanical connection between a coaxial line and the terminals of a directional coupler represents a cost-minimized in terms of material and manufacturing cost solution.
  • the planar printed circuit board can be implemented in SMD technology.
  • the arrangement of the resistors of the two resistor networks, at the two ends of the coaxial line the shield and thus lead the outer conductor of the coaxial line to ground potential, are crucial for the directional coupler characteristic and can be arranged so relatively flexible.
  • the directional coupler according to the invention in coaxial line technology is described in its embodiment below with reference to FIG. 1 to FIG. 3.
  • the directional coupler according to the invention in coaxial line technology according to FIG. 1 essentially comprises a coaxial line 1 which consists of an outer conductor 3 separated from an inner conductor 2 and via a dielectric.
  • the coaxial line 1 is surrounded on its outer jacket by a plurality of series ferrite core rings 4.
  • the coaxial line 1 is connected at its first pad 8 to the first terminal 5 and the first decoupling terminal 6 of the directional coupler via a first resistor network 7 and at its second pad 9 to the second terminal 10 and the second decoupling terminal 11 via a connected to the first resistor network 7 symmetrical second resistor network 12.
  • the first resistor network 7 consists of a series connection of a resistor R 71 and R 72 in the connecting line 73 between the first terminal 5 and the first decoupling terminal 6 and a resistor R 74 in the connecting line 75 between the outer conductor 3 of the coaxial line 1 and the first decoupling terminal. 6 and a direct connection line 76 between the inner conductor 2 of the coaxial line 1 and the first terminal. 5
  • the second resistor network zwerk 12 is symmetrical to the first resistor network 7 of a series connection of a resistor R 121 and R 122 in the connecting line 123 between the second terminal 10 and the second decoupling terminal 11 and a resistor R 124 in the connecting line 125 between the outer conductor 3 of the coaxial line 1 and the second decoupling connection 11 and a direct connection line 126 between the inner conductor 2 of the coaxial line 1 and the second terminal 10.
  • the outer conductor 3 is guided at the first pad 8 of the coaxial line 1 with a third resistor network 13 to ground potential.
  • the third resistor network 13 consists of a parallel connection of a plurality of low-resistance resistors R 131 , R 132 , R 133 ,... R 13 (n-1) , R 13n .
  • the outer conductor 3 on the second pad 9 of the coaxial line 1 is connected to a fourth resistor network 14, which is designed completely symmetrical to the third resistor network 13, to ground potential.
  • the fourth resistor network 14 accordingly consists of a parallel connection of a plurality of low-resistance resistors R 141 , R 142 , R 143 ,..., R 14 (n-1) , R 14n ⁇
  • the resistors R 71 , R 72 and R 74 of the first resistor network 7 and the resistors R 121 , R 122 R 124 of the second resistor network 12 are designed to have higher resistance than the low-resistance resistors R 131 , ..., R 13n of the third resistor network 13 and the low-resistance resistors R 141 , ...., R 14n of the fourth resistor network 14.
  • Fig. 2 and Fig. 3 is also the conical arrangement of the resistors R 131 , ...., R 13n of the third resistor network 13 and the resistors R 141 , ..., R 14n of the fourth resistor network 14 between the outer conductor 3 of the coaxial line 1 and the planar circuit board 15 can be seen, the first and second terminals 5 and 10 and the first and second decoupling connection 6 and 11 further components, the z. B. are arranged in SMD technology contains. All the resistors R 131 ,..., R 13n and R 141 ,..., R 14n are, as can be seen from FIG. 2 or FIG. 3, soldered onto the printed circuit board.
  • FIG. 2 also shows the connecting line 76 or 126 from the inner conductor 2 of the coaxial line to the first terminal 5 and to the second terminal 10 of the directional coupler and also the resistor R 74 of the first resistor network 7 or the resistor R 124, which is also implemented using conventional technology of the second resistor network 12, both in the conical arrangement of the resistors R 131 , ..., R 13 n of the third resistor network 13 and the Resistors R 141 , ..., R 14n of the fourth resistor network 14 are queued to recognize.
  • R 13n and R 141 , ..., R 14n and the spatial arrangement in particular of the resistors R 74 , R 124 , R 131 , ..., R 13n and R 141 , ..., R 14n set the directivity and coupling damping of Directional coupler.
  • parameterization and spatial arrangement of the resistors can be ensured that at the first decoupling connection 6, a constructive positive superposition is coupled out of the waves between the first terminal 5 and the first pad 8 of the coaxial line 1 and returning waves, and on second decoupling terminal 11 is a mutual extinction of the two waves, which are coupled out of the between the second terminal 10 and the second pad 9 of the coaxial line 1 back and forth waves, is realized.

Landscapes

  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik.
  • Richtkoppler werden in der Hochfrequenztechnik zur getrennten Messung von hin- und rücklaufender Welle in einer Leitung verwendet. In Endstufen von Verstärkern werden Richtkoppler z. B. zur Messung des Stehwellen-Verhältnisses eingesetzt. Hierbei wird schwerpunktmäßig ein Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik verwendet.
  • Ein derartiger Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik ist z. B. in der US 5,926,076 beschrieben. Der Richtkoppler besteht hierbei aus einer Koaxialleitung mit einem Innenleiter, einem um den Innenleiter geführten hohlzylindrischen Dielektrikum und einem am Mantel des hohlzylindrischen Dielektrikums aufgebrachten hohlzylindrischen Außenleiter und einer Leiterplatte, auf der im wesentlichen die beiden Auskoppeleinheiten des Richtkoppler aufgebracht sind. Koaxialleitung und Leiterplatte mit Auskoppeleinheiten sind in einem einstellbaren Abstand zueinander in einem Gehäuse angeordnet.
  • Nachteilig an dieser Anordnung ist der vergleichsweise hohe Aufwand hinsichtlich einer mechanischen und auch elektrischen Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den beiden Auskoppeleinheiten sowie deren Anschlüsse über eine gemeinsame Beabstandung, Befestigung und Lagerung in einem gemeinsamen Gehäuse. Auch die gezielte und effiziente Abführung von entstandener Wärme aus der Richtkopplerschaltung mittels Widerständen und Hitzeableitungsschienen ist vergleichsweise aufwendig gestaltet.
  • US 5 148 132 offenbart einen Koppler mit einer Koaxialleitung, die eine gerade ausgeführte Außenleitung und eine Innenleitung mit gebogenen Innenleitungsanschlüssen aufweist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik zu schaffen, bei dem die mechanische und auch elektrische Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den Anschlüssen des Richtkopplers, insbesondere den Auskoppelanschlüssen, unter minimalem zusätzlichem gerätetechnischem Aufwand realisiert ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die elektrische Verbindung zwischen dem Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung und den einzelnen Anschlüssen des Richtkopplers erfolgt am Ein- und Ausgang der Koaxialleitung über jeweils ein Widerstandsnetzwerk.
  • Die mechanische Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den einzelnen Anschlüssen des Richtkopplers, die auf einer planaren Leiterplatte positioniert sind, wird dadurch realisiert, dass die Koaxialleitung z. B. halbringförmig oder U-förmig gebogen ausgeführt ist und somit mit ihren beiden Anschlußflächen parallel zur planaren Leiterplatte ausgerichtet ist und somit über Verbindungs leitungen bzw. Widerstände, die zu den obengenannten Widerstandsnetzwerken gehören, eine vergleichsweise einfache mechanische Verbindung zwischen dem Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung und den Anschlüssen des Richtkopplers verwirklicht wird.
  • Eine derart realisierte elektrische und mechanische Verbindung zwischen einer Koaxialleitung und den Anschlüssen eines Richtkopplers stellt eine hinsichtlich Material- und Fertigungsaufwand kostenminimierte Lösung dar.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die planare Leiterplatte kann in SMD-Technologie ausgeführt sein. Insbesondere die Anordnung der Widerstände der beiden Widerstandsnetzwerke, die an den beiden Enden der Koaxialleitung die Schirmung und damit den Außenleiter der Koaxialleitung auf Massepotenzial führen, sind für die Richtkopplercharakteristik ganz entscheidend und können so relativ flexibel angeordnet werden.
  • Durch Bestückung der Koaxialleitung mit Ferriten erreicht man eine nutzbare Charakteristik des Richtkopplers über mehrere Oktaven.
  • Die Ausführungsform der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik;
    Fig. 2
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik und
    Fig. 3
    eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik.
  • Der erfindungsgemäßen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik wird in seiner Ausführungsform nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 3 beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik umfaßt gemäß Fig. 1 im wesentlichen eine Koaxialleitung 1, die aus einem Innenleiter 2 und über ein Dielektrikum getrennt aus einem Außenleiter 3 besteht. Die Koaxialleitung 1 ist an ihrem Außenmantel von mehreren aneinander gereihten Ferritkernringen 4 umgeben.
  • Die Koaxialleitung 1 ist an ihrer ersten Anschlußfläche 8 mit den ersten Anschluß 5 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 des Richtkoppler über ein erstes Widerstandsnetzwerk 7 und an ihrer zweiten Anschlußfläche 9 mit dem zweiten Anschluß 10 und dem zweiten Auskoppelanschluß 11 über ein zum ersten Widerstandsnetzwerk 7 symmetrisches zweites Widerstandsnetzwerk 12 verbunden.
  • Das erste Widerstandnetzwerk 7 besteht aus einer Serienschaltung eines Widerstandes R71 und R72 in der Verbindungsleitung 73 zwischen dem ersten Anschluß 5 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 und einem Widerstand R74 in der Verbindungsleitung 75 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 sowie einer direkten Verbindungsleitung 76 zwischen dem Innenleiter 2 der Koaxialleitung 1 und den ersten Anschluß 5.
  • Das zweite Widerstandnet zwerk 12 besteht symmetrisch zum ersten Widerstandsnetzwerk 7 aus einer Serienschaltung eines Widerstandes R121 und R122 in der Verbindungsleitung 123 zwischen dem zweiten Anschluß 10 und den zweiten Auskoppelanschluß 11 und einem Widerstand R124 in der Verbindungsleitung 125 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und den zweiten Auskoppelanschluß 11 sowie einer direkten Verbindungsleitung 126 zwischen den Innenleiter 2 der Koaxialleitung 1 und dem zweiten Anschluß 10.
  • Der Außenleiter 3 ist an der ersten Anschlußfläche 8 der Koaxialleitung 1 mit einem dritten Widerstandsnetzwerk 13 auf Massepotenzial geführt. Das dritte Widerstandsnetzwerk 13 besteht aus einer Parallelschaltung von mehreren niederohmigen Widerständen R131, R132, R133,... R13 (n-1), R13n.
  • Der Außenleiter 3 an der zweiten Anschlußfläche 9 der Koaxialleitung 1 ist mit einem vierten Widerstandsnetzwerk 14, das vollkommen symmetrisch zum dritten Widerstandsnetzwerk 13 ausgeführt ist, auf Massepotenzial geführt. Das vierte Widerstandnetzwerk 14 besteht demnach aus einer Parallelschaltung von mehreren niederohmigen Widerständen R141, R142, R143,..., R14(n-1), R14n·
  • Die Widerstände R71, R72 und R74 des ersten Widerstands netzwerkes 7 und die Widerstände R121, R122 R124 des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12 sind höherohmig ausgelegt als die niederohmigen Widerstände R131, ...,R13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 und die niederohmigen Widerstände R141,...., R14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14.
  • In der Seitenansicht in Fig. 2 sowie in der Draufsicht in Fig. 3 des erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik ist die halb ringförmige bzw. U-förmige Gestaltung der Koaxialleitung 1 erkennbar. Die Verbiegung der ursprünglich linearen Koaxialleitung 1 in die ringförmige bzw. U-förmige Gestaltung gemäß. Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist durch den Einsatz der Semi-Rigid-Technologie beim Innenleiter 2, Dielektrikum und Außenseiter 3 der Koaxialleitung 1 möglich.
  • Aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist ebenfalls die kegelförmige Anordnung der Widerstände R131, ...., R13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 bzw. der Widerstände R141,...,R14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und der planaren Leiterplatte 15 erkennbar, die den ersten und zweiten Anschluß 5 und 10 bzw. den ersten und zweiten Auskoppelanschluß 6 und 11 weitere Bauelemente, die z. B. in SMD-Technik angeordnet sind, enthält. Sämtliche Widerstände R131,...,R13n sowie R141,...,R14n sind, wie aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 ersichtlich ist, auf die Leiterplatte aufgelötet.
  • In Fig. 2 ist schließlich auch die Verbindungsleitung 76 bzw. 126 vom Innenleiter 2 der Koaxialleitung zum ersten Anschluß 5 bzw. zum zweiten Anschluß 10 des Richtkopplers sowie der ebenfalls in konventioneller Technik ausgeführte Widerstand R74 des ersten Widerstandsnetzwerkes 7 bzw. der Widerstand R124 des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12, die beide in die kegelförmige Anordnung der Widerstände R131,...,R13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 bzw. der Widerstände R141, ... , R14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14 eingereiht sind, zu erkennen.
  • In der Draufsicht in Fig. 3 sind schließlich die Widerstände R71 und R72 des ersten Widerstandsnetzwerkes 7 und die Widerstände R121 und R122 des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12 erkennbar, die auch in konventioneller Technik ausgeführt und auf der planaren Leiterplatte 15, die im Ausführungsbeispiel in SMD-Technologie realisiert ist, aufgelötet sind.
  • Die Topologie des ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandsnetzwerkes 7, 12, 13 und 14, die geeignete Parametrierung der dazugehörigen Widerstände R71, R72, R74, R121, R122, R124 und R131, ... , R13n sowie R141, ... , R14n und die räumliche Anordnung insbesondere der Widerstände R74, R124, R131, ...,R13n und R141,...,R14n legen die Richtschärfe und Koppeldämpfung des Richtkopplers fest. Durch eine geeignete Wahl von Topologie, Parametrierung und räumlicher Anordnung der Widerstände kann dafür gesorgt werden, dass am ersten Auskoppelanschluß 6 eine konstruktive positive Überlagerung aus den zwischen erstem Anschluß 5 und erster Anschlußfläche 8 der Koaxialleitung 1 hin- und rücklaufenden Wellen ausgekoppelt wird, und am zweiten Auskoppelanschluß 11 eine gegenseitige Auslöschung der beiden Wellen, die aus den zwischen zweiten Anschluß 10 und zweiter Anschlußfläche 9 der Koaxialleitung 1 hin- und rücklaufenden Wellen ausgekoppelt werden, verwirklicht wird.
  • Auf diese Weise läßt sich ein breitbandiger Richtkoppler ohne hohen Aufwand für Anwendungen insbesondere bei breitbandigen Verstärkern, beispielsweise zwischen 30 und 500 MHz, realisieren.

Claims (8)

  1. Richtkoppler mit
    einem ersten Anschluß (5) zum Ein- oder Ausspeisen einer Welle und einem ersten Auskoppelanschluß (6) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle, die beide über ein erstes Netzwerk (7) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) einer Koaxialleitung (3) an dessen erster Anschlußfläche (8) verbunden sind, und
    einem zweiten Anschluß (10) zum Ein- oder Ausspeisen der vom ersten Anschluß (5) ein- oder ausgespeisten Welle und einem zweiten Auskoppelanschluß (11) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle, die beide über ein zweites Netzwerk (12) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) der Koaxialleitung (1) an dessen zweiter Anschlußfläche (9) verbunden sind, einer planaren leiterplatte, die den ersten Auskoppelanschluß (6) und/oder zweiten Auskoppelanschluß (11) beinhaltet.
    dadurch gekennzeichnet daß die Koaxialleitung (1) derart gebogen ist, daß ihre erste und zweite Anschlußfläche (8, 9) im wesentlichen parallel zu der planaren Leiterplatte (15) ausgerichtet ist, die den ersten Anschluß (5) und/oder den zweiten Anschluß (10) beinhaltet.
  2. Richtkoppler nach Anschluß 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erste Netzwerk (7) und das zweite Netzwerk (12) jeweils ein Widerstandsnetzwerk ist.
  3. Richtkoppler nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Außenleiter (3) der Koaxialleitung (1) an der ersten Anschlußfläche (8) über ein drittes niederohmiges Widerstandsnetzwerk (13) und an der zweiten Anschlußfläche (9) über ein viertes niederohmiges Widerstandsnetzwerk (14) auf Massepotential geführt ist.
  4. Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Koaxialleitung (1) halbringförmig oder U-förmig gebogen ist.
  5. Richtkoppler nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die halbringförmige oder U-förmige Koaxialleitung (1) an der ersten Anschlußfläche (8) mit ihrem Innenleiter (2) über einen Verbindungsleiter (76) und mit ihrem Außenleiter (3) über kegelförmig angeordnete Widerstände (R74, R131, ..., R13n) des ersten und/oder dritten Widerstandsnetzwerkes (7, 13) und an der zweiten Anschlußfläche (9) mit ihrem Innenleiter (2) über einen Verbindungsleiter (126) und mit ihrem Außenleiter (3) über kegelförmig angeordnete Widerstände (R124, R141,..., R14n) des zweiten und/oder vierten Widerstandsnetzwerkes (12, 14) mit der planaren Leiterplatte (15) mechanisch und elektrisch verbunden ist.
  6. Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zumindest ein Ferritring (4) aus einem Ferrit-Material die Koaxialleitung (1) umschließt.
  7. Richtkoppler nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere aneinander gereihte Ferritringe (4) die Koaxialleitung (1) ummanteln.
  8. Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Widerstände (R71, R72, R74, R121, R122, R124, R131,..., R13n, R141,...,R14n) der Widerstandsnetzwerke (7, 12, 13, 14) in SMD-Technik auf die planare Leiterplatte (15) aufgelötete Bauelemente sind.
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