EP2171793B1 - Schleifenrichtkoppler - Google Patents

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EP2171793B1
EP2171793B1 EP08784853A EP08784853A EP2171793B1 EP 2171793 B1 EP2171793 B1 EP 2171793B1 EP 08784853 A EP08784853 A EP 08784853A EP 08784853 A EP08784853 A EP 08784853A EP 2171793 B1 EP2171793 B1 EP 2171793B1
Authority
EP
European Patent Office
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network
coupling
signal
input
factor
Prior art date
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EP08784853A
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English (en)
French (fr)
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EP2171793A1 (de
Inventor
Thomas Zelder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2171793A1 publication Critical patent/EP2171793A1/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

Definitions

  • the present invention relates to a Schleifenrichtkoppler with a waveguide, in particular a waveguide, a planar conductor or a coaxial conductor, in the form of a half loop antenna, which has a first antenna arm and a second antenna arm, for contactless decoupling of a running on a waveguide signal a and a on This waveguide returning signal b, according to the preamble of claim 1.
  • the directional coupler is one of the most commonly used components in high frequency and microwave circuits. It is a reciprocal four-door component in which ideally two gates are decoupled from each other when all gates are completed without reflection.
  • Tor 1 is the input gate to which a signal is fed. All gates are completed without reflection.
  • the gate 4 is the isolation gate to which no portion of the injected power is coupled.
  • the other two goals are called Transmission Gate and Coupling Gate.
  • the directivity is the ratio of the performance of the docking gate to the performance of the isolation gate when all gates are completed without reflection.
  • the optimal directivity of a directional coupler, consisting of two coupled lines, is after KW Wagner, "Induction effect of traveling waves in neighboring lines," Elektrotechnische Zeitschrift, volume 35, pages 639-643; 677-680; 705-708, 1914 achieved when the ratio of the inductive to the capacitive coupling factor is equal to the product of the characteristic impedance of the individual lines.
  • Directional couplers are often used in measuring systems for the separate determination of the incoming and returning waves.
  • directional couplers are used as decoupled power dividers in attenuators, phase shifters, mixers and amplifiers.
  • Directional couplers are constructed, for example, of coaxial conductors, waveguides and / or planar waveguides.
  • a loop-wise coupler consists of a conductor loop which is positioned over or in a waveguide. In this case, any waveguide such as hollow lines, planar strip lines or coaxial cables can be used.
  • Schleifenrichtkopplers The application of a Schleifenrichtkopplers is varied. For example, use F. De Groote, J. Verspecht, C. Tsironis, D. Barataud and J.-P. Teyssier, "An improved coupling method for time domain load-pull measurements", European Microwave Conference, Vol. 1, p. 4ff, October 2005 and K. Yhland, J. Stenarson, "Noncontacting Measurement of Power in Microstrip Circuits" in 65th ARFTG, pp. 201-205, June 2006 a Schleifenrichtkoppler as a component in a contactless measuring system.
  • Inductive and / or capacitive coupling structures are used to determine the scattering parameters of a test object (DUT - D evice U nder T est) with a contactless, mostly vectorial measuring system.
  • a test object DUT - D evice U nder T est
  • a contactless, mostly vectorial measuring system By means of these coupling structures, the current and / or the voltage of a signal line, which is connected directly to the test object, determined.
  • the back and forth waves are measured on the signal line, then directional couplers are used as coupling structures for the separation of the two waves.
  • the accuracy of an uncalibrated and calibrated measuring system for determining the back and forth waves by means of directional couplers depends i.a. from the directivity of the coupler.
  • the directivity can be optimized by the positioning and angle of the loop relative to the signal line, as well as by changing the loop geometry.
  • a broadband optimization of the directional coupling (over several octaves) is not possible.
  • the geometry of the configuration must be re-optimized. This requires a very precise loop positioning unit, which enormously increases the complexity of the directional coupler.
  • the invention has for its object to provide a Schleifenrichtkoppler the o.g. To simplify its use in terms of its application and at the same time to improve the directivity.
  • the first antenna arm is connected to a first input of a first network and the second antenna arm to a second input of the first network, wherein the first network at the first input a first Power divider and at the second input has a second power divider, which divide the respective voltage applied to the antenna arms signal, wherein the first network a first adder, which adds the signals of the first and second power divider together and the resulting signal K c (a + b) , wherein K c is a capacitive coupling factor of the Schleifenrichtkopplers, to a first output of the first network, and a first subtractor, which subtracts the signals of the first and second power divider from each other and the resulting signal K i (ab), where K i a inductive coupling factor of the Schleifenrichtkopplers is on a second output of the first network is, has a third network with a first input, which
  • a second network having a first input connected to the first output of the first network, a second input connected to the second output of the first network, a first output, which is connected to a first input of a third Network, and a second output, which is connected to the second input of the third network, provided, wherein the second network has at least one coupling factor matching device, the magnitude and / or the phase of the signal at the first input of the second network and / or changed at the second input of the second network such that at the second adder and at the second subtracter signals with respect to magnitude and phase respectively identical coupling factor K 1 , K 2 are present for addition or subtraction.
  • a first switch and between the second output of the second Network and the second input of the third network, a second switch is arranged and configured such that these switches either the coming of the first and second output of the second network signal optionally respectively to the first and second input of the third network or bypassing the third Forward network.
  • a fifth power divider which applies the signal coming from the first output of the second network to the first input of the third network and to a third switch and between the second output of the second network and the second input of the third network
  • a sixth power divider which applies the signal coming from the second output of the second network to the second input of the third network and to a fourth switch, the switches being arranged and are formed so that they give the coming of the power dividers signal either to a receiver or a terminator.
  • VFO variable frequency oscillator
  • the receiver is connected to the control for the coupling factor matching means, the receiver being preferably arranged to control the coupling factor matching means such that the coupling factor matching means control of the coupling factor matching means supplies such parameters that the coupling factor matching device changes the magnitude and / or the phase of the signal at the first input of the second network and / or at the second input of the second network such that an identical coupling factor K is present at both outputs of the second network.
  • the receiver is arranged to control the controller for the coupling factor matcher such that the controller for the coupling factor matcher supplies the coupling factor matcher with such parameters that the coupling factor matcher determines the magnitude and / or the phase of the signal at first input of the second network and / or the second input of the second network changed such that at inputs of second adder a first coupling factor K 1 and at the inputs of the second subtractor, a second coupling factor K 2 is present.
  • the first preferred embodiment of a Schleifenrichtkopplers invention for coupling out on a waveguide 11 between a signal source 13 and a test object (DUT) 15 running wave a and a returning wave b comprises a half loop antenna 10 with a first antenna arm 12 and a second Antenna arm 14.
  • Reference numeral 17 denotes a reference plane.
  • the two antenna arms 12, 14 are connected to a configurable network 16.
  • the configurable network 16 is a first network 18 having a first input 20, a second input 22, a first output 24 and a second output 26, a second network 28 having a first input 30, a second input 32, a first output 34 and a second output 36 and a third network 38 having a first input 40, a second input 42, a first output 44 and a second output 46.
  • the second network 28 forms signal paths 128 and 130 between the outputs 24, 26 of the first network 18 and the inputs 40, 42 of the third network.
  • the first antenna arm 12 is connected via a first mixer 48 and a first filter 50 to the first input 20 of the first network 18.
  • the second antenna arm 14 is connected via a second mixer 52 and a second filter 54 to the second input 22 of the first network 18.
  • the first network 18 has a first power divider 56 at the first input 20 and a second power divider 58 at the second input 22. Furthermore, in the first network 18, a first adder 60, which adds the signal from the first power divider 56 and second power divider 58 together and to the first output 24 of the first network 18, and a first subtractor 62, which receives the signal from the first power divider 56 and second power divider subtracted from each other 58 and to the second output 26 of the first network 18 are arranged.
  • the signal K i * (ab) is multiplied by a complex factor F by a coupling factor equalizer 64, which determines the amount and the phase of this signal K i * (ab) changes.
  • the resulting signal K i * F * (ab) is given by the coupling-factor matching means 64 to the second output 36 of the second network 28 .
  • the signal K c * (a + b) is looped through by the second network 28 to the second output 34 of the second network 28. It should be emphasized that this approximation of magnitude and phase of the two coupling factors K i and K c is merely exemplary.
  • the third network 38 has a third power divider 66 at the first input 40 and a fourth power divider 68 at the second input 42. Furthermore, in the third network 38, a second adder 70, which adds the signal from the third power divider 66 and fourth power divider 68 together and to the first output 44 of the third network 38, and a second subtractor 72, which receives the signal from the third power divider 66 and fourth power divider 68 subtracted from each other and to the second output 46 of the third network 38 are arranged.
  • the signal 2K 1 * a is obtained at the first output 44 of the third network 38, and the signal 2K 2 * b at the second output 46 of the third network 38, where K 1 is the coupling factor at the two inputs of the second adder 70 and K 2 is the coupling factor at the two inputs of the second subtractor 72.
  • the resulting coupling factors for the outgoing wave a and the returning wave b are identical, namely K.
  • the third network 38 has a first capacitive signal path 120 extending from the third power divider 66 to the second adder 70, one from the third power divider 66 to the second subtractor 72 extending first inductive signal path 122, one of the fourth power divider 68 to the second adder 70 extending second capacitive signal path 124 and a second inductive signal path 126 extending from the fourth power conductor 68 to the second subtracter 72.
  • the mixers 48, 52 and filters 50, 54 serve to convert the signals coming from the antenna arms 12 and 14 to a predetermined intermediate frequency, so that the subsequent components need only be optimized to this predetermined intermediate frequency.
  • a VFO (variable frequency oscillator) or a phase locked loop 74 is provided with a local oscillator or a reference oscillator, which gives a corresponding reference signal or mixing signal 76 to the mixers 48 and 52, of the mixers 48 and 52 with the respective output signal of the two Antenna arms 12, 14 is mixed.
  • the phase-locked loop 74 is further connected to a controller 78 for the coupling factor equalizer 64 and passes this the current frequency 80 of the reference signal 76.
  • the controller 78 selects a frequency-individual complex factor F or complex factors F 1 , F 2 and transfers this or these to the second network 28 or to the coupling factor matching device 64 in the second network 28.
  • an intermediate frequency signal 110 is transferred to the phase locked loop 74. This intermediate frequency signal 110 is taken either before the first input 20 or before the second input 22 of the network 18.
  • the directivity of the directional coupler according to the invention without position or geometry change can be optimized for each frequency.
  • the loop antenna 10 together with the network 16 it is possible to realize an optimized loop-directional coupler with the additional use of any signal conductor, such as a coaxial line or microstrip line, without changing the loop geometry and arrangement relative to the signal conductor 11.
  • the configurable network 16 consists of the three subnetworks 18, 28 and 38, wherein the first network 18 and the third network 38 may be identical.
  • the integration of the mixers 48, 52 and filters 50, 54 into the network 16 is not mandatory, however, this creates some advantages.
  • the half conductor loop 10 inductively and capacitively decouples a portion of the energy present, for example, in the near field of the signal conductor 11.
  • a small compared to the wavelength of the electrical signal conductor loop 10 is added in the first antenna arm 12 of the inductively and capacitively induced current, wherein in the other second antenna arm 14 subtract the currents due to a phase difference of 180 °.
  • the first network 18 comprises the two power splitters 56, 58, which are, for example, two 3 dB couplers, and one add and subtract network 62 each.
  • the addition network 60 is, for example, a "twisted" 3 dB coupler (combiner) and as a subtraction network 62, for example, a balun (balun) is provided.
  • the change of magnitude and phase of the signal is effected, for example, by means of an amplifier or an attenuator in combination with a phase shifter. It is preferred to use electronically controllable components, so that the complex-valued factor F by means of electrical control signals quickly and easily a change in the measurement configuration can be adjusted.
  • the placement of the multiplication unit or the coupling factor matching device 64 is arbitrary. As in Fig. 1 As shown, it is possible to perform the multiplication only in one path, it being unimportant which of the two available paths is used.
  • controllable components can also be provided in both paths, or in one path only the phase and in the other path only the amount is controlled.
  • the coupling loss can be adjusted with the help of the second network 28 without having to change the tube attenuation or raw coupling loss of the simple conductor loop 10.
  • the signals are recombined by the third network 38 so that only one outgoing wave a and one output 44 depending on the coupling factor K are used returning wave b yields. To ensure this, the individual paths of the network are formed absolutely identical.
  • the necessary components such as the subtracters 62, 72 (balun) and the power dividers 56, 58, 66, 68, only function with frequency limitation. This contradicts a broadband use of the system.
  • the system is optionally extended by one or more heterodyne mixers including the mixers 48, 52 and the filters 50 54.
  • the signals of the loop 10 are mixed with the reference signal 76 to a low, fixed (predetermined) intermediate frequency.
  • a fixed intermediate frequency it is possible to integrate the configurable network 16 as a circuit, since the requirements for the individual components with respect to the frequency bandwidth fall significantly.
  • the system can be optimized for any signal bandwidths.
  • the necessary reference signal 76 is generated, for example, by means of a control loop and a local and reference oscillator 74.
  • the network 16 represents a hardware calibration of the loop 10 with the aim of increasing the directivity.
  • the configuration of the network 16 is equivalent to the control of the second network 28.
  • the aim is first to determine the complex factor F and then to control the components of the second network 28 so that they correspond to the factor F.
  • a reflection-free, ideally a reflection-free termination is connected to the reference plane 17 as a DUT (test object).
  • the traveling wave a then exists on the signal line 11.
  • the traveling wave a can be multiplied by the capacitive coupling factor K c * a and multiplied by the inductive coupling factor K i * a.
  • Um To measure the output signals of the second network 28, the connection between the second network 28 and the third network 38 must be disconnected so that the second network 28 can be connected directly to vectorial receivers. Since there is no anechoic closure in reality, a low-reflection finish must be used to set the F factor. The lower the reflectivity, the higher directivity values can be achieved with the overall arrangement. In addition, the magnitude of the directivity depends on whether the transfer functions of the paths of the third network 38 are identical. The greater the differences in the transfer functions, the lower the directivity values can be achieved.
  • second preferred embodiment of the Schleifenrichtkopplers invention functionally identical parts are designated by the same reference numerals, as in Fig. 1 so that their explanation to the above description of Fig. 1 is referenced.
  • two, for example, electronic switches 84 and 86 are arranged between the second network 28 and the third network 38 and two additional switches 88, 90 are provided above the third network 38, which are each actuated by a controller 92, 94. These serve to simplify the calibration described above with respect to the reference plane 17 shown.
  • the control 78 of the second network 28 and the switches 84, 86, 88, 90 are performed manually or completely automatically. Instead of the switches 84, 86, 88, 90, two identical couplers can also be used.
  • a fifth power divider 96 is arranged, which outputs the signal to the first input 40 of the third network 38 and to a first switch 98.
  • a sixth power divider 100 is arranged, which outputs the signal to the second input 42 of the third network 38 and to a second switch 102.
  • the two switches 98, 102 pass the signal either to low reflection terminations 104, 106 or to a receiver 108.
  • the receiver 108 controls the controller 78 in such a way that the latter transmits corresponding parameters for the change of magnitude and phase to the second network 28, so that by means of the coupling factor matching device 64 the coupling factors abut each other in the manner described above be aligned.
  • the coupling factor matching devices 112 and 114 which are connected directly in front of the adder 70 and subtractor 72, optionally take over the equalization of the coupling factors K i and K c that differ in magnitude and phase in addition to the compensation of attenuation and phase shift in the four paths of the third network then to the coupling factor matching device 64 according to the first three embodiments Fig. 1 to 3 can be dispensed with, as in Fig. 4 shown.
  • the coupling factor equalizer 112 multiplies in an inductive path of the Third network 38, the coupling factor K i * D 2 (coupling factor with transfer function) with a factor F 4 and the coupling factor match device 114 multiplied in the other inductive path of the third network 38, the coupling factor K i * D 4 (coupling factor with transfer function) with a Factor F 4 .
  • the transfer functions (attenuation and phase shift) D 1 , D 2 , D 3 and D 4 of the individual signal paths of the third network 38 and the paths between the outputs 34, 36 of the second network 28 and the adder 70 and the subtractor 72 or between the outputs 24, 26 of the first network 18 and the adder 70 and the subtracter 72 are determined by measurement, for example. If they are known, the coupling factors are adjusted by means of the second network 28 in such a way that the complex amplitudes of the signals at the inputs of the adder 70 and subtractor 72 are identical, and the various configurations of the second network 28 described above are still possible. In the first three embodiments of Fig.
  • the known transmission factors D 1 , D 2 and D 3 , D 4 are loaded from the memory and multiplied to the received signals (K c * F 1 * D 1 , K i * F 2 * D 2 or K c * F 1 * D 3, K i * F 2 * D 4).
  • the two coupling factor matching devices 112, 114 are provided in the third network 38, as in FIG Fig. 4 shown. These coupling factor matching devices 112, 114 increase the directivity under consideration of the path losses D 1 to D 4 . Up to four coupling factor matching devices may be provided for all four paths of the third network 38. Four configurations come into question, either two coupling factor matchers 112, 114 are used in the two capacitive or inductive paths, or four coupling factor matchers, one in each path of the third network 38, or three coupling factor matchers are used ,
  • the Fig. 4 shows a variant with two coupling factor matching devices 112, 114 in the inductive (K i -) path.
  • the coupling factor equalizers 112, 114 multiply the complex factors F 3 , F 4 , F 5 , and / or F 6 to the signal amplitudes.
  • the four signals before the adder 70 and the subtractor 72 are coupled to a vectorial receiver, for example by means of switches or power dividers / couplers (similar to US Pat Fig. 2 and 3 ) using a low-reflection DUT, so controlled / calibrated that the output amplitudes are identical.
  • Fig. 4 can also be done in a similar way as in Fig. 2 and Fig. 3 shown to be extended. Also for the system in Fig. 4 can for the Calibration or determination of the factors F 1 to F 4 between the coupling factor matching devices 112, 114 and the second adder 70 and the second subtracter 72 switch and / or power divider may be provided, which are each connected at one output to a (vectorial) receiver are.
  • the network 16 it is also possible for the network 16 to have both two, three or four coupling factor matching devices 112, 114 in the third network 38 as well as one or two coupling factor matching devices 64 in the second network 28.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Structure Of Belt Conveyors (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifenrichtkoppler mit einem Wellenleiter, insbesondere einem Hohlleiter, einem planaren Leiter oder einem Koaxialleiter, in Form einer halben Schleifenantenne, die einen ersten Antennenarm und einen zweiten Antennenarm aufweist, zum kontaktlosen Auskoppeln eines auf einem Wellenleiter hinlaufenden Signals a und eines auf diesem Wellenleiter zurücklaufenden Signals b, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur Bestimmung und Trennung von hin- "a" und rücklaufenden "b" hochfrequenten Spannungs- und Stromwellen bzw. zur Bestimmung der Spannung "U" und des Stromes "I" auf einer Leitung ist es bekannt, so genannte Richtkoppler zu verwenden. Der Richtkoppler ist eine der meist verwendeten Komponenten in Hochfrequenz- und Mikrowellenschaltungen. Es ist ein reziprokes Viertor-Bauteil bei dem im Idealfall zwei Tore voneinander entkoppelt sind, wenn alle Tore reflexionsfrei abgeschlossen sind. Zum Beispiel sei Tor 1 das Eingangstor, an dem ein Signal eingespeist wird. Alle Tore seien reflexionsfrei abgeschlossen. Dann ist beispielsweise das Tor 4 das Isolationstor, zu dem kein Anteil der eingespeisten Leistung gekoppelt wird. Die anderen beiden Tore werden Transmissionstor und Koppeltor genannt.
  • Eine wichtige Größe zum Beschreiben der Qualität eines Richtkopplers ist dessen Richtschärfe (Richtkopplung) bzw. Richtdämpfung. Die Richtschärfe ist das Verhältnis der Leistung des Koppeltores zu der Leistung des Isolationstores, wenn alle Tore reflexionsfrei abgeschlossen sind. Die optimale Richtdämpfung eines Richtkopplers, bestehend aus zwei verkoppelten Leitungen, wird nach K. W. Wagner, "Induktionswirkung von Wanderwellen in Nachbarleitungen," Elektrotechnische Zeitschrift, Band 35, Seiten 639-643; 677-680; 705-708, 1914 erzielt, wenn das Verhältnis des induktiven zum kapazitiven Koppelfaktors gleich dem Produkt der Wellenwiderstände der einzelnen Leitungen ist.
  • Richtkoppler werden oft in Messsystemen zur separaten Bestimmung der hin- und rücklaufenden Wellen verwendet. In der Schaltungstechnologie werden Richtkoppler als entkoppelte Leistungsteiler in Dämpfungsgliedern, Phasenschiebern, Mischern and Verstärker eingesetzt. Dabei werden Richtkoppler beispielsweise aus Koaxialleitern, Hohlleitern oder/und planaren Wellenleitern aufgebaut.
  • Eine mögliche Koppelstruktur zur Trennung der hin- und rücklaufenden Wellen ist der Schleifenrichtkoppler, welchen P. P. Lombardini, R. F. Schwartz, P. J. Kelly, "Criteria for the design of loop-type directional couplers for the L band," IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, Band 4, Nr. 4, Seiten 234-239, Oktober 1956 und B. Mäher, "An L-band loop-type coupler," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 9, Nr. 4, Seiten 362-363, Juli 1961 beschreiben. Ein Schleifenrichtkoppler besteht aus einer Leiterschleife, welche über oder in einem Wellenleiter positioniert wird. Dabei können beliebige Wellenleiter wie Hohlleitungen, planare Streifenleitungen oder Koaxialleitungen verwendet werden. Die Anwendung eines Schleifenrichtkopplers ist vielfältig. Zum Beispiel verwenden F. De Groote, J. Verspecht, C. Tsironis, D. Barataud and J.-P. Teyssier, "An improved coupling method for time domain load-pull measurements", European Microwave Conference, Band 1, Seiten 4ff, Oktober 2005 und K. Yhland, J. Stenarson, "Noncontacting measurement of power in microstrip circuits" in 65th ARFTG, Seiten 201-205, Juni 2006 einen Schleifenrichtkoppler als Komponente in einem kontaktlosen Messsystem.
  • Zur Bestimmung der Streuparameter eines Testobjektes (DUT - Device Under Test) mit einem kontaktlosen, meist vektoriellen Messsystem werden induktive und/oder kapazitive Koppelstrukturen verwendet. Mittels dieser Koppelstrukturen werden der Strom und/oder die Spannung einer Signalleitung, welche direkt mit dem Testobjekt verbunden ist, bestimmt. Alternativ werden auch die hin- und rücklaufenden Wellen auf der Signalleitung gemessen, wobei dann Richtkoppler als Koppelstrukturen zur Trennung der beiden Wellen verwendet werden.
  • Die Genauigkeit eines unkalibrierten und kalibrierten Messsystems zur Bestimmung der hin- und rücklaufenden Wellen mittels Richtkoppler hängt u.a. von der Richtdämpfung der Koppler ab. Bei der beispielhaften Verwendung von Schleifenrichtkopplern kann die Richtdämpfung durch die Positionierung und den Winkel der Schleife relativ zur der Signalleitung, sowie durch Änderung der Schleifengeometrie optimiert werden. Jedoch ist damit eine breitbandige Optimierung der Richtkopplung (über mehrere Oktaven) nicht möglich. Für jeden Frequenzbereich muss die Geometrie der Konfiguration erneut optimiert werden. Dazu bedarf es einer sehr präzisen Schleifenpositioniereinheit, welches die Komplexität des Richtkopplers enorm erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifenrichtkoppler der o.g. Art hinsichtlich seiner Anwendung zu vereinfachen und gleichzeitig die Richtdämpfung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schleifenrichtkoppler der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Bei einem Schleifenrichtkoppler der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Antennenarm mit einem ersten Eingang eines ersten Netzwerkes und der zweite Antennenarm mit einem zweiten Eingang des ersten Netzwerkes verbunden ist, wobei das erste Netzwerk am ersten Eingang einen ersten Leistungsteiler und am zweiten Eingang einen zweiten Leistungsteiler aufweist, welche das jeweilige an den Antennenarmen anliegende Signal aufteilen, wobei das erste Netzwerk einen ersten Addierer, welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers miteinander addiert und das daraus resultierende Signal Kc(a+b), wobei Kc ein kapazitiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, auf einen ersten Ausgang des ersten Netzwerkes gibt, und einen ersten Subtrahierer, welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers voneinander subtrahiert und das daraus resultierende Signal Ki(a-b), wobei Ki ein induktiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, auf einen zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes gibt, aufweist, ein drittes Netzwerk mit einem ersten Eingang, welcher mit dem ersten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, und einem zweiten Eingang, welcher mit dem zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, vorgesehen ist, wobei das dritte Netzwerk am ersten Eingang einen dritten Leistungsteiler und am zweiten Eingang einen vierten Leistungsteiler aufweist, welche des jeweilige an den Eingängen des dritten Netzwerkes anliegende Signal aufteilen, wobei das dritte Netzwerk einen zweiten Addierer aufweist, welcher das Signal des dritten Leistungsteilers über einen ersten kapazitiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor D1 und des vierten Leistungsteilers über einen ersten induktiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor D2 erhält, sowie miteinander addiert und das daraus resultierende Signal, auf einen ersten Ausgang des dritten Netzwerkes gibt, wobei das dritte Netzwerk einen zweiten Subtrahierer aufweist, welcher das Signal des dritten Leistungsteilers über einen zweiten kapazitiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor D3 und des vierten Leistungsteilers über einen zweiten induktiven Signalpfad mit einem komplexen Übertragungsfaktor D4 erhält sowie voneinander subtrahiert und das daraus resultierende Signal auf einen zweiten Ausgang des dritten Netzwerkes gibt, wobei in wenigstens einem der Signalpfade zwischen dem ersten und dritten Netzwerk und/oder in wenigstens einem der Signalpfade zwischen den Leistungsteilern und dem zweiten Addierer sowie dem zweiten Subtrahierer wenigstens eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, welche den Betrag und/oder die Phase des Signals in dem jeweiligen Signalpfad derart verändert, dass am zweiten Addierer und am zweiten Subtrahierer jeweils Signale mit hinsichtlich Betrag und Phase identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition bzw. Subtraktion vorliegen.
  • Dies hat den Vorteil, dass ein Richtkoppler zur Verfügung steht, dessen Koppelfaktoren frequenzindividuell so angeglichen werden können, dass ein resultierender kapazitiver und induktiver Koppelfaktor nahezu identisch sind, obwohl die sich aus der geometrischen Ausbildung und Anordnung sowie Frequenz des ausgekoppelten Signals ergebenden kapazitiven und induktiven Koppelfaktoren voneinander abweichen. Dies erzielt eine entsprechende Verbesserung der Richtdämpfung ohne die geometrischen Gegebenheiten des Schleifenrichtkopplers ändern zu müssen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweites Netzwerk mit einem ersten Eingang, welcher mit dem ersten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, einem zweiten Eingang, welcher mit dem zweiten Ausgang des ersten Netzwerkes verbunden ist, einem ersten Ausgang, welcher mit einem ersten Eingang eines dritten Netzwerkes verbunden ist, und einem zweiten Ausgang, welcher mit dem zweiten Eingang des dritten Netzwerkes verbunden ist, vorgesehen, wobei das zweite Netzwerk wenigstens eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung aufweist, welche den Betrag und/oder die Phase des Signals am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes derart verändert, dass am zweiten Addierer und am zweiten Subtrahierer Signale mit hinsichtlich Betrag und Phase jeweils identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition bzw. Subtraktion vorliegen.
  • Hierbei ist beispielsweise K1 = K2 = K und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung bevorzugt derart ausgebildet, dass sie das Signal am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes mit einem ersten komplexen Faktor F1 und/oder das Signal am zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes mit einem zweiten komplexen Faktor F2 multipliziert, wobei der erste und/oder zweite komplexe Faktor E1, F2 derart gewählt sind, dass gilt K = K c ⋅ F 1 ⋅ D 1 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 2 = K c ⋅ F 1 ⋅ D 3 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 4
    Figure imgb0001
    oder K = K c ⋅ F 1 ⋅ D 1 = K i ⋅ D 2 = K c ⋅ F 1 ⋅ D 3 = K i ⋅ D 4
    Figure imgb0002
    oder K = K c ⋅ D 1 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 2 = K c ⋅ D 3 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 4 .
    Figure imgb0003
  • Zum Abgleich bzw. zum Bestimmen von erforderlichen komplexen Faktoren zum Angleichen des kapazitiven und induktiven Koppelfaktors ist es in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem ersten Eingang des dritten Netzwerkes ein erster Umschalter sowie zwischen dem zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem zweiten Eingang des dritten Netzwerkes ein zweiter Umschalter derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese Umschalter wahlweise das von dem ersten und zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes kommende Signal wahlweise jeweils an den ersten und zweiten Eingang des dritten Netzwerkes legen oder unter Umgehung des dritten Netzwerkes weiterleiten.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem ersten Eingang des dritten Netzwerkes ein fünfter Leistungsteiler, welcher das von dem ersten Ausgang des zweiten Netzwerkes kommende Signal an den ersten Eingang des dritten Netzwerkes und an einen dritten Umschalter legt, sowie zwischen dem zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes und dem zweiten Eingang des dritten Netzwerkes ein sechster Leistungsteiler, welcher das von dem zweiten Ausgang des zweiten Netzwerkes kommende Signal an den zweiten Eingang des dritten Netzwerkes und an einen vierten Umschalter legt, angeordnet, wobei die Umschalter derart angeordnet und ausgebildet sind, dass diese das von den Leistungsteilern kommende Signal wahlweise an einen Empfänger oder einen Abschlusswiderstand geben.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist in dem ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad und/oder in dem ersten und zweiten induktiven Signalpfad des dritten Netzwerkes jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet, wobei die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem ersten kapazitiven Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F3 multipliziert, die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem ersten induktiven Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F4 multipliziert, die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem zweiten kapazitiven Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F5 multipliziert und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem zweiten induktiven Signalpfad das Signal mit einem komplexen Faktor F6 multipliziert, wobei die komplexen Faktoren F3, F4, F5 und F6 derart gewählt sind, dass gilt, K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0004
    und K c * D 3 * F 5 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0005
    wenn in allen Signalpfaden des dritten Netzwerkes eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0006
     K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0007
    wenn lediglich im ersten und zweiten induktiven Signalpfad des dritten Netzwerkes jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * D 2 = K 1
    Figure imgb0008
     K c * D 3 * F 5 = K i * D 4 = K 2
    Figure imgb0009
    wenn lediglich im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad des dritten Netzwerkes jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0010
    und K c * D 3 * F 5 = K i * D 4 = K 2
    Figure imgb0011
  • wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im ersten induktiven Signalpfad (122) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0012
    und K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0013
    wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im zweiten induktiven Signalpfad (126) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0014
    und K c * D 3 * F 5 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0015
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im zweiten kapazitiven Signalpfad (124) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0016
    und K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0017
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im ersten kapazitiven Signalpfad (120) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist.
  • Eine Optimierung der Leistungsteiler, der Addierer, der Subtrahierer und der Koppelfaktorangleich-Einrichtung auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz mit entsprechender Kostenreduktion ist dadurch möglich, dass zwischen dem ersten Antennenarm und dem ersten Eingang des ersten Netzwerkes sowie zwischen dem zweiten Antennenarm und dem zweiten Eingang des ersten Netzwerkes jeweils ein Mischer und ein Filter angeordnet sind, wobei Mischer und Filter derart ausgebildet sind, dass diese die von den Antennenarmen kommenden Signale auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz umsetzen. Hierzu sind die Mischer mit einem variablen Frequenzoszillator (VFO) verbunden, der ein Mischersignal an die Mischer zum Mischen mit den von den Antennenarmen kommenden Signalen gibt. Der VFO ist bevorzugt als Phasenregelschleife mit Lokaloszillator und/oder Referenzoszillator ausgebildet.
  • Individuelle komplexe Faktoren für jede Arbeitsfrequenz mit einer verbesserten Angleichung der Koppelfaktoren erzielt man dadurch, dass der VFO mit einer Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung verbunden ist, wobei die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in Abhängigkeit von der an die Mischer gegebene Mischerfrequnz einen komplexen Faktor F bzw. komplexe Faktoren F1, F2, F3, F4, F5 und/oder F6 einstellt.
  • Zur automatischen Konfiguration des Schleifenrichtkopplers ist der Empfänger mit der Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung verbunden, wobei der Empfänger bevorzugt derart ausgebildet ist, dass dieser die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung derart ansteuert, dass die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung der Koppelfaktorangleich-Einrichtung derartige Parameter zuführt, dass die Koppelfaktorangleich-Einrichtung den Betrag und/oder die Phase das Signals am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes derart verändert, dass an beiden Ausgängen des zweiten Netzwerkes ein identischer Koppelfaktor K vorliegt.
  • Alternativ ist der Empfänger derart ausgebildet, dass dieser die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung derart ansteuert, dass die Steuerung für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung der Koppelfaktorangleich-Einrichtung derartige Parameter zuführt, dass die Koppelfaktorangleich-Einrichtung den Betrag und/oder die Phase das Signals am ersten Eingang des zweiten Netzwerkes und/oder am zweiten Eingang des zweiten Netzwerkes derart verändert, dass an Eingängen des zweiten Addierers ein erste Koppelfaktor K1 und an den Eingängen des zweiten Subtrahierers ein zweiter Koppelfaktor K2 vorliegt.
  • Um die Koppelfaktorangleich-Einrichtungen bei Abschluss des Wellenleiters mit einem reflexionsfreien oder reflexionsarmen Widerstand zu steuern bzw. die Koppelfaktoren F3 bis F6 einzustellen ist zwischen wenigstens einer Koppelfaktorangleich-Einrichtung und dem zweiten Addierer bzw. dem zweiten Subtrahierer oder vor wenigstens einem der Eingänge des zweiten Addierers und des zweiten Subtrahierers jeweils ein Schalter oder ein Leistungsteiler vorgesehen, der mit einem vektoriellen Empfänger verbunden ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
    • Fig. 1
    ein schematisches Schaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers,
    Fig. 2
    ein schematisches Schaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers,
    Fig. 3
    ein schematisches Schaltbild einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers und
    Fig. 4
    ein schematisches Schaltbild einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers.
  • Die in Fig. 1 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers zum Auskoppeln einer auf einem Wellenleiter 11 zwischen einer Signalquelle 13 und einem Testobjekt (DUT) 15 hinlaufenden Welle a und einer rücklaufenden Welle b umfasst eine halbe Schleifenantenne 10 mit einem ersten Antennenarm 12 und einem zweiten Antennenarm 14. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Referenzebene. Die beiden Antennenarme 12, 14 sind mit einem konfigurierbaren Netzwerk 16 verbunden.
  • In dem konfigurierbaren Netzwerk 16 ist ein erstes Netzwerk 18 mit einem ersten Eingang 20, einem zweiten Eingang 22, einem ersten Ausgang 24 und einem zweiten Ausgang 26, ein zweites Netzwerk 28 mit einem ersten Eingang 30, einem zweiten Eingang 32, einem ersten Ausgang 34 und einem zweiten Ausgang 36 sowie ein drittes Netzwerk 38 mit einem ersten Eingang 40, einem zweiten Eingang 42, einem ersten Ausgang 44 und einem zweiten Ausgang 46 angeordnet. Das zweite Netzwerk 28 bildet Signalpfade 128 und 130 zwischen den Ausgängen 24, 26 des ersten Netzwerkes 18 und den Eingängen 40, 42 des dritten Netzwerkes aus.
  • Der erste Antennenarm 12 ist über einen ersten Mischer 48 und einen ersten Filter 50 mit dem ersten Eingang 20 des ersten Netzwerkes 18 verbunden. Der zweite Antennenarm 14 ist über einen zweiten Mischer 52 und einen zweiten Filter 54 mit dem zweiten Eingang 22 des ersten Netzwerkes 18 verbunden.
  • Das erste Netzwerk 18 weist am ersten Eingang 20 einen ersten Leistungsteiler 56 und am zweiten Eingang 22 einen zweiten Leistungsteiler 58 auf. Weiterhin ist im ersten Netzwerk 18 ein erster Addierer 60, welcher das Signal vom ersten Leistungsteiler 56 und zweiten Leistungsteiler 58 miteinander addiert und an den ersten Ausgang 24 des ersten Netzwerkes 18 gibt, sowie ein erster Subtrahierer 62, welcher das Signal vom ersten Leistungsteiler 56 und zweiten Leistungsteiler 58 voneinander subtrahiert und an den zweiten Ausgang 26 des ersten Netzwerkes 18 gibt, angeordnet. Auf diese Weise erhält man am ersten Ausgang 24 des ersten Netzwerkes 18 das Signal Kc*(a+b), wobei Kc der kapazitive Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, und am zweiten Ausgang 26 des ersten Netzwerkes 18 das Signal Ki*(a-b), wobei Ki der induktive Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist. Hierbei ist Kc ≠ Ki.
  • Im zweiten Netzwerk 28 wird von einer Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 das Signal Ki*(a-b) mit einem komplexen Faktor F multipliziert, welcher den Betrag und die Phase dieses Signals Ki*(a-b) ändert. Hierbei wird der komplexe Faktor F derart gewählt, dass gilt Kc = Ki*F = K. Das daraus resultierende Signal Ki*F*(a-b) wird von der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 an den zweiten Ausgang 36 des zweiten Netzwerkes 28 gegeben. Das Signal Kc*(a+b) wird vom zweiten Netzwerk 28 an den zweiten Ausgang 34 des zweiten Netzwerkes 28 durchgeschleift. Es soll betont werden, dass diese Angleichung von Betrag und Phase der beiden Koppelfaktoren Ki und Kc lediglich beispielhaft ist. Es kann auch alternativ nur das andere Signal Kc*(a+b) mit einem komplexen Faktor F multipliziert werden, so dass gilt Kc*F = Ki = K oder es werden beide Signale Ki*F*(a-b) und Kc*(a+b) mit einem jeweiligen Koppelfaktor F1, F2 zu F1*Kc*(a+b) und F2*Ki*F*(a-b) multipliziert werden, so dass gilt K = F1*Kc = F2*Ki. Wesentlich ist, dass in allen Fällen am ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 das Signal K*(a+b) und am zweiten Eingang 42 des dritten Netzwerkes 38 das Signal K*(a-b) anliegt, d.h. identische Koppelfaktoren.
  • Das dritte Netzwerk 38 weist am ersten Eingang 40 einen dritten Leistungsteiler 66 und am zweiten Eingang 42 einen vierten Leistungsteiler 68 auf. Weiterhin ist im dritten Netzwerk 38 ein zweiter Addierer 70, welcher des Signal vom dritten Leistungsteiler 66 und vierten Leistungsteiler 68 miteinander addiert und an den ersten Ausgang 44 des dritten Netzwerkes 38 gibt, sowie ein zweiter Subtrahierer 72, welcher das Signal vom dritten Leistungsteiler 66 und vierten Leistungsteiler 68 voneinander subtrahiert und an den zweiten Ausgang 46 des dritten Netzwerkes 38 gibt, angeordnet. Auf diese Weise erhält man am ersten Ausgang 44 des dritten Netzwerkes 38 das Signal 2K1*a und am zweiten Ausgang 46 des dritten Netzwerkes 38 das Signal 2K2*b, wobei K1 der Koppelfaktor an den beiden Eingängen des zweiten Addierers 70 und K2 der Koppelfaktor an den beiden Eingängen des zweiten Subtrahierers 72 ist. Hierbei sind also die resultierenden Koppelfaktoren für die hinlaufende Welle a und die rücklaufende Welle b identisch, nämlich K. Das dritte Netzwerk 38 weist einen vom dritten Leistungsteiler 66 zum zweiten Addierer 70 verlaufenden ersten kapazitiven Signalpfad 120, einen vom dritten Leistungsteiler 66 zum zweiten Subtrahierer 72 verlaufenden ersten induktiven Signalpfad 122, einen vom vierten Leistungsteiler 68 zum zweiten Addierer 70 verlaufenden zweiten kapazitiven Signalpfad 124 und einen vom vierten Leistungsleiter 68 zum zweiten Subtrahierer 72 verlaufenden zweiten induktiven Signalpfad 126 auf.
  • Die Mischer 48, 52 und Filter 50, 54 dienen dazu, die von den Antennenarmen 12 und 14 kommenden Signale auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz umzusetzen, so dass die nachfolgenden Bauteile nur auf diese vorbestimmte Zwischenfrequenz optimiert werden müssen. Hierzu ist ein VFO (variabler Frequenzoszillator) bzw. eine Phasenregelschleife 74 mit einem Lokaloszillator oder einem Referenzoszillator vorgesehen, welcher ein entsprechendes Referenzsignal bzw. Mischsignal 76 an die Mischer 48 und 52 gibt, das von den Mischern 48 und 52 mit dem jeweiligen Ausgangssignal der beiden Antennenarme 12, 14 gemischt wird. Die Phasenregelschleife 74 ist weiterhin mit einer Steuerung 78 für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 verbunden und übergibt dieser die aktuelle Frequenz 80 des Referenzsignals 76. In Abhängigkeit von dieser Frequenz 80 wählt die Steuerung 78 einen frequenzindividuellen komplexen Faktor F bzw. komplexe Faktoren F1, F2 und übergibt diesen bzw. diese an das zweite Netzwerk 28 bzw. an die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im zweiten Netzwerk 28. Zum Steuern des VFO wird ein Zwischenfrequenzsignal 110 an die Phasenregelschleife 74 übergeben. Diese Zwischenfrequenzsignal 110 wird entweder vor dem ersten Eingang 20 oder vor dem zweiten Eingang 22 des Netzwerkes 18 entnommen.
  • Durch die Verwendung des konfigurierbaren elektrischen Viertor-Netzwerkes 16, welches zum einen an das Isolationstor und zum anderen an das Koppeltor der als Rückwärtswellenkoppler wirkenden Schleifenantenne 10 angeschlossen ist, kann die Richtdämpfung des erfindungsgemäßen Richtkopplers ohne Positions- oder Geometrieänderung für jede Frequenz optimiert werden. Bei der Verwendung der Schleifenantenne 10 zusammen mit dem Netzwerk 16 ist es möglich, einen optimierten Schleifenrichtkoppler unter zusätzlicher Benutzung eines beliebigen Signalleiters, wie beispielsweise einer Koaxialleitung oder einer Mikrostreifenleitung, ohne Änderung der Schleifengeometrie und der Anordnung relativ zum Signalleiter 11, zu realisieren.
  • Das konfigurierbare Netzwerk 16 besteht aus den drei Teilnetzwerken 18, 28 und 38, wobei das erste Netzwerk 18 und das dritte Netzwerk 38 identisch sein können. Die Integration der Mischer 48, 52 und Filter 50, 54 in das Netzwerk 16 ist nicht zwingend erforderlich, jedoch entstehen dadurch einige Vorteile.
  • Die Erläuterung der Funktion des Netzwerkes 16 erfolgt nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1. Die halbe Leiterschleife 10 koppelt induktiv und kapazitiv einen Teil der beispielsweise im Nahfeld des Signalleiters 11 vorhandenen Energie aus. Für den Fall einer gegenüber der Wellenlänge des elektrischen Signals kleinen Leiterschleife 10 addiert sich im ersten Antennenarm 12 der induktiv und kapazitiv induzierte Strom, wobei im anderen zweiten Antennenarm 14 sich die Ströme aufgrund einer Phasendifferenz von 180° subtrahieren.
  • Zunächst wird angenommen, dass die Mischer 48, 52 und die Filter 50, 54 kein Bestandteil des Netzwerkes 16 ist. Dann erfolgt mit Hilfe des ersten Netzwerkes 18 die Trennung der induktiv und kapazitiv gekoppelten Signale der Antennenarme 12, 14, so dass am Ende des ersten Netzwerkes 18 zum einen nur das induktive Signal, welches dem Strom auf der Signalleitung 11 entspricht, und zum anderen das kapazitive Signal, welches der Spannung auf der Signalleitung 11 entspricht, anliegt. Das erste Netzwerk 18 umfasst die zwei Leistungsteiler 56, 58, die beispielsweise zwei 3 dB-Koppler sind, sowie jeweils ein Additions- 60 und Subtraktionsnetzwerk 62. Als Additionsnetzwerk 60 ist beispielsweise ein "gedrehter" 3 dB-Koppler (Combiner) und als Subtraktionsnetzwerk 62 ist beispielsweise ein Symmetrierglied (Balun) vorgesehen.
  • Im zweiten Netzwerk 28 werden die Koppelfaktoren mit Hilfe einer Multiplikation des Signals eines Pfades mit dem komplexen Faktor F angeglichen, so dass gilt K = F*Ki = Kc. Dies erzielt eine optimale Richtdämpfung. Die Veränderung von Betrag und Phase des Signals erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Verstärkers oder eines Dämpfungsgliedes in Kombination mit einem Phasenschieber. Dabei ist es bevorzugt, elektronisch steuerbare Komponenten zu verwenden, so dass der komplexwertige Faktor F mittels elektrischer Steuersignale schnell und einfach bei einer Änderung der Messkonfiguration angepasst werden kann. Die Platzierung der Multiplikationseinheit bzw. der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 ist dabei beliebig. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist es möglich, die Multiplikation nur in einem Pfad durchzuführen, wobei es unwesentlich ist, welcher der beiden zur Verfügung stehenden Pfade verwendet wird. Darüber hinaus können die steuerbaren Bauteile auch in beiden Pfaden vorgesehen sein oder in einem Pfad wird nur die Phase und in dem anderen Pfad nur der Betrag gesteuert. Somit kann mit Hilfe des zweiten Netzwerkes 28 nicht nur die Richtdämpfung, sondern auch die Koppeldämpfung eingestellt werden, ohne die Rohrichtdämpfung bzw. Rohkoppeldämpfung der einfachen Leiterschleife 10 ändern zu müssen.
  • Sind die beiden Koppelfaktoren Ki und Kc identisch zu K umgesetzt, werden durch das dritte Netzwerk 38 die Signale wieder kombiniert, so dass sich an einem Ausgang 44 in Abhängigkeit von dem Koppelfaktor K nur die hinlaufende Welle a und am anderen Ausgang 46 nur die rücklaufende Welle b ergibt. Um dieses zu gewährleisten, sind die einzelnen Pfade des Netzwerkes absolut identisch ausgebildet.
  • Ein Problem der praktischen Realisierung besteht darin, dass die notwendigen Bauteile, wie beispielsweise die Subtrahierer 62, 72 (Balun) und die Leistungsteiler 56, 58, 66, 68, nur frequenzbegrenzt funktionieren. Dies widerspricht einer breitbandigen Nutzung des Systems. Als Abhilfe wird das System optional um eine oder mehrere heterodyne Mischstufen erweitert, die die Mischer 48, 52 und die Filter 50 54 enthalten. Die Signale der Schleife 10 werden dabei mit dem Referenzsignal 76 auf eine niedrige, feste (vorbestimmte) Zwischenfrequenz gemischt. Durch die Verwendung einer festen Zwischenfrequenz ist es möglich, das konfigurierbare Netzwerk 16 als Schaltung zu integrieren, da die Anforderungen an die einzelnen Bauteile bezüglich der Frequenzbandbreite deutlich sinken. Darüber hinaus kann das System für beliebige Signalbandbreiten optimiert werden. Das notwendige Referenzsignal 76 wird beispielsweise mittels einer Regelschleife und einem Lokal- und Referenzoszillator 74 erzeugt.
  • Anschaulich betrachtet stellt das Netzwerk 16 eine Hardwarekalibrierung der Schleife 10 mit dem Ziel der Erhöhung der Richtdämpfung dar.
  • Nachfolgend wird die Steuerung bzw. Kalibrierung der Netzwerkes 16 beschrieben. Die Konfigurierung des Netzwerkes 16 ist gleichbedeutend mit der Steuerung des zweiten Netzwerkes 28. Ziel ist es, zunächst den komplexen Faktor F zu bestimmen und anschließend die Bauteile des zweiten Netzwerkes 28 so anzusteuern, dass sie dem Faktor F entsprechen. Zur Einstellung des richtigen Faktors F wird an der Referenzebene 17 als DUT (Testobjekt) ein reflexionsarmer, idealerweise ein reflexionsfreier Abschluss angeschlossen. Im Idealfall existiert dann auf der Signalleitung 11 nur noch die hinlaufende Welle a. Dies führt dazu, dass an den beiden Ausgängen 24, 26 des ersten Netzwerkes 18 die hinlaufende Welle a zum einen multipliziert mit dem kapazitiven Koppelfaktor Kc*a und zum anderen multipliziert mit dem induktiven Koppelfaktor Ki*a gemessen werden kann. Die Parameter (Betrag und Phase) des zweiten Netzwerkes 28 werden nun so eingestellt, dass die beiden Ausgangssignale des zweiten Netzwerkes 28 an dessen Ausgängen 34, 36 betrags- und phasengleich sind, so dass gilt Kc = F*Ki = K. Um die Ausgangssignale des zweiten Netzwerkes 28 zu messen, muss die Verbindung zwischen dem zweiten Netzwerk 28 und dem dritten Netzwerk 38 aufgetrennt werden, damit das zweite Netzwerk 28 direkt mit vektoriellen Empfängern verbunden werden kann. Da in der Realität kein reflexionsfreier Abschluss existiert, muss ein reflexionsarmer Abschluss zur Einstellung des Faktors F verwendet werden. Je reflexionsärmer der Abschluss ist, desto höhere Richtdämpfungswerte können mit der Gesamtanordnung erzielt werden. Darüber hinaus hängt die Höhe der Richtdämpfung davon ab, ob die Übertragungsfunktionen der Pfade des dritten Netzwerkes 38 identisch sind. Je größer die Unterschiede der Übertragungsfunktionen, desto geringere Richtdämpfungswerte können erzielt werden. Zum Erzielen sehr hoher Richtdämpfungswerte, werden Koppelfaktorangleich-Einrichtungen direkt vor dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 angeordnet, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch näher beschrieben wird, mit dem Ziel die Koppelfaktoren anzugleichen gemäß Kc = F*Ki = K oder die Übertragungsfunktionen (DcM, DcP, DiM, DiP) der Pfade des dritten Netzwerkes 38 sind aufgrund beispielsweise einer Messung nach Betrag und Phase bekannt und in einem Speicher gespeichert. Dann kann mit der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 der induktive Koppelfaktor nach K = Dc/Di*Kc kalibriert/gesteuert werden, so dass am Addierer 70 und Subtrahierer 72 gilt Ki*Di = Dc*Kc.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten, zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind zusätzlich zwischen dem zweiten Netzwerk 28 und dem dritten Netzwerk 38 zwei beispielsweise elektronische Schalter 84 und 86 angeordnet sowie zwei zusätzliche Schalter 88, 90 oberhalb des dritten Netzwerkes 38 vorgesehen, die jeweils von einer Steuerung 92, 94 betätigt werden. Diese dienen zur vereinfachten Durchführung der oben beschriebenen Kalibrierung bezüglich der eingezeichneten Referenzebene 17. Die Steuerung 78 des zweiten Netzwerkes 28 und der Schalter 84, 86, 88, 90 erfolgt manuell oder vollständig automatisiert. Statt der Schalter 84, 86, 88, 90 können auch zwei gleiche Koppler verwendet werden.
  • Zum Erreichen einer sehr hohen Richtwirkung mit nahezu unbeschränkter Bandbreite ist es in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, für jeden Frequenzpunkt den Faktor F bzw. die Einstellungen in einem Speicher zu sichern.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten, dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifenrichtkopplers sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist zwischen dem ersten Ausgang 34 des zweiten Netzwerkes 28 und dem ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 ein fünfter Leistungsteiler 96 angeordnet, welcher das Signal an den ersten Eingang 40 des dritten Netzwerkes 38 und an einen ersten Schalter 98 gibt. Zwischen dem zweiten Ausgang 36 des zweiten Netzwerkes 28 und dem zweiten Eingang 42 des dritten Netzwerkes 38 ist ein sechster Leistungsteiler 100 angeordnet, welcher das Signal an den zweiten Eingang 42 des dritten Netzwerkes 38 und an einen zweiten Schalter 102 gibt. Die beiden Schalter 98, 102 geben das Signal entweder auf reflexionsarme Abschlüsse 104, 106 oder an einen Empfänger 108.
  • Der Empfänger 108 steuert je nach bei der Kalibrierung empfangenen Signalen die Steuerung 78 derart an, dass letztere entsprechende Parameter für die Veränderung von Betrag und Phase an das zweite Netzwerk 28 übergibt, so dass mittels der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 die Koppelfaktoren in oben beschriebener Weise aneinander angeglichen werden.
  • Da in der Realität insbesondere im dritten Netzwerk 38 keine exakt identischen Signalpfade 120, 122, 124, 126 realisierbar sind, führt dies dazu, dass die beiden Koppelfaktoren Ki und Kc*F am Addierer 70 bzw. am Subtrahierer 72 ggf. nicht mehr identisch sind. Um bei Anwendungen, bei denen dieser Fehler relevant ist, diesem Problem zu begegnen, sind beispielsweise weitere Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112 und 114 jeweils direkt vor dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 angeordnet, wie in Fig. 4 dargestellt. Bei der in Fig. 4 dargestellten, vierten bevorzugten Ausführungsform sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1 bis 3, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 3 verwiesen wird. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 bis 3 ist kein zweites Netzwerk 28 vorgesehen und die Signalpfade 128 und 130 verbinden direkt das erste Netzwerk 18 und das dritte Netzwerk 38 miteinander. Die direkt vor dem Addierer 70 und Subtrahierer 72 geschalteten Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112 und 114 übernehmen neben dem Ausgleich von Dämpfung und Phasenverschiebung in den vier Pfaden des dritten Netzwerkes ggf. auch die Angleichung der in Betrag und Phase unterschiedlichen Koppelfaktoren Ki und Kc, wobei dann auf die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 gemäß der ersten drei Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 3 verzichtet werden kann, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 112 multipliziert in einem induktiven Pfad des dritten Netzwerkes 38 den Koppelfaktor Ki*D2 (Koppelfaktor mit Übertragungsfunktion) mit einem Faktor F4 und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung 114 multipliziert in dem anderen induktiven Pfad des dritten Netzwerkes 38 den Koppelfaktor Ki*D4 (Koppelfaktor mit Übertragungsfunktion) mit einem Faktor F4. Auf diese Weise werden dem Addierer 70 zwei Signale mit den jeweiligen Faktoren Kc*D1 = K1 und Ki*D2*F4 = K2 zur Addition zugeführt und dem Subtrahierer 72 werden zwei Signale mit den jeweiligen Faktoren Kc*D3 = K2 und Ki*D4*F6 = K2 zur Subtraktion zugeführt. Zur Trennung der hin- und rücklaufenden Welle a, b ist es hinreichend, wenn die Koppelfaktoren K1 an den beiden Eingängen des zweiten Addierers 70 und die Koppelfaktoren K2 an den beiden Eingängen des zweiten Subtrahierers 72 jeweils identisch sind, wobei die Koppelfaktoren K1 und K2 nicht identisch sein müssen, aber identisch sein können, d.h. K = K1 = K2. Als Ergebnis ergibt sich am ersten Ausgang 44 2*K1*a und am Ausgang 46 2*K2*b.
  • Da, wie bereits erwähnt, die Pfade des dritten Netzwerkes 38 in der Praxis nicht identisch sind, wird der erreichbare Richtdämpfungswert minimiert. Um die Richtdämpfung zu maximieren gibt es folgende Möglichkeiten.
  • Die Übertragungsfunktionen (Dämpfung und Phasenverschiebung) D1, D2, D3 und D4 der einzelnen Signalpfade des dritten Netzwerkes 38 bzw. der Pfade zwischen den Ausgängen 34, 36 des zweiten Netzwerkes 28 und dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 bzw. zwischen den Ausgängen 24, 26 des ersten Netzwerkes 18 und dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 werden beispielsweise messtechnisch bestimmt. Sind sie bekannt, werden mittels des zweiten Netzwerkes 28 die Koppelfaktoren so angepasst, dass die komplexen Amplituden der Signale jeweils an den Eingängen des Addierers 70 und Subtrahierers 72 identisch sind, wobei weiterhin die oben beschriebenen verschiedenen Konfigurationen des zweiten Netzwerkes 28 möglich sind. Bei den ersten drei Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 ist beispielhaft jeweils nur eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im "induktiven" Pfad integriert. Für diese Konfiguration muss mit K = K1 = K2 gelten: K c * D 1 = K i * F 2 * D 2 = K
    Figure imgb0018
     K c * D 3 = K i * F 2 * D 4 = K
    Figure imgb0019
  • Für die Konfiguration des zweiten Netzwerkes 28, bei der die Koppelfaktorangleich-Einrichtung im "kapazitiven" Pfad integriert ist gilt dementsprechend: K c * F 1 * D 1 = K i * D 2 = K
    Figure imgb0020
     K c * F 1 * D 3 = K i * D 4 = K
    Figure imgb0021
  • Wenn in beiden Pfaden (kapazitiv und induktiv) des zweiten Netzwerkes 28 die Koppelfaktoren Ki, Kc angeglichen werden gilt: K c * F 1 * D 1 = K i * F 2 * D 2 = K
    Figure imgb0022
     K c * F 1 * D 3 = K i * F 2 * D 4 = K
    Figure imgb0023
  • Diese sechs oben genannten Gleichungen können erfüllt werden, wenn für die Übertragungspfade folgende Bedingung gilt, D1=D3 und D2=D4.
  • Die Einstellung der Faktoren F1 und F2 erfolgt, wie oben beschrieben, beispielsweise mittels der Konfigurationen gemäß Fig. 2 und 3, wobei zusätzlich die Übertragungsfaktoren D1 bis D4 berücksichtigt werden. Dies geschieht folgendermaßen: Erstens wird als DUT ein reflexionsarmer Abschluss verwendet. Dann werden die beiden Signalamplituden (Kc*F1; Ki*F2) am Ausgang des zweiten Netzwerkes 28 mittels eines vektoriellen Empfängers nacheinander oder mittels der Konfigurationen gemäß der Fig. 2 und 3 gemessen. Zur Einstellung der richtigen Koppelfaktoren F1 und/oder F2 werden die bekannten Übertragungsfaktoren D1, D2 bzw. D3, D4 aus dem Speicher geladen und zu den Empfangssignalen multipliziert (Kc*F1*D1, Ki*F2*D2 oder Kc*F1*D3, Ki*F2*D4). Dann werden die Faktoren F1 und/oder F2 so lange verändert bis die Amplituden identisch sind: K c * D 1 = K i * F 2 * D 2 = K bzw . K c * D 3 = K i * F 2 * D 4 = K
    Figure imgb0024
    oder K c * F 1 * D 1 = K i * D 2 = K bzw . K c * F 1 * D 3 = K i * D 4 = K
    Figure imgb0025
    oder K c * F 1 * D 1 = K i * F 2 * D 2 = K b ⁢ z ⁢ w . K c * F 1 * D 3 = K i * F 2 * D 4 = K
    Figure imgb0026
  • Falls die Bedingung D1=D3 und D2=D4 für die Übertragungsfaktoren nicht gilt, sind statt der Koppelfaktorangleich-Einrichtung 64 im zweiten Netzwerk 28 die beiden Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im dritten Netzwerk 38 vorgesehen, wie in Fig. 4 dargestellt. Diese Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 erhöhen die Richtdämpfung unter Beachtung der Pfaddämpfungen D1 bis D4. Es können bis zu vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen für alle vier Pfade des dritten Netzwerkes 38 vorgesehen sein. Es kommen vier Konfigurationen in Fragen, entweder werden zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 in den zwei kapazitiven oder induktiven Pfaden verwendet oder es werden vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen, je eine in jedem Pfad des dritten Netzwerkes 38, oder es werden drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen verwendet.
  • Die Fig. 4 zeigt eine Variante mit zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im induktiven (Ki-)Pfad. Die Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 multiplizieren die komplexen Faktoren F3, F4, F5, und/oder F6 zu den Signalamplituden. Die vier Signale vor dem Addierer 70 und dem Subtrahierer 72 werden mit einem vektoriellen Empfänger, beispielsweise mit Hilfe von Schaltern oder Leistungsteilern/Kopplern (ähnlich zu Fig. 2 und 3), bei Verwendung eines reflexionsarmen DUTs, so gesteuert/kalibriert, dass die Ausgangsamplituden identisch sind. Bei der Verwendung von vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen ergeben sich die Signale vor der Addition und Subtraktion zu:
    Additionspfad 1: Kc*D1*F3 = K1, Additionspfad 2: Ki*D2*F4 = K1
    Subtraktionspfad 1: Kc*D3*F5 = K2, Subtraktionspfad 2: Ki*D4*F6 = K2
  • Bei der Verwendung von drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen ergeben sich die Signale vor der Addition und Subtraktion je nach dem in welchen drei Pfaden die drei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen angeordnet sind zu:
    Additionspfad 1: Kc*D1*F3 = K1, Additionspfad 2: Ki*D2*F4 = K1
    Subtraktionspfad 1: Kc*D3*F5 = K2, Subtraktionspfad 2: Ki*D4= K2,
    wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im ersten induktiven Signalpfad (122) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder
    Additionspfad 1: Kc*D1*F3 = K1, Additionspfad 2: Ki*D2*F4 = K1
    Subtraktionspfad 1: Kc*D3 = K2, Subtraktionspfad 2: Ki*D4*F6 = K2,
    wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im zweiten induktiven Signalpfad (126) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder
    Additionspfad 1: Kc*D1 = K1, Additionspfad 2: Ki*D2*F4 = K1
    Subtraktionspfad 1: Kc*D3*F5 = K2, Subtraktionspfad 2: Ki*D4*F6 = K2,
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im zweiten kapazitiven Signalpfad (124) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist, oder
    Additionspfad 1: Kc*D1*F3 = K1, Additionspfad 2: Ki*D2*F4 = K1
    Subtraktionspfad 1: Kc*D3 = K2, Subtraktionspfad 2: Ki*D4*F6 = K2,
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im ersten kapazitiven Signalpfad (120) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist
  • Das Ergebnis für die Konfiguration mit zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im induktiven Pfad, wie in Fig. 4 dargestellte, lautet: K c * D 1 = K i * F 4 * D 2 = K
    Figure imgb0027
     K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K
    Figure imgb0028
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann auch in ähnlicher Weise wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, erweitert werden. Auch für das System in Fig. 4 können für die Kalibrierung bzw. Bestimmung der Faktoren F1 bis F4 zwischen den Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 und dem zweiten Addierer 70 bzw. dem zweiten Subtrahierer 72 Schalter und/oder Leistungsteiler vorgesehen sein, welche jeweils an einem Ausgang mit einem (vektoriellen) Empfänger verbunden sind.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass das Netzwerk 16 sowohl zwei, drei oder vier Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 112, 114 im dritten Netzwerk 38 als auch eine oder zwei Koppelfaktorangleich-Einrichtungen 64 im zweiten Netzwerk 28 aufweist.

Claims (14)

  1. Schleifenrichtkoppler mit einem ersten Wellenleiter, insbesondere einem Hohlleiter, einem planaren Leiter oder einem Koaxialleiter, in Form einer halben Schleifenantenne (10), die einen ersten Antennenarm (12) und einen zweiten Antennenarm (14) aufweist, zum kontaktlosen Auskoppeln eines auf einem zweiten Wellenleiter hinlaufenden Signals a und eines auf diesem zweiten Wellenleiter zurücklaufenden Signals b,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Antennenarm (12) mit einem ersten Eingang (20) eines ersten Netzwerkes (18) und der zweite Antennenarm (14) mit einem zweiten Eingang (22) des ersten Netzwerkes (18) verbunden ist, wobei das erste Netzwerk (18) am ersten Eingang (20) einen ersten Leistungsteiler (56) und am zweiten Eingang (22) einen zweiten Leistungsteiler (58) aufweist, welche das jeweilige an den Antennenarmen (12, 14) anliegende Signal aufteilen, wobei das erste Netzwerk (18) einen ersten Addierer (60), welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers (56, 58) miteinander addiert und das daraus resultierende Signal Kc(a+b), wobei Kc ein kapazitiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, auf einen ersten Ausgang (24) des ersten Netzwerkes (18) gibt, und einen ersten Subtrahierer (62), welcher die Signale des ersten und zweiten Leistungsteilers (56, 58) voneinander subtrahiert und das daraus resultierende Signal Ki(a-b), wobei Ki ein induktiver Koppelfaktor des Schleifenrichtkopplers ist, auf einen zweiten Ausgang (26) des ersten Netzwerkes (18) gibt, aufweist,
    ein drittes Netzwerk (38) mit einem ersten Eingang (40), welcher mit dem ersten Ausgang (24) des ersten Netzwerkes (18) verbunden ist, und einem zweiten Eingang (42), welcher mit dem zweiten Ausgang (26) des ersten Netzwerkes (18) verbunden ist, vorgesehen ist, wobei das dritte Netzwerk (38) am ersten Eingang (40) einen dritten Leistungsteiler (66) und am zweiten Eingang (42) einen vierten Leistungsteiler (68) aufweist, welche des jeweilige an den Eingängen (40, 42) des dritten Netzwerkes (38) anliegende Signal aufteilen, wobei das dritte Netzwerk (38) einen zweiten Addierer (70) aufweist, welcher das Signal des dritten Leistungsteilers (66) über einen ersten kapazitiven Signalpfad (120) mit einem komplexen Übertragungsfaktor D1 und des vierten Leistungsteilers (68) über einen ersten induktiven Signalpfad (122) mit einem komplexen Übertragungsfaktor D2 erhält, sowie miteinander addiert und das daraus resultierende Signal, auf einen ersten Ausgang (44) des dritten Netzwerkes (38) gibt, wobei das dritte Netzwerk (38) einen zweiten Subtrahierer (72) aufweist, welcher das Signal des dritten Leistungsteilers (66) über einen zweiten kapazitiven Signalpfad (124) mit einem komplexen Übertragungsfaktor D3 und des vierten Leistungsteilers (68) über einen zweiten induktiven Signalpfad (126) mit einem komplexen Übertragungsfaktor D4 erhält sowie voneinander subtrahiert und das daraus resultierende Signal auf einen zweiten Ausgang (46) des dritten Netzwerkes 38 gibt,
    wobei in wenigstens einem der Signalpfade (128, 130) zwischen dem ersten und dritten Netzwerk (18, 38) und/oder in wenigstens einem der Signalpfade (120, 122, 124, 126) zwischen den Leistungsteilern (66, 68) und dem zweiten Addierer (70) sowie dem zweiten Subtrahierer (72) wenigstens eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64; 112, 114) angeordnet ist, welche den Betrag und/oder die Phase des Signals in dem jeweiligen Signalpfad (120, 122, 124, 126, 128, 130) derart verändert, dass am zweiten Addierer (70) und am zweiten Subtrahierer (72) jeweils Signale mit hinsichtlich Betrag und Phase identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition bzw. Subtraktion vorliegen.
  2. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Netzwerk (28) mit einem ersten Eingang (30), welcher mit dem ersten Ausgang (24) des ersten Netzwerkes (18) verbunden ist, einem zweiten Eingang (32), welcher mit dem zweiten Ausgang (26) des ersten Netzwerkes (18) verbunden ist, einem ersten Ausgang (34), welcher mit einem ersten Eingang (40) eines dritten Netzwerkes (38) verbunden ist, und einem zweiten Ausgang (36), welcher mit dem zweiten Eingang (42) des dritten Netzwerkes (38) verbunden ist, vorgesehen ist, wobei das zweite Netzwerk (28) wenigstens eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) aufweist, welche den Betrag und/oder die Phase des Signals am ersten Eingang (30) des zweiten Netzwerkes (28) und/oder am zweiten Eingang (32) des zweiten Netzwerkes (28) derart verändert, dass am zweiten Addierer (70) und am zweiten Subtrahierer (72) jeweils Signale mit hinsichtlich Betrag und Phase identischem Koppelfaktor K1, K2 zur Addition bzw. Subtraktion vorliegen.
  3. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass K1 = K2 = K und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) derart ausgebildet ist, dass sie das Signal am ersten Eingang (30) des zweiten Netzwerkes (28) mit einem ersten komplexen Faktor F1 und/oder das Signal am zweiten Eingang (32) des zweiten Netzwerkes (28) mit einem zweiten komplexen Faktor F2 multipliziert, wobei der erste und/oder zweite komplexe Faktor F1, F2 derart gewählt sind, dass gilt K = K c ⋅ F 1 ⋅ D 1 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 2 = K c ⋅ F 1 ⋅ D 3 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 4
    Figure imgb0029
     oder K = K c ⋅ F 1 ⋅ D 1 = K i ⋅ D 2 = K c ⋅ F 1 ⋅ D 3 = K i ⋅ D 4
    Figure imgb0030
     oder K = K c ⋅ D 1 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 2 = K c ⋅ D 3 = K i ⋅ F 2 ⋅ D 4 .
    Figure imgb0031
  4. Schleifenrichtkoppler nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ausgang (34) des zweiten Netzwerkes (28) und dem ersten Eingang (40) des dritten Netzwerkes (38) ein erster Umschalter (84) sowie zwischen dem zweiten Ausgang (36) des zweiten Netzwerkes (28) und dem zweiten Eingang (42) des dritten Netzwerkes (38) ein zweiter Umschalter (86) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese Umschalter (84, 86) wahlweise das von dem ersten und zweiten Ausgang (34, 36) des zweiten Netzwerkes (28) kommende Signal wahlweise jeweils an den ersten und zweiten Eingang (40, 42) des dritten Netzwerkes (38) legen oder unter Umgehung des dritten Netzwerkes (38) weiterleiten.
  5. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Ausgang (34) des zweiten Netzwerkes (28) und dem ersten Eingang (40) des dritten Netzwerkes (38) ein fünfter Leistungsteiler (96), welcher das von dem ersten Ausgang (34) des zweiten Netzwerkes (28) kommende Signal an den ersten Eingang (40) des dritten Netzwerkes (38) und an einen dritten Umschalter (98) legt, sowie zwischen dem zweiten Ausgang (36) des zweiten Netzwerkes (28) und dem zweiten Eingang (42) des dritten Netzwerkes (38) ein sechster Leistungsteiler (100), welcher das von dem zweiten Ausgang (36) des zweiten Netzwerkes (28) kommende Signal an den zweiten Eingang (42) des dritten Netzwerkes (38) und an einen vierten Umschalter (102) legt, angeordnet ist, wobei die Umschalter (98, 192) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass diese das von den Leistungsteilern (96, 100) kommende Signal wahlweise an einen Empfänger (108) oder einen Abschlusswiderstand (104, 106) geben.
  6. Schleifenrichtkoppler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) und/oder in dem ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist, wobei die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem ersten kapazitiven Signalpfad (120) das Signal mit einem komplexen Faktor F3 multipliziert, die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112) in dem ersten induktiven Signalpfad (122) das Signal mit einem komplexen Faktor F4 multipliziert, die Koppelfaktorangleich-Einrichtung in dem zweiten kapazitiven Signalpfad (124) das Signal mit einem komplexen Faktor F5 multipliziert und die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (114) in dem zweiten induktiven Signalpfad (126) das Signal mit einem komplexen Faktor F6 multipliziert, wobei die komplexen Faktoren F3, F4, F5 und F6 derart gewählt sind, dass gilt, K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0032
     und K c * D 3 * F 5 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0033
    wenn in allen Signalpfaden (120, 122, 124, 126) des dritten Netzwerkes (38) eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0034
    und K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0035
    wenn lediglich im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * D 2 = K 1
    Figure imgb0036
    und K c * D 3 * F 5 = K i * D 4 = K 2
    Figure imgb0037
    wenn lediglich im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0038
    und K c * D 3 * F 5 = K i * D 4 = K 2
    Figure imgb0039
    wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im ersten induktiven Signalpfad (122) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0040
    und K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0041
    wenn im ersten und zweiten kapazitiven Signalpfad (120, 124) sowie im zweiten induktiven Signalpfad (126) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung angeordnet ist, oder K c * D 1 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0042
    und K c * D 3 * F 5 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0043
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im zweiten kapazitiven Signalpfad (124) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist, oder K c * D 1 * F 3 = K i * F 4 * D 2 = K 1
    Figure imgb0044
    und K c * D 3 = K i * F 6 * D 4 = K 2
    Figure imgb0045
    wenn im ersten und zweiten induktiven Signalpfad (122, 126) sowie im ersten kapazitiven Signalpfad (120) des dritten Netzwerkes (38) jeweils eine Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) angeordnet ist.
  7. Schleifenrichtkoppler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Antennenarm (12) und dem ersten Eingang (20) des ersten Netzwerkes (18) sowie zwischen dem zweiten Antennenarm (14) und dem zweiten Eingang (22) des ersten Netzwerkes (18) jeweils ein Mischer (48, 52) und ein Filter (50, 54) angeordnet sind, wobei Mischer (48, 52) und Filter (50, 54) derart ausgebildet sind, dass diese die von den Antennenarmen (12, 14) kommenden Signale auf eine vorbestimmte Zwischenfrequenz umsetzen.
  8. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischer (48, 52) mit einem variablen Frequenzoszillator VFO (74) verbunden sind, der ein Mischersignal (76) an die Mischer (48, 52) zum Mischen mit den von den Antennenarmen (12, 14) kommenden Signalen gibt.
  9. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der VFO (74) als Phasenregelschleife mit Lokaloszillator und/oder Referenzoszillator ausgebildet ist.
  10. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der VFO (74) mit einer Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64; 112, 114) verbunden ist, wobei die Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64; 112, 114) in Abhängigkeit von der an die Mischer (48, 52) gegebene Mischerfrequnz (80) einen komplexen Faktor F bzw. komplexe Faktoren F1, F2, F3 , F4, F5 und/oder F6 einstellt.
  11. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (108) mit der Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64; 112, 114) verbunden ist.
  12. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (108) derart ausgebildet ist, dass dieser die Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) derart ansteuert, dass die Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) der Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) derartige Parameter zuführt, dass die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) den Betrag und/oder die Phase das Signals am ersten Eingang (30) des zweiten Netzwerkes (28) und/oder am zweiten Eingang (32) des zweiten Netzwerkes (28) derart verändert, dass an beiden Ausgängen (34, 36) des zweiten Netzwerkes (28) ein identischer Koppelfaktor K vorliegt.
  13. Schleifenrichtkoppler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (108) derart ausgebildet ist, dass dieser die Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) derart ansteuert, dass die Steuerung (78) für die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) der Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) derartige Parameter zuführt, dass die Koppelfaktorangleich-Einrichtung (64) den Betrag und/oder die Phase das Signals am ersten Eingang (30) des zweiten Netzwerkes (28) und/oder am zweiten Eingang (32) des zweiten Netzwerkes (28) derart verändert, dass an Eingängen des zweiten Addierers (70) ein erste Koppelfaktor K1 und an den Eingängen des zweiten Subtrahierers (72) ein zweiter Koppelfaktor K2 vorliegt.
  14. Schleifenrichtkoppler nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einer Koppelfaktorangleich-Einrichtung (112, 114) und dem zweiten Addierer (70) bzw. dem zweiten Subtrahierer (72) oder vor wenigstens einem der Eingänge des zweiten Addierers (70) und des zweiten Subtrahierers (72) jeweils ein Schalter oder ein Leistungsteiler vorgesehen ist, der mit einem vektoriellen Empfänger verbunden ist.
EP08784853A 2007-07-24 2008-07-17 Schleifenrichtkoppler Active EP2171793B1 (de)

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