EP2438646B1

EP2438646B1 - Messkoppler in bandleitertechnik

Info

Publication number: EP2438646B1
Application number: EP10725018.5A
Authority: EP
Inventors: Ralf JÜNEMANN; Alexander Bayer; Michael Freissl; Christian Evers
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: DE102009051370A1; US20110187401A1; WO2010139420A1; US8928345B2; EP2438646A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Messkoppler zur Beaufschlagung eines Messobjekts mit einem Messsignal, insbesondere innerhalb eines ultrabreitbandigen Frequenzbereichs.
Elektronische Messgeräte für die Mikrowellentechnik müssen in der Regel ultrabreitbandig ausgeführt sein, um alle möglichen Anwendungen der Kunden abdecken zu können. Die untere Frequenzgrenze liegt dann z.B. bei 10 MHz und eine obere Frequenzgrenze bei 60 GHz. Die Erzeugung und Verarbeitung eines solchen Frequenzbereichs wird intern in mehrere sinnvolle Teilbereiche aufgespaltet, welche letztendlich aber an der Frontbuchse eines Messgeräts miteinander kombiniert werden. Eine solche Kombination kann auf vielfältige Art und Weise geschehen. Der Einsatz von Kopplern hat sich dabei als die beste Lösung erwiesen.
So zeigt die US 5,055,807 B1 die Umschaltung zwischen Signalen verschiedener Frequenzbereiche mittels eines Kopplers und eines Schalters. Nachteilhaft sind hier jedoch die ungünstigen elektrischen Eigenschaften des Schalters, insbesondere seine hohe Einfügedämpfung. Weiterhin nachteilhaft sind die hohen Herstellungskosten und die geringe Langzeitstabilität einer solchen Vorrichtung.
Aus der DE 10 2006 038 029 A1 ist ein Richtkoppler in Bandleitertechnik bekannt, der sich aber nicht als Messkoppler zur Nutzung verschiedener Teilsignale eignet.
Die US 2008/0094072 A1 zeigt ein System, um die Antwort eines elektronischen Netzwerks im Frequenzbereich zu erfassen. Es umfasst eine Signalquelle und einen Signalpfad zu dem zu untersuchenden Netzwerk (DUT). Über parallele Richtkoppler werden vor- und rücklaufende Signale herausgefiltert und können schaltbar frequenzabhängig weiterverarbeitet werden. Nachteilig sind u.a. die bereits erwähnten ungünstigen elektronischen Eigenschaften eines Schalters.
Die US 2003/0214365 A1 zeigt einen Richtkoppler für einen Hochfrequenzverstärker, der in drei Frequenzbändern funktioniert. Nachteilig ist der begrenzte Frequenzbereich indem der Aufbau funktioniert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Messkoppler zu schaffen, welcher die Signale eines unteren und eines oberen Frequenzbereichs einem Messobjekt zuführt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Messkoppler zur Beaufschlagung eines Messobjekts mit Messsignalen beinhaltet einen ersten Koaxialanschluss, einen Hohlleiteranschluss und einen ersten Bandleiter. Messsignale eines unteren Frequenzbereichs werden an dem ersten Koaxialanschluss eingespeist. Messsignale eines oberen Frequenzbereichs werden an dem Hohlleiteranschluss eingespeist.
Der Messkoppler führt die Messsignale auf dem ersten Bandleiter dem Messobjekt zu. So ist die Kombination eines unteren mit einem oberen Frequenzbereich bei geringem Herstellungsaufwand gewährleistet.
Der Hohlleiteranschluss ist bevorzugt mit einem Hohlleiter verbunden. Der Hohlleiter ist bevorzugt mit einem Hohlleiter-Bandleiter-Übergang verbunden. Der Hohlleiter-Bandleiter-Übergang ist bevorzugt mit einem zweiten Bandleiter verbunden. Der Hohlleiter-Bandleiter-Übergang wandelt Messsignale des oberen Frequenzbereichs von bevorzugt im Hohlleiter geführten Wellen in auf dem zweiten Bandleiter geführte Wellen um. Die Umwandlung einer im Hohlleiter geführten Welle zu einer auf dem Bandleiter geführten Welle wird so mit geringem Aufwand erreicht.
Der erste Koaxialanschluss ist bevorzugt mit einem ersten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Der erste Bandleiter ist bevorzugt mit dem ersten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Der erste Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang wandelt bevorzugt Messsignale des unteren Frequenzbereichs von koaxial geführten Wellen in auf dem ersten Bandleiter geführte Wellen um. Die Umwandlung einer koaxial geführten Welle in eine auf dem Bandleiter geführte Welle wird so mit geringem Aufwand erreicht.
Vorteilhafterweise bilden der erste Bandleiter und der zweite Bandleiter einen Vorwärtskoppler. Vorteilhafterweise führt der Vorwärtskoppler Messsignale des unteren Frequenzbereichs oder des oberen Frequenzbereichs auf dem ersten Bandleiter dem Messobjekt zu. So kann dem Messobjekt auf dem ersten Bandleiter entweder ein Signal aus dem unteren oder aber aus dem oberen Frequenzbereich zugeführt werden.
Bevorzugt beinhaltet der Messkoppler weiterhin einen zweiten Koaxialanschluss. Bevorzugt ist das Messobjekt mittels des zweiten Koaxialanschlusses angeschlossen. Bevorzugt ist der zweite Koaxialanschluss mit einem zweiten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Bevorzugt ist der erste Bandleiter mit dem zweiten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Bevorzugt wandelt der zweite Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang die Messsignale von auf dem Bandleiter geführten Wellen in koaxial geführte Wellen um und führt sie bevorzugt dem zweiten Koaxialanschluss zu. Die Umwandlung von auf dem Bandleiter geführten Wellen in koaxial geführte Wellen wird so mit geringem Herstellungsaufwand erreicht.
Der Messkoppler verfügt bevorzugt weiterhin über einen dritten Koaxialanschluss und einen vierten Koaxialanschluss. Der dritte Koaxialanschluss und der vierte Koaxialanschluss sind bevorzugt mittels eines dritten Bandleiters verbunden. Der dritte Bandleiter und der zweite Bandleiter bilden bevorzugt einen Rückwärtskoppler. Der dritte Koaxialanschluss gibt bevorzugt Signale aus, welche vom Messobjekt reflektierten Signalen proportional sind. Der vierte Koaxialanschluss gibt bevorzugt Referenzsignale, welche weitgehend Messsignalen des unteren Frequenzbereichs proportional sind, aus. So wird für den unteren Frequenzbereich eine sichere Trennung der in das Messobjekt hineinlaufenden Wellen von den von dem Messobjekt reflektierten Wellen erreicht.
Der dritte Koaxialanschluss ist bevorzugt mit einem dritten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Der dritte Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang wandelt auf dem Bandleiter geführte Wellen in koaxial geführte Wellen um. Der vierte Koaxialanschluss ist bevorzugt mit einem vierten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden. Der vierte Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang wandelt auf dem Bandleiter geführte Wellen in koaxial geführte Wellen um. Der dritte Koaxialanschluss und der vierte Koaxialanschluss sind bevorzugt mittels des dritten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergangs, des vierten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergangs und des dritten Bandleiters verbunden. So wird eine reflektionsarme Umwandlung der unterschiedlich geführten Wellen bei geringem Herstellungsaufwand erreicht.
Bevorzugt ist in den dritten Bandleiter ein Dämpfungsglied eingefügt. So wird vermieden, dass sich Reflektionen des den Messkoppler umgebenden Messaufbaus über ein mit dem vierten Koaxialanschluss verbundenes Kabel an den Richtkoppler transformieren und dessen Direktivität verschlechtern.
Die Bandleiter-Koaxialleiter-Übergänge weisen bevorzugt Kompensationen auf, welche für eine reflexionsarme Umwandlung der von den Bandleitern geführten Wellen in koaxial geführte Wellen sorgen. So ist eine sehr reflektionsarme Umwandlung gewährleistet.
Der erste Bandleiter ist bevorzugt zweiteilig ausgeführt. Die zwei Teile des ersten Bandleiters sind bevorzugt an einem Verbindungspunkt ineinander verzahnt. Das Trennen in zwei Teile erfolgt dabei aus Fertigungsgründen. So ist ein sehr geringer Herstellungsaufwand erreichbar.
Der zweite Bandleiter ist bevorzugt mit einem Absorber verbunden. Eine sichere Funktionsweise des Vorwärtskopplers wird so gewährleistet.
Die Bandleiter weisen bevorzugt einen Wellenwiderstand von 50Ω auf. So ist eine einfache Integration in bestehende Systeme möglich.
Der Messkoppler weist ein Gehäuse auf, das bevorzugt aus zumindest zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt. Sämtliche Bandleiter sind bevorzugt in dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse dient als Abschirmung und/oder Gegenelektrode für die Bandleiter. Ferner wird ein mechanischer Schutz der Bandleiteraufbauten bei geringem Herstellungsaufwand erreicht.
Durch die Befestigung der Bandleiter in dem Gehäuse verursachte kapazitive Störungen der Bandleiter sind bevorzugt durch Kompensationen weitestgehend eliminiert. So wird eine sichere Positionierung der Bandleiter bei sehr geringen elektromagnetischen Störungen erreicht. So werden Übertragungsstörungen weiter reduziert.
Zumindest ein Teil der Innenseite des Gehäuses ist bevorzugt mit einem Absorbermaterial ausgekleidet. So werden Gehäuseresonanzen vermieden und eine weitere Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften des Messkopplers erreicht.
Der Vorwärtskoppler und der Rückwärtskoppler sind bevorzugt in Bandleitertechnik ausgeführt. Eine Schnittstelle zwischen unterschiedlichen Wellenleitertypen, welche die Direktivität des Rückwärtswellenkopplers verschlechtern würde, wird so vermieden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messkopplers;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer Seitenansicht mit geöffnetem Deckel;
Fig. 3: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer Seitenansicht mit geschlossenem Deckel;
Fig. 4: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer ersten Detailansicht;
Fig. 5: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer zweiten Detailansicht;
Fig. 6: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer dritten Detailansicht;
Fig. 7: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer vierten Detailansicht;
Fig. 8: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer fünften Detailansicht;
Fig. 9: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer sechsten Detailansicht;
Fig. 10: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer siebten Detailansicht;
Fig. 11: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer achten Detailansicht, und
Fig. 12: das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer neunten Detailansicht.

Zunächst werden anhand der Fig. 1 - 3 der generelle Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Messkopplers erläutert. Mittels Fig. 4 - 12 werden anhand mehrerer Detailansichten der Aufbau und die Funktionsweise weiter verdeutlicht. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messkopplers. Ein erster Bandleiter 1 ist aus den beiden Teilstücken 14, 16 zusammengesetzt. Diese sind an einer Verbindungsstelle 15 miteinander verbunden. An seinen beiden Enden weist der erste Bandleiter 1 die Koaxialanschlüsse 13, 17 auf. In räumlicher Nähe zu dem ersten Teilstück 14 des ersten Bandleiters 1 befindet sich ein zweiter Bandleiter 12. Dieser ist an seinem ersten Ende mit einem Absorber 10 verbunden. An seinem zweiten Ende ist der zweite Bandleiter 12 mit einem Hohlleiter-Bandleiter-Übergang 11 verbunden, welcher mit einem Hohlleiter-Anschluss 24 verbunden ist.
In räumlicher Nähe zu dem zweiten Teilstück 16 des ersten Bandleiters 1 befindet sich ein dritter Bandleiter 19. Der dritte Bandleiter 19 verfügt an seinen beiden Enden über die Koaxialanschlüsse 18, 23. Auf der Seite seines zweiten Anschlusses 23 ist der dritte Bandleiter 19 weiterhin unterbrochen. An zwei Anschlusspunkten 20, 21 ist ein Dämpfungsglied 22 eingefügt.
Das erste Teilstück 14 des ersten Bandleiters 1 und der zweite Bandleiter 12 bilden einen Vorwärtskoppler. D.h. ein über den Hohlleiter-Anschluss 24 und den Hohlleiter-Bandleiter-Übergang 11 eingespeistes Signal des oberen Frequenzbereichs wird mit geringer Dämpfung an den Koaxialanschluss 13 des ersten Teilstücks 14 des ersten Bandleiters 1 übertragen. Das Signal wird gleichzeitig lediglich mit einer sehr hohen Dämpfung an das zweite Teilstück 16 des ersten Bandleiters 1 übertragen. An dem Hohlleiter-Anschluss 24 ist ein hier nicht dargestellter Hohlleiter angebracht. Über den Hohlleiter-Anschluss 24 wird ein Signal des oberen Frequenzbereichs eingespeist. Über den zweiten Koaxialanschluss 17 des ersten Bandleiters 1 wird ein Signal des unteren Frequenzbereichs eingespeist. So wird an den ersten Koaxialanschluss 13 des ersten Bandleiters 1 entweder ein Signal des unteren Frequenzbereichs oder aber ein Signal des oberen Frequenzbereichs übertragen. An diesem ersten Koaxialanschluss 13 des ersten Bandleiters 1 ist ein Messobjekt angeschlossen.
Durch den von dem ersten Teilstück 14 des ersten Bandleiters 1 und dem zweiten Bandleiter 12 gebildeten Vorwärtskoppler wird entweder ein an dem Koaxialanschluss 17 eingespeistes Signal des unteren Frequenzbereichs oder ein an dem Hohlleiter-Bandleiter-Übergang 11 eingespeistes Signal des oberen Frequenzbereichs über den Koaxialanschluss 13 dem hier nicht dargestellten Messobjekt zugeführt. Ein Teil des Messsignals durchläuft das hier nicht dargestellte Messobjekt und wird optional an einem weiteren Tor des Messobjekts gemessen. Ein Teil des Messsignals wird von dem Messobjekt jedoch reflektiert und tritt an dem Koaxialanschluss 13 des ersten Teilstücks 14 des ersten Bandleiters 1 erneut in den erfindungsgemäßen Messkoppler ein.
Das reflektierte Signal wird von dem Koaxialanschluss 13 an das erste Teilstück 14 des ersten Bandleiters 1 übertragen. Über die Verbindungsstelle 15 gelangt es in den zweiten Teil 16 des ersten Bandleiters 1. Das zweite Teilstück 16 des ersten Bandleiters 1 und der dritte Bandleiter 19 bilden einen Rückwärtskoppler. D.h. an dem Verbindungspunkt 15 eingespeiste Signale werden mit geringer Dämpfung an den Koaxialanschluss 18 des dritten Bandleiters übertragen. Gleichzeitig ist der Verbindungspunkt 15 von dem Koaxialanschluss 23 isoliert, so dass Signale vom Verbindungspunkt 15 nur unter hoher Dämpfung an den Koaxialanschluss 23 des dritten Bandleiters übertragen werden. Durch das Dämpfungsglied 22 werden diese Signale zusätzlich gedämpft. Weiterhin werden an dem Koaxialanschluss 17 des zweiten Teilstücks 16 des ersten Bandleiters 1 eingespeiste Signale mit geringer Dämpfung auf den Anschluss 23 des dritten Bandleiters gekoppelt. Obwohl das Dämpfungsglied 22 diese Signale dämpft, verbleibt am Anschluss 23 ein ausreichend hoher Pegel. Dieses Signal wird als Referenzsignal für die Messung herangezogen. Die am Koaxialanschluss 18 des dritten Bandleiters 19 ausgegebenen Signale, die den am Messobjekt reflektierten Signalen proportional sind, werden als Messsignale genutzt.
In Fig. 2 wird ein konkretes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers gezeigt. Der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktion entsprechen dabei weitgehend dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau und der dort gezeigten Funktion. Ein erster Bandleiter 41 besteht aus einem ersten Teilstück 42 und einem zweiten Teilstück 48, welche an einem Verbindungspunkt 40 verbunden sind. Das erste Teilstück 42 des ersten Bandleiters 41 verfügt über einen Koaxialanschluss 43. Das zweite Teilstück 48 des ersten Bandleiters 41 verfügt über einen Koaxialanschluss 47. Ein zweiter Bandleiter 32 verfügt an seinem einen Ende über einen Hohlleiter-Bandleiter-Übergang 33 und an seinem anderen Ende über einen Absorber 30.
Der zweite Bandleiter 32 befindet sich zumindest abschnittsweise in räumlicher Nähe zu dem ersten Teilstück 42 des ersten Bandleiters 41 und ist mit diesem gekoppelt. Um eine Vorwärtskopplung zu erreichen, befindet sich zwischen dem zweiten Bandleiter 32 und dem ersten Teilstück 42 des ersten Bandleiters 41 ein Dielektrikum 39.
Das erste Teilstück 42 des ersten Bandleiters 41 und der zweite Bandleiter 32 befinden sich dabei in einem ersten Gehäuse 31. Es besteht bevorzugt aus Metall oder einem anderen leitfähigem Werkstoff und dient als Abschirmung und/oder Gegenelektrode und/oder Schutz für die Bandleiter.
Der Hohleiter-Bandleiter-Übergang 33 gestattet die reflektionsarme Übertragung einer in den Hohlleiteranschluss 34 eingespeisten Welle auf den zweiten Bandleiter 32. Der verbindende Hohleiter zwischen dem Hohlleiteranschluss 34 und dem Hohlleiter-Bandleiter-Übergang befindet sich innerhalb der beiden Teilgehäuse 35, 38, die ihrerseits das Gehäuse 31 formen. Der verbindende Hohlleiter ist in dieser Darstellung nicht zu sehen. Der Hohlleiteranschluss 34 besitzt Stifte 36, 37, um eine passgenaue Verbindung mit einem externen Hohlleiter zu gewährleisten, mit dessen Hilfe ein Signal des oberen Frequenzbereichs in den Messkoppler eingespeist wird.
Das zweite Teilstück 48 des ersten Bandleiters 41 befindet sich zumindest abschnittsweise in räumlicher Nähe zu einem dritten Bandleiter 45. Der dritte Bandleiter 45 verfügt an seinen beiden Enden jeweils über einen Koaxialanschluss 44, 50. Auf Seite des Anschlusses 50 ist der dritte Bandleiter 45 durch ein eingefügtes Dämpfungsglied 49 unterbrochen. Das zweite Teilstück 48 des ersten Bandleiters 41 und der dritte Bandleiter 45 befinden sich dabei in einem zweiten Gehäuse 46. Das erste Gehäuse 31 und das zweite Gehäuse 46 sind dabei z.B. mittels Verschraubungen miteinander verbunden. Die beiden Gehäuse 31, 46 bilden dabei ein gemeinsames Gehäuse.
Bezüglich der Funktion des hier dargestellten Messkopplers wird auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
Fig. 3 zeigt nochmal das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers. Die hier dargestellte Ansicht zeigt den Messkoppler bei geschlossenem Gehäuse. Das erste Gehäuse 62 ist mit dem zweiten Gehäuse 71 verbunden. Das erste Gehäuse 62 verfügt über einen Koaxialanschluss 60. Der Gehäusedeckel 75 ist über Schrauben 69 mit den einzelnen Gehäusen 62, 71 verbunden und besitzt Befestigungsbohrungen 61, 68, 73. Der Gehäusedeckel 75 wird dabei gemeinsam von den Gehäusen 62, 71 genutzt. Das erste Gehäuse 62 besteht, wie bereits anhand von Fig. 2 gezeigt, aus zwei Teilgehäusen 64, 67, welche jeweils am Hohlleiteranschluss 63 über einen Passstift 76, 66 verfügen. Durch die Befestigungsbohrungen 61, 68, 73 können z. B. Schrauben geführt werden, mittels derer der Gehäusedeckel 75 auf einer Oberfläche befestigt werden kann. Das zweite Gehäuse 71 verfügt dabei über drei Koaxialanschlüsse 70, 72, 74.
Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer Detailansicht. Hier dargestellt ist ein Teilgehäuse 85, welches einem der Teilgehäuse 35, 38, 64, 67 aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 entspricht. Das Teilgehäuse 85 ist dabei mittels Schrauben 84 mit dem zweiten Teilgehäuse, welches hier nicht dargestellt ist, und dem Deckel 89 verbunden. Zwischen dem Teilgehäuse 85 und dem Deckel 89 verläuft isoliert ein Bandleiter 81. Das Gehäuse 85 bildet dabei zusammen mit dem Deckel 89 die Schirmung und/oder die Gegenelektrode für den Bandleiter 81. Das Teilgehäuse 85 und der Deckel 89 sind über Schrauben 80 miteinander verbunden. Ein Ende des Bandleiters 81 ragt in das Ende eines Hohlleiters 87. Das Ende des Bandleiters 81 und das Ende des Hohlleiters 87 bilden dabei einen Hohlleiter-Bandleiter-Übergang 82. Ein in den Hohlleiter 87 eingespeistes Signal bewegt sich entlang des Hohlleiters 87 und trifft an dessen Ende auf den Bandleiter 81. Das Ende des Hohlleiters 87 bildet dabei vorzugsweise einen λ/4 Kurzschluss für die Signale des oberen Frequenzbereichs. Das Signal koppelt auf den Bandleiter 81 und wird von diesem weitergeleitet.
Zur reflektionsarmen Einstellung der elektromagnetischen Eigenschaften des Hohlleiter-Bandleiter-Übergangs verfügt das Teilgehäuse 85 weiterhin über eine Bohrung 83 im Bereich des Hohlleiter-Bandleiter-Übergangs 82 zur Aufnahme einer Abstimmschraube 90. Damit ist eine kapazitive Kompensation des Hohlleiter-Bandleiter-Übergangs 82 möglich. Hierauf wird anhand von Fig. 5 näher eingegangen. Das Teilgehäuse 85 verfügt dabei weiterhin über einen Passstift 88 und eine Befestigungsbohrung 86.
Fig. 5 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht. Hier dargestellt ist der Bereich um den Hohlleiter-Bandleiter-Übergang. Ein Bandleiter 101 wird von Befestigungsmitteln 107 in Position gehalten. Das Ende 103 des Bandleiters 101 ist dabei schmaler ausgeführt als der Bandleiter 101 und ragt durch eine schmale Öffnung 102 in den Hohlleiter 108. Die Breite des Bandleiters 101 hat in Richtung seines Endes 103 einen Sprung 105. Dieser Sprung 105 wirkt kapazitiv, kann aber das insgesamt elektromagnetisch induktive Verhalten des Hohlleiter-Bandleiter-Übergangs nicht kompensieren. Daher wird mit der Abstimmschraube 104 im Hohlleiter 108 eine zusätzliche kapazitive Kompensation des insgesamt induktiven elektromagnetischen Verhaltens des Hohlleiter-Bandleiter-Übergangs ermöglicht. Zur Vermeidung von Gehäuseresonanzen ist das den Bandleiter 101 umgebende Gehäuse mit einem Absorbermaterial 100 ausgekleidet.
Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht. Wie auch in Fig. 5 ist hier der Hohlleiter-Bandleiter-Übergang im Detail dargestellt. Ein Bandleiter 120 wird von Befestigungsmitteln 121 in Position gehalten. Ein Ende 124 des Bandleiters 120 ragt durch eine Öffnung 123 in den Hohlleiter 125. Zur Vermeidung von Gehäuseresonanzen ist das den Bandleiter 120 umgebende Gehäuse mit einem Absorbermaterial 122 ausgekleidet.
In Fig. 7 wird das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht gezeigt. Hier ist der Bereich um den Koaxialanschluss 130 dargestellt, an welchem das Messobjekt angeschlossen wird. Dies entspricht dem Anschluss 13 aus Fig. 1. Ein Bandleiter 136 wird von Befestigungselementen 133 in Position gehalten. Der Bandleiter 136 ist mit einem Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang 137 verbunden. Der Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang 137 ist mit dem Koaxialanschluss 130 verbunden.
Zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften des Bandleiter-Koaxialleiter-Übergangs 132 wird auf beiden Seiten eine Kompensationsbohrung 134 eingesetzt. Die Kompensationsbohrung 134 passt das Feldbild einer auf dem Bandleiter 136 geführten Welle an das Feldbild einer im Koaxialanschluss 130 geführten Welle an. Zur Vermeidung von Gehäuseresonanzen ist das den Bandleiter 136 umgebende Gehäuse weiterhin mit einem Absorbermaterial 135 ausgekleidet. Das Gehäuse besteht hier aus zwei Gehäuseteilen, welche mit Befestigungsstiften 131 und hier nicht dargestellten Schrauben aneinander fixiert sind.
In Fig. 8 ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht dargestellt. Hier ist das Dämpfungselement gezeigt, welches in den Bandleiter am Referenzanschluss eingefügt ist. Das Dämpfungselement entspricht dem Dämpfungselement 22 aus Fig. 1.
Ein erstes Bandleiterelement 150 und ein zweites Bandleiterelement 155 werden auf zwei leitfähige Kontaktflächen 152, 154 an den Enden eines Substrats 151 mit Hilfe von Stiften 156 gedrückt. Die Bandleiterelemente 150, 155 bilden dabei einen gemeinsamen, unterbrochenen Bandleiter, welcher dem Bandleiter 45 aus Fig. 2 entspricht. Die leitfähigen Flächen 152, 154 sind mit dem Dämpfungselement 153 verbunden. Das Dämpfungselement 153 ist durch auf die Oberfläche des Substrats 151 in Dünnschichttechnik gebrachte Widerstände realisiert. Alternativ können Dämpfungselemente aus SMD-Widerständen eingesetzt werden. Es handelt sich dabei um eine Serien- und Parallelschaltung mehrerer Widerstandselemente. Die Stifte 156 sorgen für einen sicheren Kontakt zwischen den Bandleiter-Elementen 150, 155 und den Kontakten 152, 154 des Substrats 151. Durch den Verzicht auf eine Verlötung werden besonders genau bestimmbare elektromagnetische Eigenschaften erreicht.
Fig. 9 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht. Hier wird eine Schnittansicht der Umgebung des bereits in Fig. 8 dargestellten Dämpfungselements gezeigt. Der durch das Dämpfungselement 176 unterbrochene Bandleiter 174, welcher den Bandleiterelementen 150, 155 aus Fig. 8 entspricht, wird durch Befestigungselemente 172 in Position gehalten. Der Kontakt zwischen den Enden des unterbrochenen Bandleiters 174 und dem Dämpfungselement 176, welches dem Substrat 151 aus Fig. 8 entspricht, wird, wie hier für einen Kontakt dargestellt, mittels des Stifts 173 hergestellt. Die Feder 171 drückt mit dem Stift 173 den Bandleiter 174 auf das Substrat 151. Zur Einstellung der Federspannung wird die Stellschraube 170 eingesetzt. In dieser Abbildung ebenfalls sichtbar ist ein KoaxialAnschluss 175, über welchen ein Signal des unteren Frequenzbereichs in den Messkoppler gespeist wird.
In Fig. 10 wird das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht dargestellt. Hier ist der Bereich um den Absorber gezeigt, welcher anhand von Fig. 1 - 3 bereits erläutert wurde. Ein erster Bandleiter 190 und ein zweiter Bandleiter 192 werden von einem Dielektrikum 191 geführt. Nach dem Verlassen des Dielektrikums 191 knickt der zweite Bandleiter 192 um 90 Grad ab. Er wird von Befestigungselementen 193 in dieser Position gehalten. Das Ende des zweiten Bandleiters 192 wird von einem Stift 195 auf das Substrat 196 gedrückt. Das Substrat 196 enthält dabei zumindest ein vom Bandleiter gegen die Gehäusemasse geschaltetes Dämpfungselement mit nominell 50Ω Wellenwiderstand.
Zur Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften sind bevorzugt zwei Dämpfungselemente parallel geschaltet, wovon sich eines auf der Vorderseite und das zweite auf der Rückseite des Substrats 196 befindet. Der Masseanschluss wird dabei durch eine Kontaktierung des umgebenden Gehäuses erreicht. Zur Vermeidung von Gehäuseresonanzen ist ein Teil des umgebenden Gehäuses mit Absorbermaterial 194 versehen. Zur Verbesserung der Kontaktierung des Substrats 196 durch den Bandleiter 192 drückt eine Feder 197 mit dem Stift 195, wie auch bereits anhand von Fig. 9 beschrieben, den Bandleiter 192 auf das Substrat 196.
In Fig. 11 wird das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht gezeigt. Hier ist ebenfalls der Bereich um den Absorber dargestellt. Dabei wird der Bandleiter 210 von dem Stift 214 auf eine leitfähige Fläche 212 des Substrats 211 gedrückt. Die leitfähige Fläche ist mit einem oder mehreren seriellen und parallelen Widerstandselementen 213 verbunden. Die parallelen Widerstandselemente 213 sind dabei mittels leitfähiger Verbindungselemente 215 an je einem Ende mit der Gehäusemasse verbunden. Alternativ können auch rein serielle oder rein parallele Widerstandselemente eingesetzt werden.
Fig. 12 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messkopplers in einer weiteren Detailansicht. Hier ist der Verbindungspunkt 234 der zwei Teilstücke des ersten Bandleiters 1 aus Fig. 1 dargestellt. Ein erstes Teilstück 236 ist mit einem zweiten Teilstück 231 verbunden. Das erste Teilstück wird mittels der Befestigungselemente 235 in Position gehalten. Das zweite Teilstück 231 wird mittels der Befestigungselemente 230 in Position gehalten.
Am Verbindungspunkt 234 bestehen die Enden der Bandleiter 231, 236 aus mehreren Fingern 232, 233, die ineinander verschränkt sind. Die Fingerstruktur 232, 233 stellt durch elastische Kräfte eine sichere Kontaktierung der beiden Bandleiter 231, 236 her. Zur Vermeidung von Gehäuseresonanzen ist das Gehäuse, welches den Verbindungspunkt 234 umgibt, mit einem Absorbermaterial 237 ausgekleidet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar. Beispielsweise können auch andere Hohlleiter-Bandleiter-Übergänge zum Einsatz kommen.

Claims

Messkoppler zur Beaufschlagung eines Messobjekts mit Messsignalen, wobei der Messkoppler so ausgebildet ist, dass er Messsignale auf einem ersten Bandleiter (1, 41, 136) dem Messobjekt zuführt,
gekennzeichnet dadurch,
dass der Messkoppler einen ersten Koaxialanschluss (17, 47, 72, 175), einen Hohlleiteranschluss (24, 34, 63) und den ersten Bandleiter (1, 41, 136) beinhaltet welcher sich aus dem ersten Teilstück (14, 42) und dem zweiten Teilstück (16, 48) zusammensetzt, welche miteinander an einer Verbindungsstelle (15, 40) verbunden sind,
dass der erste Bandleiter (1, 41, 136) an seinen beiden Enden den ersten und einen zweiten Koaxialanschluss (13, 17, 43, 47, 72, 175) aufweist,
dass die Messsignale eines unteren Frequenzbereichs an dem ersten Koaxialanschluss (17, 47, 72, 175) eingespeist werden,
dass die Messsignale eines oberen Frequenzbereichs an dem Hohlleiteranschluss (24, 34, 63) eingespeist werden,
dass der erste Bandleiter (1, 41, 136) mit einem zweiten Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) gekoppelt ist, da sich der zweite Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) zumindest abschnittsweise in der räumlichen Nähe des ersten Bandleiters (1, 41, 136) befindet,
dass der erste Bandleiter (1, 41, 136) mit einem dritten Bandleiter (19, 45, 174) gekoppelt ist, da sich der dritte Bandleiter (19, 45, 174) zumindest abschnittsweise in der räumlichen Nähe des ersten Bandleiters (1, 41, 136) befindet, wobei der dritte Bandleiter (19, 45, 174) an seinen Enden über Koaxialanschlüsse (18, 23, 44, 50) verfügt, und
dass der Hohlleiteranschluss (24, 34, 63) mittels eines Hohlleiter-Bandleiterübergangs (11, 33, 82) mit dem zweiten Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) verbunden ist.
Messkoppler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Bandleiter (1, 41, 136) und der zweite Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) einen Vorwärtskoppler bilden, und
dass der Vorwärtskoppler so ausgebildet ist, dass er Messsignale des unteren Frequenzbereichs oder des oberen Frequenzbereichs auf dem ersten Bandleiter (1, 41, 136) dem Messobjekt zuführt.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkoppler weiterhin einen zweiten Koaxialanschluss (130) beinhaltet,
dass das Messobjekt mittels des zweiten Koaxialanschlusses (130) angeschlossen ist,
dass der zweite Koaxialanschluss (130) mittels einem zweiten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang (137) mit dem ersten Bandleiter (136) verbunden ist, und
dass der zweite Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang (137) Messsignale von auf dem Bandleiter geführten Wellen in koaxial geführte Wellen umwandelt und dem zweiten Koaxialanschluss (130) zuführt.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkoppler weiterhin über einen dritten Koaxialanschluss (18, 44, 70) und einen vierten Koaxialanschluss (23, 50, 74) verfügt,
dass der dritte Koaxialanschluss (18, 44, 70) und der vierte Koaxialanschluss (23, 50, 74) mittels des dritten Bandleiters (19, 45, 174) verbunden sind,
dass der dritte Bandleiter (19, 45, 174) und der zweite Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) einen Rückwärtskoppler bilden,
dass der dritte Koaxialanschluss (18, 44, 70) Signale ausgibt, welche vom Messobjekt reflektierten Signalen weitgehend proportional sind, und
dass der vierte Koaxialanschluss (23, 50, 74) Referenzsignale ausgibt, welche Messsignalen des unteren Frequenzbereichs weitgehend proportional sind.
Messkoppler nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der dritte Koaxialanschluss (18, 44, 70) mit einem dritten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden ist, dass der dritte Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang von dem Messobjekt reflektierte Signale in koaxial geführte Wellen umwandelt,
dass der vierte Koaxialanschluss (23, 50, 74) mit einem vierten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang verbunden ist, dass der vierte Bandleiter-Koaxialleiter-Übergang die Referenzsignale in koaxial geführte Wellen umwandelt, und dass der dritte Koaxialanschluss (18, 44, 70) und der vierte Koaxialanschluss (23, 50, 74) mittels des dritten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergangs und des vierten Bandleiter-Koaxialleiter-Übergangs und des dritten Bandleiters (19, 45, 174) verbunden sind.
Messkoppler nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den dritten Bandleiter (19, 45, 174) ein Dämpfungsglied (22, 49, 153)eingefügt ist.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bandleiter-Koaxialleiter-Übergänge Kompensationen aufweisen, welche für eine reflektionsarme Umwandlung der von den Bandleitern geführten Wellen in koaxial geführte Wellen sorgen, da Kompensationsbohrungen zur Anpassung des Feldbildes eingesetzt sind.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Bandleiter (1, 41, 136) zweiteilig ausgeführt ist,
dass die zwei Teile (14, 16, 42, 48, 136, 190, 231, 236) des ersten Bandleiters (1, 41, 136) an einem Verbindungspunkt (15, 40, 234) ineinander mittels mehrerer Finger (232, 233) an den Enden der Bandleiter (231, 236) verzahnt sind, und
dass das erste Teilstück (14) des ersten Bandleiters (1, 41, 136) mit dem zweiten Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) bzw. das zweite Teilstück (48) des ersten Bandleiters (1, 41, 136) mit dem dritten Bandleiter (19, 45, 174) gekoppelt ist.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Bandleiter (12, 32, 81, 101, 120, 192, 210) mit einem Absorber (10, 30, 196, 213) verbunden ist.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkoppler zumindest ein Gehäuse (31, 46, 62, 71) aufweist,
dass das Gehäuse (31, 62) aus zumindest zwei Gehäuseteilen (35, 38, 64, 67, 85) zusammengesetzt ist und
dass sämtliche Bandleiter (1, 12, 19, 32, 41, 45, 81, 101, 120, 136, 150, 155, 174, 192, 210, 231, 236) in dem Gehäuse angeordnet sind.
Messkoppler nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der Bandleiter (1, 12, 19, 32, 41, 45, 81, 101, 120, 136, 150, 155, 174, 192, 210, 231, 236) in dem Gehäuse (31, 46, 62, 71) mittels Stiften (156, 173, 195, 214) befestigt sind, und
dass die Stifte (156, 173, 195, 214) die Bandleiter (1, 12, 19, 32, 41, 45, 81, 101, 120, 136, 150, 155, 174, 192, 210, 231, 236) auf deren breiten Seiten kontaktieren und in Position halten.
Messkoppler nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Befestigung der Bandleiter (1, 12, 19, 32, 41, 45, 81, 101, 120, 136, 150, 155, 174, 192, 210, 231, 236) in dem Gehäuse (31, 46, 62, 71) verursachte kapazitive Störungen der Bandleiter (1, 12, 19, 32, 41, 45, 81, 101, 120, 136, 150, 155, 174, 192, 210, 231, 236) durch Kompensationen weitgehend eliminiert sind.
Messkoppler nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der Innenseite des Gehäuses (31, 46, 62, 71) mit einem Absorbermaterial (100, 122, 135, 194, 237) ausgekleidet ist.