ITMI961179A1

ITMI961179A1 - DIRECTIONAL COUPLER

Info

Publication number: ITMI961179A1
Application number: IT96MI001179A
Authority: IT
Inventors: Dietmar Klemme
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1997-12-11
Also published as: IT1283118B1; FR2735926A1; ITMI961179A0; DE19522673A1; CH690703A5

Description

Accoppiatore direzionale Directional coupler

L'invenzione riguarda un accoppiatore direzionale per segnali ad alta frequenza. The invention relates to a directional coupler for high frequency signals.

Gli accoppiatori direzionali vengono utilizzati nella tecnica dell'alta frequenza per disaccoppiare una parte della potenza ad alta frequenza condotta in una linea, in particolare per scopi di misurazione e di regolazione. A tale scopo si utilizzano esclusivamente linee accoppiate tra loro, ad esempio cavi coassiali, linee planari, o guide d'onda. Una descrizione dettagliata di questi accoppiatori direzionali noti si trova in Meinke - Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 4. ediz., Springer-Verlag 1986, in particolare alle pagine da L27 a L35. Directional couplers are used in the high-frequency technique to decouple a portion of the high-frequency power conducted in a line, in particular for measurement and regulation purposes. For this purpose, only lines coupled together are used, for example coaxial cables, planar lines, or wave guides. A detailed description of these known directional couplers can be found in Meinke - Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 4. ed., Springer-Verlag 1986, in particular on pages L27 to L35.

Per ottenere un accoppiamento in larga misura indipendente dalla frequenza nella gamma di frequenze rispettivamente interessante, è necessaria una lunghezza elettrica pari a un quarto della lunghezza d'onda. Anche con un accorciamento della linea mediante Vi, è necessaria una lunghezza di 40 cm con una frequenza di 80 MHz e con un dielettrico con una costante dielettrica di ε = 5. Con ciò gli accoppiatori direzionali noti divengono da una parte piuttosto onerosi da produrre, e d'altra parte necessitano di molto spazio allo stato montato. To achieve a largely frequency-independent coupling in the respective frequency range of interest, an electrical length equal to one quarter of the wavelength is required. Even with a shortening of the line by Vi, a length of 40 cm is required with a frequency of 80 MHz and with a dielectric with a dielectric constant of ε = 5. With this, known directional couplers become on the one hand rather expensive to produce, and on the other hand they require a lot of space in the assembled state.

É compito dell'invenzione indicare un accoppiatore direzionale che sia semplice ed economico nella produzione, e presenti una necessità di spazio esigua. It is the object of the invention to indicate a directional coupler which is simple and economical in production, and has a small space requirement.

Questo compito viene risolto secondo invenzione mediante il fatto che per l'accoppiamento sono previsti bobine e condensatori. This task is solved according to the invention by the fact that coils and capacitors are provided for the coupling.

Un'elaborazione vantaggiosa dell'accoppiatore direzionale secondo invenzione consiste nel fatto che una prima porta è collegata a una seconda, e una terza porta a una quarta, rispettivamente tramite una bobina, ove le bobine sono accoppiate magneticamente tra loro. Con ciò è preferibilmente previsto che le porte siano collegate a massa ciascuna tramite un condensatore, e che fra la prima e la terza porta e la seconda e la quarta porta sia inserito rispettivamente un ulteriore condensatore. An advantageous elaboration of the directional coupler according to the invention consists in the fact that a first port is connected to a second, and a third port to a fourth, respectively by means of a coil, where the coils are magnetically coupled to each other. With this it is preferably provided that the gates are each connected to ground by means of a capacitor, and that a further capacitor is inserted respectively between the first and third gate and the second and fourth gate.

Questa elaborazione presenta un carattere di passa-basso, cosa che è un ulteriore vantaggio, poiché l'accoppiatore direzionale secondo invenzione può essere allora impiegato quale parte del filtro passa-basso di trasmissione sul lato dell'antenna. Con ciò l'ulteriore ingombro comunque già esiguo per l'accoppiatore direzionale si riduce della metà. This processing has a low pass character, which is a further advantage, since the directional coupler according to the invention can then be employed as part of the transmit low pass filter on the antenna side. This reduces the additional space required for the directional coupler by half.

Il vantaggio di prezzo dell'accoppiatore direzionale secondo invenzione diviene chiaro in particolare poiché gli accoppiatori direzionali su materiali di supporto ceramici con un'elevata costante dielettrica, che vengono impiegati anche per gli accoppiatori direzionali a strip line noti, sono costosi a causa del loro processo produttivo oneroso, poiché le piste conduttrici strette devono sopportare, con un'elevata costante dielettrica, un'elevata densità di corrente. The price advantage of the directional coupler according to the invention becomes clear in particular since the directional couplers on ceramic support materials with a high dielectric constant, which are also used for known strip line directional couplers, are expensive due to their process. costly production, since the narrow conductive tracks must withstand, with a high dielectric constant, a high current density.

Forme di esecuzione dell'accoppiatore direzionale secondo invenzione si distinguono sostanzialmente per la disposizione e la struttura delle bobine singolarmente. Così, ad esempio, può essere previsto che le bobine siano disposte su un nucleo toroidale in materiale ferromagnetico a bassa dispersione, o che le bobine siano bobine in aria. Embodiments of the directional coupler according to the invention are substantially distinguished by the arrangement and structure of the coils individually. Thus, for example, it can be provided that the coils are arranged on a toroidal core made of low dispersion ferromagnetic material, or that the coils are air coils.

Una possibilità particolarmente economica per la struttura delle bobine consiste nel fatto che le bobine sono formate da piste conduttrici su un'idonea piastra circuitale, ove preferibilmente le bobine sono costituite da piste conduttrici in più strati di circuiti a più strati. A particularly economical possibility for the structure of the coils consists in the fact that the coils are formed by conductive tracks on a suitable circuit board, where preferably the coils consist of conductive tracks in several layers of multi-layered circuits.

A seconda del grado di accoppiamento necessario fra le bobine può essere previsto che le bobine siano disposte una accanto all'altra, o che le piste conduttrici di entrambe le bobine siano disposte sovrapposte in più strati. Depending on the degree of coupling required between the coils, it can be provided that the coils are arranged side by side, or that the conductive tracks of both coils are arranged superimposed in several layers.

Esempi di esecuzione dell'invenzione sono raffigurati nel disegno sulla scorta di più figure e illustrate più dettagliatamente nella seguente descrizione. Sono visibili: Examples of embodiments of the invention are shown in the drawing on the basis of several figures and illustrated in more detail in the following description. They are visible:

nella fig. 1 uno schema elettrico di un esempio di esecuzione, in fig. 1 a wiring diagram of an example of execution,

nella fig. 2 una prima realizzazione dell'esempio di esecuzione secondo la fig. 1, nel quale l'accoppiamento fra le bobine avviene con un nucleo toroidale, in fig. 2 a first embodiment of the exemplary embodiment according to fig. 1, in which the coupling between the coils occurs with a toroidal core,

nella fig. 3 una realizzazione delle bobine mediante piste conduttrici in quattro strati, in fig. 3 a realization of the coils by means of conductive tracks in four layers,

nella fig. 4 un'ulteriore realizzazione delle bobine mediante piste conduttrici in quattro strati e in fig. 4 a further embodiment of the coils by means of conductive tracks in four layers e

nella fig. 5 una realizzazione delle bobine sotto forma di bobine m aria. in fig. 5 an embodiment of the coils in the form of air coils.

1 collegamenti che formano le porte dell'accoppiatore direzionale sono indicati conformemente nelle figure con 1, 2, 3, 4. Nelle figure da 2 a 5 la piastra circuitale stessa non è raffigurata. The connections which form the ports of the directional coupler are indicated in accordance with the figures 1, 2, 3, 4. In figures 2 to 5 the circuit board itself is not shown.

Nell'esempio di esecuzione secondo la fig. 1 la porta 1 e la porta 2 sono collegate tra loro mediante una bobina 5, mentre fra la porta 3 e la porta 4 è disposta una seconda bobina 6. Ciascuna delle porte da 1 a 4 è collegata tramite un condensatore 7, 8, 9, 10 al potenziale di massa. Fra le porte 1 e 3 e fra le porte 2 e 4 è rispettivamente inserito un ulteriore condensatore 11, 12. In the embodiment example according to fig. 1, the door 1 and the door 2 are connected to each other by means of a coil 5, while a second coil 6 is arranged between the door 3 and the door 4. Each of the doors 1 to 4 is connected by means of a capacitor 7, 8, 9 , 10 to the mass potential. A further capacitor 11, 12 is respectively inserted between ports 1 and 3 and between ports 2 and 4.

Nell'esempio di esecuzione raffigurato nella fig. 2 le bobine 5, 6, sono accoppiate con l'aiuto di un nucleo toroidale 13 in materiale ferromagnetico a bassa dispersione. In the exemplary embodiment shown in fig. 2 the coils 5, 6 are coupled with the help of a toroidal core 13 made of low dispersion ferromagnetic material.

Le bobine realizzate secondo la fig· 3 sono costituite rispettivamente da quattro strati di piste conduttrici, che rappresentano rispettivamente una spira. Per motivi grafici gli strati sono raffigurati uno accanto all'altro anziché sovrapposti. Rispettivamente una prima spira 5.1, 6.1 della bobina 5, 6 si trova in una prima posizione, ed è collegata tramite un contatto passante 14, 15 alla seconda spira 5.2 o 6.2, che a sua volta è collegata tramite rispettivamente un ulteriore contatto passante 16, 17 con una spira 5.3 o 6.3. Un ultimo contatto passante 18 o 19 conduce alla quarta spira 5.4 o 6.4, che si trova nel quarto strato ed è collegata alla porta 2 o 4. The coils made according to Fig. 3 consist respectively of four layers of conductive tracks, which respectively represent a turn. For graphic reasons, the layers are shown next to each other rather than overlapping. Respectively, a first turn 5.1, 6.1 of the coil 5, 6 is in a first position, and is connected by means of a through contact 14, 15 to the second turn 5.2 or 6.2, which in turn is connected by means of a further through contact 16, respectively, 17 with a turn 5.3 or 6.3. A last through contact 18 or 19 leads to the fourth turn 5.4 or 6.4, which is located in the fourth layer and is connected to port 2 or 4.

Con la disposizione mostrata nella fig. 3 delle spire si ottiene un accoppiamento tra le bobine 5, 6 relativamente debole con un campo di dispersione relativamente grande. Un accoppiamento più stretto è presente nella realizzazione delle bobine raffigurata nella fig. 4, poiché queste sono praticamente disposte una sotto l'altra sulla stessa superficie. Ciascuna delle bobine presenta due spire 5.1', 5.4' o 6.2' e 6.3', ove analogamente all'esempio di realizzazione raffigurato sulla scorta della fig. 3 le cifre dietro il punto caratterizzano la rispettiva posizione. La prima spira 5.1' della bobina 5 si trova nel primo strato, e collega il contatto passante che forma la porta 1 con un contatto passante 20, al quale è collegata nel quarto strato la seconda spira 5.4' della bobina 5. La bobina 6 viene formata da due spire 6.2' e 6.3' nel secondo e terzo strato, collegate tra loro tramite un contatto passante 21. With the arrangement shown in FIG. 3 of the turns, a relatively weak coupling is obtained between the coils 5, 6 with a relatively large dispersion field. A tighter fit is present in the embodiment of the coils depicted in FIG. 4, since these are practically arranged one below the other on the same surface. Each of the coils has two turns 5.1 ', 5.4' or 6.2 'and 6.3', where analogously to the embodiment shown on the basis of fig. 3 the digits behind the dot characterize the respective position. The first turn 5.1 'of the coil 5 is located in the first layer, and connects the through contact which forms the gate 1 with a through contact 20, to which the second turn 5.4' of the coil 5 is connected in the fourth layer. formed by two turns 6.2 'and 6.3' in the second and third layer, connected to each other by a through contact 21.

Nell'esempio di esecuzione secondo la fig. 5 le bobine 5'', 6'' sono realizzate quali bobine in aria, poggiate su una piastra circuitale che reca i condensatori, gli attacchi, e le linee di collegamento. In the embodiment example according to fig. 5 the coils 5 '', 6 '' are realized as coils in air, resting on a circuit board that carries the capacitors, the connections, and the connection lines.

Claims

Claims 1. Directional coupler for high frequency signals, characterized in that coils (5, 6) and capacitors (7 to 12) are provided for the coupling.

Directional coupler according to claim 1 with four ports, characterized in that a first port (1) is connected to a second (2), and a third port (3) to a fourth (4), respectively via a coil ( 5, 6), where the coils (5, 6) are magnetically coupled to each other.

3. Directional coupler according to claim 2, characterized in that the gates (1 to 4) are each connected to ground via a capacitor (7 to 10), and that between the first (1) and the third gate (3 ) and the second (2) and the fourth gate (4) a further capacitor (11, 12) is inserted respectively.

4. Directional coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the coils (5, 6) are arranged on a toroidal core (13) made of low dispersion ferromagnetic material.

Directional coupler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coils are coils (5 '', 6 '') in air.

6. Directional coupler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coils are formed by conductive tracks on a suitable circuit board.

7. Directional coupler according to claim 6, characterized in that the coils are formed by conductive tracks in several layers of multi-layered circuits.

8. Directional coupler according to claim 7, characterized in that the coils (5.1, 5.2, 5.3, 5.4; 6.1, 6.2, 6.3, 6.4) are arranged side by side.

9. Directional coupler according to claim 7, characterized in that the conductive tracks of both coils (5.1 ', 5.4'; 6.2 ', 6.3') are arranged superimposed in several layers.

Directional coupler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling of the coils (5, 6) is increased by means of a ferromagnetic material.