NL8401335A - Ontvanginrichting voor toepassing in een tv front end. - Google Patents

Description

PHN 11.025 1 t.n.v. N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Ontvanginrichting voor toepassing in een TV front end"..

De uitvinding heeft betrekking op een ontvanginrichting voor hoogfrekwente signalen bevattende een rechthoekig golfpijpfilter opgebouwd uit in cascade geschakelde resonatoren en een SHF-signaal-inrichting, welke is voorzien van een microstripcircuit en een op het 5 microstripcircuit aangesloten microstrip-golfgeleiderovergang.

Een dergelijke inrichting is bekend uit de Nederlandse oktrooiaanvrage 7700230. In kombinatie met een polarisatie-omvormer vormt de uit de genoemde oktrooiaanvrage bekende ontvanginrichting een belichter, welke belichter tesamen met een refléktor een antenne-10 inrichting vormt. Deze antenne-inrichting wordt toegepast om SHF-sig-nalen te ontvangen,bijvoorbeeld TV-signalen met een draaggolffrekwentie van 12 GHz, welke afkomstig zijn van onder andere satellieten. Deze bekende ontvanginrichting bevat een rechthoekige golfpijpconfiguratie, welke aan een zijde is voorzien van een hoorn. Aan het uiteinde hiervan 15 bevindt zich een in het brandpunt van de reflektor opgesteld belichtings-venster met een ervoor geplaatste polarisatie-anvormer voor het uitfilteren van een door een bepaalde polarisatie gekarakteriseerd kanaal. Aan de andere zijde is de golfpijpconfigutatie voorzien van een als microstrip-golfpijpovergang uitgevoerde microstrip-golfgeleider-20 overgang, welke is aangebracht tassen een microstripcircuit en de golfpijpconfiguratie.

Een dergelijke ontvanginrichting kan ook in kombinatie met andere typen polarisatie-amvormers worden toegepast. In het bijzonder in een belichter waarin twee van dergelijke ontvanginrichtingen in 25 kombinatie met een polarisatie-anvormer samenwerken. De polarisatie-anvormer zet een linksdraaiend circulair gepolariseerde golf om in een eerste lineair gepolariseerde golf, welke aan een van de ontvanginrichtingen wordt toegevoerd , terwijl de polarisatie-anvormer een rechtsdraaiend circulair gepolariseerde golf in een lineair gepolari-30 seerde golf, orthogonaal op de eerste, ontzet, welke aan de andere ontvanginrichting wordt toegevoerd. Het is evenwel gebleken dat de kanaalscheiding bij toepassinglvan de bekende ontvanginrichting in kombinatie met dergelijke polarisatie-anvormers onvoldoende is on in 8401335 PHN 11.025 2 de praktijk te kunnen worden toegepast.

Doel van de uitvinding is de toepassing van ontvanginridxtingen voor HF-signalen uit te breiden door de ontvanginrichtingen geschikt te maken voor samenwerking met andere typen polarisatie-omvormers en 5 het op eenvoudige, goedkope en kompaktere wijze realiseren van een dergelijke ontvanginrichting met lage verliezen.

Overeenkomstig de uitvinding, wordt de in de aanhef vermelde ontvanginrichting daardoor gekenmerkt dat de microstrip-golfgeleider-overgang alsmicrostripggolfpijpfilterovergang is uitgevoerd, welke 10 in een van de eindresonatoren van het golfpijpfilter is aangebracht en via een opening in het, aan de betreffende eindresonator grenzend eindvlak van het golfpijpfilter is verbonden met een zich buiten het golfpijpfilter bevindend deel van de SHF-signaalinrichting, en dat een bepaalde afsluitimpedantie van de betreffende eindresonator, voorzien 15 van de > microstrip-golfgeleiderovergang door dimensionering van tenminste een van beide is gerealiseerd.

Door toepassing van de maatregelen overeenkomstig de uitvinding is een ontvanginrichting verkregen welke door een lage reflektie onder andere geschikt gemaakt is voor toepassing in een belichter waarin 20 twee ontvanginrichtingen in kombinatie met een polarisatie-omvormer samenwerken. Daarmede is de kanaalscheiding van ëen dergelijke belichter verbeterd. In belichters waarin een ontvanginrichting met een polarisatie-omvormer samenwerkt is ten gevolge van de maatregelen een lagere reflektie en een verbeterde transmissie verkregen. Van verder 25 voordeel is dat afregeling van het golfpijpfilter op de microstrip-golfgeleiderovergang achterwege kan blijven, daar de eigenschappen van de microstrip-golfgeleiderovergang zijn opgenomen in het ontwerp van het golfpijpfilter. Bovendien is een kompaktere bouwwijze van een ontvanginrichting gerealiseerd, omdat een afzonderrijke microstrip-30 golfpijpovergang tesamen met een afzonderlijke overgang van golfpijp naar het filter uitgevoerd in golfpijp is vermeden.

Te dezer plaatse zij opgemerkt dat het uit het Engelse oktrooischift 731.498 op zich bekend is, om de impedantie van een eindresonator van een golfpijpfilter door lengteverandering aan te 35 passen aan de impedantie van een golfgeleider. Het betreffende oktrooi-schrift heeft evenwel geen betrekking! op een ontvanginrichting voor een belichter, maar betreft slechts een in ronde golfpijp uitgevoerd microgolffilter met twee identieke, in co-axiale leiding uitgevoerde 8401335 PHN 11.025 3 golfgeleiders.

De uitvinding zal toegelicht worden aan de hand van een in figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, waarbij overeenkomstige delen in de verschillende figuren, met dezelfde verwijzingscijfers 5 zijn aangeduid.

Daarbij toont:

Fig. 1 een schematische voorstelling van een antenne-inricht-ing voorzien van twee ontvanginrichtingen overeenkomstig de uitvinding, Fig. 2 een doorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van de 10 ontvanginrichting overeenkomstig de uitvinding,

Fig. 3 een uitvoeringsvoorbeeld van een in perspektief en gedeeltelijk weergegeven ontvanginrichting overeenkomstig de uitvinding, Fig. 4 een vooraanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van een gedeelte van een SHF-signaalinrichtingit .ric ., voor toepassing in 15 een ontvanginrichting overeenkomstig de uitvinding.

In fig. 1 is een antenne-inrichting weergegeven, welke een gedeeltelijk weergegeven reflektor 1 en een in het brandpunt van de reflektor 1 opgestelde belichter 2 bevat. Dergelijke antenne-inrichtingen worden toegepast om circulair gepolariseerde SHF-signalen afkomstig 20 van onder andere satellieten op te vangen en verder te verwerken. De in blokschema weergegeven belichter 2 bevat een hoorn 9 en een daarop aangesloten polarisatie-cmvomer 3. Een dergelijke polarisatie-omvormer is onder andere bekend uit een artikel van C. Gandy, getiteld "A circularly polarised aerial for satellite reception", Eng. Res. Rep.

25 BBC-RD-1976/21, Aug. '76. De polarisatie-omvormer 3 is ingericht om ontvangen signalen in de vorm van circulair gepolariseerde golven op op zich bekende wijze cm te zetten in twee onderling orthogonaal, lineair gepolariseerde golven. Een van deze golven wordt toegevoerd aan een eerste ontvanginrichting 4-1 en de andere golf aan een tweede 30 ontvanginrichting 4-2, welke identiek is aan de eerste. De ontvanginrichtingen 4-1 en 4-2 bevatten een golfpijpfilter 5 en een SHF-signaal-inrichting 6. De ontvanginrichting 4-1 resp. 4-2 zijn via de uitgangen 7 respektievelijk 8 verbonden met niet weergegeven apparatuur, ter verdere verwerking van de ontvangen signalen. De belichter kan ook 35 voorzien zijn van een polarisatie-omvormer overeenkomstig de Nederlandse oktrooiaanvrage 7700230 waarbij circulair gepolariseerde golven slechts in een type lineair gepolariseerde golven worden omgezet. Een dergelijke belichter bevat één ontvanginrichting 4-1. Dergelijke ontvanginrichtingen 8401335 PHN 11.025 5 schotten 11-1 t/m 11-3 verwezenlijkt. De resonatoren 10-1 t/m 10-4 zijn door de koppelopeningen verbonden en door de paren schotten 11-2 t/m 11-4 in cascade geschakeld. De V-vorm van de uitsparingen biedt onder andere de mogelijkheid de twee helften eenvoudig en met grote 5 nauwkeurigheid door middel van slagextrusie te vervaardigen, zoals bekend uit de niet-voorgepubliceerde Nederlandse oktrooiaanvrage 8302439 van Aanvraagster. In beide helften van het schot 11-5 is een uitsparing aangebracht welke in gemonteerde toestand van beide helften een opening 19 vormen, welke opening in dit uitvoeringsvoorbeeld een 10 rechthoekige doorsnede bezit. Door deze opening 19 is een deel van SHF-signaalinrichting 6 in de eindresonator 10-4 gestoken, welke voor het overige deel buiten het golfpijpfilter 5 is gelegen.Van de, een rechthoekige doorsnede bezittende, opening 19 is de korte zijde aan te duiden als de hoogte. Een in fig. 3 met k aangegeven deel van 15 deze hoogte van de opening 19 dient een zekere minimale afmeting te bezitten, gegeven door de eis dat het E.M. veld van de SHF-inrichting 6 zo weinig mogelijk door het geleidende eindvlak mag worden verstoord. Anderzijds wordt de maximale afmeting van de met k aangegeven hoogte bepaald, doordat het ongewenst is dat het golfpijpfilter 5 20 door de opening 19 straalt. De opbouw van de SHF-inrichting 6 is gedetailleerder in fig. 4 weergegeven. Deze inrichting bevat een gemeenschappelijk substraat 20, dat voor een gedeelte aan een eerste brede zijde, hier de achterzijde is voorzien van een het gedeelte bedekkende, door arcering in fig. 4 aangegeven;}., geleidende laag, welke 25 een aardvlak vormt.Aan de daar tegenover liggende tweede brede zijde, hier bovenzijde, is een eerste geleiderpatroon 26 t/m 31 aangebracht.

Dit geleiderpatroon vormt met de geleidende laag en het ertussen gelegen substraat 20 een gedeelte van een microstripcircuit 24, van de SHF-signaalinrichting 6. Het substraat 20 is voor het overig weergegeven 30 gedeelte, slechts aan de bovenzijde voorzien van een· tweede gebalanceerd geleiderpatroon 22, 23 welke de microstrip-golfpijpfilterovergang 21 vormt. Van de SHF-signaalinrichting 6 is.tenminste de overgang 21 geheel in de resonator 10-4 van het golfpijpfilter 5 gelegen en is het ongebalanceerde microstripcircuit 24 er buiten gelegen.

35 Een in microstriptechniek uitgevoerde balans-onbalans transformator 25 verbindt het aan een zijde van de transformator 25 aangesloten gebalanceerde geleiderpatroon 22, 23 met het ongebalanceerde deel van het microstripcircuit 24. De tranformator 25 is in dit 8401335 PHN 11.025 4 [ worden aan de hand van de figuren 2, 3 en 4 nader toegelicht.

In fig. 2 is een uitvoeringsvoorbeeld in langsdoorsnede weergegeven van een ontvanginrichting 4-1/ zoals toepasbaar in een. antenne-inrichting volgens fig. 1. De ontvanginrichting 4-1 bevat een 5 cilindrische vatting 12, waarin een golfpijpfilter 5 en een SHF-signaalinrichting 6 zijn aangebracht. De cilindrische vatting 12 is aan een zijde hermetisch afgesloten door een nauw passende golfge-leiderflens 13 waarin zich een opening 14 bevindt. In de opening 14 is de voorzijde van het rechthoekige golfpijpfilter 5 aangebracht, 10 welke opening deze zijde positioneert. De achterzijde van het golfpijpfilter 5, alsmede de in twee delen aangegeven SHF-signaalinrichting 6 worden op hun plaats gehouden door een in de cilindrische vatting 12 aangebrachte drager 16. Het golfpijpfilter 5 is aan de voorzijde hermetisch afgesloten door een venster 15, bijvoorbeeld van glas of 15 mica gemaakt, dat ertoe dient om te voorkomen dat ongerechtigheden zoals stof, gas en vocht in de ontvanginrichting 4-1 binnendringen.

De andere zijde van de cilindrische vatting 12 is op niet nader aangegeven wijze hermetisch afgesloten. Het golfpijpfilter 5 is door middel van de golfgeleiderflens 13 aangesloten opreen gedeeltelijk weergegeven 20 polarisatie-amvormer 3. Het golfpijpfilter 5 bevat in die uitvoeringsvoorbeeld vijf paren schotten 11-1 t/m 11-5, welke het filter in vier resonatorenlO-l t/m 10-4 verdeelt. Door de vorm van de schotten 11-1 t/m 11-4 zijn inductieve reaktanties gerealiseerd, welke mede de filterfunktie van het golfpijpfilter 5 bepalen. Het schot 11-1 bevindt 25 zich aan de voorzijde van het golfpijpfilter 5 direkt achter genoemd venster 15. In het eindvlak aan de achterzijde van het golfpijpfilter 5 is het schot 11-5 aangebracht.:Een gedeelte van de SHF-signaalinrichting 6 is in de éindresonator 10-4 aangebracht en verbonden met een zich buiten het golfpijpfilter 5 bevindend deel van deze SHF-signaalinrichting 6. 30 ΰ, In fig. 3 is in perspektief en in detail weergegeven op welke wijze dit is uitgevoerd. Deze figuur toont dat het golfpijpfilter feite •opgeboufad dit twee helften;. ..Het scheidingsvlak:·,tussen dteheidetebelften wordt gevormd door het langssymmetrievlak van de brede zijde van het rechthoekige filter. Elk schot, van de vier paren schotten 11-1 t/m 35 11-4 is voorzien van een V-vormige uitsparing 18. Bij het op elkaar brengen van de twee helften worden tussen de. schotten van overeenkomstige paren, koppelopeningen gevormd, zoals in het paar schotten 11-4 is weergegeven. Op overeenkomstige wijze zijn de koppelopeningen in de 8401335 1 * PHN 11.025 6 uitvoeringsvoorbeeld aangebracht op het substraat 20 en is uitgevoerd als λ/2 transmissielijn. Aan de met het mircostripcircuit 24 verbonden zijde van de transformator 25 is een microstripgeleider 26 aangesloten. De microstripgeleider 26 is verbonden met een als r richtingisolator 5 uitgevoerde y-circulator 27. Daartoe is het substraat 20 van ferriet gemaakt. Van de y-circulator is slechts de centrale geleider weergegeven. Deze is voorzien van drie aansluitpoorten 28, 29.en 30. De circulatie-richting is hierbij van poort 28 naar 30 en van 30 naar 39 etcetera.

De microstripgeleider 26 is verbonden met poort 28 van de circulator 27, 10 waardoor signalen afkomstig van het golfpijpfilter 6 via de overgang 21 naar een met poort 30 verbonden verder deel van de SHF-inrichting 6 worden geleid. Signalen afkomstig van het verdere deel van de SHF-signaalinrichting 6 worden in een uit weerstandsmateriaal opgebouwde afsluitimpedantie 31 volledig gedissipeerd.

15 Het golfpijpfilter 5, met de resonatoren 10-1 t/m 10-4, de schotten 11-1 t/m 11-5 en de door de overeenkomstige paren schotten gevormde koppelopeningen, is in dit uitvoeringsvoorbeeld ontworpen als banddoorlaatfilter met een doorlaatband annex doorlaatfrekwentiegebied van 11,7 - 12,5 GHz, met een rimpel kleiner dan 0,1 dB. Voor de 20 realisatie van dit banddoorlaatfilter kan gebruikt worden gemaakt van basistechnieken zoals békend het boek "Microwave Filters, Impedancematching Networks, and Coupling Structures", G. Matthaei, L. Young iX en E.M.T. Jones, ui tg. Artech House Ine. 1980.

De microstrip-golfpijpfilterovergang 21 bevat een in het 25 tweede geleiderpatroon aangebrachte antenne 22 en een daarop aangesloten coplanaire golfgeleider 23. De impedantiekarakteristiek van de antenne 22 en van het golfpijpfilter 5 dienen voor een goede werking van de ontvanginrichting, tenminste over het gewenste doorlaatfrekwentiegebied te zijn aangepast. Zoals bekend uit voomoemd boek dienen in het 30 algemeen de resonatoren van een filter een bepaalde reactantiehelling of susceptantiehelling te bezitten als funktie van een van de frekwentie afhangende grootheid. In dit uitvoeringsvoorbeeld is dit bereikt door keuze van de dimensies van de 4 reactieve schottenparen 11- t/m 11-4 en door juiste dimensionering van de antenne 22. Deze antenne vervult 35 in de uit de genoemde publikatie bekende filtertheorie de funktie van een als Impedantie transformator uitgevoerdè reactief element gelegen aan een van de uiteinden van het filter. Het realiseren van dit reactieve element door een antenne, brengt met zich mede dat tenminste 8401335 PHN 11.025 7 over de doorlaatband van het filter, het reële deel van de golfpijp-impedantie van de antenne een bepaalde konstante waarde moet bezitten. Tevens dient de antenne een lineair reactantiegedrag te bezitten als funktie van genoemde grootheid. Het reactieve gedrag van de antenne 5 beïnvloed zowel de reactantiehelling als de resonantiefrekwentie van de aan de antenne gekoppelde resonator. Door een geschikte dimehsionering van de resonator 10-4 en het reaktieve element 11-4, kan deze invloed gekompenseerd worden. In dit uitvoeringsvoorbeeld is een dipoolvormige antenne 22 gekozen, welke in het doorlaatfrekwentiegebied kan worden 10 voorgesteld door een serieschakeling van een lineair van voomoemde grootheid afhangende reaktantie en een weerstand. De gemeten weer-standswaarde van de antenne 22 met de ermede verbonden coplanaire golfgeleider 23 en het met deze golfgeleider gekoppelde deel van de SHF-signaalinrichting 6, is gelijk gekozen aan de reële afsluit-15 impedantie van de resonator 10-4. Van voordeel is dat door deze keuze het toepassen van een impedantie-transformator in het filter vermedeniis. Doordat de microstrip-golfpijpfilterovergang 21 is de eindresonator 10-4 is aangebracht, beïnvloedt de reactantie van de antenne 22 zowel de resonatiefrekwentie als ook de reactantiehelling van de eindresonator 20 10-4. Door toepassing van genoemde dimensionering wordt de invloed van de reactantie van de antenne 22 zodanig beïnvloed dat de resonatiefrekwentie en de reactantiehelling hun oorspronkelijke waarde herkrijgen. De dimensionering kan in het bijzonder worden gerealiseerd door keuze van de afmeting in axiale richting van de eindresonator 10-4, omdat 25 daarmede db reactantie van de eindresonator kan worden veranderd. Omdat de koppelopeningen gevormd door het schotpaar 11-4 inductanties representeren:'.is! hét ook mogelijk aanpassing door dimensioneren van tenminste deze koppelopening te verwezenlijken. Het is duidelijk dat ook kombinaties van voomoemde dimensioneermethodes kunnen worden 30 toegepast. Af regeling bij montage van de SHF-signaalinrichting 6 in het golfpijpfilter 5 is dientengevolge overbodig. Dit is met name van belang bij massa-fabricage van de ontvanginrichting 4-1. Door de goede bovengenoemde aanpassing van de microstrip-golfpijpfilterovergang 21 aan. het golfpijpfilter 5 heeft de ontvanginrichting 4-1 een zeer lage 35 reflektiecoëffiënt, die tot uitdrukking komt in een gerealiseerde VSWR van 1,35, bij een theoretisch optimale waarde van 1,2 en bij een filter met -10 dB punten geTegenbij 11.5 en 12.85 GHz en met eerder genoemde doorlaatband ^1/,. De ontvanginrichting 4-1 is derhalve zeer 1401335 PHN 11.025 8 geschikt cm te worden toegepast in belichters waarin twee ontvangin-richtingen in kombinatie met een polarisatie-ornvormer samenwerken.

Door de golfpijpfilterovergang 21 direkt in het golfpijp-filter 5 aan te brengen is bovendien een kompakte bouwwijze van een 5 ontvanginrichting 4-1 gerealiseerd. In zijn algemeenheid is de uitvoering van de belichter 2 niet beperkt tot het toepassen van een ontvanginricht · tiijg 4~1 met de getoonde antenne 22, maar kunnen alle antennes met een lineair reactantiegedrag en konstant reëel deel worden toegepast.

In dit uitvoeringsvoorbeeld zijn de resonatoren 10-1 t/m 10 io-4 van het serie-resonante type. Indien het filter is opgebouwd uit i.parallel-resonante resonatoren is hetzelfde principe: bruikbaar.

15 20 25 30 1 8401335

Claims (5)

1. Qntvanginrichtingivoor hoogfrekwente signalen bevattende een rechthoekig golfpijpfilter opgebouwd uit in cascade geschakelde resonatoren en een SHF-signaalinrichtingf welke is voorzien van een microstripcircuit en een op het microstripcircuit aangesloten micro- 5 strip-golfgeleiderovergang, met het kenmerk dat de microstrip-golf- geleiderovergangarls inicrostrippgolfpijpfilterovergang is uitgevoerd, welke in een van dë eindresonatoren van het golfpijpfilter is aangebracht en via een opening in het, aan de betreffende eindresonator grenzend eindvlak van het golfpijpfilter is verbonden met een zich buiten het 10 golfpijpfilter bevindend deel van de SHF-signaalinrichting, en dat een bepaalde afsluitimpedantie van de betreffende eindresonator voorzien van de microstrip-golfgeleiderovergang, door dimensionering van tenminste één van beide is gerealiseerd.

2. Qntvanginrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 15 de microstrip-golfgeleiderovergang een antenne bevat met een complexe impedantie, waarvan het reële deel gelijk is aan de afsluitimpedantie van de eindresonator, en dat aanpassing van het imaginaire deel van de impedantie van de antenne aan de impedantie van het golfpijpfilter is gerealiseerd door keuze van de afmeting in axiale richting van de 20 betreffende eindresonator.

3. Qntvanginrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de microstrip-golfgeleiderovergang een antenne bevat met een kcmplexe impedantie waarvan het imaginaire deel aan de impedantie van het golfpijpfilter is aangepast door keuze van afmetingen van een koppel- 25 opening van de betreffende eindresonator, waarmede deze met de aangrenzende resonator van het filter is gekoppeld.

4. Qntvanginrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat de SHF-signaalinrichting een substraat bevat, welke voor een gedeelte aan een eerste brede zijde is voorzien van een het -eerste gedeelte 30 bedekkende geleidende laag en aan de daar tegenoverliggende tweede brede zijde is voorzien van een eerste ge leiderpatroon welke tesamen met de geleidende laag tenminste een gedeelte van het microstripcircuit vormt en welk substraat voor het overig gedeelte slechts aan de tweede brede zijde is voorzien van een tweede geleiderpatroon welke de dipoolvonnige 35 antenne bevat en dat de antenne met het microstripcircuit is gekoppeld via een symmetrische-asymmetrische transformator.

5. Rechthoekig golfpijpfilter voor toepassing in een ontvang-inrichting volgens conclusie 1, :opgeboüwd uit :in cascade geschakelde 8401335 PHN drl.025 10 ,, r ► resonatoren, welk filter in tenminste eeh eindvlak van een opening is voorzien, met het kenmerk dat de opening de vorm heeft van een sleuf met rechthoekige doorsnede voor het in de eindresonator voorzien van genoemd eindvlak aanbrengen van een microstrip-golfpijpfilterovergang, 5 en dat de reactantie van deze eindresonator door dimensioneren is aangepast aan de reactantie van de in de èindresonator aan te brengen microstrip-golfpijpfilterovergang. 10 15 20 25 30 35 8401335