DE2361561C3 - Als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybridverzweigung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybridverzweigungen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Hybridverzweigung ist aus dem Aufsatz »A new class of microstrip directional couplers« von F. C. de Ronde, erschienen in G-MTT 1970 International Microwave Symposium, Digest of Technical Papers, May 11-14, 1970, Seiten 184, 185 und 188 bekannt. Die gleichachsig angeordneten, nur in einer der beiden Leitungstechniken ausgeführten Verzweigisngsleitungen bestehen aus einer Streifenleitung, die zusammen mit einer weiteren auf der gleichen Großfläche des Keramiksubstrates aufgebrachten Streifenleitung die Paral-IeI-T-Verzweigung bildet. Die andere, den gemeinsamen Verzweigungspunkt einspeisende Leitung ist eine auf der anderen Großfläche des Substrates aufgebrachte Schlitzleitung, die mit der erstgenannten Streifenleitung gekoppelt ist und daher mit dieser die Serien-T-Verzweigung bildet. Diese bekannte Hybridverzweigung zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus, setzt aber Adapter voraus, sofern die mit der Verzweigung zu verbindenden Wellenleiter nicht vom gleichen Leitertyp wie die beiden einspeisenden Leitungen, also am Serienanschluß eine Schlitzleitung und am Parallelanschluß eine Streifenleitung, sind.

Aus der US-PS 35 30 407 ist weiterhin eine breitbandige Hybridverzweigung in Streifenleitertechnik bekannt, die jedoch verhältnismäßig aufwendig in der Fertigung ist, da sie einerseits durchmetallisierten Durchbrüche im Substrat und andererseits eine zusätzliche Isolationsschicht zwischen einem der Streifenleitungsabschnitte und einem darüber angeordneten dünnen Draht erfordert, so daß ein mehrstufiges Herstellungsverfahren benötigt wird.

Ferner ist aus der US-PS 36 78 395 eine breitbandige planare Ringschaltung bekannt, die als Ringmischer oder Frcquenzvervielfacher verwendbar ist und aus einer Schlitzleitung sowie einer Koplanarleitung besteht, in deren Verzweigungspunkt die vier Dioden angeordnet sind. Als magisches T ist diese bekannte Pseudo-Hybridverzweigung nicht verwendbar, weil von dem Verzweigungspunkt keine planaren Leitungen symmetrischen Feldaufbaus abgehen, sondern das abwärts oder aufwärts gemischte Signal dem Verzweigungspunkt mittels zweier Drahtleitungen entnommen wird.

Schließlich ist aus der DE-OS 20 55 710 eine teils aus Koplanarleitungen und teils aus Streifenleitungen aufgebaute Hybridverzweigung bekannt Da beide Leitungstypen symmetrischen Feldaufbau besitzen, kann die erforderliche Kopplung jedoch nur durch einen streckenweise parallelen Verlauf der Leitungen und symmetrische Einspeisung einer derselben erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als magisches T verwendbare 4-Tor- Hybrid Verzweigungen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei denen die Anschlüsse zumindest der in den Verbindungspunkt einspeisenden Leitungen auf der gleichen Großfläche des Substrats liegen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben. Hierbei besteht der Parallelanschluß aus einer Koplanarleitung, der Serienansch'uß aus einer Schlitzleitung.

In der Zeichnung ist die Hybridverzweigung nach der Erfindung an Hand von beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 ein magisches T bekannten Aufbaus,

F i g. 2 eine Streifenleitung,

F i g. 3 eine Koplanarleitung,

F i g. 4 eine Schlitzleitung,

Fig.5 ein magisches T, bestehend aus Schlitzleitungen und einer Koplanarleitung,

F i g. 6 ein magisches T, bestehend aus Koplanarleitungen und einer Schlitzleitung.

Fig. 1 zeigt eine entkoppelte Verzweigung oder ein magisches T bekannten Aufbaus in Hohlleiterausführung. Diese Verzweigung besitzt vier Arme 1, 2, 3, 4. Wenn beispielsweise die Arme 2, 3 und 4 reflexionsfrei abgeschlossen sind und in den Arm 1 eine hinlaufende Welle geschickt wird, so erreicht den Arm 4 keinerlei Energie, während sich in den Armen 2 und 3 identische elektrische Felder einstellen. Ebenso wird bei Anregung über den Arm 4 keinerlei Energie dem Arm 1 zugeführt, während in den Armen 2 und 3 einander entgegengesetzte elektrische Felder auftreten. Diese Eigenschaften sind zufolge der Tatsache, daß zwischen den Armen 1 und 4 keine Kopplung besteht, etwas voneinander verschieden. Wenn in diese Arme Anpassungselemente derart eingeführt werden, daß ihre Reflexionskoeffizienten Null sind, wird aus dieser Verzweigung ein magisches T, bei dem eine vollständige elektromagnetische Symmetrie zwischen den Armen 2 und 3 einerseits bzw. 1 und 4 andererseits besteht.

Wie nun einleitend bereits bemerkt, ist es zwar ohne weiteres möglich, Parallel-T-Verzweigungen aus Koaxialleitungen oder aus ebenen Leitungen, wie etwa den 3-Platten-Leitungen oder den Streifenleitungen (microstrip), herzustellen; dies gilt jedoch nicht für Serien-T-Verzweigungen, bei denen die Kopplung mittels bestimmter Kunstgriffe hergestellt werden muß, beispielsweise durch die Verwendung von ringförmig verteilten /2/4-Stichleitungen.

Die gleichzeitige Verwendung von Koplanarleitungen, Streifenleitungen und Schlitzleitungen gestatte; indessen die Realisierung von ebenen Hybridverzweigungen, insbesondere von magischen T.

Es werden drei Grundtypen von Leitungen verwendet die durch Metallisierung auf einer planen Substratplatte herstellbar sind.

a) Die in F i g. 1 dargestellte Streifenleitung oder microstrip-Leitung besteht aus einem ebenen, schmalen und dünnen leitenden Streifen 5 auf einer dielektrischen Schicht 6, die sich ihrerseits auf einer leitenden Ebene 7, der Masseebene, befindet Eine derartige Leitung besitzt einen symmetrischen Feldaafbau ?in bezug auf die durch die Achse D des Streifens gehende Symmetrieebene P der Leitung.

b) In F i g. 3 ist eine sogenannte Koplanarleitung dargestellt Das keramische Substrat 6 oder der keramische Träger hoher Dielektrizitätskonstante ist durch Metallisierung beispielsweise seiner oberen Fläche 9 leitend gemacht; in diese leitende Ebene ist ein Schlitz 10 eingebracht, durch den ein leitender Streifen 11 symmetrisch zur Mittelachse D der Anordnung hindurchläuft. Die Koplanarleitung besteht folglich aus einem Keramiksubstrat, versehen mit zwei Masseebenen 12 und 13, die durch einen Schlitz 10 voneinander getrennt sind, in dem sich ein leitender Streifen 11 befindet, dessen Breite geringer als die Breite des Schlitzes ist. Eine sich in dieser Leitung fortpflanzende Welle besitzt eine in bezug auf die Symmetrieebene P der Leitung symmetrische elektrische Feldverteilung, wie dies die Pfeile andeuten.

c) Fig.4 veranschaulicht eine Schlitzleitung, die durch Einbringen eines Schlitzes 14 in die metallisierte Fläche eines Keramiksubstrates hoher Dielektrizitätskonstante erzielt wird. Eine solche Schlitzleitung umfaßt daher zwei durch einen Schlitz 14 voneinander getrennte Masseebenen 17, 18 Bei dieser Leitung ist das Strahlungsfeld des Schlitzes unsymmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene Pder Leitung.

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Mit diesen drei Leitungsarten oder Leitungstypen, deren Eigenschaften vorstehend beschrieben wurden, ist es möglich, magische T aufzubauen.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer T-Verzweigung, die aus einer Koplanarleitung und aus Schlitzleitungen aufgebaut ist. Diese Ausführungsform umfaßt ein Keramiksubstrat 6 hoher Dielektrizitätskonstante, dessen obere Großfläche metallisiert ist. Diese Fläche ist mit einer Koplanarleitung der in Fig.3 dargestellten Art, bestehend aus einem Streifenleiter 11 längs der Achse eines demgegenüber etwas breiteren Schlitzes 10 sowie mit zueinander rechtwinkligen Schützleitungen 20, 21 versehen. Die vier Anschlüsse dieser T-Verzweigung sind wiederum mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet. λ

Der Anschluß 1, d. h. die Koplanarleitung, wird beispielsweise durch eine Welle symmetrischen Typs erregt, die in den beiden Teilen des Schlitzes 10 ein elektrisches Feld ausbildet, das von jeder Kante des Streifens zu den entsprechenden Kanten des Schlitzes 10 gerichtet ist. Wenn die Hybridverzweigung angepaßt ist, so ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Energie in den beiden Teilen der Schlitzleitung 21 senkrecht zu der Koplanarleitung. und die entsprechenden elektrischen Felder e2i und e22"in de.i beiden Anschlüssen 2 b5 und 3 sind gleichphasig Dieser Anschluß 1 besitzt die Eigenschaften eines Parallelk;m.ils einer T-Verzweigung. Ergänzend zu Fig. 5 ist /u bemerken, daß der Streifen 11 der Koplanarleitung sich in einem eine Streifenleitung bildenden Streifen fortsetzt, der sich auf der unteren, nichtmetallisierten Großfläche des Keramiksubstrates befindet wodurch eine vollständige Kopplung des Anschlusses mit den Anschlüssen 2 und 3 erzielt wird.

Wenn der Anschluß oder Weg 4 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Enden erregt wird, erzeugt das elektrische Feld e20* infolge der Kontinuität der Ströme /20' und /200* an der Stoßstelle mit den Anschlüssen 2 und 3 gleich große, jedoch gegenphasige elektrische Felder e20l und e200. Damit sind die Bedingungen eines Serienkanals einer T-Verzweigung erfüllt Die Anschlüsse 1 und 4 sind folglich vollständig voneinander entkoppelt Die Ausführungsform nach F i g. 5 stellt somit ein magisches T dar, dessen Anschluß 1 der Parallelanschluß und dessen Anschluß 4 der Serienanschluß sind.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines magischen T nach der Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt und umfaßt eine T-Verzweigung aus KoplanarJeitungen und eine Schlitzleitung auf dem keramischen Substrat 6.

Die koplanaren Leitungen sind mit 25 und 250 bezeichnet, während die auf derselben metallisierten Fläche des Keramiksubstrates 6 aufgebrachte Schlitzleitung mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist. Die Anschlüsse der vollständigen Verzweigung sind mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet.

Wenn der Anschluß 1 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Eingänge erregt wird, erhält man eine Verteilung des elektrischen Feldes in der Leitung 25, wie sie durch die Pfeile /3, /4 in F i g. 6 wiedergegeben ist. Die in den beiden Teilen der koplanaren Leitung 250 erzeugten Felder sind gleichphasig. Diese Felder sind mit /"30 und /40 bezeichnet. Der den leitenden Streifen der koplanaren Leitung 25 durchfließende Strom /25 teilt sich auf die beiden Abschnitte der Leitung 250 auf, und das Feld in diesen beiden Abschnitten hat die durch die Pfeile /"30 und /40 einerseits sowie /"31 und /41 andererseits angegebene Richtung. Diese Felder befinden sich auf beiden Teilen der Leitung 250 in Phase, so daß die aus den beiden koplanaren Leitungen bestehende Verzweigung eine Parallel-T-Verzweigung ist.

Die Schlitzleitung 26 ist auf derselben Fläche wie die koplanaren Leitungen, d. h. hier auf der metallisierten, oberen Fläche des Keramiksubstrates 6 angeordnet. Diese Schlitzleitung wird beispielsweise durch ein Feld e~2f) angeregt. Dieses Feld erzeugt am Stoß mit der Leitung 250 die in den beiden Teilen der Leitung 250 gegenphasigen Felder /5 und /6. Der den leitenden Streifen der Leitung 250 durchfließende Strom /26 erregt in dem der Schlitzleitung 26 gegenüberliegenden Teil der Schlitzleitung 250 Felder gemäß den Pfeilen /50 und /60. Die aus den Leitungen 250 und 26 bestehende Verzweigung verhält sich folglich wie eine Serien-T-Verzweigung.

Die Breite der Schlitzleitung 26 soll relativ gering im Verhältnis zu derjenigen der Koplanarleitung sein, um Störungen in der in Höhe der Leitung 26 in der Leitung 250 gebildeten Öffnung zu vermeiden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele von nur eine Ebene einnehmenden, entkoppelten Verzweigungen beruhen demnach auf der Vereinigung passender Leitungstypen, nämlich Koplanarleitungen. Schlitzleitungen und Streifenlcitungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Als magisches T verwendbare 4-Tor-Hybrid verzweigung, die aus planaren Wellenleitertypen auf einem Keramiksubstrat hoher Dielektrizitätskonstante aufgebaut ist und aus einer Serien-T-Verzweigung unter Verwendung eines Schlitzleitungstyps sowie einer Paraliel-T-Verzweigung unter Verwendung eines koplanaren Leitungstyps besteht, wobei die einspeisenden Leitungen unterschiedlichen Leitungstyps derart zueinander angeordnet sind, daß sie in entgegengesetzten Richtungen vom Verzweigungspunkt wegführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Serien-T-Verzweigung und der Parallel-T-Verzweigung die zu den einspeisenden Leitungen rechtwinklig angeordneten Verzweigungsleitungen in der Weise gemeinsam sind, daß entweder die Verzweigungsleitungen Schlitzleitungen (21 in Fig.5) auf der gleichen Großfläche des Substrats (6) sind und sich die Koplanarleitung (10) in einer Streifenleitung auf der anderen Großfläche des Substrats fortsetzt oder die Verzweigungsleitungen Koplanarleitungen (250) sind, und daß die Schlitzleitungen (20,21, 26) und die Koplanarleitungen (10,25,250) auf die gleiche Großfläche des Substrats (6) aufgebracht sind.