DE2453605C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellenleiter-Koppler zur gleichmäßigen Aufteilung von Signalenergie von einer Spannungsquelle auf η Ausgänge oder zur Zusammenschaltung von η Signalquellen auf eine gemeinsame Leitung unter Verwendung von η paraUelgeschalteten Leitungsstücken, die jeweils bei der

Betriebsfrequenz eine elektrische Länge von A/4 oder einem ungeradzahligen Vielfachen hiervon aufweisen und deren Enden auf einer Seite zu einem Sternpunkt zusammengeführt sind, während die anderen Enden zu η Anschlüssen geführt sind, die zur Entkopplung über chmsche Widerstände miteinander verbunden sind.

Aus der Zeitschrift »IRE Transactions on MTT«, Januar 1960, S. 116 bis 118 ist ein Leistungsteiler bekannt, welcher es gestattet, die Signalenergie von einei Eingangsklemme auf η Ausgangsklemmen zu verteilen. Der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Mit der Eingangsklemme I sind sternförmige η Leitungsstücke WLl bis WLi verbunden. Diese Leitungsstücke haben -inen bestimm ten Wellenwiderstand und eine elektrische Länge welche bei der Betriebsfrequenz mit A/4 gewählt ist Auf diese Weise lassen sich Ausgänge AI bis An welche am anderen Ende der Leitungsstücke WLX bi WLn liegen, gleichmäßig mit Signalenergie versorger Zwischen den einzelnen Ausgangsklemmen A 1 bis A liegen ohmsche Widerstände Rl bis Rn, die bei gleich mäßiger Leistungsaufteilung gleich groß gewählt sine Sie bringen bei einer Übertragung der Signalenergi von der L-ingangsklemmc £'auf die Ausgangsklemme A 1 bis An keine Übertragungsdämpfung mit sich, we bei völlig symmetrischem Aufbau die Spannungen a den Ausgangsklemmen Al bis An untereinander nac Betrag und Phase gleich groß sind.

Die dargestellte Schaltung kann auch umgekehrt betrieben werden, wobei an den Klemmen A 1 bis An selbständige Signalquelbn anzuschlieP-en sind, deren Sienalenergie dann an der Ausgangsklemme E vereinigt ist. In beiden Fällen sind durch die ohmschen Widerstände Ri bis Rn und die Leitungsstücke WLl bis WLn die Anschlüsse A 1 bis An gegeneinander entkoppelt.

Die beschriebene Schaltung ergibt diese Entkopplung der Anschlüsse A I bis An nur für einen relativ schmalen Frequenzbereich beiderseits derjenigen Betriebsfrequenz, für welche die Leitur.gslängen der Leitungsstücke WLl bis WLn elektrisch genau λ/4 lang sind. Dies rührt daher, weil z. B. ein an der Anschlußklemme A1 auftretender Signalanteil die Leitungsstücke WLl und WLl durchlaufen und bei Al zu dem von A 1 über R1 und Rl laufenden Signalanteil gegenphasig eintreffen würde. Dies führt bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände Rl und Rl in bezug auf die Wellenwiderstände der Leitungsstücke ao WLl und WLl dazu, daß sich diese Signalanteile gegenseitig kompensieren, so daß A1 gegen A 2 entkoppelt (isoliert) ist.

In vielen Fällen ist es jedoch nicht zu vermeiden, daß auch in der Signalenergie Frequenzanteile enthal- as ten sind, die dem doppelten Wert der Betriebsfrequenz oder Vielfachen hiervon entsprechen. In diesem Fall sind die Leitungsstücke WLl bis WLn elektrisch λ/2 lang und ein von A 1 kommender Signalanteil trifft um A verschoben bei A1 mit dem über die Widerstände R) und Rl übertragenen Signalanteil zusammen. Dies führt nicht mehr zu einer Auslöschung oder Schwächuna, sondern zu einer Addition dieser Signalanteile, und die Entkopplung ist damit nicht mehr gewährleistet. Derartige Probleme können beispielsweise dann eintreten, wenn Oszillatoren oder Mischer an die Anschlüsse A 1 bis An oder an den gemeinsamen Eingang £ angeschlossen sind, weil dann stets ein Anteil von Oberwellen auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, auch außerhalb der Betriebsfrequenz und insbesondere bei der doppelten Betriebsfrequenz eine hohe gegenseitige Entkopplung der einzelnen Anschlüsse zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß durch Anschaltung mindestens einer kurzgeschlossenen Stichleitung, deren elektrische Länge bei der Betriebsfrequenz zu etwa λ/4 gewählt ist, an den Sternpunkt oder je einer derartigen Stichleitung an jeden der η Anschlüsse das Frequen7band, in dem die Entkopplung wirksam wird, erweitert ist.

Bei der Betriebsfrequenz stellt die kurzgeschlossene Stichleitung einen unendlich hohen Eingangswiderstand dar und kann somit praktisch außer Betracht bleiben. Bei der doppelten Betriebsfreque.iz bildet diese Stichleitung dagegen einen Kurzschluß (Eingangswiderstand 0), so daß diese Frequenz und ihre gaiv.zahligen Vielfachen stark bedampft werden. Die Schaltung wird somit hinsichtlich der Breitbandigkeit der Entkopplung wesentlich gerade dort verbessert. wo eine brauchbare Entkupplung bei einer Anordnung nach Fig. 1 nicht mehr gegeben ist. Von besonden-r Bedeutung ist. daß hei Frequenzen ccwas unterhalb und etnas oberhalb der Betriebsfrequenz der ί ingnngswiderstand det Stichleitung einen relativ hochohmigen induktiven Widerstand darstellt, so daß auch Ix-1 Übertragung eine- i'.ewisM.Mi !—-.,uen^bandes die Stichleitung s.ch kaum störend bemeikbar macht. Für sehr niedriee Frequenzen dagegen, für welche die Länge der Stichleitung nahezu vernachlässigbar ist, wird der induktive Eingangswiderstand dieser Stichleitung sehr klein, so daß diese Frequenzen sehr stark bedämpft werden. Dies ist bei Anwendung im Zusammenhang mit Mischern von besonderer Bedeutung, weil auch die Zwischenfrequenz stark bedampft wird.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf Zeichnungen bezug genommen. Es zeigt

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer Stichleitung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Stichleitungen, die am Sternpunkt angeschaltet sind,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Stichleitungen, welche im Bereich der ohmschen Widerstände angeschlossen werden,

Fig. 5 den Aufbau eines Teiles, bestehend aus der Kettenschaltung von 1.2 Teilern,

Fig. 6 in Draufsicht und

Fig. 7 im Querschnitt den räumlichen Aufbau einer Schaltungsanordnung nach Fig. 5.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird der mit dem Sternpunkt V verbundenen Klemme E die hochfrequente Signalenergie z. B. eines Empfängers oder eines Senders HF zugeführt. Die Betriebsfrequenz dieses Senders oder Empfängers sei/₀. Es sind zwei Leitungsstücke WLl und WLl vorgesehen, die ausgangsseitig über einen Widerstand R verbunden sind und zwei Ausgangsklemmen Al und Al aufweisen. An diesen Ausgangsklemmen Al und ,-12 kann je die Hälfte der von der Spannungsquelle HF gelieferten Signaleiurgie abgenommen werden. Den Ausgangsklemmen A 1 und Al sind Mischer Mti und MIl nachgeschaltet. Die Frequenz f_e, z. B. d>e Eingangsfrequenz von Funkempfängern, soll mit der gleichen i'ber'.agerungsfrequenz /₀ femischt werden. Da die Signalquelle HF jedoch auch die Frequenz 2 · /„ abgeben kann, für welche die Entkopplung der Ausgänge .-Il und Al nicht mehr gewährleistet is«, wird eine Stichleitung Wk vorgesehen, deren Länge /A zu λ/4 bei der Betriebsfrequenz/₀ gewählt wird, und deren Wellenwiderstand Zk ist. Da diese Stichleitung am Ende kurzgeschlossen ist, hat sie bei der Betriebsfrequenz/₀ am Sternpunkt V einen Eingangswiderstand von unendlich, während bei der Frequenz 2 ·/„ der F.ingangswiderstand 0 ist. Dies hat zur Folge, daß die Frequenz 2 ■ /₀ nicht zu den Ausgangsklemmen Al und Al gelangen kann und diese somit auch bezüglich dieser Frequenz 2 · /₀ als entkoppelt (gegeneinander isolieit) anzusehen sind. Für die normalerweise sehr niedrige Zwischenfrequenz /z =■· /₀ — f_e stellt die Stichleitung Wk einen sehr kleinen Eingangswiderstand dar und bedämpft diese stark.

Von besonderer Bedeutung für eine gleichmäßige Leistungsaufteilung ist bei dieser Ausführungsform, daß die Symmetrie der Verteilungsschaltung gewahrt bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Stichleitung Wk zwischen den beiden Leitungsstücken WLl und WLl und symmetrisch zu diesen angeordnet wird. Dadurch ist gewährleistet, daß sich auch in offener Bauweise, /. B. bei eintm Aufbau in gedruckter Schaltung (Triplate) für beide Leitimgsstücke WL1 und If 7 2 die selben kupplungs- und Lbenragimgscigenschaiten ergeben. Diese Anordnung ergibt, ebenso wie bei den anderen Ausführungsbeispii-k'f,. einen räumlich sehr gedrängten Aufbau, weil die I.eitungsstückc und die Stichleitung parallel zueinander verlaufen und nebeneinander angeordnet sind.

Eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2 gemäß malen Sperrdämpfung, weil der Dämpfungsbelag die-

Fig. 3 verwendet zwei kurzgeschlossene Stichleitungen ser Leitungen mit sinkendem Wellenwiderstand ab-

WkI und JfA2, wobei diese außerhalb von den Lei- nimmt.

tungsstücken JfLl und Jf L2 angeordnet sind. Da- Für die Gewinnung einer größeren Anzahl von Andurch ist ebenfalls sichergestellt, daß die Symmetrie 5 Schlüssen Al bis An ist es zweckmäßig, eine Kettcn- und der gedrängte Aufbau der Anordnung erhalten schaltung mehrerer 1:2 Teiler vorzusehen. Den grundbleibt, weil diese Stichleitungen JfAl und JfA2 sym- sätzlichen Aufbau für vier derartige Anschlüsse zeigt metrisch zu den Leitungsstücken IfLl und JfLl ver- Fig. 5, wobei mit der Eingangsklemme E zwei Leilaufen. Der Anschluß der Mischer kann hier und bei tungsstücke JfLl und JfL2 verbunden sind, die an den folgenden Beispielen in gleicher Weise erfolgen io den Ausgängen AOl und AOl über einen ohmschen wie bei Fig. 2. Widerstand RO zusammengeschaltet werden. Die Aus-

Die Verwendung mehrerer Stichleitungen hat den gangsklemmen AOl und AOl stellen die Eingangs-Vorteil, daß die elektrischen Längen dieser Stichlei- klemmen für zwei nachfolgende Verteilerschaltungen tungen (/Al für WKl bzw. /A2 für Wk2) auch unter- dar, deren Leitungsstücke mit JfLS und WL6 (zugeschiedlich gewählt werden können. Es läßt sich z. B. *5 hörige Ausgänge Al und Al) bzw. JfL9 und JfLlO IfAl bei der Betriebsfrequenz/₀ um so viel kurzer (Ausgänge A3 und A4) verbunden sind. Die Ausgänge wählen als ).\4 und JfA2 um so viel langer wählen als A 1 und Al sind über den ohmschen Widerstand /? 12, λ/4, daß die entstehenden induktiven (am Eingang von die Ausgänge A3 und A4 über den ohmschen Wider-JfAl) und kapazitiven (am Eingang von JfA2) Quer- stand Ä34 verbunden. An den Sternpunkt K12 sind widerstände zusammen einen hochohmigen Parallel- »» die Stichleitungen JfAl und JfA 2 angeschlossen. An resonanzkreis ergeben, so daß am Verzweigungspunkt den Sternpunkt K34 sind die Stichleitungen JfA3 und V bei der Betriebsfrequenz /₀ die Stichleitungen JfAl Jffc4 angeschaltet. Der Aufbau dieser Teilbereiche und JfA2 nicht störend in Erscheinung treten. entspricht somit der Anordnung nach Fig. 3. Der

Andererseits ist aber bei längeren und kürzeren Gesamtaufbau dieser Anordnung ist symmetrisch, weil

Stichleitungen als A/4 die Unterdrückungsbandbreite as neben jedem Leitungsstück JfL5, JfL6; WL9, JfLlO

beiderseits von 2 · Jf₀ stark vergrößert, weil zunächst und parallel hierzu eine Stichleitung JfAl, JfA2; JfA3

bei etwas niedrigeren Frequenzen als 2 ·/„ die längere JfA4 verläuft. Dadurch sind die Ausgänge A 1 bis A4

Leitung (JfA2) und bei etwas höheren Frequenzen als untereinander völlig gleich und erhalten z. B. auch bei

2 ·/₀ die kürzere Leitung (JfAl) einen Kurzschluß einer Energieaufteilung von der Eingangsklemme E

bildet. 3° genau gleiche Signalanteile. Die Verbindungsleitung

Zusätzlich können durch den Einsatz der Stichlei- KLl von AOl nach K12 bzw. KL2 von AOl nach K34 tung JfA nach Fig. 2 bzw. der Stichleitungen JfAl beeinflußt die Leitungsstücke JfLl und JfL2 gleicherund JfA2 nach Fig. 3 irgendwelche z. B. durch den maßen und stört die Symmetrie nicht. Gegenüber Aufbau der Schaltungsanordnung gegebenen Blind- JfL6 bzw. JfL9 sind die Verbindungsleitungen KLl widerstände im Bereich des Sternpunktes K für die 35 und KL2 durch die Stichleitungen JfA2 und JfA3 Betriebsfrequenz/₀ kompensiert werden. Darüber hin- auch für eine offene Bauweise (z. B. gedruckte Schalaus kann uurch eine geringfügige Änderung der elek- tung) ausreichend entkoppelt, so daß hier keine Unirischen Leitungslänge bei den Stichleitungen JfA bzw. symmetrie, z. B. zwischen Al und Al auftritt.
JfAl und JfA2 die Entkopplung zwischen den An- Diese Schaltungsanordnung nach Fig. 5 eignet sich Schlüssen A1 und A1 mehr nach höheren oder tieferen 4o somit besonders für einen Aufbau in gedruckter Schal-Frequenzen als bei der Betriebsfrequenz/₀ hin ver- tungstechnik, wie er in Fig. 6 in Draufsicht und in bessert werden. Fig. 7 im Schnitt dargestellt ist. Die einzelnen Leiter-

Bei der Anordnung nach Fig. 4 sind die Stichlei- bahnen sind mit den aus der Schaltung nach der tungen JfAl und JfA2 im Bereich des ohmschen Fig. 5 übernommenen Bezeichnungen versehen, so Widerstandes R, also bei den Anschlüssen A 1 und Al 45 daß diese hier nicht mehr näher erläutert werden angeschlossen. Die Symmetrie der Anordnung ist auch müssen. Die Leiterbahnen selbst sind zwischen zwei hierbei gewährleistet. Nachteilig ist jedoch im gewissen Isolierschichten /Sl und /S2 angeordnet. In entspre-Umfang, daß ungleiche Leitungslängen bei den Stich- chenden Öffnungen sind Kurzschlußblöcke SKI bis leitungen JfAl und WkI sich nicht mehr, wie z. B. bei SK4 angeordnet, welche den Kurzschluß der Stichder Anordnung nach Fig. 3 (d. h. bei Anschluß der 5» leitungen WkI bis JfA4 bewirken. Diese Kurzschluß-Stichleitungen an den Sternpunkt), ohne weiteres blöcke sind zum Abgleich verschiebbar ausgebildet gleichermaßen auf die beiden Anschlüsse Al und A2 und werden nach dem Abgleich fixiert. Die ohmscher auswirken. Diese Schaltungsanordnung wäre deshalb Widerstände RO, RU und R34 sind als Widerstandsdann vorzuziehen, wenn eine spezielle Kompensation, Chips ausgebildet. Das Äußere der isolierenden Träger z. B. von unterschiedlichen Blindwiderständen, bei den 55 platten /Sl und /S2 ist durch Metallplatten JWl unc verschiedenen Anschlüssen von Al bis An vorge- MI abgedeckt, so daß ein stabiler und nach außer nommen werden soll. geschirmter Aufbau entsteht. Der Aufbau ist so gewählt

Der Wellenwiderstand ZK der Stichleitungen Wk daß der gemeinsame Anschluß E und die Widerstands

kann entsprechend der gewünschten Entkopplung seitigen Anschlüsse Al bis A4 auf entgegengesetzter

dimensioniert werden. Niedrige Wellenwiderstände ZK »9 Seiten der Schaltungsplatine liegen. Dies gibt eine gut«

vergrößern die Bandbreite der Entkopplung und erhö- Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang und ge

hen bei den meisten Leitungstypen den Wert der maxi- währleistet die Symmetrie der Anordnung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Wellenleiter-Koppler zur gleichmäßigen Aufteilung von Signalenergie von einer Spannungsquelle auf η Ausgänge oder zur Zusammenschaltung von η Signalquellen auf eine gemeinsame Leitung unter Verwendung von η parallelgeschalteten Leitungsstücken, die jeweils bei der Betriebsfrequenz eine elektrische Länge von λ/4 oder einem ungeradzahligen Vielfachen hiervon aufweisen und deren Enden auf einer Seite zu einem Sternpunkt zusammengeführt sind, während die anderen Enden zu η Anschlüssen geführt sind, die zur Entkopplung über ohmsche Widerstände miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anschaltung mindestens einer kurzgeschlossenen Stichleitung (Wk), deren elektrische Länge bei der Betriebsfrequenz (/₀) zu etwa A/4 gewählt ist, an den Sternpunkt (V) oder je einer derartigen Stichleitung an jeden der η Anschlüsse das Frequenzband, in dem die Entkopplung wirksam wird, erweitert ist.

2. Wellenleiter-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei η = 2 nur eine einzige Stichleitung (Wk) vorgesehen ist, die räumlich zwischen zwei Leitungsstücken (WLl, WLl) und symmetrisch zu diesen angeordnet ist.

3. Wellenleiter-Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei η = 2 zwei Stichleitungen (WkI, WkI) vorgesehen sind, welche an die zwei entkoppelten Anschlüsse (Al, Al) angeschlossen und räumlich symmetrisch zu den zugehörigen Leitungsstücken (WLl, WLl) angeordnet sind.

4. Wellenleiter-Koppler nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitungen (WkI, WkI) unterschiedliche elektrische Längen aufweisen, die so gewählt werden, daß bei der Betriebsfrequenz (/„) ein Teil von ihneo kurzer und ein anderer Teil länger sind als A/4.

5. Wellenleiter-Koppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei an den Sternpunkt (K) angeschalteten Stichleitungen die Abweichung der Längen der Stichleitungen (WkI, WkI) symmetrisch zur elektrischen Länge A/4 gewählt ist.

6. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsstücke (WLl, WLl, WL3 ...) und die Stichleitung/Stichleitungen (WJkI, Wk 1) als Leiterbahnen auf einer Isolierstopfplatte (/Sl, /52) angebracht sind, die mit mindestens einer Masseplatte (AfI, Ml) versehen ist.

7. Wellenleiter-Koppler nach einem eier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verzweigungsschaltungen mit je zwei Ausgängen in Kette geschaltet sind, wobei jede Verzweigung aus je zwei Leitungsstücken besteht (Fig. 5).

8. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildung von vier Anschlüssen auf einer Schaltungsplatine zwei Leitungsstücke ( WLl, WLl) zentral angeordnet sind, daß die widerstandsseitigen Anschlüsse dieser Leitungsstücke über je eine Verbindungsleitung (17.1, VLl) mit je zwei weiteren Leitungsstücken (WLS, WLbbzv/. WL9, WLiQ) verbunden sind, an deren Sternpunkt je zwei Stichleitungen (WkI, WkI bzw. Wk3, Wk4) angeschlossen sind, wobei diese Stichleitungen beiderseits von den beiden zugehörigen Leitungsstücken (IVLS, WLb bzw. WL9, WLlO) liegen (Fig. 6).

9. Wellenleiter-Koppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale gemeinsame Anschluß (£) und die widerstandsseitigen Anschlüsse auf entgegengesetzten Seiten der Schaltungsplatine liegen.

10. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsstücke (WLl, WLl ...) und die Stichleitung/Stichleitungen (WkI, WkI ...) parallel zueinander verlaufen.

11. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in Verbindung mit an die η Anschlüsse angeschalteten Mischern (Af/1, MIl), denen als

ao Betriebsfrequenz (/„) das gemeinsame Überlage-.ungssignal über den Sternpunkt (V) zugeführt wird und daß die Stichleitung/Stichleitungen zusätzlich auch die niedrigere Zwischenfrequen? (/„ bis/_e) dadurch kurzschließt/kurzschließen, daß die

»5 elektrische Länge der Stichleitung/Stichleitungen (Wk, WkI, WkI, Wk3, Wk4) für die niedrigere Zwischenfrequenz kurz ist gegen A/4.