DE2612789C3 - Mehrfachkoppler für Mikrowellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Mehrfachkoppler für Mikrowellen, d. h. eine Einrichtung zum Koppeln zweier oder mehrerer elektromagnetischer Mikrowellensignale von unterschiedlicher Frequenz auf eine einzelne Übertragungsleitung für elektromagnetische Wellen. Da ein Mehrfachkoppler eine reziproke Einrichtung ist, ist es klar ersichtlich, daß er in ähnlicher Weise zum Trennen elektromagnetischer Mikrowellensignale unterschiedlicher Frequenzen benutzt werden kann.

Ein bekannter Typ von Mehrfachkopplern, normalerweise als Zweifachkoppler oder Diplexer bezeichnet, da er nur zwei verschiedene Frequenzen verbinden oder trennen kann, benutzt Hybrid-Koppler.

Ein Hybrid-Koppler ist im wesentlichen ein verlustlos arbeitendes Gerät, dessen vier Anschlußstücke so in zwei Paaren angeordnet sind, daß, wenn die vier Arme vollständig abgestimmt sind, kein Leistungsflusß stattfindet zwischen den Armen eines Paares.

Ein derartiges Armpaar wird im nachfolgenden als konjugiertes Armpaar bezeichnet. Eine weitere Eigenschaft eines Hybrid-Kopplers ist es, daß er so eingerichtet werden kann, daß die an einem konjugierten Armpaar eintretende Leistung im Verhältnis 1 :1 oder in einem anderen vorbestimmten Verhältnis geteilt zu den Armen des anderen konjugierten Paares herausfließt; die relativen Phasenwinkel der beiden Ausgänge hängen von der Art der benutzten Hybridverbindung ab. Solche Koppler, wie z. B. der »Magic«- Koppler oder der sogenannte 3-dB-Riblet-Koppler, sind Stand der Technik. Die bekannte hier besprochene Art von Vielfachkopplern umfaßt zwei Hybrid-Koppler mit vier Anschlüssen, wobei jeweils ein konjugiertes Armpaar jedes Kopplers durch verschieden lange Wellenleiterabschnitte e<ner Übertragungsleitung mit dem konjugierten Paar des anderen Kopplers verbunden ist. Die Länge der Wellenleiterabschnitte bestimmt die zwei Frequenzen, die verbunden oder getrennt werden können, und der Längenunterschied der Wellenleiterabschnitte der Übertragungsleitung muß ein geradzahliges Vielfaches der übertragenen Wellenlängen bei der einen Frequenz sein und ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge der anderen Frequenz, wodurch die Bandbreite jeder der zwei zusammengekoppelten Frequenzen bestimmt wird. Die Bandbreite ist so eine Funktion der Weglänge zwischen den beiden Hybrid-Kopplern, und je größer der Unterschied der Weglängen ist, umso größer ist die Phasenempfindlichkeit zwischen den beiden Übertragungsleitungsabschnitten als Funktion der Frequenz, und umso kleiner ist die Betriebsbandbreite.

Normalerweise wird der Mehrfachkoppler aus einem massiven Materialblock hergestellt, wie es z. B. in der GB-PS 13 45 537 beschrieben ist Wird jedoch bei einer

to solchen Konstruktion ein Hochleistungssignal angelegt, so macht sich eine Tendenz zum Abwandern der Mittelfrequenz bemerkbar. War zum Beispiel der Zweifachkoppler aus einem Aluminiumblock gefertigt und hatte sechs Signalfrequenzkanäle, jeder für eine Bandbreite von 40 MHz mit Mittelfrequenzen in der Gegend von 6 GHz ausgelegt, so wurde bei einem 3-KW-Leistungseingang ein Abwandern der Mittelfrequenzen nach unten um 13 MHz festgestellt Es ist leicht einzusehen, daß eine derart große Änderung der Mittelfrequenz im Vergleich zur Frequenzbandbreite eine beträchtliche Abnahme der nutzbaren Betriebsbandbreite jedes Kanals ergibt

Ziel der Erfindung ist es, einen Vielfachkoppler zu schaffen, bei dem der eben erwähnte Nachteil wesentlich reduziert ist

Nach der Erfindung umfaßt ein Mikrowellen-Mehrfachkoppler mindestens zwei Hybrid-Koppler mit vier Anschlüssen, deren konjugierte Armpaare jeweils mit zwei Wellenleiterabschnitten verschiedener Länge verbunden sind, wobei die Ausdehnungskoeffizienten der Wellenleiterabschnitte sich umgekehrt proportional wie die Längen dieser Abschnitte verhalten.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß der vorher erwähnte Frequenzwechsel von der unterschiedlichen absoluten Ausdehnung der beiden Übertragungsleitungs-Wellenleiterabschnitte herrührte. Durch Auswahl von Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten für die Wellenleiterabschnitte kann ein Mehrfachkoppler geschaffen werden, der vergleichsweise unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist

In einer bevorzugten Ausführung, bei der jeder Kanal mit einem 3-KW-Signal von 40 MHz Bandbreite bei etwa 6 GHz Mittenfrequenz gespeist wurde, besteht der eine Abschnitt aus einem Kupfermaterial und der andere Abschnitt aus einem Aluminiummaterial.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Beispiel mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; die Zeichnung zeigt eine Bauform eines erfindungsgemäßen

so Zweifachkopplers.

Der in der Zeichnung gezeigte Zweifachkoppler ist ein Multipoltyp und umfaßt zwei Hybrid-Koppler 1, 2 mit vier Anschlüssen, deren konjugierte Armpaare mit weiteren Hybrid-Kopplern 3, 4 mit vier Anschlüssen verbunden sind, wobei sich an konjugierte Armpaare der Koppler 3, 4 Übertragungsleitungswellenleiterabschnitte 5,6 anschließen. Die Wellenleiterabschnitte 5,6 wirken als Übertragungsleitungen und sind an ihren jeweiligen von den Kopplern 3 oder 4 abgewandten Enden kurzgeschlossen; in die Abschnitte 5, 6 können induktive Abgleichstifte zur Abstimmung der sich darin fortpflanzenden Signale montiert werden. Der Koppler 1 besitzt ein konjugiertes Armpaar, das jeweils mit einem Paar von Eingangsanschlüssen 7 verbunden ist und der Koppler 2 hat ein konjugiertes Armpaar, das an einem Arm mit einer Last 8 und am anderen Arm mit einem Ausgangsanschluß 9 verbunden ist.
Nun wird die Länge der Wellenleiterabschnitte 5, 6

zwischen den angeschlossenen Kopplern 3,4 bis zu den Kurzschlüssen, die mit den Abschnitten S, 6 verbunden sind, berechnet Die erforderlichen Bedingungen für die Betriebsfrequenzen werden durch passende Dimensionierung der Längen L₁, L₂ der Abschnitte 5,Szusammen mit ihrer jeweils mit A bezeichneten Breitenabmessung des rechteckigen Wellenleiters erhalten. Während des Betriebes mit einem Leistungsfluß durch diese Welleni eiterabschnitte 5, 6 tritt eine Zunahme in den Längen und Breiten der Abschnitte 5,6 infolge Erwärmung auf. Sie werden jeweils als AL\, AL₂ bzw. AA\, AAi bezeichnet Wenn keine Maßnahmen zur Verhütung der Frequenzänderung ergriffen werden, d.h. wenn die Abschnitte 5, 6 aus einem zusammenhängenden Materialblock gefertigt werden und wenn die Länge L₁ zweimal die Länge L₂ beträgt, woraus folgt, daß AL₁ annähernd zweimal AL₂ ist, werden die mit A bezeichneten Abmessungen des Wellenleiters gleich anwachsen, und die Abweichung 4/der Mittenfrequenz eines jeden Kanals kann in folgender Weise ausgedrückt werden:

Λ L₁

AfC₂

■Afc₂ +

• 1/C₁,

io

15

25

30

fet die Grenzfrequenz des Abschnitts 5, fei die Grenzfrequenz des Abschnitts 6, A\ die Querschnitts-Abmessung der Breitseite des

rechteckigen Wellenleiters des Abschnitts 5, Λ2 die Querschnitts-Abmessung der Breitseite des

rechteckigen Wellenleiters des Abschnitts 6 und c die Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum ist

Die Erfindung sieht vor, daß die Wellenleiterabschnitte 5 und 6 körperlich aus so ausgewählten verschiedenen Materialien gebildet sind, daß im ganzen ohne Rücksicht auf die Längenänderungen der Abschnitte 5 und 6 (ALt, ALz) und auf die Änderung der Querschnitts-Abmessungen der Breitseiten (AAi, AAi) der Zweifachkoppler im wesentlichen eine Nullabweichung von den geforderten Mittenfrequenzen der Kanäle hervorruft Es wurde festgestellt, daß die Auswahl eines Kupfermaterials für die größere Länge (L₁) und eines Aluminiummaterials für die geringere Länge (Li) im wesentlichen eine Nullabweichung der Kanalmittenfrequenz Af erzeugt, wenn jeder von sechs Kanälen mit einem 3-KW-Signal von 40 MHz Bandbreite bei einer Mittenfrequenz in der Gegend von 6 GHz gespeist wird. Das für die Abschnitte 5, 6 erforderliche Material wird unter Beachtung des Umstandes, daß ihre Ausdehnungskoeffizienten sich umgekehrt proportional wie die Längen der Abschnitte verhalten, ausgewählt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mikrowellen-Mehrfachkoppler mit mindestens zwei Hybrid-Kopplern mit vier Anschlüssen, deren konjugierte Armpaare durch zwei verschieden lange Wellenleiterabschnitte verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskoeffizienten der Wellenleiterabschnitte (5, 6) sich umgekehrt proportional zu den Längen dieser Abschnitte verhalten.

2. Mikrowellen-Mehrfachkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Abschnitt (5) aus einem Kupfermaterial und der kürzere Abschnitt (6) aus einem Aluminiummaterial besteht