DE1089435B - UEber einen grossen Frequenzbereich weitgehend frequenzunabhaengige Kopplungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine über einen großen Frequenzbereich weitgehend frequenzunabhängige Kopplungsanordnung zur Ankopplung einer ohmschen Impedanz an einen Resonator für sehr kurze elektromagnetische Wellen, unter Verwendung eines zwischengeschalteten transformierenden Leitungsabschnittes, der für eine im Betriebsbereich gelegene Frequenz eine elektrische Länge von einem Viertel der entsprechenden Wellenlänge hat. Vor allem bei Oszillatoren für sehr kurze elektromagnetische Wellen, die Leitungsresonatoren als Resonanzkreise verwenden, ist das Problem gegeben, eine Impedanz, beispielsweise einen ohmschen Verbraucher, möglichst frequenzunabhängig an einen der Leitungsresonatoren des Oszillators anzukoppeln. Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei Überlagerungsstufen für sehr kurze elektromagnetische Wellen, beispielsweise Dezimeterwellen. Gelöst werden diese Probleme im allgemeinen in der Weise, daß bei kapazitiver oder induktiver Ankopplung der äußeren Impedanz an den entsprechenden Leitungsresonator der Abstand der Kopplungssonde im Resonator von dessen kurzgeschlossenem Ende in ganz bestimmter Weise gewählt wird. Es beruht dies darauf, daß sich durch die bei Frequenzänderung eintretende Änderung der elektrischen Länge zwischen der Kurzschlußebene des Resonators und dem Ort der Koppelsonde eine kompensierende Wirkung für Änderungen des Koppelfaktors in Abhängigkeit von der Frequenz erreichen läßt. Derartige Kopplungsvorrichtungen sind jedoch dann unzureichend, wenn es sich darum handelt, in einem großen Frequenzgebiet, beispielsweise von 500 bis 1000 MHz, eine weitgehend konstante Kopplung zwischen der äußeren Impedanz und dem Leitungsresonator sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, der es ermöglicht, vor allem diese Schwierigkeiten bei der Ankopplung an Resonatoren für sehr kurze elektromagnetische Wellen zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Anordnung der einleitend beschriebenen Art, in der Weise gelöst, daß bei kapazitiver Resonatorankopplung parallel zu der ohmschen Impedanz ein Parallelresonanzkreis und bei induktiver Resonatorankopplung in Reihe mit der ohmschen Impedanz ein Reihenresonanzkreis vorgesehen ist und daß die Kreisgüte und die Abstimmfrequenz des Parallelresonanzkreises oder des Reihenresonanzkreises derart in Abhängigkeit von der Ankopplungsstelle an den Resonator und vom Wellenwiderstand der Transformationsleitung gewählt sind; daß innerhalb des Betriebsbereiches eine in Abhängigkeit von der Frequenz weitgehende konstante Kopplung zwischen der Imüber einen großen Frequenzbereich

weitgehend frequenzunabhängige

Kopplungsanordnung

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Roland- Kiene, München,
ist als Erfinder genannt worden

pedanz und dem Resonator gegeben ist. Dabei empfiehlt es sich, den Wellenwiderstand des Leitungsabschnittes in der Größenordnung der Impedanz zu wählen und die wesentliche Transformation mittels der kapazitiven oder induktiven Resonatorankopplung vorzunehmen.

Es ist an sich aus der schweizerischen Patentschrift 303 063 ein Bandpaßfilter bekannt, bei dem mehrere Parallelresonanzkreise über Viertelwellenlängenleitungen gekoppelt sind. Die. Viertel wellenlängenkopplung soll dabei sicherstellen, daß der Durchlaßbereich des Filters breiter wird als die Bandbreite des einzelnen Resonanzkreises.

Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich demgegenüber um eine andere Problemstellung, nämlich die Ankopplung einer ohmschen Impedanz an einen Resonator weitgehend frequenzunabhängig zu gestalten. Die Lösung dieses andersartigen Problems geschieht auch durch eine andersartige Ausbildung und Bemessung der Gesamtschaltung.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, näher erläutert. _:

Die z. B. aus einem Koaxialleitungsresonator ausgekoppelte Hochfrequenzenergie wird durch den transformierten Abschlußwiderstand bzw. Verbraucher

009 608/237

bestimmt, der dem Innenwiderstand des Topfkreises parallel liegt. Ein derartiger bekannter Resonator ist in der Fig. 1 schematisch wiedergegeben, in der mit A der Außenleiter, mit / der Innenleiter, mit K der ICurzschlußschieber, mit C die Ankoppelkapazität und mit R_a der Verbraucherwiderstand bezeichnet ist. Für einen solchen Resonator errechnet sich der transformierte Belastungswiderstand R_a' bei kapazitiver Ankopplung zu

cos*

wobei α die Länge zwischen Ankoppelpunkt und dem Spannungsmaximum in cm ist. Der frequenzabhängige Teil F der Formel, bezogen auf eine Frequenz f_v ist dann

COS'

Ι2πα f_
\ h 'T

Ti

40

In der Fig. 2 sind die hieraus sich ergebenden Kurven für einige Werte —-.— als Parameter darge-

A₁

stellt. Bei kapazitiv verkürzten Kreisen sind in beiden Gleichungen die Zähler mit sin² \-^~) zu multiplizieren,

wobei / die noch verbleibende Länge des Koaxialkreises ist.

Durch Parallelschaltung eines Parallelresonanzkreises zu dem Verbraucherwiderstand R_a läßt sich ein bestimmtes Frequenzverhalten der Parallelschaltung erreichen, deren stärkerer Widerstandsabfall gegenüber Bandmitte, so wie in der Fig. 3 angedeutet, auch die Frequenzabhängigkeit des transformierten Widerstandes vergrößert, da R_a' = VR_a ■

Diese stärkere Frequenzabhängigkei wirkt sich beim Erfindungsgegenstand jedoch positiv aus. Durch die Ankopplung der Parallelschaltung aus dem Parallelresonanzkreis und dem Verbraucher, so wie in der Fig. 4 gezeigt, über eine A/4 lange Transformationsleitung wird eine Umkehrung des Frequenzganges der Parallelschaltung bewirkt. Durch Wahl der Güte Q und Resonanzfrequenz des Resonanzkreises, des Wellenwiderstandes und der Länge der Transformationsleitung kann ein frequenzabhängiger Widerstand erzeugt werden, der den an Hand der Fig. 2 erläuterten Frequenzgang der Auskopplung genau kompensiert, da er hierzu gegensinnig ist. In gleicher Weise kann bei induktiver Ankopplung an einen Topfkreis die Frequenzabhängigkeit der Kopplung durch einen mit dem Verbraucher in Reihe liegenden Serienresonanzkreis und eine λ/4 lange Transformationsleitung kompensiert werden.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist die Frequenzabhängigkeit des Faktors F stark von ^? abhängig.

Für die Kurven 30° und 40° würde es sich empfehlen, die Resonanzfrequenz des Parallelresonanzkreises etwa in das Minimum der Kurven zu legen. Für die Kurven 20° und 0° legt man hingegen die Resonanzfrequenz des Paratfeiresonanzkreises vorteilhaft in die Gegend des oberen Endes des Betriebsbereichs, z. B.

bei X- = 2,0. Durch Wahl der Kreisgüte Q des Resonanzkreises ist dann der Kurvenverlauf nach Fig. 3 dem für eine möglichst exakte Kompensation erforderlichen Verlauf anzupassen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei kapazitiver Resonatorankopplung der Resonator mittels Kurz-■schlußschieberabstimmung und bei induktiver Resonatorankopplung der Resonator mit einer Längenabstimmung, z. B. des Innenleiters, oder mit einer kapazitiven Abstimmung versehen ist.

Wie bereits einleitend erwähnt, kann die Lehre nach der Erfindung immer dann vorteilhaft angewendet werden, wenn es sich darum handelt, über einen extrem großen Frequenzbereich eine konstante Kopplung zu erzwingen. Vor allem ist dieses Problem dann gegeben, wenn es sich um die Zuführung einer konstanten Hochfrequenzenergie zu einem Frequenzumsetzer für sehr kurze elektromagnetische Wellen handelt. Eine Anwendung dieser Art ist in der Fig. 5 gezeigt. Es handelt sich hierbei um einen Frequenzumsetzer für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei dem im Innern eines Außenleiters A ein Lecherleitungssystem LL angeordnet ist, dessen offene Enden über in einer Gegentaktschaltung angeordnete Richtleiter RL mit dem Außenleiter A verbunden sind. Die beiden Leiter der Lecherleitung werden einerseits für die Empfangsschwingung in Gleichtakt gegenüber dem Außenleiter erregt, und zwar mittels einer Breitbandeinkopplung BK₁ die aus einem Reihenresonanzkreis oder einem π-Glied besteht. Die Zuführung der Überlagerungsschwingung erfolgt in der Weise, daß von dem angedeuteten Resonanztorraum RR des Überlagerungsoszillators kapazitiv ausgekoppelt wird und die ausgekoppelte Energie über eine Λ/4-Leitung Z gemäß einem Merkmal der Erfindung in das hierfür als Parallelresonanzkreis aufzufassende Lechersystem der Überlagerungsstufe eingespeist wird. Dieses Lechersystem ist durch die Richtleiter belastet, welche die im wesentlichen reine ohmsche Impedanz bilden. Der Wellenwiderstand der A/4-Leitung liegt in der Größenordnung der durch die Richtleiter gebildeten Impedanz. Die Transformationsleitung kehrt den Verlauf der Richtleiterimpedanz in Abhängigkeit von der Frequenz um und kompensiert durch entsprechende Wahl des Wellenwiderstandes der Transformationsleitung Z die Frequenzabhängigkeit der kapazitiven Koppelsonde im Resonator des durchstimmbaren Überlagerungsoszillators.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Über einen großen Frequenzbereich weitgehend frequenzunabhängige Kopplungsanordnung zur Ankopplung einer ohmschen Impedanz an einen Resonator für sehr kurze elektromagnetische Wellen, unter Verwendung eines zwischengeschalteten transformierenden Leitungsabschnittes, der für eine im Betriebsbereich gelegene Frequenz eine elektrische Länge von einem Viertel der entsprechenden Wellenlänge hat, dadurch gekennzeichnet, daß bei kapazitiver Resonatorankopplung parallel zu der ohmschen Impedanz ein Parallelresonanzkreis und bei induktiver Resonatorankopplung in Reihe mit der ohmschen Impedanz ein Reihenresonanzkreis vorgesehen ist und daß die Kreisgüte und die Abstimmfrequenz des Parallelresonanzkreises oder des Reihenresonanzkreises derart in Abhängigkeit von der Ankopplungsstelle an den Resonator und vom Wellenwiderstand der Transformationsleitung gewählt sind, daß innerhalb des Betriebsbereiches eine in Abhängigkeit

von der Frequenz weitgehende konstante Kopplung zwischen der Impedanz und dem Resonator gegeben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung, daß der Wellenwiderstand des Leitungsabschnittes in der Größen-

Ordnung der Impedanz liegt und daß die wesentliche Transformation mittels der kapazitiven oder induktiven Resonatorankopplung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 303 063.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen