DE10352784A1

DE10352784A1 - Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik

Info

Publication number: DE10352784A1
Application number: DE10352784A
Authority: DE
Inventors: Roland Ahlers
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-16
Also published as: WO2005048396A1; EP1665451B1; US7884683B2; EP1665451A1; DE502004006063D1; US20090033436A1

Abstract

Ein Richtkoppler umfaßt einen ersten Anschluß (5) zum Ein- oder Ausspeisen einer Welle, einen ersten Auskoppelanschluß (6) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle, einen zweiten Anschluß (10) zum Ein- und Ausspeisen der vom ersten Anschluß (5) ein- oder ausgespeisten Welle und einen zweiten Auskoppelanschluß (11) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle. Der erste Anschluß (5) und der erste Auskoppelanschluß (6) sind über ein erstes Netzwerk (7) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) einer Koaxialleitung (1) an dessen erster Anschlußfläche (8) verbunden. Der zweite Anschluß (10) und der zweite Auskoppelanschluß (11) sind über ein zweites Netzwerk (12) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) der Koaxialleitung (1) an dessen zweiter Anschlußfläche (9) verbunden. Die Koaxialleitung (1) ist derart gebogen, daß sie mit einer planaren Leiterplatte (15), die den ersten Anschluß (5), den zweiten Anschluß (10), den ersten Auskoppelanschluß (6) und/oder den zweiten Auskoppelanschluß (11) beinhaltet, hinsichtlich ihrer ersten und zweiten Anschlußfläche (8, 9) parallel angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik.
Richtkoppler werden in der Hochfrequenztechnik zur getrennten Messung von hin- und rücklaufender Welle in einer Leitung verwendet. In Endstufen von Verstärkern werden Richtkoppler z. B. zur Messung des Stehwellen-Verhältnisses eingesetzt. Hierbei wird schwerpunktmäßig ein Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik verwendet.
Ein derartiger Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik ist z. B. in der US 5,926,076 beschrieben. Der Richtkoppler besteht hierbei aus einer Koaxialleitung mit einem Innenleiter, einem um den Innenleiter geführten hohlzylindrischen Dielektrikum und einem am Mantel des hohlzylindrischen Dielektrikums aufgebrachten hohlzylindrischen Außenleiter und einer Leiterplatte, auf der im wesentlichen die beiden Auskoppeleinheiten des Richtkoppler aufgebracht sind. Koaxialleitung und Leiterplatte mit Auskoppeleinheiten sind in einem einstellbaren Abstand zueinander in einem Gehäuse angeordnet.
Nachteilig an dieser Anordnung ist der vergleichsweise hohe Aufwand hinsichtlich einer mechanischen und auch elektrischen Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den beiden Auskoppeleinheiten sowie deren Anschlüsse über eine gemeinsame Beabstandung, Befestigung und Lagerung in einem gemeinsamen Gehäuse. Auch die gezielte und effiziente Abführung von entstandener Wärme aus der Richtkopplerschaltung mittels Widerständen und Hitzeableitungsschienen ist vergleichsweise aufwendig gestaltet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik zu schaffen, bei dem die mechanische und auch elektrische Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den Anschlüssen des Richtkopplers, insbesondere den Auskoppelanschlüssen, unter minimalem zusätzlichem gerätetechnischem Aufwand realisiert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung und den einzelnen Anschlüssen des Richtkopplers erfolgt am Ein- und Ausgang der Koaxialleitung über jeweils ein Widerstandsnetzwerk.
Die mechanische Verbindung zwischen der Koaxialleitung und den einzelnen Anschlüssen des Richtkopplers, die auf einer planaren Leiterplatte positioniert sind, wird dadurch realisiert, dass die Koaxialleitung z. B. halbringförmig oder U-förmig gebogen ausgeführt ist und somit mit ihren beiden Anschlußflächen parallel zur planaren Leiterplatte ausgerichtet ist und somit über Verbindungsleitungen bzw. Widerstände, die zu den obengenannten Widerstandsnetzwerken gehören, eine vergleichsweise einfache mechanische Verbindung zwischen dem Innen- und Außenleiter der Koaxialleitung und den Anschlüssen des Richtkopplers verwirklicht wird.
Eine derart realisierte elektrische und mechanische Verbindung zwischen einer Koaxialleitung und den Anschlüssen eines Richtkopplers stellt eine hinsichtlich Material- und Fertigungsaufwand kostenminimierte Lösung dar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die planare Leiterplatte kann in SMD-Technologie ausgeführt sein. Insbesondere die Anordnung der Widerstände der beiden Widerstandsnetzwerke, die an den beiden Enden der Koaxialleitung die Schirmung und damit den Außenleiter der Koaxialleitung auf Massepotenzial führen, sind für die Richtkopplercharakteristik ganz entscheidend und können so relativ flexibel angeordnet werden.
Durch Bestückung der Koaxialleitung mit Ferriten erreicht man eine nutzbare Charakteristik des Richtkopplers über mehrere Oktaven.
Die Ausführungsform der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik;
2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik und
3 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik.
Der erfindungsgemäßen Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik wird in seiner Ausführungsform nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
Der erfindungsgemäße Richtkoppler in Koaxialleitungstechnik umfaßt gemäß 1 im wesentlichen eine Koaxialleitung 1, die aus einem Innenleiter 2 und über ein Dielektrikum getrennt aus einem Außenleiter 3 besteht. Die Koaxialleitung 1 ist an ihrem Außenmantel von mehreren aneinander gereihten Ferritkernringen 4 umgeben.
Die Koaxialleitung 1 ist an ihrer ersten Anschlußfläche 8 mit den ersten Anschluß 5 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 des Richtkoppler über ein erstes Widerstandsnetzwerk 7 und an ihrer zweiten Anschlußfläche 9 mit dem zweiten Anschluß 10 und dem zweiten Auskoppelanschluß 11 über ein zum ersten Widerstandsnetzwerk 7 symmetrisches zweites Widerstandsnetzwerk 12 verbunden.
Das erste Widerstandnetzwerk 7 besteht aus einer Serienschaltung eines Widerstandes R₇₁ und R₇₂ in der Verbindungsleitung 73 zwischen dem ersten Anschluß 5 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 und einem Widerstand R₇₄ in der Verbindungsleitung 75 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und dem ersten Auskoppelanschluß 6 sowie einer direkten Verbindungsleitung 76 zwischen dem Innenleiter 2 der Koaxialleitung 1 und den ersten Anschluß 5.
Das zweite Widerstandnetzwerk 12 besteht symmetrisch zum ersten Widerstandsnetzwerk 7 aus einer Serienschaltung eines Widerstandes R₁₂₁ und R₁₂₂ in der Verbindungsleitung 123 zwischen dem zweiten Anschluß 10 und den zweiten Auskoppelanschluß 11 und einem Widerstand R₁₂₄ in der Verbindungsleitung 125 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und den zweiten Auskoppelanschluß 11 sowie einer direkten Verbindungsleitung 126 zwischen den Innenleiter 2 der Koaxialleitung 1 und dem zweiten Anschluß 10.
Der Außenleiter 3 ist an der ersten Anschlußfläche 8 der Koaxialleitung 1 mit einem dritten Widerstandsnetzwerk 13 auf Massepotenzial geführt. Das dritte Widerstandsnetzwerk 13 besteht aus einer Parallelschaltung von mehreren niederohmigen Widerständen R₁₃₁, R₁₃₂, R₁₃₃, ..., R_13(n-1) R_13n.
Der Außenleiter 3 an der zweiten Anschlußfläche 9 der Koaxialleitung 1 ist mit einem vierten Widerstandsnetzwerk 14, das vollkommen symmetrisch zum dritten Widerstandsnetzwerk 13 ausgeführt ist, auf Massepotenzial geführt. Das vierte Widerstandnetzwerk 14 besteht demnach aus einer Parallelschaltung von mehreren niederohmigen Widerständen R₁₄₁, R₁₄₂, R₁₄₃, ..., R_14(n-1), R_14n.
Die Widerstände R₇₁, R₇₂ und R₇₄ des ersten Widerstands netzwerkes 7 und die Widerstände R₁₂₁, R₁₂₂, R₁₂₄ des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12 sind höherohmig ausgelegt als die niederohmigen Widerstände R₁₃₁, ..., R_13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 und die niederohmigen Widerstände R₁₄₁, ..., R_14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14.
In der Seitenansicht in 2 sowie in der Draufsicht in 3 des erfindungsgemäßen Richtkopplers in Koaxialleitungstechnik ist die halb ringförmige bzw. U-förmige Gestaltung der Koaxialleitung 1 erkennbar. Die Verbiegung der ursprünglich linearen Koaxialleitung 1 in die ringförmige bzw. U-förmige Gestaltung gemäß 2 bzw. 3 ist durch den Einsatz der Semi-Rigid-Technologie beim Innenleiter 2, Dielektrikum und Außenseiter 3 der Koaxialleitung 1 möglich.
Aus 2 bzw. 3 ist ebenfalls die kegelförmige Anordnung der Widerstände R₁₃₁, ..., R_13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 bzw. der Widerstände R₁₄₁, ..., R_14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14 zwischen dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung 1 und der planaren Leiterplatte 15 erkennbar, die den ersten und zweiten Anschluß 5 und 10 bzw. den ersten und zweiten Auskoppelanschluß 6 und 11 weitere Bauelemente, die z. B. in SMD-Technik angeordnet sind, enthält. Sämtliche Widerstände R₁₃₁, ..., R_13n sowie R₁₄₁, ..., R_14n sind, wie aus 2 bzw. 3 ersichtlich ist, auf die Leiterplatte aufgelötet.
In 2 ist schließlich auch die Verbindungsleitung 76 bzw. 126 vom Innenleiter 2 der Koaxialleitung zum ersten Anschluß 5 bzw. zum zweiten Anschluß 10 des Richtkopplers sowie der ebenfalls in konventioneller Technik ausgeführte Widerstand R₇₄ des ersten Widerstandsnetzwerkes 7 bzw. der Widerstand R₁₂₄ des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12, die beide in die kegelförmige Anordnung der Widerstände R₁₃₁, ..., R_13n des dritten Widerstandsnetzwerkes 13 bzw. der Widerstände R₁₄₁, ..., R_14n des vierten Widerstandsnetzwerkes 14 eingereiht sind, zu erkennen.
In der Draufsicht in 3 sind schließlich die Widerstände R₇₁ und R₇₂ des ersten Widerstandsnetzwerkes 7 und die Widerstände R₁₂₁ und R₁₂₂ des zweiten Widerstandsnetzwerkes 12 erkennbar, die auch in konventioneller Technik ausgeführt und auf der planaren Leiterplatte 15, die im Ausführungsbeispiel in SMD-Technologie realisiert ist, aufgelötet sind.
Die Topologie des ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandsnetzwerkes 7, 12, 13 und 14, die geeignete Parametrierung der dazugehörigen Widerstände R₇₁, R₇₂, R₇₄, R₁₂₁, R₁₂₂, R₁₂₄ und R₁₃₁, ..., R_13n sowie R₁₄₁,..., R_14n und die räumliche Anordnung insbesondere der Widerstände R₇₄, R₁₂₄, R₁₃₁, ..., R_13n und R₁₄₁, ..., R_14n legen die Richtschärfe und Koppeldämpfung des Richtkopplers fest. Durch eine geeignete Wahl von Topologie, Parametrierung und räumlicher Anordnung der Widerstände kann dafür gesorgt werden, dass am ersten Auskoppelanschluß 6 eine konstruktive positive Überlagerung aus den zwischen erstem Anschluß 5 und erster Anschlußfläche 8 der Koaxialleitung 1 hin- und rücklaufenden Wellen ausgekoppelt wird, und am zweiten Auskoppelanschluß 11 eine gegenseitige Auslöschung der beiden Wellen, die aus den zwischen zweiten Anschluß 10 und zweiter Anschlußfläche 9 der Koaxialleitung 1 hin- und rücklaufenden Wellen ausgekoppelt werden, verwirklicht wird.
Auf diese Weise läßt sich ein breitbandiger Richtkoppler ohne hohen Aufwand für Anwendungen insbesondere bei breitbandigen Verstärkern, beispielsweise zwischen 30 und 500 MHz, realisieren.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die beschriebenen Elemente sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Richtkoppler mit einem ersten Anschluß (5) zum Ein- oder Ausspeisen einer Welle und einem ersten Auskoppelanschluß (6) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle, die beide über ein erstes Netzwerk (7) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) einer Koaxialleitung (3) an dessen erster Anschlußfläche (8) verbunden sind, und einem zweiten Anschluß (10) zum Ein- oder Ausspeisen der vom ersten Anschluß (5) ein- oder ausgespeisten Welle und einem zweiten Auskoppelanschluß (11) zum Auskoppeln einer gekoppelten Welle, die beide über ein zweites Netzwerk (12) mit dem Innenleiter (2) und dem Außenleiter (3) der Koaxialleitung (1) an dessen zweiter Anschlußfläche (9) verbunden sind, wobei die Koaxialleitung (1) derart gebogen ist, daß ihre erste und zweite Anschlußfläche (8, 9) im wesentlichen parallel zu einer planaren Leiterplatte (15) ausgerichtet ist, die den ersten Anschluß (5), den zweiten Anschluß (10), den ersten Auskoppelanschluß (6) und/oder zweiten Auskoppelanschluß (11) beinhaltet.
Richtkoppler nach Anschluß 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Netzwerk (7) und das zweite Netzwerk (12) jeweils ein Widerstandsnetzwerk ist.
Richtkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (3) der Koaxialleitung (1) an der ersten Anschlußfläche (8) über ein drittes niederohmiges Widerstandsnetzwerk (13) und an der zweiten Anschlußfläche (9) über ein viertes niederohmiges Widerstandsnetzwerk (14) auf Massepotential geführt ist.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitung (1) halbringförmig oder U-förmig gebogen ist.
Richtkoppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die halbringförmige oder U-förmige Koaxialleitung (1) an der ersten Anschlußfläche (8) mit ihrem Innenleiter (2) über einen Verbindungsleiter (76) und mit ihrem Außenleiter (3) über kegelförmig angeordnete Widerstände (R₇₄, R₁₃₁, ..., R_13n) des ersten und/oder dritten Widerstandsnetzwerkes (7, 13) und an der zweiten Anschlußfläche (9) mit ihrem Innenleiter (2) über einen Verbindungsleiter (126) und mit ihrem Außenleiter (3) über kegelförmig angeordnete Widerstände R₁₂₄, R₁₄₁, ..., R_14n) des zweiten und/oder vierten Widerstandsnetzwerkes (12, 14) mit der planaren Leiterplatte (15) mechanisch und elektrisch verbunden ist.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ferritring (4) aus einem Ferrit-Material die Koaxialleitung (1) umschließt.
Richtkoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aneinander gereihte Ferritringe (4) die Koaxialleitung (1) ummanteln.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₇₁, R₇₂, R₇₄, R₁₂₁, R₁₂₂, R₁₂₄, R₁₃₁, ..., R_13n, R₁₄₁, ..., R_14n) der Widerstandsnetzwerke (7, 12, 13, 14) in SMD-Technik auf die planare Leiterplatte (15) aufgelötete Bauelemente sind.