DE2453605B2

DE2453605B2 - Wellenleiter-koppler zur gleichmaessigen aufteilung oder zusammenschaltung von signalenergie

Info

Publication number: DE2453605B2
Application number: DE19742453605
Authority: DE
Inventors: Reinmut Dipl.-Ing. 8034 Unterpfaffenhofen; Peet Hendricus van der Dipl.-Ing. 8031 Puchheim Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-12
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2453605A1

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 /; parallelgeschalteten 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 ohmsche 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 einer Eingangsklemme auf η Ausgangsklemmen zu verteilen. Der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Mit der Eingangsklemme £ sind sternförmige η Leitungsstücke WLl bis WLn verbunden. Diese Leitungssiücke haben einen bestimmten Wellenwiderstand und eine elektrische Länge, welche bei der Betriebsfrequenz mit A/4 gewählt is'.. Auf diese Weise lassen sich Ausgänge A1 bis An, welche am anderen Ende der Leitungsstücke WL1 bis WLn liegen, gleichmäßig mit Signalenergie versorgen.

Zwischen den einzelnen Ausgangsklemmen A 1 bis An liegen ohmsche Widerstände Rl bis Rn, die bei gleichmäßiger Leistungsaufteilung gleich groß gewählt sind. Sie bringen bei einer Übertragung der Signalenergie von der Eingangsklemme £auf die Ausgangsklemmen

A 1 bis An keine Übertragungsdämpfung mit sich, weil bei völlig symmetrischem Aufbau die Spannungen an den Ausgangsklemmen 4 1 bis An untereinander nach Betrag und Phase gleich groß sind.

Die dargestellte Schaltung kann auch umgekehrt betrieben werden, wobei an den Klemmen Al bis An selbständige Signalquellen anzuschließen sind, deren Signalenergie dann an der Ausgangsklemme E vereinigt ist. In beiden Fällen sind durch d^;e ohmschen Widerstände Rl bis Rn und die Leitungsstücke WLl bis WLn die Anschlüsse A1 bis An gegeneinander entkoppelt.

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

In vielen Fällen ist es jedoch nicht zu vermeiden, daß auch in der Signalenergie Frequenzanteile enthalten sind, die dem doppelten Wert der Betriebsfrequenz oder Vielfachen hiervon entsprechen. In diesem Fall sind die Leitungsstücke WLl bis WLn elektrisch A/2 lang und ein von A 1 kommender Signalanteil trifft um λ verschoben bei A 2 mit dem über die Widerstünde Rl und Rl übertragenen Signalanteil zusammen. Dies führt nicht mehr zu einer Auslöschung oder Schwächung, sondern zu einer Addition dieser Signalanteile, und die Entkopplung ibt 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 zugrunde, 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 A/4 gewählt ist, an den Sternpunkt oder je einer derartigen Stichleitung an jeden der η Anschlüsse das Frequenzhand, 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 Betriebsfr°quenz bildet diese Stichleitung dagegen einen Kurzschluß (Eingangswiderstand 0), so daß diese Frequenz und ihre ganzzahligen Vielfachen stark bedämpft werden. Die Schaltung wird somit hinsichtlich der Breitbandigkeit der Entkopplung wesentlich gerade dort verbessert, wo eine brauchbare Entkopplung bei einer Anordnung nach Fig. I nicht mehr gegeben ist. Von besonderer Bedeutung ist, daß bei Frequenzen etwas unterhalb und etwas oberhalb der Betriebsfrequenz der Einganpswiderstand der Stichleitung einen ¹^eIaUv hochohmigen induktiven Widerstand darstellt, so daß auch bei Übertragung eines gewissen Frequenzbandes die Stichleitung sich kaum störend bemerkbar macht. Für sehr niedrige 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 bedämpft wird.

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

ίο Fig. 2 ein Ausführungsbsispiel 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

ao 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 £ 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 Al kann je die Hälfte der von der Spannungsquelle HF gelieferten Signalenergie abgenommen werden. Den Ausgangsklemmen A1 und Al sind Mischer MIl und MIl nachgeschaltet. Die Frequenz /_e, z. B. die Eingangsfrequenz von Funk-

empfängern, soll mit der gleichen Überlagerungsfrequenz /₀ femischt werden. Da die Signalquelle HF jedoch auch die Frequenz 2 · /₀ abgeben kann, für welche die Entkopplung der Ausgänge Al und Al nicht mehr gewährleistet ist, wird eine Stichleitung Wk vorgesehen, deren Länge Ik 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 Eingangswiderstand 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 isoliert) anzusehen sind.

Für die normalerweise sehr niedrige Zwischenfrequenz f_z = /₀ — /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 WL1 und symmetrisch zu diesen angeordnet wird.

Dadurch ist gewährleistet, daß sich auch in offener Bauweise, z. B. bei einem Aufbau in gedruckter Schaltung (Triplate) für beide Leitungsstücke WLl und WLl die selben Kopplungs- und Übertragungseigenschaften ergeben. Diese Anordnung ergibt, ebenso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, einen räumlich sehr gedrängten Aufbau, well die Leitungsstücke und die Stichleitung parallel zueinander verlaufen und nebeneinander angeordnet sind.

5 "» 6

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 Wk2, wobei diese außerhalb von den Lei- nimmt.

tungsstücken WLl und WL2 angeordnet sind. Da- Für die Gewinnung einer größeren Anzahl von Andurch ist ebenfalls sichergestellt, daß die Symmetrie 5 Schlüssen A 1 bis An ist es zweckmäßig, eine Ketten- und der gedrängte Aufbau der Anordnung erhalten schaltung mehrerer 1:2 Teiler vorzusehen. Den grundbleibt, weil diese Stichleitungen WkX und WkI sym- sätzlichen Aufbau für vier derartige Anschlüsse zeigt metrisch zu den Leitungsstücken WL\ und WLl ver- Fig. 5, wobei mit der Eingangsklemme E zwei Leilaufen. Der Anschluß der Mischer kann hier und bei tungsstücke WLl und WLl 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 [IkI für WKl bzw. IkI für WkI) auch unter- dar, deren Leitungsstücke mit WLS und WLd (zugeschiedlich gewählt werden können. Es läßt sich z. B. 15 hörige Ausgänge Al und Al) bzw. WL9 und WLlO WkI bei der Betriebsfrequenz /₀ um so viel kürzer (Ausgänge A3 und A4) verbunden sind. Die Ausgänge wählen als λ/Λ und WkI um so viel länger wählen als A 1 und Al sind über den ohmschen Widerstand R12, λ/4, daß die entstehenden induktiven (am Eingang von die Ausgänge A3 und A4 über den ohmschen Wider- WkI) und kapazitiven (am Eingang von WkI) Quer- stand R34 verbunden. An den Sternpunkt VIl sind widerstände zusammen einen hochohmigen Parallel- »o die Stichleitungen WkI und WkI angeschlossen. An resonanzkreis ergeben, so daß am Verzweigungspunkt den Sternpunkt K34 sind die Stichleitungen Wk3 und V bei der Betriebsfrequenz/₀ die Stichleitungen WkI WkA angeschaltet. Der Aufbau dieser Teilbereiche und Wk2 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 λ/4 die Unterdrückungsbandbreite »5 neben jedem Leitungsstück WL5< WL6; WL9, WLW

beiderseits von 2 · Jf₀ stark vergrößert, weil zunächst und parallel hierzu eine Stichleitung WkI, Wkl\ Wk3

bei etwas niedrigeren Frequenzen als 2 ·/„ die längere Wk4 verläuft. Dadurch sind die Ausgänge Al bis A4

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

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

bildet. 30 genau gleiche Signalanteile. Die Verbindungsleitung

Zusätzlich können durch den Einsatz der Stichlei- KLl von AOl nach K12bzw. VL1 von A01 nach K34 tung Wk nach Fig. 2 bzw. der Stichleitungen WkI beeinflußt die Leitungsstücke WLl und WLl gieicher- und WkI nach Fig. 3 irgendwelche z. B. durch den maßen und stört die Symmetrie nicht. Gegenüber Aufbau der Schaltungsanordnung gegebenen Blind- WLb bzw. WL9 sind die Verbindungsleitungen VH widerstände im Bereich des Sternpunktes V für die 35 und VL1 durch die Stichleitungcn WkI und Wk 3 Betriebsfrequenz/₀ kompensiert werden. Darüber hin- auch für eine offene Bauweise (z. B. gedruckte Schalaus kann durch eine geringfügige Änderung der elek- tung) ausreichend entkoppelt, so daß hier keine Untrischen Leitungslänge bei den Stichleitungen Wk bzw. symmetrie, z. B. zwischen Al und Al auftritt.
WkI und Wk 1 die Entkopplung zwischen den An- Diese Schaltungsanordnung nach Fig. 5 eignet sich Schlüssen A1 und Al mehr nach höheren oder tieferen 4° 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 WkI und WkI im Bereich des ohmschen Fig. 5 übernommenen Bezeichnungen versehen, so

Widerstandes R, also bei den Anschlüssen A1 und A1 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 /51 und /52 angeordnet. In entspre-

Umfang, daß ungleiche Leitungslängen bei den Stich- chenden Öffnungen sind Kurzschlußblöcke SKI bii

leitungen WkI und Wk2 sich nicht mehr, wie z. B. bei SK4 angeordnet, welche den Kurzschluß der Stich

der Anordnung nach Fig. 3 (d. h. bei Anschluß der 5° leitungen WkI bis Wk4 bewirken. Diese Kurzschluß

Stichleitungen an den Sternpunkt), ohne weiteres blöcke sind zum Abgleich verschiebbar ausgebilde

gleichermaßen auf die beiden Anschlüsse A1 und A2 und werden nach dem Abgleich fixiert. Die ohmschei

auswirken. Diese Schaltungsanordnung wäre deshalb Widerstände RO, R12 und Λ34 sind als Widerstands

dann 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 Ml um

verschiedenen Anschlüssen von Al bis An vorge- Ml abgedeckt, so daß ein stabiler und nach außei

nommen werden soll. geschirmter Aufbau entsteht. Der Aufbau ist so gewählt

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

kann entsprechend der gewünschten Entkopplung seitigen Anschlüsse A1 bis A 4 auf entgegengesetztei

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

Patentansprüche:

1. Welletileiter-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 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 ohmsche Widerstände miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anschaltung mindestens einer kurzgeschlossenen Stichleitung (WAr), deren elektrische Länge bei der Betriebsfrequenz (/₀) zu etwa A/4 gewählt ist, an den Sternpunkt (K) 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-Kopplcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei η = 2 zwei Stichleitungen (WArI, 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, daD die Stichleitungen (WArI, Wk2) unterschiedliche elektrische Längen aufweisen, die so gewählt werden, daß bei der Betriebsfrequenz (/₀) ein Teil von ihnen kürzer 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 (Wk 1, 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 (IfArI, Wk 1) als Leiterbahnen auf einer Isolierstopfplatte (/Sl, IS2) angebracht sind, die mit mindestens einer Masseplatte (Ml, Ml) versehen ist.

7. Wellenleiter-Koppler nach einem der 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 Verbindunasleitung (KLl, VLl) mit je zwei weiteren Leitungsstücken (WL 5, WL 6 bzw. WL9, WLlO)

verbunden sind, an deren Sternpunkt je zwei Stichleitungen (WkI. WkI bzw. WAr3, Wk4) angeschlossen sind, wobei diese Stichleitungen beiderseits von den beiden zugehörigen Leitungsstücken (WL5, WL6 bzw. WL9, WLlO) liegen (Fig. 6).

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

10. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsstücke (WLl, WL2 ...) und die Stichleitung/Stichleitungen (WArI, Wk2 ...) parallel zueinander verlaufen.

11. Wellenleiter-Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in Verbindung mit an die η Anschlüsse angeschalteten Mischern (Mil, MIl), denen als Betriebsfrequenz (/„) das gemeinsame Überlagerungssignal über den Sternpunkt (K) zugeführt wird und daß die Stichleitung/Siichleitungen zusätzlich auch die niedrigere Zwischenirequenz (/„ bis/,) dadurch kurzschließt/kurzschließen, daß die elektrische Länge der Stichleitung/Stichleitungen (WAr, WAr 1, Wä:2, WJt 3, WAr4) für die niedrigere Zwischenfrequenz kurz ist gegen A/4.