[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen planaren Verzweigungskoppler, bestehend
aus zwei sich jeweils zwischen zwei Toren erstreckenden Verbindungsleitungen und mehreren
diese Verbindungsleitungen miteinander koppelnden Verzweigungsarmen, wobei die Verzweigungsarme
und die einzelnen sich zwischen den Verzweigungsleitungen bezgl. ihrer Wellenwiderstände
und ihrer phasendrehenden Wirkungen so dimensioniert sind, daß gewünschte Koppelbedingungen
erfüllt sind.
[0002] Derartige in Streifenleitungstechnik realisierte Verzweigungskoppler mit zwei oder
drei Verzweigungsarmen sind z.B. bekannt aus "Streifenleitungen" von H. Geschwinde
und W. Krank, 1960, S. 79-85. Erfordert die Realisierung eines solchen planaren Verzweigungskopplers
für die Verzweigungsarme oder Verbindungsleitungen relativ niedrige Wellenwiderstände
(z.B. 35,4Ω), so sind Leiterbreiten verlangt, die vor allem für Wellen im mm-Wellenbereich
sehr groß sind. Für eine Betriebsfrequenz von z.B. 50 GHz entspräche die Leiterbreite
einer für 35,4 Ω ausgelegten Leitung auf einem Aluminiumoxidsubstrat der Dicke von
0,254 mm etwa einer Viertelwellenlänge. Eine relativ zu der übertragenen Wellenlänge
so extrem breite Leitung hat den Nachteil, daß sich auf ihr unerwünschte höhere Wellenmoden
ausbreiten können.
[0003] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen planaren Verzweigungskoppler
der eingangs genannten Art anzugeben, der so konzipiert ist, daß insbesondere bei
Betrieb im mm-Wellenbereich möglichst keine störenden höheren Wellenmoden auf den
Leitungen auftreten können.
[0004] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen planaren Verzweigungskoppler
der eingangs genannten Art anzugeben, der so konzipiert ist, daß insbesondere bei
Betrieb im mm-Wellenbereich möglichst keine störenden höheren Wellenmoden auf den
Leitungen auftreten können.
[0005] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige
Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
[0006] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend
die Erfindung näher erläutert.
[0007] Die Figur zeigt einen planaren Verzweigungskoppler, bestehend aus zwei sich zwischen
den Toren 1 und 2 und den Toren 3 und 4 erstreckenden Verbindungsleitungen VL1 und
VL2 und zwei die beiden Verbindungsleitungen miteinander koppelnden Verzweigungsarmen
VA1 und VA2. Die zwischen den Verzweigungspunkten, von denen die Verzweigungsarme
VA1 und VA2 ausgehen, verlaufenden Verbindungsleitungen VL1 und VL2 und auch die Verzweigungsarme
VA1 und VA3 sind jeweils so dimensioniert, daß die sich darüber ausbreitenden Wellen
eine 90°-Phasendrehung erfahren.
[0008] Liegt z.B. die mittlere Betriebsfrequenz des Verzweigungskopplers bei ca. 50 GHz,
so müßten, wenn Verzweigungskoppler nach herkömmlicher Art ausschließlich mit λ/4
Leitungen realisiert würde, die Leitungen der Verzweigungsarme VA1, VA2 für einen
Wellenwiderstand von etwa 50 Ω und die Verbindungsleitungen VL1 und VL2 für einen
Wellenwiderstand von etwa 35 Ω ausgelegt werden. Eine z.B. auf einem 0,254 mm dicken
Aluminiumoxidsubstrat aufgebrachte 35 Ω Leitung würde bei einer Betriebsfrequenz von
50 GHz eine Leiterbreite von 0,46 mm erfordern. Das ist eine Leiterbreite, die bei
der hohen Frequenz von 50 GHz nahezu einer Viertelwellenlänge entspricht. So relativ
zur Wellenlänge extrem breite Leitungen lassen die Ausbreitung störender höherer Wellenmodem
zu. Dieser Nachteil wird gemäß dem in der Figur dargestellten Verzweigungskoppler
durch folgende Maßnahmen umgangen.
[0009] Die Verzweigungsarme VA1, VA2 und die sich zwischen ihnen erstreckenden Verbindungsleitungen
VL1 und VL2 bestehen jeweils aus einer Leitung VA11, VA21, VL11, VL21 und einer von
der Mitte dieser leitung abzweigenden offenen Stichleitung VA12, VA22, VL12, VL22.
Dabei sind alle diese Leitungen und Stichleitungen für einen Wellenwiderstand ausgelegt,
der eine solch schmale Leiterbreite erfordert, daß die Ausbreitung höherer Wellenmoden
nahezu unmöglich wird. Und zwar ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel eines im
Frequenzbereich von 50 GHz betriebenen Verzweigungskopplers jede der Leitungen VA11,
VA21, VL11 und VL21 und jede der offenen Stichleitungen VA12, VA22, VL12 und VL22
auf einen Wellenwiderstand von 70Ω dimensioniert. In diesem Fall haben alle Leiter
auf einem 0,254 mm dicken Aluminiumoxidsubstrat eine Breite von nur 0,1 mm.
[0010] Um bestimmte Kopplungen zwischen den Toren 1 bis 4 des Verzweigungskopplers zu erzielen,
sind die einzelnen Leiter auch bzgl. ihrer Längen auf entsprechende Werte zu dimensionieren.
So weisen in dem genannten konkreten Ausführungsbeispiel die einzelnen Leiter solche
Längen auf, daß in den Verzweigungsarmen VA1 und VA2 die Stichleitungen VA12 und VA22
eine 29,8°-Phasenverschiebung und die zu beiden Seiten der Stichleitungen abgehenden
Abschnitte der Leitungen VA11 und VA21 jeweils eine 41,5°-Phasenverschiebung bewirken
und daß in den Verbindungsleitungen VL1 und VL2 die Stichleitungen VL12 und VL22 eine
53,8°-Phasenverschiebung und die zu beiden Seiten der Stichleitungen abgehenden Abschnitte
der Leitungen VL11 und VL21 jeweils eine 25°-Phasenverschiebung bewirken.
[0011] Durch Änderung der Länge der Stichleitungen VA12, VA22, VL12, VL22 läßt sich auf
sehr einfache Weise eine Abstimmung des Verzweigungskopplers vornehmen, so daß bei
einer gewünschten Betriebsfrequenz die z.B. am Tor 1 eingespeiste Signalleistung zu
gleichen Anteilen auf die Tore 2 und 4 aufgeteilt wird.
[0012] Die hier im Rahmen eines zweiarmigen Verzweigungskopplers beschriebenen Maßnahmen
lassen sich auch auf mehrarmige Verzweigungskoppler übertragen, wenn dort ebenfalls
große Leiterbreiten zu umgehen sind.
1. Planarer Verzweigungskoppler, bestehend aus zwei sich jeweils zwischen zwei Toren
erstreckenden Verbindungsleitungen und mehreren diese Verbindungsleitungen miteinander
koppelnden Verzweigungsarmen, wobei die Verzweigungsarme und die einzelnen sich zwischen
den Verzweigungsarmen erstreckenden Abschnitte der Verbindungsleitungen bzgl. ihrer
Wellenwiderstände und ihrer phasendrehenden Wirkungen so dimensioniert sind, daß gewünschte
Koppelbedingungen erfüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Verzweigungsarme
(VA1, VA2) und/oder Abschnitte der Verbindungsleitungen (VL1, VL2), die auf einen
niedrigen Wellenwiderstand zu dimensionieren sind, jeweils aus einer Leitung (VA11,
VA21, VL11, VL21) mit einer davon abzweigenden offenen Stichleitung (VA12, VA22, VL12,
VL22) bestehen, die beide für sich einen größeren Wellenwiderstand haben als der eigentlich
für den betreffenden Verzweigungsarm und/oder Verbindungsleitungsabschnitt geforderte
niedrige Wellenwiderstand.
2. Planarer Verzweigungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung
(VA12, VA22, VL12, VL22) von der Mitte der Leitung (VA11, VA21, VL11, VL21) abzweigt.
3. Planarer Verzweigungskoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leitung (VA11, VA21, VL11, VL21) und die von ihr abzweigende Stichleitung (VA12,
VA22, VL12, VL22) den gleichen Wellenwiderstand aufweisen.
4. Planarer Verzweigungskoppler nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stichleitungen (VA12, VA22, VL12, VL22) bzgl. ihrer Länge
so dimensioniert sind, daß sich bei der jeweiligen Betriebsfrequenz die in den Verzweigungskoppler
eingespeiste Signalleistung zu gleichen Anteilen auf zwei Ausgangstore aufteilt.
