BREITBANDRICHTKOPPLER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler zum Messen der Leistung eines vorlaufenden und eines rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf einer Koaxialleitung in einem breiten Frequenzbereich, z.B. im Bereich von 9 kHz bis 250 MHz. Der Breitbandrichtkoppler ist dabei z.B. für Leistungen von bis zu 250 Watt ausgelegt.

[0002] Richtkoppler werden oft zusammen mit Leistungsverstärkern verwendet, um schnell und sicher erkennen zu können, ob eine Fehlanpassung vorliegt oder nicht. Kann die Leistung des vorlaufenden und rücklaufenden Hochfrequenzsignals erfasst werden, so kann der Leistungsverstärker bei Überschreiten eines Richtwerts für das rücklaufende Hochfrequenzsignal automatisch abgeschaltet werden, bevor eine Schädigung eintritt. Die Breitbandigkeit eines solchen Richtkopplers ist gerade für Störfestigkeitsprüfungen notwendig, um die Funktionsfähigkeit des Prüflings in einem breiten Frequenzbereich untersuchen zu können. Dabei kommen je nach Frequenzbereich und Prüfnorm unterschiedliche Antennen und Apparaturen zum Einkoppeln von Störsignalen in den Prüfling zur Anwendung. Kabelbrüche, fehlerhafte Steckverbindungen oder defekte Antennen sind nur einige Möglichkeiten, die zur Fehlanpassung führen können. Abhängig von Kabeldämpfungen und der Antennencharakteristik, ändert sich die notwendige Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers signifikant über den zu prüfenden Frequenzbereich.

[0003] Eine gattungsgemäße Anordnung eines Richtkopplers ist aus der US 6,066,994 bekannt. Der Richtkoppler ist symmetrisch aufgebaut, wobei der Außenleiter des Koaxialleiters an zwei Stellen aufgetrennt ist und über je einen Shuntwiderstand mit dem Außenleiter des Koaxialleiters am Ein- und Ausgang verbunden ist. Ein Ferritkern sorgt dafür, dass beide Enden des Außenleiters für niedrige Frequenzen gegeneinander isoliert sind. Über dem Shuntwiderstand fällt eine dem Innenleiterstrom proportionale Messspannung ab, welche je nach dem, in welche Richtung die Leistung fließt, unterschiedlich gepolt ist. Ein kapazitiver Spannungsteiler, welcher mit dem Innenleiter verbunden ist, erzeugt eine der Innenleiterspannung proportionale Messspannung. Diese Messspannung wird an das Gate eines Feldeffekttransistors (FET) angelegt. Source und Drain des FETs werden über mehrere Widerstände mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die am Sourceanschluss entkoppelte, zur Innenleiterspannung proportionale Messspannung, wird über einen Kondensator, einen Widerstand und ein Koaxialkabel zu der über einen Shuntwiderstand abfallenden, zum Innenleiterstrom proportionalen Messspannung addiert oder subtrahiert. Bei Anpassung addieren sich hierbei beide Spannungen in einem Zweig, wohingegen sie sich in dem anderen Zweig zu Spannungsnull subtrahieren. Bei einer Fehlanpassung wird die Spannungsdifferenz nicht Null. Bei unendlichem VSWR (Voltage Standing Wave Ratio; Stehwellenverhältnis) sind beide Spannungen gleich groß.

[0004] Nachteilig an der Anordnung der US 6,066,994 ist der komplizierte Aufbau, um sämtliche Bauteile in das Gesamtsystem integrieren zu können. Die notwendigen Widerstände sind hauptsächlich als bedrahtete Widerstände ausgeführt. Das Biegen der Anschlussbeine der Widerstände, bzw. der Koaxialkabel, wie auch der Lötprozess selbst, muss in Handarbeit erfolgen. Dies führt dazu, dass jeder Richtkoppler geringfügig unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Weiterhin als nachteilig erweist sich der kapazitive Spannungsteiler. Damit der Richtkoppler überhaupt im niedrigen Frequenzbereich arbeiten kann, darf dieser kapazitive Spannungsteiler kaum belastet werden. Hierfür ist der Einsatz eines FETs als Impedanzwandler unabdingbar. Für den FET selbst sind zudem noch zwei Spannungsquellen notwendig, die den ohnehin schon hohen Verkabelungsaufwand noch weiter erhöhen und zusätzlich eine externe Spannungsversorgung notwendig machen.

[0005] Breitbandrichtkoppler zur Messung der Leistung eines vorlaufenden und/oder eines rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf einer Leitung sind auch aus der WO 2005/048396 A1 und der US 2005/0264374 A1 bekannt.

[0006] Ein weiterer Breitbandrichtkoppler ist aus dem Artikel HOER CA ET AL: "BROAD-BAND RESISTIVE- DIVIDER- TYPE DIRECTIONAL COUPLER", IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 1970 NOV. bekannt.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Breitbandrichtkoppler zu schaffen, welcher deutlich einfacher aufgebaut ist und dabei auf aktive Komponenten verzichtet. Der Breitbandrichtkoppler soll bevorzugt in einem breiten Frequenzbereich von z.B. 9 kHz bis 250 MHz zuverlässig arbeiten und Leistungen von bevorzugt bis zu 250 W detektieren können.

[0008] Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Breitbandrichtkoppler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0009] Der Breitbandrichtkoppler dient zur Messung der Leistung eines vorlaufenden und/oder eines rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf einer Leitung. Der Breitbandrichtkoppler weist einen Spannungsteiler auf, der mit einem Innenleiter der Leitung verbunden ist, und einen ersten Widerstand, der mit einem Außenleiter der Leitung verbunden ist. Der Spannungsteiler weist ohmsche Widerstände auf und ein erster Anschluss eines zweiten Widerstands ist mit dem Innenleiter der Leitung verbunden und ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands ist mit einem ersten Anschluss eines dritten Widerstands verbunden. Ein zweiter Anschluss des dritten Widerstands ist mit einem ersten Anschluss des ersten Widerstands und gleichzeitig mit dem Außenleiter der Leitung direkt oder indirekt verbunden.

[0010] Dabei ist an dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands bzw. an dem ersten Anschluss des dritten Widerstands eine Messspannung abgegriffen.

[0011] Der erfindungsgemäße Breitbandrichtkoppler weist statt einem kapazitiven einen ohmschen Spannungsteiler auf. Dieser Spannungsteiler darf deutlich stärker belastet werden, so dass keine aktiven Bauelemente als Impedanzwandler notwendig sind. Dadurch verringert sich nicht nur der Beschaltungsaufwand innerhalb des Breitbandrichtkopplers, sondern es kann zusätzlich auf eine externe Spannungsversorgung verzichtet werden. Der Abgleich des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers ist daher deutlich einfacher, so dass sich einerseits die Produktionszeit verkürzt und sich andererseits dabei die einzelnen Breitbandrichtkoppler in ihrer Eigenschaft nicht unterscheiden.

[0012] Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

Fig. 1

einen vereinfachten Schaltplan der erfindungsgemäßen Anordnung des Breitbandrichtkopplers;

Fig. 2A

die parasitäre Einkopplung des Magnetfelds in die Messschleife bei ungünstiger Anordnung der Bauteile;

Fig. 2B

die bevorzugte Anordnung der Bauteile zur Vermeidung einer parasitären Einkopplung des Magnetfelds in die Messschleife;

Fig. 3A

ein Ausführungsbeispiel der Platinenoberseite des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers;

Fig. 3B

ein Ausführungsbeispiel der Platinenunterseite des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers;

Fig. 4

ein Ausführungsbeispiel der Gehäusekonstruktion mit Blick auf die Leiterstrukturen des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers;

Fig. 5

eine Innenansicht des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers;

Fig. 6

den vollständigen erfindungsgemäßen Breitbandrichtkoppler mit beiden Platinen und Gehäusedeckeln;

Fig. 7

einen Schnitt entlang der Längsachse durch den erfindungsgemäßen Breitbandrichtkoppler.

[0013] Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Schaltplan des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers. Der Schaltplan ist exakt spiegelsymmetrisch um die Achse 21 herum aufgebaut. Der Breitbandrichtkoppler ist durch zwei voneinander unabhängige Messeinheiten 22 und 23 aufgebaut. Am Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 kann sowohl die Signalquelle, als auch eine komplexe Last über ein koaxiales Kabel angeschlossen werden. Selbiges gilt für den Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23. Über den durch beide Messeinheiten 22, 23 verlaufenden Innenleiter 1 wird ein Hochfrequenzsignal vom Leistungsverstärker zur komplexen Last übertragen.

[0014] Im Folgenden wird näher auf die Messeinheit 22 eingegangen. Jede Messeinheit 22, 23 weist jeweils zwei Vierpole 19, 20 auf. Der erste Vierpol 19 umfasst einen Spannungsteiler, bestehend aus den ohmschen Widerständen 4 und 6, welcher dazu dient, eine hohe Hochfrequenzspannung möglichst frequenzunabhängig auf eine kleine Messspannung herunterzuteilen. Der erste Widerstand 4 ist hierbei an seinem ersten Anschluss direkt galvanisch mit dem Innenleiter 1 verbunden. Sein zweiter Anschluss ist mit dem ersten Anschluss eines zweiten Widerstands 6 verbunden. Zwischen beiden Widerständen 4,6 kann am Knoten 12 die heruntergeteilte Messspannung abgegriffen werden.

[0015] Der erste Widerstand 4 muss hochohmig (z.B. 30k Ohm) ausgeführt sein. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass der Widerstand 4 ausschließlich bei einer Gleichspannung bis hin zu einer niederfrequenten Wechselspannung einen Widerstandswert von z.B. 30k Ohm aufweist. Für hochfrequente Wechselspannungen (von z.B. 250 MHz) hat der Widerstand 4 konstruktionsbedingt nur noch einen ohmschen Widerstandswert von z.B. 500 Ohm und insgesamt eine komplexe Impedanz. Bei zunehmender Frequenz erhöht sich dadurch der durch den Widerstand 4 fließende Strom um ein Vielfaches. Aus diesem Grund muss der Widerstand 4 in der Lage sein, die aufgenommene Wärmeenergie wieder abzugeben. Dies gelingt am besten dadurch, dass ein Widerstand mit einer möglichst großen Oberfläche gewählt wird.

[0016] In der vorliegenden Erfindung sind alle Widerstände und Kondensatoren bevorzugt als SMD-Bauteile (surface-mounted device, Oberflächen-montierbares Bauteil) ausgeführt. Dies erlaubt zum einen eine automatische Bestückung und zum anderen kann die Wärmeenergie direkt an das Platinenmaterial abgegeben werden, wodurch der Wärmeübergang deutlich besser als bei Luft ist. Der Widerstand 4 ist dabei z.B. in der Bauform 2512 realisiert. Aufgrund der notwendigerweise großen Bauform bildet sich die Kappenkapazität stärker aus, als bei Widerständen mit kleineren Bauformen. Die Kappenkapazität des Widerstands 4 ist als Kapazität 5 im Schaltplan sichtbar. Bei dieser Kapazität 5 handelt es sich um eine rein parasitäre Kapazität, die aufgrund ihrer Größe von z.B. bis zu 0,1 pF berücksichtigt werden muss.

[0017] Der Widerstand 6 hat eine deutlich kleinere Bauform (z. B. 0402). Dadurch bildet sich eine kleinere Kappenkapazität aus, welche dazu führt, dass sich die Zeitkonstante T₁ bestehend aus dem Widerstand 4 und seiner Kappenkapazität 5 deutlich von der Zeitkonstante T₂ bestehend aus dem Widerstand 6 und seiner Kappenkapazität unterscheidet. Aus diesem Grund wird im Ausführungsbeispiel ein Kondensator 7 mit seinen Anschlüssen parallel zu den Anschlüssen des Widerstands 6 hinzugeschaltet. Bei dem Kondensator 7 handelt es sich um einen Kondensator, dessen Kapazität variabel eingestellt werden kann (Trimmkondensator). Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Kappenkapazität 5 des Widerstands 4 von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich groß sein kann.

[0018] Am Potential des Knotens 12 wird bevorzugt ein weiterer einstellbarer Kondensator 10 (Trimmkondensator) mit seinem ersten Anschluss angeschlossen. Sein zweiter Anschluss hingegen wird mit Masse verbunden. Über den Widerstand 11 wird der erste Anschluss des Kondensators 10 mit dem Auskoppelanschluss 15 verbunden. Der Trimmkondensator 10 dient dabei dazu, den Frequenzgang in Vorlaufrichtung abzugleichen. Die Kapazität des Trimmkondensators 7 wird derart eingestellt, dass sich eine Zeitkonstante T₂ aus dem Trimmkondensator 7 und dem Widerstand 6 ergibt, welche möglichst genau gleich der weiteren Zeitkonstante T₁ ist, welche sich aus dem Widerstand 4 zusammen mit seiner Kappenkapazität 5 ergibt. Dadurch wird das Richtverhältnis abgeglichen und dafür gesorgt, dass nur eine minimale Spannung in Rücklaufrichtung am Auskoppelanschluss 15 anliegt, wenn am jeweiligen Ausgang Anpassung (VSWR = 1) herrscht.

[0019] Der Widerstand 11 dient dazu, dass der Trimmkondensator 10 nur über eine kleine Endkapazität verfügen muss. Die zweiten Anschlüsse des Trimkondensators 7 und des Widerstands 6 sind mit dem Knoten 17 verbunden. Ebenfalls mit dem Potential des Knoten 17 ist über den Knoten 18 ein erster Anschluss des Widerstands 8 verbunden. Am selben Potential wird auch ein erster Anschluss des Kondensators 9 angeschlossen. Die zweiten Anschlüsse des Kondensators 9 und des Widerstands 8 sind mit Masse verbunden. Der Widerstand 8 ist bevorzugt sehr niederohmig ausgeführt.

[0020] Der Außenleiter der am Eingangsanschluss 13 angeschlossenen Koaxialleitung wird in dem Breitbandrichtkoppler in einen inneren 3 und einen in Fig. 1 nicht dargestellten äußeren Außenleiter 38 aufgeteilt, wobei der innere Außenleiter 3 nur an einem Ende direkt mit dem äußeren Außenleiter 38 und damit mit Masse verbunden ist. Das zweite Ende des inneren Außenleiters 3 ist direkt oder indirekt über den Knoten 18 und damit über den ersten Anschluss des Widerstands 8 mit dem äußeren Außenleiter 38 und damit mit Masse verbunden. Zwischen dem inneren 3 und dem äußeren Außenleiter 38 ist zumindest ein hochpermeabler Ringbandkern 2 angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass ein nennenswerter Strom über den Widerstand 8 fließt. Die über dem Widerstand 8 abfallende Spannung ist proportional zum Innenleiterstrom, solange der Widerstand 8 keine parasitären Induktivitäten aufweist. Dies ist in der Realität nicht der Fall, so dass parallel zu den Anschlüssen des Widerstands 8 ein Kondensator 9 geschaltet werden muss.

[0021] Dieser Kondensator 9 kompensiert die parasitäre Induktivität des Widerstands 8 bei einer Bezugsfrequenz von 250 MHz. Je nachdem ob das Hochfrequenzsignal vom Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 zum Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 läuft oder umgekehrt, fällt über dem Widerstand 8 eine positive oder eine negative Spannung ab. Bei entsprechender Anpassung haben die an beiden Vierpolen 19, 20 anfallenden Messspannungen den gleichen Wert, den gleichen Phasengang und sind frequenzunabhängig. Je nach Vorzeichen der beiden Messspannungen werden diese am Knoten 12 vektoriell addiert oder subtrahiert. Die daraus am Knoten 12 resultierende Spannung kann anschließend am Auskoppelanschluss 15 abgegriffen werden.

[0022] Jede Messeinheit 22,23 verfügt über zumindest einen Eingangsanschluss 13 und über zumindest einen Auskoppelanschluss 15. Sowohl der Eingangsanschluss, als auch der Auskoppelanschluss können mit einer Quelle oder einer komplexen Last verbunden werden. Die Anordnung wird in Vorwärtsrichtung betrieben, wenn die Signalquelle am Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 und die komplexe Last am Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 angeschlossen wird. Am Auskoppelanschluss 15 der ersten Messeinheit 22 steht eine der Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Spannung bereit, wohingegen am Auskoppelanschluss 15 der zweiten Messeinheit 23 eine der Wurzel der Leistung des rücklaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Spannung bereit gestellt ist.

[0023] Der Breitbandrichtkoppler kann allerdings auch in Rückwärtsrichtung betrieben werden, ohne dass sich dabei die Dämpfung ändert. In diesem Fall wird die Signalquelle am Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 und die komplexe Last am Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 angeschlossen. Am Auskoppelanschluss 15 der zweiten Messeinheit 23 steht eine der Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Spannung bereit, wohingegen am Auskoppelanschluss 15 der ersten Messeinheit 22 eine der Wurzel der Leistung des rücklaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Spannung bereit gestellt ist.

[0024] Fig. 2A erläutert die parasitären Effekte, die dadurch entstehen, dass der Außenleiter geöffnet werden muss, um den ohmschen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 4 und 6 an den Innenleiter und den Widerstand 8 an den Außenleiter anbringen zu können. Fig. 2A zeigt die erste Messeinheit 22 des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers. Gestrichelt angedeutet ist die zweite Messeinheit 23, die exakt spiegelsymmetrisch zur ersten Messeinheit 22 aufgebaut ist. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 2A ist an dem Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 eine nicht dargestellte Signalquelle angeschlossen. Der Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 ist mit einer nicht dargestellten komplexen Last verbunden. Exemplarisch ist ein Stromfluss entlang des Innenleiters 1 in Pfeilrichtung 36 vom Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 zum Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 eingezeichnet. Der Innenleiter 1 wird dabei durch eine nicht dargestellte Aussparung 40 auf der Platine 30 durch diese geführt.

[0025] Auf einer dem Eingangsanschluss 13 zugewandten Seite 31 der Platine 30, wird der erste Widerstand 4 über die Lötverbindung 37 galvanisch mit dem Innenleiter 1 verbunden. Auf derselben Seite 31 der Platine 30 wird der zweite Anschluss des ersten Widerstands 4 über den Knoten 12 mit dem ersten Anschluss eines zweiten Widerstands 6 verbunden, wie dies auch aus dem Schaltbild aus Fig. 1 hervorgeht. Zudem erfolgt vom Knoten 12 aus eine Verbindung über den nicht dargestellten Widerstand 11 zum Auskoppelanschluss 15 an den eine Koaxialsteckverbindung 60 angeschlossen ist.

[0026] Der zweite Anschluss des zweiten Widerstands 6 ist mit dem Knoten 17 verbunden. Über eine Durchkontaktierung 37 wird der Knoten 17, welcher auf der dem Eingangsanschluss 13 zugewandten Seite 31 der Platine 30 liegt, mit dem Knoten 18, welcher auf der dem Eingangsanschluss 13 abgewandten Seite 32 der Platine 30 liegt, verbunden. Die Länge der Durchkontaktierung 37 ist gleich der Dicke der Platine 30 und beträgt bei einer zweilagigen FR₄ Multilayerplatine z.B. 1,6 mm. Der Knoten 18 ist wie in Fig. 1 ersichtlich direkt mit dem ersten Anschluss des Widerstands 8 verbunden. Wie aus Fig. 2A ersichtlich ist, besteht der Widerstand 8 im Ausführungsbeispiel nicht nur aus einem einzelnen Widerstand, sondern aus mehreren Einzelwiderständen, welche den inneren Außenleiter 3 mit dem äußeren Außenleiter 38 verbinden. Die weiteren Kapazitäten 5, 7, 9, 10 und der Widerstand 15 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2A und 2B nicht dargestellt.

[0027] Die gepunktete Fläche stellt eine Messschleife 39 dar. Diese besteht aus dem zweiten Widerstand 6 des Spannungsteilers und der Koaxialsteckverbindung 60 auf der ersten Seite 31 der Platine 30. Die Signalleitung vom Knoten 12 zur Koaxialsteckverbindung 60 liegt auf der ersten Seite 31 Platine 30 und wurde nur zur Verdeutlichung beabstandet von der Platine 30 eingezeichnet. Über die Durchkontaktierung 37 ist der Knoten 17 auf der ersten Seite 31 der Platine 30 mit dem Knoten 18 auf der zweiten Seite 32 der Platine 30 verbunden. Auf der zweiten Seite der Platine befindet sich der Widerstand 8. Der zweite Anschluss des Widerstands 8 ist mit dem Außenleiter 38 verbunden. Über nicht dargestellte Durchkontaktierungen auf der Platine 30 ist der Außenleiter 38 mit der Koaxialsteckverbindung 60 und mit dem Außenleiter auf der ersten Seite 31 der Platine 30 verbunden. Die Messschleife 39 ist geschlossen.

[0028] Wie aus Fig. 2A hervorgeht ruft ein in Pfeilrichtung 36 fließender Strom auf dem Innenleiter 1 ein Magnetfeld hervor, dessen Feldlinien kreisförmig um den Innenleiter 1 herum verlaufen. Die Magnetfeldlinien verlaufen in Richtung des Pfeils 33. An Punkt 34 treten sie aus und an Punkt 35 treten sie wieder ein. Die von der Messschleife 39 aufgespannte Fläche wird von den Feldlinien des Magnetfelds durchflossen, wobei in der Messschleife 39 eine Spannung induziert wird. Diese Einkopplung erfolgt mit einem Winkelfehler von 90°. Die zur Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Messspannung, welche eine Vorlaufdämpfung im Mittel von z.B. 57,5 dB aufweist, wird durch die induzierte Spannung stark gestört. Die zur Wurzel der Leistung des rücklaufenden Hochfrequenzsignals proportionale Messspannung, welche eine Rücklaufdämpfung im Mittel von z.B. 95 dB aufweist, wird durch die induzierte Spannung derart überlagert, dass sie nicht mehr gemessen werden kann.

[0029] Auch bei Anschluss der Signalquelle an den Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 und der komplexen Last an den Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 erfolgt die parasitäre Einkopplung gemäß dem dargestellten Sachverhalt.

[0030] Fig. 2B zeigt im Folgenden die erfindungsgemäß bevorzugte Lösung zur Vermeidung von parasitären Einkopplungen in die Messschleife. Der Aufbau und die Stromrichtung sind im Wesentlichen gleich wie bei Fig. 2A, weshalb hier auf die Beschreibung von Fig. 2A verwiesen wird. Beide Widerstände 4 und 6 des Spannungsteilers sollten daher nicht auf der gleichen Seite der Platine 30 angeordnet sein. Deshalb wird der Widerstand 6 des Spannungsteilers nicht mehr auf der ersten Seite 31 Platine 30, sondern auf der dem Eingangsanschluss 13 abgewandten Seite 32 der Platine 30 angeordnet, wo auch der Widerstand 8 angeordnet ist. Die Signalleitung vom Knoten 12 zur Koaxialsteckverbindung 60 liegt auf der zweiten Seite 32 Platine 30 und wurde nur zur Verdeutlichung beabstandet von der Platine 30 eingezeichnet. Diese Art der Anordnung führt dazu, dass sich über den Außenleiter keine geschlossene Messschleife aufbaut, über die durch ein Magnetfeld eine Spannung induziert werden kann. Alle Widerstände 4,6,8,11 und/oder Kondensatoren 7,9,10 einer Messeinheit 22,23 werden dabei auf einer Platine 30 angeordnet.

[0031] Fig. 3A zeigt die erste Seite 31 der Platine 30. Die Platine 30 weist in der Mitte eine kreisrunde Aussparung 40 auf, durch die der Innenleiter 1 hindurchgeführt ist. Der Innenleiter 1 wird über eine Lötverbindung 37 und/oder eine Schraubverbindung derart mit der ersten Seite 31 Platine 30 verbunden, dass ein niederohmiger elektrischer Kontakt zwischen dem Innenleiter 1 und der Leiterbahn 41 hergestellt ist. Diese Leiterbahn 41 verbindet den ersten Anschluss des Widerstands 4 galvanisch mit dem Innenleiter 1. Der zweite Anschluss des Widerstands 4 ist mit den ersten Anschlüssen der Trimmkondensatoren 7 und 10 verbunden. Zwischen den ersten Anschlüssen der Trimmkondensatoren 7 und 10 befindet sich die Durchkontaktierung 37, die die erste Seite 31 mit der zweiten Seite 32 der Platine 30 verbindet. Der zweite Anschluss des Kondensators 10 ist mit Masse verbunden. Der zweite Anschluss des Kondensators 7 wird über eine weitere Durchkontaktierung, die nicht dargestellt ist, mit dem zweiten Anschluss des Widerstands 6 verbunden.

[0032] Fig. 3B zeigt die zweite Seite 32, bzw. die dem Eingangsanschluss 13 abgewandte Seite 32 der Platine 30. Der Innenleiter 1 wird auf der zweiten Seite 32 durch die Aussparung 40 der Platine 30 geführt. Zu erkennen sind zwei Ringe 42 und 43. Die Fläche 44 zwischen beiden Ringen zeigt die Auflagefläche des Federelements 45, welches mit der zweiten Seite 32 der Platine 30 über die Auflagefläche derart verbunden ist, dass ein niederohmiger elektrischer Kontakt zwischen dem Federelement 45 und der Platine 30 hergestellt ist. Dies geschieht vorteilhafterweise durch einen Lötprozess. Das Federelement 45 wird zusätzlich über nicht dargestellte Löcher in der Platine 30 mit dieser verankert, so dass das Federelement 45 auch bei radialen Kräften fest mit der Platine 30 verbunden bleibt. Ringförmig sind um das Federelement 45 verschiedene Bauteile angeordnet. Der Widerstand 8 aus Fig. 1 setzt sich dabei aus einer Vielzahl von einzelnen parallel geschalteten Widerständen zusammen, die ringförmig um das Federelement 45 angeordnet sind und dieses kontaktieren. Bei den Widerständen handelt es sich im Ausführungsbeispiel um 42 einzelne Widerstände 8₁ bis 8₄₂. Ihr zweiter Anschluss ist mit dem äußeren Außenleiter 38 des Breitbandrichtkopplers verbunden. Der Widerstandsring, welcher aus den ringförmig angeordneten Widerständen besteht, ist an dem Auskoppelanschluss unterbrochen, wodurch ein Ringsegment mit zwei Enden entsteht. Wünschenswert ist, dass der Strom auf dem inneren Außenleiter 3 gleichmäßig über alle Widerstände 8₁ bis 8₄₂ gegen den äußeren Außenleiter 38 abfließt.

[0033] Jeder Widerstand weist einen Widerstandswert von im Ausführungsbeispiel ungefähr 12,1 Ohm auf, wobei der nominelle Widerstandswert prinzipbedingt zu den Enden des Widerstandrings hin abnimmt. Die Widerstände 8₁ und 8₄₂ weisen einen Widerstandswert von 10 Ohm auf. Die mit jedem Widerstand einhergehende Induktivität soll sich durch die Parallelschaltung derart verkleinern, dass sich keine Phasenfehler in den Messwert ergeben. Allerdings unterscheidet sich die Induktivität der parallel geschalteten Widerstände 8₁ bis 8₄₂ in der Realität derart von dem berechneten Modell, dass eine zusätzliche Kompensation sinnvoll ist. Hierzu wird die Kapazität 9 aus Fig. 1 aus bis zu vier einzelnen Kondensatoren 9₁ bis 9₄ gebildet, von denen jeweils zwei Kondensatoren mit ihren Anschlüssen parallel an jedes Ende des Widerstandrings geschaltet sind. Die Kapazität der parallel geschalteten Kondensatoren 9₁ bis 9₄ wird so gewählt, dass die Induktivität der parallel geschalteten Widerstände 8₁ bis 8₄₂ z.B. bei einer Frequenz von 250 MHz kompensiert wird.

[0034] Zwischen den beiden Enden des Widerstandrings befindet sich der Widerstand 6 des Spannungsteilers. Unmittelbar daneben und über seinen ersten Anschluss mit dem ersten Anschluss des Widerstands 6 verbunden liegt der Widerstand 11, an dessen zweiten Anschluss eine Messspannung abgegriffen ist, die zu der Wurzel der Leistung des vorlaufenden oder rücklaufenden Hochfrequenzsignals proportional ist. Der Widerstand 11 weist im Ausführungsbeispiel einen Widerstandwert von ungefähr 160 Ohm auf. Diese Messspannung wird mit einem Koaxialstecker, vorzugsweise einer SMP- oder SMA-Koaxialsteckverbindung, aus dem Breitbandrichtkoppler geführt, welcher am Auskoppelanschluss 15 angebracht ist.

[0035] Fig. 4 zeigt den Gehäusekörper 38 des erfindungsgemäßen Breitbandrichtkopplers. Der Gehäusekörper 38 besteht aus einem massiven leitfähigen Metall, vorzugsweise Aluminium. In diesem massiven leitfähigen Gehäusekörper 38 sind jeweils links- und rechtsseitig zwei zylinderförmige Ausnehmungen ausgebildet, deren Wandungen einen inneren 3 und einen äußeren Außenleiter 38 bilden. Der äußere Außenleiter 38 liegt auf dem gleichen Potential wie der Gehäusekörper 38 und weist deshalb das gleiche Bezugszeichen auf. Diese zylinderförmigen Ausnehmungen weisen einen inneren Radius 58 und einen äußeren Radius 57 auf. Der äußere Radius 57 ist geringfügig größer als der äußere Radius des als Hohlzylinder ausgeführten Ringbandkerns 2. Der innere Radius 58 ist geringfügig kleiner als der innere Radius des als Hohlzylinder ausgeführten Ringbandkerns 2. Dadurch kann der Ringbandkern 2 in den Gehäusekörper 38 des Breitbandrichtkopplers eingeführt werden.

[0036] Entlang der Längsachse 51 des Gehäusekörpers 38 bleibt nach der ersten Ausnehmung noch ein Vollzylinder mit einem Außenradius stehen, der dem inneren Radius 58 der ersten zylinderförmigen Ausnehmung entspricht. Die erste Ausnehmung, die auf beiden Seiten des Gehäusekörpers 38 vorgenommen wird, darf nur so tief sein, dass der Ringbandkern 2 gerade eingeführt werden kann und gleichzeitig die Platine auf beide Enden des Gehäusekörpers 38 geschraubt werden kann. Die ersten links- und rechtsseitigen Ausnehmungen sind dabei durch eine metallische Trennwand 71 getrennt. Die Ausnehmung selbst kann vorzugsweise durch eine Fräsung geschehen.

[0037] Der Vollzylinder und damit der innere Außenleiter 3, welcher entlang der Längsachse 51 des Gehäusekörpers 38 stehen bleibt, wird durch eine weitere links- und rechtsseitige zylinderförmige Ausnehmung zum Hohlzylinder erweitert. Der innere Radius des Hohlzylinders muss so groß sein, dass ein Innenleiter 1 eingeführt werden kann, ohne dass es zu einem Kontakt des Innenleiters 1 mit dem inneren Außenleiter 3 kommt, sei es durch direkte Berührung oder infolge eines Überschlags aufgrund zu hoher elektrischer Feldstärken. Diese zweite Ausnehmung verläuft im Gegensatz zu der ersten Ausnehmung entlang der Längsachse 51 durch den gesamten Gehäusekörper 38. Die Ausnehmung erfolgt vorteilhafterweise durch eine Bohrung oder Fräsung. Dadurch werden zwei unabhängige Messeinheiten 22 und 23 für das vorlaufende und das rücklaufende Hochfrequenzsignal gebildet.

[0038] Der Innenleiter 1 kann an seinen Enden mit einer Gewindebohrung versehen sein, damit er an die Platine 30 geschraubt werden kann. Ein Teil einer Schraube 53 ist exemplarisch in Fig. 4 eingezeichnet. Der Gehäusekörper 38 weist an jedem Ende vier Gewindebohrungen 54 auf, die jeweils denselben Abstand zu einer Ecke haben. Über diese Gewindebohrungen 54 wird auf jedes Ende des Gehäusekörpers 38 des Breitbandrichtkopplers eine Platine 30 und ein Gehäusedeckel 62 geschraubt, wobei die Platinen 30 bevorzugt identisch aufgebaut sind. Der Gehäusekörper 38 weist weiterhin seitlich eine Einbuchtung 52 auf, die derart ausgeformt ist, dass sie sich an eine SMP- oder SMA-Koaxialsteckverbindung die an der Platine 30 befestigt ist, anpasst. Mittig an der Oberseite weist der Gehäusekörper 38 am Rand jeweils eine Ausnehmung 55 auf, deren Form einem halben Vollzylinder entspricht. Am Boden dieser Ausnehmung 55 ist jeweils eine weitere Gewindebohrung 56 ausgebildet. Über diese Gewindebohrung 56 kann der Gehäusekörper 38 des Breitbandrichtkopplers dauerhaft in einem weiteren Gehäuse oder Gerät fixiert werden.

[0039] Fig. 5 zeigt die Innenansicht des Breitbandrichtkopplers ohne den Gehäusekörper 38. Zu sehen sind die beiden Ringbandkerne 2, die durch eine nicht dargestellte metallische Trennwand 71 voneinander beabstandet in der Mitte des Breitbandrichtkopplers um den in Fig. 5 nicht dargestellten inneren Außenleiter 3 angeordnet sind. Der Innenleiter 1 besteht je nach Ausführungsform aus einem durchgehenden Leiter, wie in Fig. 5 dargestellt, oder aus Leitersegmenten, in deren Ende jeweils ein Gewinde ausgebildet ist, über welches zwei Leiter mit einer entsprechenden Schraube 53 verbunden werden können. Der Innenleiter 1 ist dabei aus drei Leitersegmenten aufgebaut, wobei sich ein Leitersegment jeweils auf der ersten Seite 31 der Platine 30 einer jeden Messeinheit 22,23 befindet. Ein weiteres Leitersegment verbindet die zweite Seite 32 der ersten Platine 30 der ersten Messeinheit 22 mit der zweiten Seite 32 der zweiten Platine 30 der zweiten Messeinheit 23. Der Innenleiter 1 wird dabei konzentrisch durch die links- und rechtsseitige Ausnehmung geführt. Der Durchmesser des Innenleiters 1 ist dabei derart angepasst, dass ein Wellenwiderstand des Breitbandkopplers auf einen Systemwellenwiderstand von insbesondere 50 Ohm angepasst ist. Hierzu kann sich der Durchmesser des Innenleiters 1 mehrfach ändern. Dies ist sowohl bei einem durchgehenden Innenleiter 1, als auch bei einem aus mehreren Innenleitersegmenten bestehenden Innenleiter 1 möglich.

[0040] Weiterhin ist in Fig. 5 das Federelement 45 zu sehen, welches auf der zweiten Seite 32 der Platine 30 angeordnet ist. Das Federelement 45 besteht aus einzelnen voneinander getrennten Federsegmenten, die unter Einwirkung einer Kraft nach radial außen gebogen werden können. Das Federelement 45 ist auf der dem Eingangsanschluss 13 abgewandten Seite der Platinen 30 dabei so angeordnet, dass es den inneren Außenleiter 3 derart umschließt, dass ein niederohmiger elektrischer Kontakt hergestellt ist und gleichzeitig keinerlei radiale Bewegungen des inneren Außenleiters 3 mehr möglich sind.

[0041] Weiterhin sind mehrere Befestigungselemente 61, vorzugsweise Schrauben, zu sehen, die den Gehäusedeckel 62 mit der Platine 30 und dem Gehäusekörper 38 derart verbinden, dass ein niederohmiger elektrischer Kontakt und damit ein durchgehender äußerer Außenleiter 38 hergestellt ist. Weiterhin weist jede Platine 30 zumindest eine SMP-oder SMA-Koaxialsteckverbindung 60 auf, die mit dem Auskoppelanschluss 15 und dem äußeren Außenleiter 38 verbunden ist. Hierzu werden im Gehäusedeckel 62 und im Gehäusekörper 38 entsprechende Aussparungen 52 vorgenommen.

[0042] Fig. 6 zeigt den zeigt den vollständigen Breitbandrichtkoppler bestehend aus dem Gehäusedeckel 62, der Platine 30 und dem Gehäusekörper 38. Der Gehäusekörper weist, wie in Fig. 4 dargestellt, zwei Ausnehmungen 55 auf, die je über eine Gewindebohrung 56 verfügen. Der Gehäusedeckel 62 weist an den Ecken vier gesenkte Gewindebohrungen auf, so dass der Gehäusedeckel 62 mit den Schrauben 61 zusammen mit der Platine 30 an den Gehäusekörper 38 fest fixiert werden kann. Eine weitere Bohrung im Gehäusedeckel 62 dient dazu, dass der Innenleiter 1 aus dem Breitbandrichtkoppler geführt werden kann. An die Enden des Innenleiters 1 kann eine Koaxialsteckverbindung angebracht werden.

[0043] Fig. 7 zeigt zur Verdeutlichung des Aufbaus einen Schnitt entlang der Längsachse 51 durch den erfindungsgemäßen Breitbandrichtkoppler. Die einzelnen Bestandteile des Breitbandrichtkopplers, bestehend aus dem Gehäusedeckel 62, der Platine 30 und dem Gehäusekörper 38, welche über die Schrauben 61 fest miteinander verbunden sind, sind hier besonders gut zu erkennen. Der Innenleiter 1 wird durch die durchgehende Bohrung durch den Breitbandrichtkoppler geführt. Die nicht leitfähigen Zentrierelemente 70 dienen dazu, den Innenleiter 1 in Position zu halten. Über eine nicht dargestellte Lötverbindung 37 wird der Widerstand 4 des Spannungsteilers mit dem Innenleiter 1 galvanisch verbunden. Gut zu sehen sind neben dem spiegelsymmetrischen Aufbau der Anordnung entlang der Achse 21 auch die zylinderförmigen Ausnehmungen auf der linken und der rechten Seite, in welche die Ringbandkerne 2 eingeführt sind.

[0044] Durch die metallische Trennwand 71 sind zum einen die zylinderförmigen Ausnehmungen voneinander getrennt, wodurch sich zwei unabhängige Messeinheiten 22 und 23 für das vorlaufende und das rücklaufende Hochfrequenzsignal bilden und zum anderen ist über diese metallische Trennwand 71 der innere Außenleiter 3 mit dem äußeren Außenleiter 38 und damit mit dem Gehäusekörper 38 verbunden. Gut zu erkennen ist das bereits anhand von Fig. 3B und Fig. 5 beschriebene Federelement 45, durch welches der innere Außenleiter 3 elektrisch niederohmig mit der Platine 30 kontaktiert wird. Das Federelement 45 dient gleichzeitig zur Fixierung der Ringbandkerne 2, so dass keine Bewegungen in axialer Richtung mehr möglich sind. Über die Platine 30 fließt der Strom über den Widerstand 8 vom inneren Außenleiter 3 zurück zum äußeren Außenleiter 38. Die Platine 30 ist im Bereich des äußeren Außenleiters 38 beidseitig z.B. mit Kupfer beschichtet und mehrfach durchkontaktiert. Über die fest angezogene Schraubverbindung 61 wird der äußere Außenleiter 38 über die Platine 30 elektrisch niederohmig mit dem Gehäusedeckel verbunden.

[0045] Wird das Ende des Innenleiters 1 der ersten Messeinheit 22 mit dem Ausgang eines Leistungsverstärkers und das zweite Ende des Innenleiters 1 der zweiten Messeinheit 23 mit einer komplexen Last verbunden, so stellt sich bei einer positiven Halbwelle des Hochfrequenzsignals und unter der Bedingung, dass die Leistung ausschließlich vom Leistungsverstärker in die komplexe Last übertragen wird und keine Reflexionen stattfinden, ein Stromverlauf entsprechend der Pfeilrichtung 72 auf dem Innenleiter 1 ein. In diesem Anschlussbeispiel steht am Auskoppelanschluss 15 der ersten Messeinheit 22 eine Messspannung bereit, die proportional zur Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals ist, und am Auskoppelanschluss 15 der zweiten Messeinheit 23 steht eine Messspannung bereit, die proportional zur Wurzel der Leistung des rücklaufenden Hochfrequenzsignals ist.

[0046] Die über dem Spannungsteiler einer jeden Messeinheit 22 und 23 abfallende Messspannung ist gleich groß und in diesem Beispiel positiv. Der Stromverlauf des in diesem Beispiel über den Gehäusedeckel 62, die Platine 30 und den Gehäusekörper 38 zurückfließenden Stroms entspricht der Pfeilrichtung 73. Am Eingang der zweiten Messeinheit 23 teilt sich der Strom auf, wobei nur ein kleiner Teil entlang des äußeren Außenleiters 38 zum Leistungsverstärker zurück fließt. Der größte Teil fließt über den Widerstand 8 der zweiten Messeinheit 23 gegen den inneren Außenleiter 3 der zweiten Messeinheit 23 ab. Entsprechend dem Schaltplan aus Fig. 1 fällt in diesem Fall über dem Widerstand 8 der zweiten Messeinheit 23 eine negative Spannung ab. Diese Spannung wird am Knoten 12 der zweiten Messeinheit 23 der positiven Spannung des Spannungsteilers zugeführt. Beide Spannungen haben dieselbe Amplitude, allerdings unterschiedliche Vorzeichen. Am Auskoppelanschluss 15 der zweiten Messeinheit 23 wird in diesem Fall keine Spannung gemessen.

[0047] Es fließt ein Teil des Stroms vom inneren Außenleiter 3 der zweiten Messeinheit 23 über die metallische Trennwand 71 zurück in den äußeren Außenleiter 38. Ein Teil des Stroms vom inneren Außenleiter 3 der zweiten Messeinheit 23 fließt zusammen mit einem Teil des Stroms, kommend vom äußeren Außenleiter 38, in den inneren Außenleiter 3 der ersten Messeinheit 22. Dieser Strom fließt über den Widerstand 8 der ersten Messeinheit 22 zurück auf den äußeren Außenleiter 38. Entsprechend dem Schaltplan aus Fig. 1 fällt in diesem Fall über dem Widerstand 8 der ersten Messeinheit 22 eine positive Spannung ab. Diese Spannung wird am Knoten 12 der ersten Messeinheit 22 zu der positiven Spannung des Spannungsteilers addiert. Beide Spannungen haben dieselbe Amplitude, und dasselbe Vorzeichen. Am Auskoppelanschluss 15 der ersten Messeinheit 22 wird in diesem Fall eine Spannung gemessen, die proportional zur Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals ist.

[0048] Dasselbe gilt für die negative Halbwelle des Hochfrequenzsignals, nur dass in diesem Fall die Vorzeichen bei Spannung und Strom vertauscht sind. Selbiges gilt für den Fall, dass die Signalquelle an den Eingangsanschluss 13 der zweiten Messeinheit 23 angeschlossen ist und die komplexe Last mit dem Eingangsanschluss 13 der ersten Messeinheit 22 verbunden ist.

[0049] Bei einem Stehwellenverhältnis größer als eins, kann an beiden Auskoppelanschlüssen 15 eine Spannung gemessen werden. Aus diesen beiden Spannungen lässt sich die Leistung des vorlaufenden und des rücklaufenden Hochfrequenzsignals berechnen. Die hochpermeablen Ringbandkerne 2 sorgen dafür, dass der Großteil des Stroms über den Widerstand 8 fließt. Ohne die Ringbandkerne 2 würde sich in der dann leeren zylinderförmigen Ausnehmung eine Induktivität aufbauen, über die der Widerstand 8 kurzgeschlossen würde. Dadurch könnte kein nennenswerter Spannungsabfall über dem Widerstand 8 gemessen werden. Die Permeabilität des Ringbandkerns 2 bestimmt dabei die untere Arbeitsfrequenz des Breitbandrichtkopplers.

[0050] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Elemente sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.

Ansprüche

1. Breitbandrichtkoppler zur Messung der Leistung eines vorlaufenden und/oder eines rücklaufenden Hochfrequenzsignals auf einer Leitung,
wobei der Breitbandrichtkoppler einen Spannungsteiler aufweist, der mit einem Innenleiter (1) der Leitung verbunden ist, und einen ersten Widerstand (8) aufweist, dessen erster Anschluss direkt oder indirekt mit einem Außenleiter der Leitung verbunden ist und dessen zweiter Anschluss mit der Masse verbunden ist,
wobei der Spannungsteiler ohmsche Widerstände aufweist, wobei ein erster Anschluss eines zweiten Widerstands (4) mit dem Innenleiter (1) der Leitung verbunden ist und wobei ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands (4) mit einem ersten Anschluss eines dritten Widerstands (6) verbunden ist,
wobei ein zweiter Anschluss des dritten Widerstands (6) mit dem ersten Anschluss des ersten Widerstands (8) verbunden ist,
und wobei an dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands (4) bzw. an dem ersten Anschluss des dritten Widerstands (6) eine Messspannung abgegriffen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle Widerstände (4,6,8) auf einer Platine (30) angebracht sind und
dass der zweite und der dritte Widerstand (4,6) nicht auf der gleichen Seite der Platine (30) angeordnet sind, dass der dritte Widerstand (6) auf der gleichen Seite der Platine (30) angeordnet ist, wie der erste Widerstand (8), und dass der Breitbandrichtkoppler einen leitfähigen Gehäusekörper (38) aufweist, in welchem jeweils links- und rechtsseitig zwei zylinderförmige Ausnehmungen ausgebildet sind, deren Wandungen einen inneren und einen äußeren Außenleiter (3,38) bilden, zwischen denen zumindest ein hochpermeabler Ringbandkern (2) angeordnet ist.

2. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zu den Anschlüssen des ersten und/oder des dritten Widerstands (8,6) zumindest ein Kondensator (9,7) geschalten ist und/oder dass ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands (8) mit Masse verbunden ist.

3. Breitbandrichtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands (4) bzw. mit dem ersten Anschluss des dritten Widerstands (6) ein erster Anschluss eines weiteren Kondensators (10) und ein erster Anschluss eines vierten Widerstands (11) verbunden sind,
dass ein zweiter Anschluss des weiteren Kondensators (10) mit Masse verbunden ist und
dass an einem zweiten Anschluss des vierten Widerstands (11) ein Messsignal zur Verfügung gestellt ist.

4. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenleiter (1) mit der Platine (30) verlötet und/oder verschraubt ist.

5. Breitbandrichtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei der Leitung um eine Koaxialleitung handelt.

6. Breitbandrichtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei zylinderförmige Ausnehmungen durch eine metallische Trennwand (71) getrennt sind, wodurch zwei unabhängige Messeinheiten (22,23) für das vorlaufende und das rücklaufende Hochfrequenzsignal gebildet sind.

7. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Messeinheit (22,23) über zumindest einen Eingangsanschluss (13) und über zumindest einen Auskoppelanschluss (15) verfügt und jeder Eingangsanschluss (13) mit einer Quelle oder mit einer Last verbindbar ist und
dass am Auskoppelanschluss (15) ein der Wurzel der Leistung des vorlaufenden Hochfrequenzsignals oder ein der Wurzel der Leistung des rücklaufenden Hochfrequenzsignals proportionales Messsignal anliegt.

8. Breitbandrichtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf jedes der beiden Enden des Gehäusekörpers (38) des Breitbandrichtkopplers eine Platine (30) und ein Gehäusedeckel (62) aufgesetzt sind und
dass die Platinen (30) identisch aufgebaut sind.

9. Breitbandrichtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass konzentrisch durch zwei zylinderförmige Ausnehmungen des Gehäusekörpers (38) der Innenleiter (1) geführt ist, dessen Durchmesser so angepasst ist, dass ein Wellenwiderstand des Breitbandkopplers auf einen vorgesehenen Systemwellenwiderstand von insbesonderen 50 Ohm angepasst ist.

10. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der dem Eingangsanschluss (13) abgewandten Seite (32) der Platine (30) jeweils ein Federelement (45) angeordnet ist, welches den inneren Außenleiter (3) derart umschließt, dass ein elektrischer Kontakt hergestellt ist und gleichzeitig keinerlei radiale Bewegungen des inneren Außenleiters (3) mehr möglich sind.

11. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Widerstand (8) aus einer Vielzahl von einzelnen parallel geschalteten ohmschen Einzelwiderständen besteht, die ringförmig um das Federelement (45) angeordnet sind und dieses kontaktieren.

12. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Widerstandsring aus den ringförmig angeordneten Einzelwiderständen an dem Auskoppelanschluss (15) unterbrochen ist und dadurch ein Ringsegment mit zwei Enden entsteht und an jedes Ende zumindest ein Kondensator (9) parallel geschaltet ist.

13. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittig an einer Unterbrechungsstelle des Widerstandrings der dritte Widerstand (6) angeordnet ist.

14. Breitbandrichtkoppler nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Kondensator (7), welcher parallel zu den Anschlüssen des dritten Widerstands (6) geschalten ist, um einen Trimmkondensator (7) handelt, dessen Kapazität derart eingestellt ist, dass sich eine Zeitkonstante aus der Kapazität des Trimmkondensators (7) und dem Widerstandswert des dritten Widerstands (6) ergibt, welche zumindest annähernd gleich einer weiteren Zeitkonstante ist, die sich aus dem Widerstandswert des zweiten Widerstands (4) zusammen mit seiner Kappenkapazität (5) ergibt.

Claims

1. Broadband directional coupler for measuring the power of a forward and/or a return high-frequency signal on a line,
wherein the broadband directional coupler exhibits a voltage divider which is connected with an inner conductor (1) of the line, and exhibits a first resistor (8) the first connection of which is connected directly or indirectly with an outer conductor of the line and the second connection of which is connected with ground, wherein the voltage divider exhibits ohmic resistors, wherein a first connection of a second resistor (4) is connected with the inner conductor (1) of the line and wherein a second connection of the second resistor (4) is connected with a first connection of a third resistor (6),
wherein a second connection of the third resistor (6) is connected with the first connection of the first resistor (8),
and wherein a voltage to be measured is tapped at the second connection of the second resistor (4) or at the first connection of the third resistor (6), characterised in that
all the resistors (4, 6, 8) are mounted on a circuit board (3) and
in that the second and the third resistor (4, 6) are not arranged on the same side of the circuit board (30), in that the third resistor (6) is arranged on the same side of the circuit board (30) as the first resistor (8), and in that the broadband directional coupler exhibits a conducting housing body (38) in which in each case two cylindrical recesses are formed on the left-hand side and the right-hand side, the walls of which form an internal and an external outer conductor (3, 38) between which is arranged at least one highly permeable toroidal tape core (2).

2. Broadband directional coupler according to claim 1,
characterised in that
at least one capacitor (9, 7) is connected parallel to the connections of the first and/or of the third resistor (8, 6) and/or in that a second connection of the first resistor (8) is connected with ground.

3. Broadband directional coupler according to one of claims 1 to 2,
characterised in that
a first connection of a further capacitor (10) and a first connection of a first resistor (11) are connected with the second connection of the second resistor (4) and with the first connection of the third resistor (6) respectively,
in that a second connection of the further capacitor (10) is connected with ground and
in that a signal to be measured is made available at a second connection of the fourth resistor (11).

4. Broadband directional coupler according to claim 1,
characterised in that
the inner conductor (1) is soldered and/or screwed to the circuit board (30).

5. Broadband directional coupler according to one of claims 1 to 4,
characterised in that
the line is a coaxial line.

6. Broadband directional coupler according to one of claims 1 to 5,
characterised in that
two cylindrical recesses are separated by a metal dividing wall (71), through which two independent measuring units (22, 23) are formed for the forward and the return high-frequency signal.

7. Broadband directional coupler according to claim 6,
characterised in that
each measuring unit (22, 23) has at least one input connection (13) and at least one decoupling connection (15) and each input connection (13) can be connected with a source or with a load and
in that a signal to be measured proportional to the root of the power of the forward high-frequency signal or a signal to be measured proportional to the root of the power of the return high-frequency signal is present at the decoupling connection (15).

8. Broadband directional coupler according to one of claims 1 to 7,
characterised in that
a circuit board (30) and a housing cover (62) are mounted on each of the two ends of the housing body (38) of the broadband directional coupler and
in that the circuit boards (30) are identical in construction.

9. Broadband directional coupler according to one of claims 1 to 8,
characterised in that
the inner conductor (1) is guided concentrically through two cylindrical recesses of the housing body (38), its diameter being adjusted so that a wave resistance of the broadband coupler is matched to a predetermined system wave resistance of in particular 50 Ohms.

10. Broadband directional coupler according to claim 7,
characterised in that
arranged on the side (32) of the circuit board (30) remote from the input connection (13) there is in each case a spring element (45) which surrounds the internal outer conductor (3) in such a way that an electrical contact is produced and at the same time no further radial movements of the internal outer conductor (3) are possible any more.

11. Broadband directional coupler according to claim 10,
characterised in that
the first resistor (8) consists of a plurality of individual parallel connected separate Ohmic resistors which are arranged in the form of a ring around the spring element (45) and contact the latter.

12. Broadband directional coupler according to claim 11,
characterised in that
a ring of resistors consisting of the separate resistors arranged in the form of a ring is interrupted at the decoupling connection (15) and as a result a ring segment is produced with two ends and at least one capacitor (9) is connected in parallel at each end.

13. Broadband directional coupler according to claim 12,
characterised in that
the third resistor (6) is arranged centrally at a point of interruption of the ring of resistors.

14. Broadband directional coupler according to claim 2,
characterised in that
the capacitor (7) which is connected parallel to the connections of the third resistor (6) is a trimming capacitor (7) the capacitance of which is set in such a way that a time constant is obtained from the capacitance of the trimming capacitor (7) and the resistance value of the third resistor (6) which is at least approximately the same as a further time constant which is obtained from the resistance value of the second resistor (4) together with its cap capacitance (5).

Revendications

1. Coupleur directionnel à large bande pour mesurer la puissance d'un signal haute fréquence aller et/ou retour sur une ligne,
dans lequel le coupleur directionnel à large bande présente un diviseur de tension, qui est relié à un conducteur intérieur (1) de la ligne, et présente une première résistance (8), dont la première borne est reliée directement ou indirectement à un conducteur extérieur de la ligne et dont une seconde borne est reliée à la masse,
dans lequel le diviseur de fréquence présente des résistances ohmiques,
dans lequel une première borne d'une seconde résistance (4) est reliée au conducteur intérieur (1) de la ligne et
dans lequel une seconde borne de la seconde résistance (4) est reliée à une première borne d'une troisième résistance (6),
dans lequel une seconde borne de la troisième résistance (6) est reliée à la première borne de la première résistance (8),
et dans lequel une tension de mesure est appliquée à la seconde borne de la seconde résistance (4) ou à la première borne de la troisième résistance (6),
caractérisé en ce que
toutes les résistances (4, 6, 8) sont disposées sur une carte de circuits imprimés (30) et
en ce que la seconde et la troisième résistance (4, 6) ne sont pas disposées sur le même côté de la carte de circuits imprimés (30), en ce que la troisième résistance (6) est disposée sur le même côté de la carte de circuits imprimés (30), comme la première résistance (8), et en ce que le coupleur directionnel à large bande présente un corps de boîtier conducteur (38), dans lequel deux évidements de forme cylindrique sont réalisés respectivement à droite et à gauche, dont les parois forment un conducteur extérieur interne et externe (3, 38), entre lesquels est disposé au moins un tore enroulé hautement perméable (2).

2. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que
au moins un condensateur (9, 7) est monté parallèlement aux bornes de la première et/ou de la troisième résistance (8, 6) et/ou en ce qu'une seconde borne de la première résistance (8) est reliée à la masse.

3. Coupleur directionnel à large bande selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que
une première borne d'un autre condensateur (10) et une première borne d'une quatrième résistance (11) sont reliées à la seconde borne de la seconde résistance (4) ou à la première borne de la troisième résistance (6),
en ce qu'une seconde borne de l'autre condensateur (10) est reliée à la masse et
en ce qu'un signal de mesure est disponible à une seconde borne de la quatrième résistance (11).

4. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le conducteur interne (1) est soudé et/ou vissé sur la carte de circuits imprimés (30).

5. Coupleur directionnel à large bande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
en ce qui concerne la ligne, il s'agit d'une ligne coaxial.

6. Coupleur directionnel à large bande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que
deux évidements de forme cylindrique sont séparés par une paroi de séparation métallique (71), qui forme deux unités de mesure indépendantes (22, 23) pour le signal haute fréquence aller et retour.

7. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 6, caractérisé en ce que
chaque unité de mesure (22, 23) comporte au moins une borne d'entrée (13) et au moins une borne de couplage (15) et chaque borne d'entrée (13) peut être reliée à une source ou à une charge et
en ce qu'un signal de mesure proportionnel à la racine de la puissance du signal haute fréquence aller ou à la racine de la puissance du signal haute fréquence retour se trouve à la borne de découplage (15).

8. Coupleur directionnel à large bande selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que
une carte de circuits imprimés (30) et un couvercle de boîtier (62) sont situés à chacune des deux extrémités du corps de boîtier (38) du coupleur directionnel à large bande et
les cartes de circuits imprimés (30) sont réalisées de façon identique.

9. Coupleur directionnel à large bande selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que
le conducteur intérieur (1) est guidé concentriquement à travers deux évidements de forme cylindrique du corps de boîtier (38), dont le diamètre est adapté de sorte qu'une impédance du coupleur à large bande est adaptée sur une impédance de système prévu en particulier de 50 ohms.

10. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 7, caractérisé en ce que
sur un côté (32) opposé à la borne d'entrée (13) de la carte de circuits imprimés (30) est disposé respectivement un élément élastique (45), qui entoure le conducteur extérieur interne (3) de sorte qu'un contact électrique est généré et simultanément aucun mouvement radial du conducteur extérieur interne(3) n'est plus possible.

11. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 10, caractérisé en ce que
la première résistance (8) est constituée d'une pluralité de résistances unitaires ohmiques montées en parallèle individuelles, qui sont réalisées en forme d'anneau autour de l'élément élastique (45) et viennent en contact de celui-ci.

12. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 11, caractérisé en ce que
un anneau résistif constitué des résistances unitaires disposées annulairement est interrompu à la borne de découplage (15) et ainsi il en résulte un segment d'anneau avec deux extrémités et à chaque extrémité est monté en parallèle au moins un condensateur (9).

13. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 12, caractérisé en ce que
la troisième résistance (6) est disposée au milieu du point d'interruption de l'anneau résistif.

14. Coupleur directionnel à large bande selon la revendication 2, caractérisé en ce que
concernant le condensateur (7), qui est monté en parallèle aux bornes de la troisième résistance (6), il s'agit d'un condensateur trim (7), dont la capacité est réglée de sorte qu'une constante de temps résulte de la capacité du condensateur trim (7) et de la valeur de résistance de la troisième résistance (6), qui est au moins proche d'une autre constante de temps, qui résulte de la valeur de résistance de la seconde résistance (4) conjointement avec sa capacité à capot (5).

Zeichnung