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Richtungskoppler bestehend aus miteinander verkoppelten Durchgangs-
und Koppelleitern Die Erfindung bezieht sich auf einen Richtungskoppler bestehend
aus über eine bestimmte Länge miteinander verkoppelten Durchgangs- und Koppelleitern,
bei denen im Koppelbereich im Feldverlauf der Leiteranordnung ein Magnetwerkstoff,
insbesondere Ferrit, angeordnet ist.
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Es ist bekannt, neben den aus konzentrierten Elementen aufgebauten
Richtungskopplern Bauformen zu verwenden, bei denen die Induktivität und die Kapazität
in der Art einer Leitung stetig über den Koppelbereich verteilt ist. Diese, als
Leitungs-Richtungskoppler bezeichneten Anordnungen sind wegen der Einfachheit ihres
äußeren Aufbaues in vielen Formen in Gebrauch, wobei eine Anwendung außer für meßtechnische
Aufgaben vor allen Dingen auch auf dem Gebiet der Gemeinschaftsantennenantage zur
Auskopplung und Verteilung der Energie der Fernsehbereiche mit Vorteil möglich ist.
Derartige Leitungs-Richtungskoppler sind jedoch in ihrem Verhalten frequenzabhängig,
wobei jeweils bei ungeradzahligen Vielfachen einer elektrischen Länge von
ein Minimum der Koppeldämpfung auftritt. Dies bedeutet, daß bei optimaler Auslegung
der Koppeldämpfung ein Leitungs-Richtungskoppler zumindest eine elektrische Länge
von
aufweisen muß, wenn seine charakteristischen Eigenschaften voll zur Geltung kommen
sollen. Für bestimmte Frequenzbereiche, z. B. in den Fernsehbändern IV/V sind die
sich daraus ergebenden mechanischen Längen derartiger Richtungskoppler in den meisten
Fällen bereits ausreichend klein, so daß Schwierigkeiten bei der Unterbringung der
Koppler kaum auftreten. Bei der Übertragung z. B. der Fernsehbänder 1 und III ergeben
sich jedoch Längenausdehnungen, die mitunter zu baulichen Schwierigkeiten führen.
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Bei richtungsabhängigen Koppeleinrichtungen ist es bekannt, die mit
einer Spule vorgenommene Ankopplung an die zu messende Leitung durch die Verwendung
von Magnetwerkstoffen besonders fest zu gestalten. Zur Abstimmung auf verschiedene
Frequenzbereiche ist es bekannt, den elektrisch wirksamen Abstand zweier Koppelschlitze
durch Einschieben von dielektrischem Material zu verändern, wodurch jedoch auch
die Eigenschaften der jeweiligen Hochfrequenzleitungen beeinträchtigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, die Längenausdehnung der Richtungskoppler
zu verkürzen und dabei deren elektrische Eigenschaften weitgehend zu erhalten bzw.
so weit als möglich zu verbessern. Bei einem Richtungskoppler der einleitend angeführten
Ausbildung ist erfindungsgemäß die relative Permeabilität des Magnetwerkstoffes
so gewählt, daß sie im Betriebsfrequenzbereich in der Größe der relativen Dielektrizitätskonstante
des Magnetwerkstoffes liegt.
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Es ist bekannt, daß bei Leitungen, in deren felderfüllten Raum ein
Dielektrikum mit e,. > 1 eingebracht ist, eine Verkürzung der Leitungslänge urn
den Faktor
- eintritt. Eine solche Maßnahme ist jedoch bei Richtungskopplern nicht anwendbär,
weil eine richtungsabhängige Auskopplung nur dann erreicht werden kann, wenn die
induktive und die kapazitive Komponente der Kopplung in einem bestimmten Verhältnis
zueinander stehen. Außerdem ist für den Richtungskoppler die Forderung zu erfüllen,
daß er wellenwiderstandsrichtig in einem bestimmten Leitungsverlauf eingefügt werden
muß, d. h., daß die Koppelanordnung etwa den gleichen Wellenwiderstand aufweisen
soll, wie die Anschlußleitungen. Durch die Einfügung nur eines Dielektrikums könnte
somit zwar eine Verkürzung der Leitungslänge erreicht werden; zugleich aber würde
eine Verschiebung des Wellenwiderstandswertes und eine Änderung des Verhältnisses
von induktiver zu kapazitiver Kopplung eintreten, wodurch der Richtungskoppler weitgehend
unbrauchbar würde. Durch die Wahl eines Magnetwerkstoffes dessen ET und dessen u,
im Betriebsfrequenzbereich etwa gleich groß sind, ergibt sich trotz einer Veränderung
der elektrischen Länge eines Leitungsstückes keine Änderung des Verhältnisses von
induktiver zu kapazitiver Kopplung und damit des Richtverhaltens und auch keine
Änderung des Wellenwiderstandes der Kopplungsanordnung.
Dagegen
ist der Verkürzungsfaktor gleich
was bei gleich großen Werten von e,. und, u,. etwa einen Wert von ergibt. Eine für
den Aufbau der Kopplungsanordnung
vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß bei einer koaxialen Leiteranordnung
der gesamte Raum zwischen Innenleiter und Außenleiter mit Magnetwerkstoff gefüllt
und der Koppelleiter durch den Magnetwerkstoff hindurchgeführt ist.
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Wenn die Forderungen hinsichtlich des Wertes der Dielektrizitätskonstante
er und der relativen Permeabilität,u,. nicht durch einen bestimmten Magnetwerkstoff
zu erfüllen sind, kann durch eine gewischte Verwendung von Dielektrikum und Magnetwerkstoff(en)
die Einhaltung der Bedingung ,u,. = er erreicht werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Leiteranordnung im Längsschnitt, F i g.
2 und 3 Leiteranordnungen im Querschnitt. In F i g. 1 ist eine aus einem Innenleiter
1 und einem Außenleiter 2 bestehende koaxiale Leiteranordnung dargestellt, wobei
der felderfüllte Raum im Koppelbereich mit einem Magnetwerkstoff 3 gefüllt ist.
Parallel zum Innenleiter 1 verläuft ein Koppelleiter 4, der zusammen mit
dem Außenleiter 2
ebenfalls eine erdunsymmetrische Leiteranordnung bildet
und an einem Ende mit einem Widerstand 5 reflexionsfrei abgeschlossen ist, während
das andere Ende zu einem hier nicht dargestellten Verbraucher, z. B. Meß- oder Empfangsgerät,
geführt wird. Die Leiteranordnung, welche durch den Innenleiter 1 und den Außenleiter
2 gebildet wird, soll ebenso wie das durch die Leiter 4 und
2 gebildete Leitersystem einen bestimmten Wellenwiderstand, z. B. 60 Ohm,
aufweisen. Die beschriebene Anordnung ist als Richtungskoppler mit günstigen Eigenschaften
für den Frequenzbereich zu verwenden, bei dem die elektrische Länge des Koppelbereiches
der Leiter 4 und 1
etwa
beträgt. Unter Beibehaltung der Wellenwiderstandsbedingung läßt sich eine Verkürzung
der Baulänge dadurch erreichen, daß der Magnetwerkstoff 3 im Betriebfrequenzbereich
eine relative Dielektrikumskonstante e,. aufweist, die etwa die gleiche Größe hat,
wie seine relative Permeabilität ,ei, Dadurch bleiben die Koppelbedingungen, die
Richtungseigenschaften und das Wellenwiderstandsverhalten der Leitung konstant,
während für die Ausdehnung des Koppelbereiches und damit die Baulänge des Richtungskopplers
lediglich eine Länge
benötigt wird. Der Wellenwiderstand einer aus Innenleiter 1 und Außenleiter 2 bestehenden
koaxialen Leitung beträgt für Luft als Dielektrikum Z = 60 In
Ohm. Durch den Koppelleiter 4 sinkt der Wellenwiderstand um den Faktor , wobei k
den Koppelfaktor bedeutet. Diese
Verhältnisse können von vornherein so berücksichtigt werden, daß nach Einfügen des
Koppelleiters 4 wiederum Anpassung herrscht, d. h. der Wellenwiderstand derkoaxialen
Leitung 1, 2 muß ohne den Koppelleiter 4 größer sein als der für das verkoppelte
System gewünschte Betriebswellenwiderstand. Beim Einbringen des Magnetwerkstoffes
3 ändert sich dann ledilieh die elektrisch wirksame Länge des Koppelbereiches, während
die übrigen Eigenschaften des Richtungskopplers konstant bleiben.
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In denjenigen Fällen, in welchen für den gewünschten Betriebsfrequenzbereich
die relative Permeabilitä t ,u,. des Magnetwerkstoffes und seine relative Dielektrizitätskonstante
er nicht die gewünschten Werte aufweisen, kann durch die Verwendung gemischter Anordnungen
ein Ausgleich in dieser Richtung erzielt werden. In F i g. 3 ist eine analog zum
vorhergehenden Ausführungsbeispiel aufgebaute Leiteranordnung dargestellt. Das zwischen
Außenleiter 7 und Innenleiter 8 vorgesehene Dielektrikum besteht aus zwei Schichten
9 und 10, wobei 9 ein reines Dielektrikum mit lc, = 1 ist, das ein e,- i
1
hat. Der Magnetwerkstoff 10 dagegen hat ein, u,. und ein er, die
beide größer sind als 1. Für den gesamten felderfüllten Raum zwischen dem Innenleiter
8 und dem Außenleiter 7 ergibt sich eine resultierende relative Permeabilität, die
kleiner ist als der entsprechende Wert des Magnetwerkstoffes 10, während die gesamte
Dielektrizitätskonstante größer oder kleiner gewählt werden kann als die des Magnetwerkstoffes
10, je nachdem ob die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums 9 größer
oder kleiner ist als die des Magnetwerkstoffes 10. In ähnlicher Weise sind auch
gemischte Anordnungen aus verschiedenen Magnetwerkstoffen mit unterschiedlichen
relativen Permeabilitäten und Dielektrizitätskonstanten realisierbar. Der Koppelleiter
11 kann in einem der beiden Stoffe 9 bzw. 10 oder zwischen beiden angeordnet werden.
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Die Erfindung ist auch für symmetrische oder andere als koaxiale Leiteranordnungen
anwendbar und läßt auch dort eine erhebliche Verkürzung der Baulänge bei gleichbleibenden
elektrischen Eigenschaften zu.