DE2411171C3

DE2411171C3 - Analoger Reflexionsphasenschieber

Info

Publication number: DE2411171C3
Application number: DE19742411171
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing 8631 Großwalbur Ritter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-03-08
Publication date: 1978-02-16

Description

.15

gewählt ist.

3. Analoger Reflexionsphasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reflexionsphasenschicber derart zusatninengeschaltet sind, daß der Anschluß des einen Reflexionsphasenschiebers mit dem Verbindungspunkt (2) des anderen Reflexionsphasenschiebers verbunden ist, und daß der Anschluß des anderen Reflexionsphasenschiebers den Anschluß für die Gesamtanordnung darstellt.

4. Analoger Reflexionsphasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Blindwiderstände Varaktordioden (Cv) sind. so

5. Analoger Reflexionsphasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Erweiterung zu einem Durchgangsphasenschieber ein Zirkulator (6) mit wenigstens drei Anschlußarmen vorgesehen ist, die in ihrer Aufeinanderfolge in Zirkulationsrichtung den Eingangsanschluß (7), den Anschluß (5) für den Reflexionsphasenschieber und den Ausgangsanschluß (8) darstellen (F i g. ö).

6. Analoger Reflexionsphasenschieber nach einem <so der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Erweiterung zu einem Durchgangsphasenschieber ein entkoppelter 3-dB-Leistungsieiler (10) mit einem Eingang (11), einem vom Eingang entkoppelter Ausgang (13) und zwei vom Eingang <>s nicht entkoppelten Ausgängen (12), denen jeweils ein Reflexionsphasenschieber (9) nachgeschaltet ist, vorgesehen ist, und daß der Eingang (11) des Die Erfindung bezieht sich auf einen analogen Reflexionsphasenschieber, bei dem die Phase des Reflexionsfaktors kontinuierlich veränderbar ist, bei dem ein Aufbau nach Art eines jr-GIiedes mit einem von einer λ/4-Leitung gebildeten Längszweig und zwei von gleichen Reaktanzzweipolen gebildeten Querzweigen vorgesehen ist und jeder der Reaktanzzweipole aus wenigstens einem festen und einem steuerbaren Blindwiderstand besteht.

Der Phasendrehbereich von gebräuchlichen analogen Phasenschiebern umfaßt im allgemeinen nur ca. 180°, so daß bei Anwendungen, insbesondere im Mikrowellenbereich, bei denen größere Phasendrehungen gefordert sind, Serienschaltungen von zwei oder mehreren Phasenschiebern notwendig sind. Dieser mehrstufige Aufbau von Phasenschiebern ist aber mit einem erheblichen Mehraufwand an Bauteilen und einem dementsprechend großen Platzbedarf verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Phasenschieber der eingangs erwähnten Art eine weitere Lösung anzugeben, die unter Gewährleistung einer wesentlichen Vergrößerung des Drehbereichs der Phase des Reflexionsfaktors den mit erheblichen schaltungstechnischem Aufwand und dementsprechend großem Platzbedarf verbundenen mehrstufigen Aufbau vermeidet und durch die außerdem eine mit der Änderung der Phase verbundene unerwünschte Änderung des Betrages des Reflexionsfaktors auf einen minimalen Wert reduziert wird.

Ausgehend von einem analogen Reflexionsphasenschieber, bei dem die Phase des Reflexionsfaktors kontinuierlich veränderbar ist, bei dem ein Aufbau nach Art eines jir-Gliedes mit einem von einer λ/4-Leitung gebildeten Längszweig und zwei von gleichen Reaktanzzweipolen gebildeten Querzweigen vorgesehen ist und jeder der Reaktanzzweipole aus wenigstens einem festen und einem steuerbaren Blindwiderstand besteht, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Verbindungspunkt zwischen Längs- und Querzweig eine weitere λ/4-Leitung vorgeschaltet ist, deren Wellenwiderstandswert Z;.₂ in Abhängigkeit von dem Wellenwiderstandswert Zu der Leitung im Längszweig und den Werten der Verlustwiderstände in den Querzweigen innerhalb der Grenzen zwischen etwa 1/2-Zz.i und 3/2-Zu gewählt ist, und daß die Reaktanzzweipole durch gleichzeitiges gleiches Verändern ihrer steuerbaren Blindwiderstände gemeinsam zwischen den Werten -jZu und -VjZu einstellbar sind.

Ein theoretisch optimaler Wert von Zu für eine minimale, durch Verluste entstehende Änderung des Betrages des Reflexionsfaktors innerhalb des gesamten Phasendrehbereiches kann nach der Formel

+ Rb

mit Rv= Serienverlustwiderstand eines Querzweiges und Zn = Bezugswiderstand ermittelt werden.

In einer ersten Weiterbildung der Erfindung sind zwei Reflexionsphasenschicber derart zusammengeschaltet,

daß der Anschluß des einen Reflexionsphasenschiebers mit dem Verbindungspunkt des anderen Reflexionsphasenschiebers verbunden ist, und daß der Anschluß des anderen Reflexionsphasenschiebers den Anschluß für die Gesamtanordnung abgibt Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ergibt sich ein möglicher Phasendrehbereichvon720°.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, als steuerbare Blindwiderstände Varaktordioden vorzusehen, deren Kapazitäten durch Verändern der Ausgangsspannung einer Steuerspannungsquelle gleichzeitig gleich veränderbar sind.

Bei einer zweiten Weiterbildung der Erfindung zu einem vorzugsweise im Mikrowellenbereich anwendbaren Durchgangsphasenschieber ist ein Zirkulator mit wenigstens drei Anschlußarmen vorgesehen, die in ihrer Aufeinanderfolge in Zirkulationsrichtung den Eingangsanschluß, den Anschluß für den Eingang des Reflexionsphasenschiebers und den Ausgangsanschluß darstellen.

Eine dritte Weiterbildung der Erfindung zu einem Durchgangsphasenschieber ist in Anspruch 6 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert

In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine bekannte Ausführungsform eines Phasenschiebers,

F i g. 2 eine Schaltung nach F i g. 1 mit der Darstellung der Querzweige im Serienersatzschaltbild,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel einer ersten Weiterbildung der Erfindung,

Fig. 5 ein spezielles Ausführungsbeispiel nach dem Prinzipschaltbild von F i g. 3,

Fig.5a ein Ersatzschaltbild eines steuerbaren Blindwiderstandes der F i g. 5,

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Weiterbildung der Erfindung zu einem Durchgangsphasenschieber,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer dritten Weiterbildung der Erfindung zu einem Durchgangsphasenschieber.

In der Fig. 1 ist eine aus der DT-AS 16 16 344 dem Prinzip nach bekannte, als jr-Glied aufgebaute Phasenschieberschaltung mit einem von einer λ/4-Leitung mit dem Wellenwidei stand Zu gebildeten Längszweig 1 und zwei von gleichen Reaktanzzweipolen gebildeten, jeweils eine Reaktanz Z_v enthaltenden Querzweigen dargestellt.

Fig. 2 stellt ein Ersatzschaltbild der Schaltung nach F i g. 1 dar, bei dem die Reaktanzen Z, der Querzweige unter Berücksichtigung der Verluste als eine Serienschaltung eines Verlustwiderstandes R_v und einer Reaktanz X_v angegeben sind. Bei der Drehung der Phase des Reflexionsfaktors führt dabei der Verlustwiderstand R_v zu einer Änderung des Betrages des Reflexionsfaktors.

Fig.3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, bei dem die Reaktanzen Z, der von einer Serienschaltung einer festen Induktivität und einer variablen Kapazität gebildeten Reaktanzzweipole gemeinsam gleichzeitig zwischen den Werten -jZu und +jZu einstellbar sind, so daß die Phase des Reflexionsfaktors am Anschlußpunkt zwischen 0^c und etwa 360° veränderbar ist. Eine unerwünschte Änderung des Betrages des Reflexionsfaktors bei einer Phasendrehung des Reftexionsfaktors, wie sie in der Schaltung nach F i g. 1 oder 2 auftritt, ist dadurch erheblich verringert, daß dem Reflexionsphasenschieber am Verbindungspunkt zwischen Längs- und Querzweig eine weitere λ/4-Le'iEung 3 mit dem Wellenwiderstand Zn vorgeschaltet äst

In F i g. 4 ist eine erste Weiterbildung der Erfindung dargestellt, bei der zwei Reftexionsphasenschieber entsprechend Fig.3 durch Zusammenschaltung des

ίο Anschlusses des einen Reflexionsphasenschiebers mit dem Verbindungspunkt 2 zwischen Längs- und Querzweig des anderen Reflexionsphasenschiebers zu einer Schaltung zusammengefaßt sind, die eine Drehung der Phase des Reflexionsfaktors um 720° ermöglicht

■ 5 In Fig.5 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel nach dem Prinzipschaltbild der F i g. 3 für den Frequenzbereich von 23 GHz bis 2,5 GHz dargestellt Die Reaktanz Zy der Fig.3 ist hierbei durch eine Serienschaltung einer als 100 Ω-Koaxialleitung ausgeführten lnduktivi tat L_s und einer durch die Steuergleichspannung Us, in ihrer Kapazität veränderbaren, handelsüblichen Silici- um-Varaktordiode CV realisiert. Als Zuführung der Steuergleichspannung t/s, dient eine mit dem Verbindungspunkt zwischen Längs- und Querzweig des Jr-Gliedes verbundene λ/4-Leitung 4 mit einem Wellenwiderstand von 100 Ω sowie ein Koppelkondensator Ck von 82 pF.

Die zwischen den Werten 0,6 pF und 5 pF veränderbare Kapazität der Varaktordiode C, ergibt zusammen mit den parasitären Kapazitäten des Diodengehäuses bei der Mittenfrequenz eine zwischen 0 Ω und —ß0 Ω einstellbare Reaktanz. Mit der Induktivität L₁ = 3 nH ist dann die Reaktanz eines Querzweiges von —/45 Ω bis H-j45 Ω einstellbar. Dadurch ergibt sich für einen

.15 Phasenhub von 360° ein maximal möglicher Wellenwiderstand Zu der λ/4-Leitung des Längszweiges 1 von etwa 45 Ω; im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Zu von 35 Ω gewählt. Dementsprechend ist auch der Wellenwiderstand Zu der vorgeschalteten λ/4-Leitung 3 zu 35 Ω gewählt.

Für die oben beschriebene Schaltung ergibt sich innerhalb des Frequenzbereiches von 2,3 bis 2,5 GHz bei einem Einstellbereich der Phase des Reflexionsfaktors von etwa 380° ein Phasenfehler von etwa ±10°. Bei einer Realisierung der Induktivität L_s durch eine δΟ-Ω-Leitung ergibt sich bei einem verringerten Einstellbereich von etwa 320° ein Phasenfehler von nur noch ±4°. Bei Verwendung einer Spule als Induktivität L, vergrößert sich der Phasenfehler innerhalb des geforderten Frequenzbereiches auf etwa ±15".

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 mit einer durch eine ΙΟΟ-Ω-Leitung realisierten Induktivität L_s ergeben sich beim Durchstimmen der Phase des Reflexionsfaktors Dämpfungen zwischen 0,8 und 1,9 dB.

ss Bei Verwendung einer 80-Ω-Leitung liegt die Dämpfung im Bereich zwischen 0,7 und 1,9 dB, während sich bei der Verwendung einer Spule ein Dämpfungsbereich zwischen 1,2 und 2,1 dB ergibt.
In Fig.5a ist ein Ersatzschaltbild der Varaktordiode

ho Cy der F i g. 5 unter Berücksichtigung der Gehäusekapazitäten als eine Parallelschaltung der parasitären Kapazität Ct mit einem eine Serienschaltung des Widerstandes /?j, der Induktivität L/und der Kapazität Cfc-enihaltenden Zweig angegeben.

ds In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Weiterbildung der Erfindung zu einem vorzugsweise im Mikrowellenbereich anwendbaren Durchgangsphasenschieber dargestellt. Hierbei ist der Λ/4-t.eitiini? 3 des

Reflexionsphasenschiebers nach F i g. 3 der mittlere Arm 5 eines Dreiarm-Zirkulators 6 vorgeschaltet, dessen Eingangsarm 7 den Anschluß für den Eingang und dessen Ausgangsarm 8 den Anschluß für den Ausgang des Durchgangsphasenschiebers abgeben.

In dem Ausführungsbeispiel einer dritten Weiterbildung der Erfindung nach Fig. 7 sind zwei Reflexionsphasenschieber 9 und ein entkoppelter 3-dB-Leistungsteiler 10 zu einem Durchgangsphasenschieber zusammengeschaltet. Dabei sind den zwei vom Eingang 11 nicht entkoppelten Ausgängen 12 des 3-dB-Leistungstellers 10 jeweils ein Reflexionsphasenschieber 9 nachgeschaltet, und der Eingang 11 und der entkoppelte Ausgang 13 des 3-dB-Leistungsteilers bilden den Eingang und den Ausgang der Gesamtanordnung.

Hicrzu 2 Blatt Zeichiuinccn

Claims

Patentansprüche:

1. Analoger Reflexionsphasenschieber, bei dem die Phase des Reflexionsfaktors kontinuierlich .s veränderbar ist, bei dem ein Aufbau nach Art eines jr-Gliedes mit einem von einer λ/4-Leitung gebildeten Längszweig und zwei von gleichen Reaktanzzweipolen gebildeten Querzweigen vorgesehen ist und jeder der Reaktanzzweipole aus wenigstens einem festen und einem steuerbaren Blindwiderstand besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbindungspunkt (2) zwischen Längs- und Querzweig eine weitere λ/4-Leitung (3) vorgeschaltet ist, deren Wellenwiderstandswert Zu in Abhängigkeit von dem Wellenwiderstandswert Zu der Leitung im Längszweig (1) und den Werten der Verlustwiderstände in den Querzweigen innerhalb der Grenzen zwischen etwa 1/2· Zu und 3/2-Za gewählt ist, und daß die Reaktanzzweipole durch gleichzeitiges gleiches Verändern ihrer steuerbaren Blindwiderstände gemeinsam zwischen den Werten —JZu und +jZu einstellbar sind.

2. Analoger Reflexionsphasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstandswert Zn der weiteren λ/4-Leitung (3) in Abhängigkeit von dem Wellenwiederstandswert Zu, vom Serienverlustwiderstand R_y eines Querzweiges und von einem Bezugswiderstand Zo entsprechend der Beziehung 3-dB-LeistungsteiIers den Eingang und der entkoppelte Ausgang (13) den Ausgang für die Gesamtanordnung abgibt (F i g. 7).