DE1026382B - Einstellbarer Phasenschieber fuer Mikrowellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Phasenschieber zur Verwendung im Zuge von Mikrowellenleitungen. Leitungen dieser Art sind beispielsweise die sogenannten Streifenleitungen (Microstrip), bei denen ein metallischer Streifen planparallel zu einem gleichfalls metallischen Grundleiter verläuft und von diesem im Abstand eines kleinen Bruchteiles der Betriebswellenlänge durch eine dielektrische Zwischenschicht getrennt ist.

Die Erfindung bezieht sich nun darauf, Vorrichtungen anzugeben, mit deren Hilfe die effektive elektrische Länge eines bestimmten Abschnittes einer derartigen Mikrowellenleitung und damit deren resultierende Phasendrehung einstellbar ist, und zwar ohne Änderung der mechanischen Leitungslänge.

Bereits aus der Technik der Lecherleitungen ist es bekannt, die elektrische Länge einer Lecherleitung durch Verändern des zwischen den Leitern liegenden Dielektrikums zu beeinflussen. So ist eine Anordnung bekannt, bei der ein keilförmiges Dielektrikum in das offene Ende einer 2/4-Lecherleitung, die als frequenzbestimmendes Glied eines UKW-Oszillators geschaltet ist, hineingeschoben wird und somit die Frequenz des Oszillators geändert werden kann.

Bei einer sinngemäßen Übertragung einer derartigen Abstimmanordnung auf Streifenleitungen (Microstrips) treten jedoch hinsichtlich der durch den Keil verursachten Stoßstelle erhebliche Schwierigkeiten auf, da an sich durch jede sprunghafte Änderung der dielektrischen Zwischenschicht einer Streifenleitung eine beachtliche Stoßstelle entsteht. Es gilt also, für das innerhalb der dielektrischen Zwischenschicht verschiebbare Dielektrikum die Form zu finden, bei der das verschiebbare Dielektrikum einerseits eine Änderung der elektrischen Leitungslänge bewirkt, andererseits aber in jeder zum Abstimmungsbereich gehörigen Lage weitgehende Reflexionsfreiheit der Leitung gewährleistet.

Bei einem einstellbaren Phasenschieber für Mikrowellen in Form eines Leitungsabschnittes im Zuge einer in geringem Abstand von einer leitenden Grundfläche und von dieser durch eine dielektrische Schicht getrennt geführten Streifenleitung, in die zur Einstellung der effektiven Länge wahlweise ein Dielektrikum eingeschoben wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß an Stelle der unterbrochenen dielektrischen Schicht der Streifenleitung im Bereich der elektrischen Feldstärke ein Schieber eingeschoben wird, der in an sich bekannter Weise keilförmig ausgebildet und dessen Querschnitt in Längsrichtung der Leitung nach Art einer Schneide verjüngt ist.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen und auf Grund der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Einstellbarer Phasenschieber
für Mikrowellen

Anmelder:
International

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellimith-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26. Januar 1955

John M. C. Dukes, London,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Streifenleitung bekannter Art;

Fig. 2 und 3 stellen einen Aufriß bzw. einen Querschnitt längs der Leitung nach Fig. 1 dar, die einen Abschnitt aufweist, der mit einer erfindungsgemäßen Abstimmvorrichtung versehen ist;

Fig. 4 gibt eine abgewandelte Leitungsform wieder, auf die sich die Erfindung gleichfalls anwenden läßt;

Fig. 5 und 6 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 7 und 8 stellen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drehbarem dielektrischem Schieber dar;

Fig. 9 zeigt eine Anordnung, die es gestattet, eine Vielzahl von Leitungen hinsichtlich ihrer elektrischen Länge gleichzeitig durch ein entsprechend geformtes dielektrisches Abstimmteil abzugleichen;

Fig. 10 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die gleichzeitige Einstellbarkeit der elektrischen Länge einer Vielzahl von Leitungen gemäß der Erfindung dar;

Fig. 11 zeigt eine Anordnung, bei der die Variation der elektrischen Länge einer Vielzahl von Streifenleitern, beispielsweise nach Fig. 7 oder 10, mit einer Einstellvorrichtung gekoppelt ist, die von einer Reihe mechanischer Einstellhebel betätigt wird;

Fig. 12 deutet ein anderes Ausführungsbeispiel dieser mechanischen Einstellvorrichtung an, bei dem die Führungshebel durch entsprechende Nocken ersetzt sind.

709 910/297

3 4

Bei sämtlichen Zeichnungen sind für Teile gleicher der vorliegenden Erfindung. Sie lassen sich insbeson-Wirkungsweise durchgehend auch die gleichen Be- dere auch auf eine symmetrische Streifenleitung anzugszeichen verwendet worden. ' wenden, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Hier ist der

In der Fig. 1 ist der Querschnitt durch eine Mikro- Streifenleiter 1 zwischen den beiden Metallflächen 2 wellenleitung zu sehen, die einen schmalen Leitungs- 5 und 2 α im Dielektrikum 3 eingebettet. Bei dieser Leistreifen 1 planparallel zu einer metallischen Grund- tung wird zweckmäßig zur Einhaltung der Symmetrieflächenleitung 2 aufweist, voneinander getrennt durch eigenschaften ein aus zwei gleichen Teilen gemäß der eine dielektrische Zwischenschicht 3. Eine derartige Fig. 2 und 3 bestehender Doppelschieber zwischen den Streifenleitung von der Breite W ist unter der Be- Streifenleiter und die beiden Metallflächen eingeschozeichnung »Microstrip« bekannt, und der Abstand >S" io ben. Die Leitung gemäß Fig. 4 muß hierzu zwei entzwischen Leitung und Grundfläche entspricht dabei sprechende Luftspalte im Dielektrikum aufweisen, einem: kleinen Bruchteil der Betriebswellenlänge. Bei deren Herstellung bei der Fabrikation in einem Ardieser Leitung ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit beitsgang erfolgen kann. Eine derartige Anordnung einer elektrischen Welle eine zusammengesetzte Funk- ist selbstverständlich grundsätzlich gleichwertig mit tion der geometrischen Abmessungen sowie des jeweils 15 der entsprechenden Anordnung bei unsymmetrischen verwendeten Dielektrikums 3. Ganz allgemein ist be- Leitungen, auf die sich somit die folgenden Darstelkannt, daß diese Geschwindigkeit einmal mit abneh- lungen beschränken können.

mender Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums Die Fig. 7 und 8 stellen eine weitere Ausführungsund zum andern mit der Verkleinerung der Zwischen- form des Abgleichschiebers 4 gemäß der Erfindung schicht selbst — bei gegebenem Abstand S und ge- 20 dar, der bei 6 abgeschrägt im Spalt zwischen den Leigebener Breite W des Streifenleiters 1 — zunimmt. tern 1 und 2 auf der leitenden Grundfläche bei 7 ge-Die Erfindung ist darauf gerichtet, besonders leicht lagert ist und, wie der Pfeil andeutet, eindrehbar ist. einstellbar Vorrichtungen anzugeben, die eine Varia- Auch in diesem Falle sind die angrenzenden Profile tion der zwischen den Leitungen liegenden dielektri- von Leitung und Schieber in entsprechender Weise sehen Zwischenschicht und infolgedessen der Ausbrei- 25 bei 5 und 6 abgeschrägt, so daß sich im eingedrehten tungsgeschwindigkeit elektrischer Wellen längs der Zustand eine enge Überlappung dieser Teile ergibt. Leitung gestatten. Die Länge einer derartigen Lei- Der noch verbleibende Luftspalt an dieser Brennstelle tung, also das Maß für die resultierende Phasendre- ist zudem auf eine bestimmte Leitungslänge verteilt, hung der übertragenen Wellen, läßt sich auf diese so daß praktisch keine merklichen Reflexionen auftre-Weise rein elektrisch variieren. 30 ten können.

In Fig. 2 und 3 ist eine" Vorrichtung gemäß der Er- DieAbschrägung des Schiebers braucht nicht gleich-

findung gezeigt, bei der die dielektrische Schicht 3 mäßig ausgeführt zu sein, sondern kann so bemessen nach Fig. 1 stellenweise unterbrochen ist und einen werden, daß eine ganz bestimmte Änderungscharaktefreien Spalt zur Einschiebung eines Zwischenstückes ristik der elektrischen Leitungslänge als Funktion des offen läßt. Dieses Zwischenstück 4 besteht aus einem 35 Drehwinkels erreicht wird, wie dies beispielsweise bei dielektrischen Abstimmschieber von dreieckiger Form, der Wahl des Plattenschnittes eines Drehkondensators der bis in die gewünschte Stellung eingeschoben der Fall ist.

wird. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind Ferner läßt sich eine Abgleichvorrichtung gemäß

die Enden der durchgehenden dielektrischen Schicht der Erfindung auch auf die gleichzeitige Einstellung abgeschrägt, wodurch eine weitgehend Stoßstellenfreie 40 einer Vielzahl von Leitungen anwenden, die in ande-Leitungstransformation des Wellenwiderstandes zwi- rer Weise angeordnet sind. So zeigt Fig. 9 ein Leischen der normalen Leitung und dem in seiner elektri- tungssystem mit den Leitungen 18 bis 22, die einander sehen Länge einstellbaren Abschnitt erreicht wird. parallel laufen. In diesem Falle dient ein gemeinsamer Diese Abschrägung bei 5 kann sowohl in Richtung dielektrischer Schieber 23 dadurch zur Abstimmung, der Leitung als auch senkrecht hierzu vorgenommen 45 daß dieser in der durch die Pfeile angedeuteten Richwerden. Die mit 6 bezeichneten schrägen Kanten des tung senkrecht zu -den Leitungen verschoben wird, im Querschnitt gemäß Fig. 3 gezeigten keilförmigen Dieser vielfach wirkende Schieber weist ein für jede dielektrischen Abgleichschiebers 4 dienen dem gleichen Leitung gesondert abstimmbares Profil auf. Durch Zweck. Diese Formgebung hat sich als besonders eine entsprechende Formgebung dieses Profils läßt sich zweckmäßig herausgestellt. Soll eine möglichst große 5° sogar eine Variation für verschiedene Frequenzen her-Variation einstellbar sein, so wird der Schieber 4 stellen, z. B. wenn eine Leitung auf eine Empfangszweckmäßig so bemessen, daß er im eingeschobenen frequenz, eine andere Leitung etwa auf eine Oszillator-Zustand den gesamten Luftraum zwischen den Leitern frequenz anzupassen ist. Der Schieber 23 ist zwischen ausfüllt. An Stelle der Fig. 2 und 3 gilt dann die in die Streifenleitungen und eine leitende metallische den Fig. 5 und 6 gezeigte Darstellung. 55 Grundfläche einzuführen.

Außerdem läßt sich das Maß der Variation durch Die Fig. 10 zeigt schließlich ein Vielfachsystem von

die Wahl eines Materials von hoher Dielektrizitäts- Leitungen, die in beliebiger Weise von einem Verzweikonstante vergrößern. Es ist allerdings zu beachten, gungspunkt 33 ausgehen. Die Variation der elektridaß die Verwendung eines Schiebers mit hoher Dielek- sehen Längen erfolgt hier durch eine dielektrische trizitätskonstante nicht ohne weiteres für eine der- 60 Scheibe 32, die jedoch nicht durch Abstandsänderung, artige Abstimmvorrichtung geeignet ist, da in diesem sondern infolge ihrer räumlichen Ausdehnung auf die Falle die Abschrägung bei 5 sehr lang gemacht wer- einzelnen Leitungen einwirkt. Im Innenbereich dieser den muß, wenn merkliche Verluste durch Reflexion Scheibe, wo sämtliche Leitungen überdeckt sind, findet infolge von Fehlanpassung der Leitung und des Ab- grundsätzlich eine gleichmäßige Abstimmung für alle Stimmschiebers vermieden werden sollen. Entsprechend 65 Leitungen statt, während der Außendurchmesser der muß dann die Abmessung von A nach B des Abstimm- Scheibe beliebig gestaltet und damit für den geschiebers gemäß Fig. 5 erheblich vergrößert werden. wünschten Frequenzgang jeder einzelnen Leitung ge-Die grundsätzliche Wirkungsweise sowie die Ge- eignet geformt ist. Im dargestellten Beispiel wird eine Sichtspunkte einer Stoßstellenfreien Anpassung gelten Drehung der Scheibe 32 auf die Leitung 30 den größin gleichem Maße für sämtliche Ausführungsbeispiele 70 ten Einfluß ausüben, während die übrigen Leitungen

24 bis 31 teilweise sogar im entgegengesetzten Sinne abgestimmt werden. Die Scheibe 32 ist im Innern zwischen der Streifenleitung und der metallischen Grundfläche drehbar angeordnet.

In Fig. 11 ist eine zweckmäßige Anordnung zur Drehung verschiedener, nicht mehr dargestellter Abstimmvorrichtungen angedeutet. Eine gleitende Schubstange 37 ist z. B. mit den fest aufgesetzten Stiften 38, 39 und 40 versehen. Diese Stifte sind ihrerseits gleitend in den Schlitzen der bei 34, 35 und 36 drehbar gelagerten Einstellhebel 41,42 und 43 angeordnet. Mit einer Verschiebung der Schubstange 37 wird die Winkeldrehung des Hebels 41 in diesem Falle weniger groß sein als diejenige der beiden anderen Hebel. Mit dieser Anordnung hat man also je nach dem Ort, an dem die Stifte angebracht sind, eine verschiedene Drehung verschiedener Hebel mit Hilfe einer einzigen Einstellbewegung in der Hand.

Die gleiche Wirkung läßt sich dadurch erzielen, daß statt der Einstellhebel die Nocken 44, 45 und 46 mit Hilfe der in Pfeilrichtung bewegten Schiene 47 gemäß Fig. 12 betätigt werden. Dabei können die exzentrisch ausladenden Teile der einzelnen Nocken etwa durch Federkräfte das Bestreben erhalten, der Einstellkraft entgegenzuwirken. Die Formgebung der Nocken ist der an den Punkten 34 bis 36 gewünschten Drehbewegung angepaßt; einzelne von diesen Nocken können dabei verhältnismäßig klein sein, so daß sich erst mit einer bestimmten Stellung der Schiene 47 ein gemeinsame Drehbewegung aller Nocken einstellt.

Die in den Figuren als Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellten Abstimmschieber und -scheiben sowie die schematisch angedeuteten Einstellvorrichtungen sind keinesfalls als Einschränkung, sondern vielmehr als technisch vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens zu verstehen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einstellbarer Phasenschieber für Mikrowellen in Form eines Leitungsabschnittes im Zuge einer in geringem Abstand von einer leitenden Grundfläche und von dieser durch eine dielektrische Schicht getrennt geführten Streifenleitung, in die zur Einstellung der effektiven Länge wahlweise ein Dielektrikum eingeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der unterbrochenen dielektrischen Schicht der Streifenleitung im Bereich der elektrischen Feldstärke ein Schieber eingeschoben wird, der in an sich bekannter Weise keilförmig ausgebildet und dessen Querschnitt in Längsrichtung der Leitung nach Art einer Schneide verjüngt ist.

2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht zwischen den Leitern der Streifenleitung in kontinuierlichem Übergang abnimmt.

3. Phasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Schieber aus einem Material besteht, dessen Dielektrizitätskonstante von derjenigen der dielektrischen Zwischenschicht der Leitung verschieden ist.

4. Phasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Schieber von der Seite her in die Leitung eingeschoben wird und einen Querschnitt von der Gestalt eines spitzwinkligen Dreiecks aufweist.

5. Phasenschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmschieber drehbar gelagert und seitlich in den Feldstärkebereich des Leitungsabschnittes einschwenkbar ist.

6. Phasenschieber nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmschieber derart bemessen ist, daß sein Eintreten in den Feldstärkebereich des Leitungsabschnittes eine bestimmte Charakteristik der elektrischen Änderung der Leitungslänge als Funktion des Drehwinkels bewirkt.

7. Phasenschieber nach Anspruch 1 zur Verwendung für eine Vielzahl von vorzugsweise parallel verlaufenden Mikrowellenleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitungen mit einem gemeinsamen und entsprechend der gewünschten Abstimmcharakteristik jeder einzelnen Leitung in seiner Form angepaßten Abstimmschieber gleichzeitig abstimmbar sind.

8. Phasenschieber zur Verwendung für eine Vielzahl von vorzugsweise diametral auseinanderführenden Streifenleitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstimmschieber in Form einer Scheibe innerhalb des Dielektrikums der Leitungen drehbar gelagert und mit einem von der Kreisform abweichenden, unregelmäßigen Umfang versehen ist, der so bemessen, ist, daß bei einer Drehung der Scheibe eine für jede einzelne Leitung infolge der ihr zugeordneten Umfangsänderung verschiedeneEinstellung der elektrischen Länge hervorgerufen wird.

9. Phasenschieber zur gleichzeitigen Abstimmung verschiedener Vorrichtungen nach Anspruch 6 oder 8 mit unterschiedlichem Drehwinkel, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelnen Vorrichtung ein Einstellhebel zugeordnet ist, der einen Schlitz zur Aufnahme eines an einer verschiebbaren Stange angebrachten Führungsstiftes aufweist.

10. Phasenschieber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Drehbewegung für die Einzelvorrichtungen durch die Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Nocken hergestellt wird, die beispielsweise durch Federkräfte in der Ruhelage gehalten und mit einer dieser Lage entgegenwirkenden Stellschiene betätigt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 530 097, 591 369.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 910/297 3.