DE2640418A1

DE2640418A1 - Rechteckhohlleiter-hybridkoppler

Info

Publication number: DE2640418A1
Application number: DE19762640418
Authority: DE
Inventors: Wiley Miles Baldwin; Hans Andreas Kvinlaug; Han-Chiu Wang; William Charles Young
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1977-04-07
Also published as: US3999151A; JPS5233451A; GB1560559A; FR2323243A1; FR2323243B1

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH 264CU 18

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedcestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Western Electric Company Incorporated

New York, N. Y., USA Baldwin 5-1-5-1

Rechteckhohlleiter-Hybridkoppler

Die Erfindung betrifft einen Rechteckhohlleiter-Hybridkoppler mit ersten und zweiten Rechteckhohlleiterwegen.

Es sind verschiedene Arten von Hohlleiter-Hybridkopplern bekannt. Solche Koppler weisen vic;r Hohlleitertore auf und haben die Eigenschaft, daß die xn eines der Eingangstore eintretende Signalenergie sich gleichmäßig zwischen den beiden Ausgangstoren aufteilt, wobei lediglich ein kleiner Bruchteil der Energie das andere Tor verläßt.

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München: Kramer · Dr. Weser · Hirsen— w7es*bacTenT BTumbach · Dr. Bergen - ?wirner

Ein sehr bekannter Hohlleiter-Hybridkoppler wird magisches T genannt und ist so angeordnet, daß einer der vier Hohlleiter senkrecht zur Ebene der anderen drei Hohlleiter verläuft. Ein weiterer Hybridkoppler, der als Abzweigleitungskoppler bezeichnet wird, ist beschrieben in einem Buch mit dem Titel "Microwave Filters, Impedance - Matching Networks, and Coupling Structures" von Matthaei, Young und Jones, erschienen 1964 bei McGraw-Hill Book Company,Seiten 809 ff. Der Abzweigleitungskoppler ist ein Richtungskoppler aus zwei parallelen Rechteckhohlleiterabschnitten, die über eine Anzahl querverlaufender Abzweiglleitungen gekoppelt sind. Ein solcher Koppler ist auch in der US-PS 3 727 152 beschrieben. Der Abzweigleitungskoppler gemäß dieser Patentschrift wird dadurch hergestellt, daß ein Paar paralleler Hohlleiterwege in einem ebenen Materialblock erzeugt werden und dann verbindende Kanäle oder Abzweigleitungen zwischen den Hohlleiterwegen gebildet werden, um die erforderliche Kopplung zu erhalten. Eine besondere Anwendung solcher Hybridkoppler ist die als Umschalthybrid, das zum Trennen oder Zusammenfügen von Frequenzkanälen verwendet wird.

Das Umschalthybrid wird dadurch gebildet, daß zwei der vier Tore eines ersten Hohlleiter-Hybridkopplersmit zwei der vier Tore eines zweiten Hohlleiter-Hybridkopplers mit zwei Rechteckhohlleiter-Abschnitten unterschiedlicher Längen verbunden werden. Ein Paar Multiplex-Kanalfrequenzen, die einem der nicht verbundenen Tore des ersten Hybridkopplers zugeführt werden, wird

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durch das ümschalthybrid getrennt, wobei eine der Kanalfrequenzen an einem der nicht verbundenen Tore des zweiten Hybridkopplers und die andere Kanalfrequenz am anderen nicht verbundenen Tor des zweiten Hybridkopplers erscheint. Das ümschalthybrid ist
umkehrbar insofern, als getrennte Kanalfraquenzen, die den nicht verbundenen Toren des zweiten Hybridkopplers zugeführt werden, durch das ümschalthybrid kombiniert werden und an einem der
nicht verbundenen Tore des ersten Hybridkopplers erscheinen.
Solche Umschalthybride können in einer Kaskaden- oder Baumanordnung verbunden werden, um ein Kanalverzweigungsnetzwerk zu bilden und die Anzahl derjenigen Frequenzkanäle zu erhöhen, die kombiniert oder getrennt werden können.

Obwohl der Hybridkoppler in Form des magischen T die gewünschte Leistungsaufteilung erzeugt, benötigt er nachteiligerweise aufgrund seines nichtplanaren Aufbaus einen beträchtlichen Raum
und ist auch schwer und teuer herzustellen. Wo niedrige Kosten und Kompaktheit der Vorrichtung erforderlich sind, kann das
magische T somit nicht verwendet werden. Der in der zuvor erwähnten US-Patentschrift beschriebene Abzweigleitungs-Hybridkoppler erfordert ebenfalls einen beträchtlichen Raum, da die Abmessungen der Zweigleitungen kritisch sind und die Anzahl
solcher Leitungen die Abmessungen eines solchen Kopplers vorschreibt. Außerdem ist die Herstellung solcher Koppler sehr
teuer, und zwar aufgrund verschiedener Maschinenbearbeitungsschritte, die erforderlich sind, um die Abzweigleitungen zwi-

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sehen den parallelen Hohlleitern einzeln zu bilden.

Ein Kanalverzweigungsnetzwerk, das ebenfalls in der genannten US-Patentschrift beschrieben ist und eine Vielzahl Umschalthybride umfaßt, die ihrerseits aus einem Paar Abzweigleitungskoppler bestehen, bringt offensichtlich die gleichen Raumbedarfs- und Bearbeitungsprobleme mit sich. Die Herstellung eines solchen Kanalverzweigungsnetzwerks ist demzufolge ebenfalls zeitraubend und teuer.

Die aufgezeigten Probleme lassen sich lösen mit einem Rechteckhohlleiter-Hybridkoppler der eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Hohlleiterwege schneiden zur Bildung einer Kopplungszone, die zwei Paare sich gegenüberliegender Ecken aufweist, von denen ein sich gegenüberliegendes Eckenpaar in die Kopplungszone hineinragt und das andere sich gegenüberliegende Eckenpaar ein Paar sich gegenüberliegender Wände bildet, die im wesentlichen parallel zueinander und zu dem Paar in die Kopplungszone ragender Ecken sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Darstellung eines bekannten Hybridkopplers vom Typ magisches T;

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Fig. 2 die Darstellung eines bekannten Abzweigleitungskopplers;

Fig. 3 die. Darstellung eines erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplers;

Fig. 4 eine Draufsicht (ohne Abdeckung) des erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplers;

Fig. 5 ein Phasen-Raum-Diagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplers;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Umschalthybrids;

Fig. 7 eine Draufsicht (ohne Abdeckung) auf ein Umschalthybrid, das ein Paar der erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkoppler enthält;

Fig. 8 eine Draufsicht (ohne Abdeckung) auf ein Paar Umschalthybride, die in einem ebenen Materialblock hergestellt sind;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Kanalverzweigungsnetzwerks;

Fig. 10 eine Darstellung einer Vielzahl von Umschalthybriden, die in einem zylindrischen Stapel angeordnet sind und zur Bildung eines Kanalverzweigungsnetzwerks verbunden sind; und

Fig. 11A bis 11D Darstellungen weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplers.

Erfindungsgemäß werden die vorstehend genannten Probleme überwunden mit einem Kreuzleiter-Hybridkoppler, der sich schneidende erste und zweite Rechteckhohlleiterabschnitte aufweist, der zwei Paare sich gegenüberliegender Ecken an der Schnittstelle bildet, wobei wenigstens ein Paar sich gegenüberliegender Ecken

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in die Schnittstellenzone hineinragt.

Außerdem wird- ein Umschalthybrid dadurch gebildet, daß ein erster und ein zweiter Kreuzleiter-Hybridkoppler mit zwei Rechteckhohlleiterwegen ungleicher Längen verbunden werden.

Ferner können viele solcherUmschalthybride in Kaskadenschaltung verbunden werden, um ein Kanalverzweigungsnetzwerk zu bilden.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplerstruktur besteht darin, daß sie sich vollständig mit einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine bearbeiten läßt. Die Kreuzleiter-Hybridkoppler werden in einem ebenen Materialblock automatisch maschinell gefertigt, ohne daß zur Bildung von Abzweigleitungen oder dergleichen ein Werkzeugwechsel erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß alle Tore des Kreuzleiter-Hybridkopplers in derselben Ebene angeordnet sind und der Koppler kleine Abmessungen aufweist, sowie eine zum Verbinden mit Hohlleiterabschnitten bequeme Geometrie.

Außerdem ist ein Kanalverzweigungsnetzwerk, das eine Vielzahl solcher Kreuzleiter-Hybridkoppler verwendet, nicht nur wirtschaftlich herzustellen, sondern es erfordert aufgrund seiner Planarkonfiguration auch nur ein Minimum an Raum.

Die Fig. 1 und 2 zeigen bekannte Hohlleiter-Hybridkoppler. Fig. 1

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zeigt den bekannten, als magisches T bezeichneten Hybridkoppler und ist allgemein mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Der Hybridkoppler 11 weist vier Rechteckhohlleiterarme 12, 13, 14 und 16 auf, die je eine öffnung oder ein Tor 17, 18, 19 bzw. 21 besitzen. Die Arme 13, 14 und 16 sind koplanar, während Arm 12 senkrecht zu den koplanaren Armen steht. Wenn die Impedanzen der vier Hohlleiterarme 12, 13, 14 und 16 richtig angepaßt sind, wird in das Tor 17 eintretende Signalenergie gleichmäßig zwischen den Toren 18 und 21 aufgeteilt, wobei am Tor 19 kein Ausgangssignal erscheint. Gleichermaßen wird dem Tor 19 zugeführte Energie gleichmäßig zwischen den Toren 18 und 21 aufgeteilt, wobei am Tor 17 kein Ausgangssignal erscheint. Wenn dem Tor 17 ein Eingangssignal zugeführt wird, weisen die Ausgangssignale an den Toren 18 und 21 Gegenphase auf. Wird dagegen das Eingangssignal dem Tor 19 zugeführt, sind die Ausgangssignale an den Toren 18 und 21 in Phase. Wenn den Toren 18 und 21 gleiche und gleichphasige Signale zugeführt werden, entsteht demgemäß am Tor 17 kein Ausgangssignal und am Tor 19 ein volles Ausgangssignal. Weisen die gleichen Eingangssignale an den Toren 18 und 21 jedoch eine Phasenverschiebung Von 180° auf, erscheint am Tor 19 kein Ausgangssignal und am Tor 17 das volle Ausgangssignal.

Fig. 2 zeigt einen Abzweigleitungskoppler, der allgemein mit der Bezugsziffer 30 gekennzeichnet ist und einen ersten und einen dazu parallelen zweiten Hohlleiter 31 bzw. 32 aufweist, die in einem ebenen Materialblock 33 gebildet sind. Die parallelen

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Hohlleiter 31 und 32 weisen zwischen sich eine gemeinsame Wand 34 auf, in welcher mehrere Abzweigleitungen 36-36 gebildet sind. Eine Abdeckung 37 ist oben auf dem Block 33 angeordnet und bildet Tore 41, 42, 43 und 44.

Der Aufbau des Abzweigleitungskopplers 30 gemäß Fig. 2 ist in der genannten US-Patentschrift gezeigt und die Theorie der Arbeitsweise des Abzweigleitungskopplers ist vollständig in dem zuvor erwähnten Buch von Mathaei und anderen beschrieben. Funktionsmäßig sind das magische-T-Hybrid 11 gemäß Fig. 1 und das Parallelhohlleiter-Hybrid 30 gemäß Fig. 2 ähnlich. Beispielsweise kann ein Eingangssignal am Tor 42 des Kopplers 30 zu Ausgangssignalen an den Toren 43 und 44 führen, die je die Hälfte der Eingangssignalenergie aufweisen, während am Tor 41 im wesentlichen kein Ausgangssignal erscheint.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten beiden Hybridkoppler 11 bzw. 30 können für spezielle Anwendungen vorteilhaft verwendet werden. Jeder hat jedoch einen spezifischen Mangel. Aufgrund der dreidimensionalen Konfiguration des Hybridkopplers 11 ist dieser schwer herzustellen, was in hohen Kosten resultiert. Der im ebenen Materialblock 33 gebildete Abzweigleitungskoppler 30 benötigt mehr Platz als der magische-T-Hybridkoppler 11, und zwar aufgrund kritischer festgelegter Minimalabmessungen der Abzweigleitungen 36-36. Außerdem kann die maschinelle Bearbeitung des Abzweigleitungskopplers 30 nicht leicht durchgeführt werden. Denn sind einmal der erste und der zweite Hohlleiter 31 bzw. 32 gebildet, wird es erforderlich, weiterhin die Verbindungsabzweig-

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leitungen 36-36 in der gemeinsamen Wand 34 zu erzeugen, die von den Hohlleitern verschiedene Abmessungen haben. Dies macht wenigstens einen Werkzeugwechsel erforderlich, was höher ausgereifte Massenproduktionsmethoden nötig macht, die sich wieder in höheren Kosten niederschlagen.

Die aufgezeigten Probleme lassen sich mit dem Kreuzleiter-Hybridkoppler lösen, der in Fig. 3 allgemein mit der Bezugsziffer 50 gekennzeichnet ist. Der Kreuzleiter-Hybridkoppler 50 weist in einem Materialblock 53 gebildete, sich schneidende erste und zweite Hohlleiter 51 und 52 auf. An der Schnittstelle der Hohlleiter 51 und 52 ragen zwei sich gegenüberliegende Ecken 54-54 in die Schnittstelle hinein, während sich gegenüberliegende Ecken 56-56 maschinell gebildet sind, um ein Paar Wände zu erzeugen, die parallel zueinander und parallel zu den vorspringenden Ecken sind. Diese Schnittstelle bildet eine Kopplungszone, die allgemein mit der Bezugsziffer 57 gekennzeichnet ist. Eine Abdeckung 58 ist auf der Oberseite des Blocks 53 angeordnet und mittels (nicht gezeigter) Schrauben befestigt oder in bekannter Weise aufgelötet, was in vier öffnungen oder Toren 61, 62, 63 und 64 resultiert. Die Tore 61 bis 64 können ferner mit (nicht gezeigten) Rechteckhohlleiter-Anschlußflanschen verbunden sein, um Umschalthybride und Kanalverzweigungsnetzwerke herzustellen, die nachfolgend beschrieben sind.

Im Idealfall wird dem Tor 61 zugeführte Signalenergie gleichmäßig zwischen den Toren 63 und 64 aufgeteilt, wobei am Tor 62 kein

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Ausgangssignal erscheint. Elektrisch eilt die Phase des Signals am Tor 64 der Phase des Signals am Tor 63 um 90° voraus. Aus Symmetriegründen kann man ersehen, daß ein Eingangssignal am Tor 62 gleichmäßig zwischen den Toren 63 und 64 aufgeteilt wird, während ein Eingangssignal an den Toren 63 oder 64 gleichmäßig zwischen den Toren 61 und 62 aufgeteilt wird.

Obwohl die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kreuzleiter-Hybridkopplers 50 zeigt, daß die Hohlleiter 51 und 52 senkrecht zueinander verlaufen, besteht keine Einschränkung darauf. Wenn die Hohlleiter 51 und 52 sich nicht unter rechten Winkeln schneiden, können die kleineren Schnittwinkel irgendeinen Winkel von kleiner als 90° haben.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Kreuzleiter-Hybridkoppler 50, wobei die Abdeckung 58 entfernt ist. Die Kopplungszone 57 weist einen Abstand von L mm zwischen den vorspringenden Ecken 54-54 und einen Abstand von W mm zwischen den Ecken 56-56 auf. Die Stirnflächen oder Wände der sich gegenüberliegenden Ecken 56-56 haben eine Breite D mm, während die Wände der sich gegenüberliegenden Ecken 54-54 eine Breite von T mm haben.

Eine Analyse der Arbeitsweise des Kreuzleiter-Hybridkopplers kann auf der Grundlage geradzahliger und ungeradzahliger Schwingungsmoden durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird die Kopplungszone 57 (Fig. 3) als Rechteckhohlleiter-Abschnitt mit der Breite W und der Länge L betrachtet. Die Abmessung W sollte

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eine solche Breite sein, daß sich eine TE₂„-Schwingung (auch als H₂„-Schwingung bezeichnet) ausbreiten kann, sie sollte jedoch nicht so groß sein, daß sich eine TE₃„-Schwingung ausbreiten kann. Ein am Tor 61 ankommendes Signal erregt in der Kopplungszone 57 eine geradzahlige TE₁„- und eine ungeradzahlige TE₂„-Schwingung. Die relativen Phasen und Amplituden der beiden Schwingungsmoden sind so, daß sie sich zu einem im wesentlichen der Amplitude des am Tor 61 ankommenden Signals gleichen Wert addieren und sich am Tor 62 einander auslöschen.

Wenn die beiden Schwingungsmoden die Kopplungszone 57 durchlaufen, breitet sich die Phase des TE₁„-Schwingungsmodus mit höherer Geschwindigkeit aus, als diejenige des TE₃_-Schwingungsmodus, da sie eine höhere Phasengeschwindigkeit aufweist. Wenn die Länge L richtig gewählt ist, ist die Vektorsumme der beiden Schwingungsmoden am Ende der Kopplungszone 57 derart, daß an die Tore 63 und 64 eine gleiche Signalenergie geliefert wird.

Fig. 5 zeigt ein Phasen-Raum-Diagramm für die TE_1n- und TE₂„-Schwingungen in der Kopplungszone 57. Beide Schwingungsmoden sind durch eine Drehung um eine Achse 71 dargestellt, wobei eine Drehung im Uhrzeigersinn eine Erhöhung der Phase bedeutet. Am Tor 61 (Eingang) sind die TE₁-- und die TE₂„-Schwingung im wesentlichen phasengleich. An die Tore 63 und 64 (Ausgänge) wird gleiche Energie geliefert, wenn die TE₁„-Schwingung der TE₂„-Schwingung um 90° vorauseilt. Man kann herleiten, daß der Betrag des Signals am Tor 64 größer als derjenige des Signals am Tor

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(Ausgang) ist, wenn die TE._Q-Schwingung der TE---Schwingung um mehr als 90° vorauseilt. Demgemäß ist der Betrag des Signals am Tor 64 kleiner als derjenige des Signals am Tor 63 (Ausgang), wenn die TE_1Q~Schwingung der TE_2Q-Schwingung um weniger als 90° vorauseilt.

Bei einem perfekten Hybrid (d. h. einem Hybrid, das verlustlos ist und eine unendliche Rücklauf- oder Reflexionsdämpfung und Richtungsisolation aufweist) eilt die Phase des Signals am Tor 64 der Phase des Signals am Tor 63 um exakt 90° voraus. Bei einem praktischen Hybrid beträgt die Phasendifferenz nicht nötigerweise exakt 90°, sondern sie kann leicht variieren, und zwar in Abhängigkeit vom Betrag und von der Phase sowohl der Rücklaufdämpfung als auch der Riehtunasisolation. Wenn die Rücklaufdämpfung und Richtungsisolation des Hybrids beide 30 db oder mehr betragen, dann weicht die Phase um weniger als 0,1° von 90° ab.

Die vorausgehende Erläuterung gibt einen theoretischen Hinweis auf die Ausführbarkeit einer möglichen praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die exakten Abmessungen der Struktur wurden jedoch auf empirischer Basis dadurch bestimmt, daß ein Modell so aufgebaut wurde, daß die Abmessungen L, W und D leicht variiert werden konnten, während die Abmessung T konstant gehalten wurde (Fig. 4). Tabelle I listet die Auswirkungen verschiedener Abmessungen auf die Einführungs- oder Vorlaufverluste auf.

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Tabelle I Vorlaufdämpfung

Zwischen Toren Zwischen Toren

Abmessungsänderung 51 und 63 61 und 64

Erhöhung von L Erhöhung Verringerung

Erhöhung von W Verringerung Erhöhung

Es wurden zwei grundlegende Kreuzleiter-Hybridkopplerentwürfe hergestellt, und zwar basierend auf den von den einstellbaren Modellen erhaltenen experimentellen Daten. Die kritischen Abmessungswerte sind in Tabelle II gezeigt. Alle Abmessungen
sind in mm angegeben und haben eine Toleranz von + 0,0762 mm.

Tabelle II Frequenzbereich (GHz) L W D T

17.7 - 18.7 14,986 21,742 7,493 0,889

18.7 - 19.7 14,275 20,117 7,493 0,889

Die Hohlleiter 51 und 52 waren vom Standardmaß WR51 (12,954 mm breit und 6,477 mm tief) und wurlen in einem Aluminiumblock
mit einer Dicke von etwa 12,7 mm maschinell hergestellt.

Die so hergestellten Kreuzleiter-Hybridkoppler 50 hatten eine Rücklaufdämpfung und eine Richtungsisolation, die über einem
beträchtlichen Teil der Bänder von 17,7 bis 18,7

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und von 18,7 bis 19,7 GHz 33 db überschritt und nicht unter 30 db ging. Die Kopplung zwischen den Toren 61 und 63 und den Toren 61 und 64 betrug 3 db + 0.2 db und war frequenzempfindlich. Diese Frequenzempfindlichkeit kann man dadurch einstellen, daß man kapazitive Stifte in der Kopplungszone 57 anordnet, wie nachfolgend beschrieben ist.

Die Struktur der Kopplungszone 57 des Kreuzleiter-Hybridkopplers 50, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, kann vorteilhafterweise automatisch mit einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine hergestellt werden. Es können jedoch auch andere Kopplungszonenstrukturen hergestellt werden (wenn auch nicht voll maschinell), bei denen das vorliegende"Kreuzleiter"-Konzept verwendet ist. Die Fig. 11A bis 11D zeigen andere Ausführungsformen des vorliegenden Konzeptes. Jede der anderen Ausführungsformen wurde aus Aluminium hergestellt. Der Hohlleiter hatte ein Standardmaß WR159 (40,39 mm breit und 20,19 mm tief) und der Frequenzbereich war 5,7 bis 6,3 GHz.

In Fig. 11A ist das sich gegenüberliegende Eckenpaar 56-56 (Fig. 3) ersetzt durch mehrere induktive Pfosten 66-66, während in Fig. 11B die sich gegenüberliegenden Eckenpaare 54-54 und 56-56 (Fig. 3) durch mehrere induktive Pfosten 66-66 ersetzt sind. Die Pfosten 66-66 haben die Form kreisförmiger gerader Zylinder, die je einen Durchmesser aufweisen, der etwa ein Zehntel der Breite des Hohlleiters beträgt, und sich über die volle Tiefe der Kopplungszone 57 erstrecken. Die Pfosten 66-66 sind aus demselben Material wie der Kreuzleiter-Hybridkoppler 50 hergestellt (beispielsweise Aluminium). Es können aber auch

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andere leitende Materialien verwendet werden, wie Kupfer, Messing oder dergleichen. Die KopplungsZonenanordnung gemäß Fig. 11A und 11B weist eine gute Rücklaufdämpfung und Richtungsisolation im Band von 5,7 bis 6,3 GHz auf. Allerdings änderte sich die Kopplung um etwa 0,7 db über diesem Frequenzband. Man kann erwarten, daß die Kopplungsänderung bei ausgeklügelteren Aufbauten wesentlich verbessert werden kann.

Fig. 11C zeigt ebenfalls mehrere induktive Pfosten 66-66 in der Kopplungszone 57, während Fig. 11D mehrere kapazitive Stifte 67-67 in der Kopplungszone aufweist. Die kapazitiven Stifte 67-67 haben ebenfalls generell die Form eines kreisförmigen geraden Zylinders und erstrecken sich über eine Distanz von etwa 10% der Hohlleiterhöhe in die Kopplungszone 57. Sie können fest mit dem Boden der Kopplungszone 57 verbunden sein oder sich von der Abdeckung 58 (Fig. 3) nach unten erstrecken. Die Stifte 67-67 sind ebenfalls aus demselben Material wie der Koppler 50 oder aus anderen leitenden Materialien hergestellt. Die Kopplungszone 57 gemäß Fig. 11C weist eine Kopplungskennlinie mit guter Flachheit über den Frequenzbereich auf. Man fand, daß die Anordnung gemäß Fig. 11C eine höhere Rücklaufdämpfung und Richtungsisolation über einen weiteren Frequenzbereich aufwies als die Kopplungs-Anordnung gemäß Fig. 11D.

Die vorausgehende Beschreibung des in den Fig. 3 und 4 gezeigten Kreuzleiter-Hybridkopplers 50 ist auf eine spezielle Ausführungsform gerichtet, bei der in einem ebenen Materialblock 53 die sich schneidenden Hohlleiter 51 und 52 gebildet sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchermaßen hergestellten

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Kreuzleiter-Hybridkoppler 50 beschränkt- In bestimmten Situationen mag es wünschenswert sein, den vorliegenden Koppler 50 herzustellen durch Verbinden von vier Rechteckhohlleitern in Kreuzleiterweise und durch Bilden einer Kopplungszone gleich derjenigen, wie sie
in Fig. 4 oder in den Fig. 11A bis 11D gezeigt ist. Demgemäß ist die vorliegende Erfindung auf eine spezielle Kopplungszone 57 gerichtet, die an der Schnittstelle von Hohlleiterabschnitten gebildet ist, und sie ist nicht beschränkt auf die Art des Aufbaus solcher Kreuzleiter-Hybridkoppler.

Ümschalthybrid

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten Umschalthybrids, das allgemein mit der Bezugsziffer 75 gekennzeichnet ist. Das Umschalthybrid 75 umfaßt einen ersten und einen zweiten Hybridkoppler 76 bzw. 77, die durch zwei Übertragungsleitungsabschnitte ungleicher Länge L₁ und L₂ verbunden sind. Der erste
Hybridkoppler 76 weist Tore 81 und 82 auf, während der Hybridkoppler 77 Tore 83 und 84 besitzt. Eine Energieanpassungslast 86 ist am Tor 82 angeordnet, um dieses Tor geeignet abzuschließen.

Im Betrieb wird dem Tor 81 zugeführte Signalenergie durch den
ersten Hybridkoppler 76 in zwei gleiche Teile aufgeteilt und
über die Übertragungsleitungen L- und L- auf den zweiten Hybridkoppler 77 übertragen. Die relative Phase der beiden dem zweiten Hybridkoppler 77 zugeführten Signale bestimmt die Signalenergie-

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KO

aufteilung zwischen den Toren 83 und 84. Wenn man es ermöglicht, daß sich diese Phasenbeziehung über den Bereich von 0 bis 180° ändert, kann die Signalenergie am Tor 81 in jedem gewünschten Verhältnis zwischen den Ausgangstoren 83 und 84 aufgeteilt werden. Für eine gegebene Leitungslängendifferenz L=L- "L₁ ist die Phasenbeziehung der beiden dem Hybridkoppler 77 zugeführten Signale eine Funktion sowohl von L_D als auch der Frequenz. Die Eingangsfrequenzen können der Reihe nach mit einem solchen Abstand angeordnet werden, daß die gesamte Eingangsenergie, die vorbestimmten Frequenzgruppen zugeordnet ist, am Ausgangstor 83 geliefert wird, während diejenige Eingangsenergie, welche den Gruppen aller zwischengeschobener Frequenzen zugeordnet ist, auf das Ausgangstor 84 geliefert wird. Mit anderen Worten: Wenn das Eingangssignal Frequenz-Mulitplex-Kanäle mit einen gleichmäßigen Abstand aufweisenden Mittelfrequenzen f.., f~, f₃, f., f_, f_g ..., umfaßt, kann die Längendifferenz L_ so gewählt werden, daß die Frequenzkanäle abwechselnd aus den Ausgangstoren 83 und 84 austreten. Demgemäß würden die Kanäle mit Mittelfrequenzen f.. , f _, f_g... aus dem Ausgangstor 83 austreten, während die Kanäle mit den Mittelfrequenzen f~, f ₄, f_ß ... aus dem Ausgangstor 84 austreten würden. Darüberhinaus ist das Umschalthybrid reversibel insofern, als eine Vielzahl von den Toren 83 und 84 zugeführten Signalen am Tor 81 kombiniert sind.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße beispielsweise Ausführungsform, bei der ein einziges Umschalthybrid, das allgemein mit der Bezugs-

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ziffer 90 gekennzeichnet ist, in einer im wesentlichen halbkreisförmigen Platte 91 gebildet ist (Abdeckungsplatte ist abgenommen). Bezugsziffern, die verwendet werden, um generell Merkmale der schematischen Darstellung in Fig. 6 zu kennzeichnen, werden verwendet, um dieselbe, jedoch speziellere Struktur in Fig. 7 zu kennzeichnen. In Fig. 7 ist das Umschalthybrid 90 automatisch vollmaschinell aus der Halbkreisplatte 91 herausgearbeitet. Ein erster und ein zweiter Kreuzleiter-Hybridkoppler 76 bzw. 77 sind durch einen kurzen Hohlleiterweg 92 der Länge L- und einen langen Hohlleiterweg 93 der Länge L- verbunden. Somit weist das Umschalthybrid 90 ein Eingangstor 81 und ein Paar Ausgangstore 83 und 84 auf. Die Energieanpaßlast 86 am Tor 82 weist einen geradzylindrischen, nichtleitenden Kern auf, der mit einem einen elektrischen Xiiderstand aufweisenden Material beschichtet und an der (nicht gezeigten) Abdeckung angebracht ist. Der Kern kann aus Keramik oder einem anderen isolierenden Material sein, während das Widerstandsmaterial niedergeschlagene Kohle oder niedergeschlagenes Tantal oder ein anderes Dünnschichtmaterial mit elektrischem Widerstand sein kann. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen speziellen Abschlußtyp beschränkt, da irgendein bekannter Hohlleiterabschluß verwendet werden kann, der die elektrischen Anforderungen des Netzwerks erfüllt.

Wie zuvor anhand der schematischen Darstellung auf der Grundlage des in Fig. 6 beschriebenen Umschalthybrids 75 erläutert worden ist, kann das Umschalthybrid 90 so angeordnet werden, daß ihm eine Vielzahl von Frequenzmultiplex-Kanälen, deren Mittelfrequenzen einen gleichmäßigen Abstand aufweisen, am Eingang 81 zugeführt werden, die abwechselnd ^Us cten Ausgangstoren 83 und 84 austreten.

Diese Anordnung ist ebenfalls reversibel, wie es zuvor in Zusammenhang mit Fig. 6 erwähnt worden ist.

Ein spezielles Arbeitsmodell des Umschalthybrids 90 (Fig. 7) wurde in einem Materialblock 91 unter Verwendung der WR51 Standardhohlleiter-Abmessung erzeugt. Der lange Weg 93 oder L- hatte eine Länge von 593,979 mm und der kurze Weg 92 oder L.. hatte eine Länge von 53,594 mm (beide Maße wurden gemessen von der Mitte der Kopplungszone 57 des ersten Kreuzleiterkopplers 76 bis zur Mitte der Kopplungszone des zweiten Kreuzleiterkopplers 77). Die Frequenz, die von einer Gruppe von dem Tor zugeführten Frequenzen entnommen oder abgetrennt wurde, betrug 18,93 GHz.

Fig. 8 zeigt eine weitere beispielsweise Ausführungsform, bei der ein Paar Umschalthybride 90-90, die allgemein durch das Bezugszeichen 94 gekennzeichnet sind, in einem einzigen Materialblock 91 gebildet sind. Jedes ümschalthybrid 90 arbeitet unabhängig und in im wesentlichen derselben Weise, wie sie bezüglich Fig. 6 und 7 besteht. Die Anzahl der Umschalthybride 90-90, die in einem einzigen Materialblock 91 erzeugt werden können, ist lediglich durch die Abmessung des Materialblocks begrenzt und durch die Länge der Hohlleiterwege 92 und 93.

Das einzelne Umschalthybrid 90 und ein Paar Umschalthybride 94, wie sie in den Fig. 7 bzw. 8 gezeigt sind, können in Kaskaden-

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schaltung kombiniert werden, um ein Kanalabzweigungsnetzwerk zu erzeugen, das in der Blockdarstellung der Fig. 9 allgemein mit der Bezugsziffer 101 gekennzeichnet ist. Das Kanalabzweigungsnetzwerk 101 umfaßt eine Sende- und eine Empfangsanordnung, die allgemein mit den Bezugsziffern 102 bzw. 103 gekennzeichnet sind, in Kombination mit einem Zirkulator 104 und einer Richtungsleitung 106. Der Zirkulator 104 leitet in richtiger Weise die empfangenen und die gesendeten Signale, während die Richtungsleitung 106 RÄexionswege unterbindet, die innerhalb des Kanalverteilungsnetzwerks 101 existieren. Der Zirkulator 104 und die Richtungsleitung 106 können von einer der vielen bekannten Arten sein und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Die Sendeanordnung 102 kombiniert vier Sendekanäle, während die Empfangsanordnung 103 vier Empfängerkanäle trennt. Natürlich können zusätzliche Paare von Umschalthybriden 94 zu den Anordnungen 102 und 103 in Kaskade geschaltet werden, um die Gesamtzahl derjenigen Kanäle zu erhöhen, die in dem Kanalverzweigungsnetzwerk 101 getrennt und/oder zusammengefaßt werden können, Man denke auch daran, daß das Kanalverzweigungsnetzwerk vollständig umkehrbar oder reversibel ist und daß die Sendeanordnung 102 und die Empfangsanordnung 103 ihre Funktionen umkehren können durch einfaches Umkehren der Eingänge der Anordnungen.

Fig. 10 zeigt eine spezielle Arbeitsausführungsform, welche die Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Um die Kompaktheit des Kanalverzweigungsnetzwerks 101 zu erhöhen, sind die Umschalthybride 90 und 94 in Paaren angeordnet, wobei jedes

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Paar eine im wesentlichen kreisförmige ebene Platte mit einer Mittelöffnung 107 bildet. Die Materialblöcke 91-91, in denen die ümschalthybride 90 und 94 gebildet sind, weisen an ihnen festgelötete Abdeckungen 58-58 auf und werden zur Bildung eines Zylinders übereinander gestapelt. Wie zuvor erwähnt, können zusätzliche ümschalthybride 90 und/oder 94 hinzugestapelt werden, wodurch die Größe des Zylinders erhöht und eine größere Kanalkapazität erzeugt wird. Die gestrichelten Linien in Fig. 10 stellen Standardhohlleiterverbindungen dar.

Bei einer speziellen Anwendung des erfindungsgemäßen Kanalverzweigungsnetzwerks 101 beträgt der Außendurchmesser der kreisförmigen Platte, die durch ein Paar Umschalthybride 90-90 oder 94-94 (Fig. 10) gebildet ist, 381 mm, während die Mittelöffnung 107 einen Durchmesser von 177,8 mm aufweist. Jede Platte 91 weist mit der an ihr befestigten Abdeckung 58 eine Dicke von 31,75 mm auf. Die Platten 91-91 bestehen aus Aluminium. Es können jedoch auch andere leitende Materialien, wie Messing, Kupfer usw. verwendet werden.

Bei der vorliegenden beispielsweisen Ausfuhrungsform sind die Kreuzleiter-Hybridkoppler 76 und 77 maschinell in im wesentlichen halbkreisförmigen Platten 91-91 gebildet und dann zur Erzeugung eines Zylinders gestapelt, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die maschinelle Herstellung der Kreuzleiter-Hybrid-

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koppler 76 und 77 kann in einem ebenen Materialblock irgendeiner Geometrie durchgeführt werden. Die Geometrie der Platte ist normalerweise vorgeschrieben durch Betrachtungen hinsichtlich Stelle und Raum am Installationsplatz. Obwohl die beschriebenen Hohlleiter durch maschinelles Spanabheben in dem ebenen Materialblock 91 erzeugt worden sind, können solche Hohlleiter enthaltenden Platten auch durch andere Herstellungsmethoden erzeugt werden, wie Gießen, Elektroformieren oder dergleichen. Der Materialblock 91 könnte auch ein elektrisch isolierendes Material sein mit Kreuzleitern 51 und 52, die in diesem mit einem darauf niedergeschlagenen elektrisch leitenden Material gebildet sind.

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Claims

BLUMBACH · WESER . BERGEN . KRAMER ZWIRNER · HIRSCH PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2640418 Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Western Electric Company Incorporated New York, N. Y. USA Baldwin 5-1-5-1 Patentansprüche

1. Rechteckhohlleiter-Hybridkoppler mit ersten und zweiten Rechteckhohlleiterwegen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlleiterwege schneiden zur Bildung einer Kopplungszone (57), die zwei Paare sich gegenüberliegender Ecken aufweist, von denen ein sich gegenüberliegendes Eckenpaar (54-54) in die Kopplungszone hineinragt und das andere sich gegenüberliegende Eckenpaar (56-56) ein Paar sich gegenüberliegender Wände bildet, die im wesentlichen parallel zueinander und zu dem Paar in die Kopplungszone ragender Ecken sind.

2. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckhohlleiterwege in einem ebenen Materialblock gebildet sind.

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München: Kramer. Dr. ' ^w ·» ^w > "* ' ν w «* ·? . Dr. Bergen · Zwirrer

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3. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste und der zweite Hohlleiterweg unter rechten Winkeln schneiden.

4. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste und der zweite Hohlleiterweg unter einem
Winkel schneiden, der von einem rechten Winkel verschieden ist.

5. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kopplungszone (54) mehrere kapazitive Stifte (67) angeordnet sind.

6. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere sich gegenüberliegende Eckenpaar (56-56) von der Schnittstelle zurückgesetzt ist und daß an jeder der sich gegenüberliegenden zurückgesetzten Ecken mehrere induktive Pfosten (66) angeordnet sind.

7. Hybridkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorspringenden Ecken (54) durch induktive Pfosten (66)

' ersetzt und die sich gegenüberliegenden parallelen Wände
durch mehrere induktive Pfosten (66-66) gebildet sind.

8. Umschalthybrid, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Hohlleiter-Hybridkoppler (76, 77) durch Rechteckhohlleiterwege unterschiedlicher Längen (L-, L~) gekoppelt ist, daß jeder

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der Hybridkoppler erste und zweite Hohlleiterwege aufweist, die sich zur Bildung einer Kopplungszone (57) mit zwei Paar sich gegenüberliegende^ Ecken (54-54, 56-56) schneiden, daß wenigstens ein Paar der sich gegenüberliegenden Ecken (56-56) in die Kopplungszone hineinragt, und daß das andere Paar sich gegenüberliegender Ecken (54-54) ein Paar sich gegenüberliegender Wände bildet, die im wesentlichen parallel zueinander und zu dem Paar in die Kopplungszone ragender Ecken sind.

9. Kanalverzweigungsnetzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umschalthybride in Kaskadenschaltung miteinander gekoppelt sind, daß jedes der Umschalthybride ein Paar Hohlleiter-Hybridkoppler (76, 77) umfaßt, die durch ein Paar Rechteckhohlleiterwege unterschiedlicher Längen (L-, L-) gekoppelt sind, daß jeder der Hohlleiter-Hybridkoppler erste und zweite Rechteckhohlleiterwege umfaßt, die sich zur Bildung einer Kopplungszone mit zwei Paar sich gegenüberliegenden Ecken schneiden, daß wenigstens ein Paar sich gegenüberliegender Ecken in die Kopplungszone hineinragt und das andere Paar sich gegenüberliegender Ecken ein Paar sich gegenüberliegender Wände bildet, die im wesentlichen parallel zueinander und zu dem Paar in die Kopplungszone ragender Ecken sind.

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