DE69917396T2

DE69917396T2 - Phasenschieber nach dem Reflektionsmodus

Info

Publication number: DE69917396T2
Application number: DE69917396T
Authority: DE
Inventors: Karl Georg New York Hampel
Original assignee: Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp
Current assignee: Agere Systems LLC
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP2000091803A; KR100581271B1; EP0984509A3; EP0984509B1; US6333683B1; KR20000022918A; EP0984509A2; DE69917396D1; CA2279704A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Telekommunikation und insbesondere Phasenschieber, die zum Steuern des Antennenhauptstrahls verwendet werden.
Allgemeiner Stand der Technik
Das Steuern des Hauptstrahls hat zahlreiche Anwendungen. Von besonderer Bedeutung ist die Anwendung im Gebiet der Telekommunikation. Der geographische Bereich, der von einem drahtlosen Telekommunikationssystem bedient wird, ist in eine Anzahl räumlich getrennter Flächen, sogenannter "Zellen" unterteilt. Jede Zelle hat für gewöhnlich eine unregelmäßige Form (im Idealfall allerdings ein Sechseck), die von der Topographie des Terrains abhängt. Für gewöhnlich enthält jede Zelle eine Basisstation, die neben anderen Geräten, Funkgeräte und Antennen enthält, die die Basisstation für die Kommunikation mit drahtlosen Endgeräten in dieser Zelle verwendet. Aufgrund momentaner geographischer Änderungen im Kommunikationsverkehr kann es gelegentlich wünschenswert sein, den geographischen Versorgungsbereich einer bestimmten Basisstation anzupassen. Dies kann durch Steuern der Hauptstrahlrichtung erfolgen.
Die freie Raumverteilung des elektromagnetischen Signals, das von einer Antenne der Basisstation ausgestrahlt wird, wird durch das Strahlungsmuster der Antenne bestimmt. Dieses Antennenstrahlungsmuster ist für gewöhnlich durch eine Hauptkeule und mehrere Seitenkeulen im Azimut und den Elevationsebenen gekennzeichnet. In den meisten Fällen ist es wünschenswert, über eine sehr schmale Hauptkeule, die auch als "Antennenhauptstrahl" bezeichnet wird, in einer oder beiden Winkeldimensionen zu verfügen. Der Vorteil ist, dass ein schmaler Antennenhauptstrahl eine sehr starke Richtwirkung hat, und die Winkelleistungsdichte in der Hauptkeule sehr hoch ist. Die Verbesserung der Leistungsdichte der Hauptkeule bei abnehmender Strahlbreite wird auch "Antennengewinn" genannt.
Wenn die Strahlbreite einer Antenne sehr gering ist, wird sie für eine gute physikalische Einstellung empfänglich. Dies ist wichtig, da es häufig notwendig ist, die Winkelposition des Antennenhauptstrahls zu ändern ("Hauptstrahlsteuerung") oder das gesamte Strahlungsmuster der Antenne im Laufe der Zeit zu modifizieren ("Formen des Hauptstrahls", z. B. Ändern der Strahlbreite usw.). Dies alles macht das Eingliedern von Hauptstrahlfernsteuerungs-/Hauptstrahlformungseinrichtungen in einem Antennen-Panel günstig.
Eine Antenne mit hohem Gewinn (d. h., schmalem Hauptstrahl) besteht für gewöhnlich aus einem Array ausstrahlender Antennenelemente, die in einer flachen Panel-Anordnung implementiert sind. Das flache Panel enthält des Weiteren ein Speisenetzwerk, das die Funkfrequenz-("RF"-)Leistung zu den strahlenden Elementen verteilt. Die Anzahl von Array-Elementen in jeder physikalischen Dimension entspricht dem Antennengewinn in der entsprechenden Winkeldimension. Je mehr Elemente und je größer ihr Abstand, um so höher ist der maximal erreichbare Gewinn, d. h., um so schmäler ist die Strahlbreite. Die endgültige Strahlenform und Position eines solchen Arrays kann durch Verändern der relativen Signalamplitude und Signalphase aller strahlender Elemente eingestellt werden. In den meisten Fällen ist es jedoch ausreichend, nur die Signalphase in jedem strahlenden Element abzustimmen. Eine solche Signalphaseneinstellung kann durch die Implementierung von Phasenschiebern in den Signalleitungen zu den strahlenden Elementen oder in dem Speisenetz erfolgen.
Die richtige Phasenschieberkonstruktion hängt von der Art und Anwendung der besonderen Antenne ab. In der Telekommunikation verlangt der konkurrenzstarke Markt kostengünstige Lösungen geringer Größe. Der Mangel an kostenintensiven hermetischen Gehäusen im Freien erfordert eine hohe Stabilität gegenüber sich ändernden Wetterbedingungen, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Korrosion. Ferner ist eine Kompatibilität mit hohen Leistungspegeln notwendig (bis zu durchschnittlich 200 W pro Antennen-Panel). Dies bedeutet ferner eine hohe Linearität in Bezug auf die RF-Signalleistung. Für passive Einrichtungen ist ein sehr geringer Einfügungsverlust erforderlich.
Da im Prinzip die Phase einer Welle, die sich in einer Übertragungsleitung bewegt, durch mehrere unabhängige Parameter eingestellt werden kann, gibt es mehrere Methode zur Ausführung von Phasenschiebern für Funkfrequenzen. Die Änderung in Phase ϕ, die eine elektromagnetische Welle der Frequenz f erfährt, die sich mit einer Geschwindigkeit ν durch eine Übertragungsleitung der Länge L bewegt, ist durch folgende Gleichung gegeben: ϕ = 2πfL/ctr,wobei f die Signalfrequenz ist, c_tr die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in der Übertragungsleitung ist, und wo c_tr bestimmt ist durch: ctr = Co/(εeffμeff)1/2,wobei c_o die Vakuumgeschwindigkeit von Licht ist, und ε_eff und μ_eff die effektive dielektrische Konstante beziehungsweise magnetische Permeabilität des Fortpflanzungsmediums sind. Die Signalphase ϕ kann daher durch Ändern von L, ε_eff oder μ_eff geändert werden.
Ferner können variable Induktoren oder Kondensatoren in der Leitung eingefügt werden, wodurch eine Phaseneinstellung aufgrund ihrer variablen Reaktanz möglich ist.
Es gibt verschiedene Konstruktionen von Phasenschiebern, die einen oder mehrere dieser Effekte nutzen. Eine Art von Phasenschieber nutzt schaltbare Verzögerungsleitungen unterschiedlicher Länge. Solche Phasenschieber sind groß, schwer und teuer. Ferner sind nur einzelne Schritte in der Phasenverschiebung möglich. Eine zweite Art von Phasenschieber, sogenannte Leitungsverlängerungs-Phasenschieber, verwenden koaxiale Übertragungsleitungen, die teleskopisch verlängerbar sind. Dies erfordert jedoch Gleitkontakte und ist daher sehr korrosionsanfällig.
Eine dritte Art von Phasenschieber verwendet Festkörperelektronik, wie Varaktordioden. Diese sind jedoch wegen der inhärenten Nichtlinearitäten mit hohen Leistungspegeln nicht kompatibel. Aktive Festkörperlösungen erfordern Leistungsverstärker an der Mastspitze, die groß, schwer und teuer sind. Festkörperlösungen sind größtenteils nur für Empfangsantenne durchführbar, wo die Leistungspegel sehr gering sind.
Phasenschieber, die ferrimagnetische Materialien ("Ferrite") verwenden, nutzen die Änderung von μ_eff durch Anlegen eines Gleichstrommagnetfeldes. Sie sind groß, schwer und teuer. Kürzlich entwickelte Dünnfilmtechniken sind viel leichter, sind aber bei hohen Leistungspegeln nichtlinear. Es gibt auch Phasenschieber, die die mechanische Bewegung eines dielektrischen Materials in die elektrischen Feldlinien verwenden. Die effektive relative Phasenverschiebung ist für Materialien mit geringen dielektrischen Konstanten sehr gering, was zu großen Phasenschiebern führt. Für hoch dielektrische Materialien tritt eine signifikante Impedanzfehlabstimmung an der Grenzfläche zum dielektrischen geladenen Bereich auf, woraus sich eine unerwünschte Reflexionsdämpfung ergibt. Lösungen mit hoch dielektrischen Materialien sind ferner für einen Leistungsverlust in dielektrische Resonanzmoden anfällig. Als solches haben alle Lösungen nach dem Stand der Technik Nachteile, die sie für eine Implementierung in der Telekommunikation ungeeignet machen.
JP 09-232801 beschreibt einen Reflexionsphasenschieber, der ein zylindrisches Element mit hoher dielektrischer Konstante umfasst, das zwischen dem inneren und äußeren Leiter einer koaxialen Leitung angeordnet ist. In dem äußeren Leiter ist eine Kerbe vorgesehen, so dass eine Platte, die an dem dielektrischen Zylinder befestigt ist, zum Verschieben des dielektrischen Zylinders entlang der koaxialen Leitung verwendet werden kann.
JP 61-234102 beschreibt einen Phasenschieber, der ein metallisches Element umfasst, das einem Mikrostreifen zugewandt ist. Das metallische Element hat eine Führungsgewindestange, so dass der Abstand zwischen dem metallischen Element und dem Mikrostreifen eingestellt werden kann und somit die Kapazität des Mikrostreifens geändert werden kann.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung ist ein mechanisch oder elektromechanisch angetriebener Phasenschieber für Funkfrequenzen. Sie ist eine Einrichtung zum Verschieben der Phase eines Signals, das sich durch eine Übertragungsleitung fortpflanzt, durch Bewegen eines leitenden Konstrukts, das auch als Schlitten bezeichnet wird, zwischen einer aktiven Masse und einer Masseebene der Übertragungsleitung. Das leitende Konstrukt ist mit der aktiven Leitung und mit der Masseebene kapazitiv gekoppelt, wobei ein kapazitiver Shunt gebildet wird, der einen signifikanten Teil des Signals reflektiert. Der übrige Teil des Signals wird am Abschlussende der Übertragungsleitung reflektiert, wodurch der Signalverlust im Wesentlichen null ist. Durch Bewegen des leitenden Konstrukts entlang der Leitung wird das gesamte reflektierte Signal phasenverschoben. Die Erfindung kann unter Verwendung luftsuspendierter oder plattensuspendierter Streifenleitungen, Mirkostreifen oder koplanarer Wellenleiter-Übertragungsleitungsstrukturen oder einer anderen quasi-TEM Übertragungsleitungsstruktur implementiert werden.
Die Reflektanz der leitenden Konstrukte wird durch ihre Kapazität zur aktiven Leitung und Masse, durch ihre Länge und durch die Stufe in der Feldverteilung an der Grenzfläche zwischen luftsuspendierten und schlittensuspendierten Abschnitten bestimmt. Konstruktionsänderungen sind möglich, die einen oder mehrere dieser Effekte verstärken, wie Kapazitätsverbesserungen durch eine dielektrische Beschichtung des Schlittens, jede Längenvariation, Mehrfachschlittenstrukturen, Modifizierungen des Schlittenquerschnitts usw. Ferner ist auch eine Einschränkung auf die Verwendung nur eines einzigen Schlittens möglich.
Der Reflexionsmodus-Phasenschieber kann an jede Isoliervorrichtung, wie einen Zirkulator, Koppler oder eine 90°-Kopplerschaltung, angeschlossen sein, die einfallende und reflektierte Wellen trennen kann. Von Bedeutung ist, dass er mit derselben Übertragungsleitungsstruktur implementiert werden kann. Die Erfindung bewirkt eine relativ große Phasenverschiebung unter Nutzung eines kleinen physischen Raums und einer geringen Länge der Übertragungsleitung. Es sind sehr geringe Bewegungskräfte erforderlich. Sie arbeitet bei hohen Leistungspegeln, hat eine sehr hohe Linearität und einen sehr geringen Einfügungsverlust. Sie hat in vorteilhafter Weise eine hohe elektrische und mechanische Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Korrosion. Von Bedeutung ist, dass sie zum elektrischen Hauptstrahlsteuern verwendet werden kann und daher von hohem Wert in drahtlosen Kommunikationen ist. Insbesondere machen die genannten Merkmale diesen Phasenschieber zu einer attraktiven Komponente für die Implementierung in flachen Panel-Antennen, insbesondere wenn hohe Leistungspegel verwendet werden und ein geringer Einfügungsverlust erforderlich ist. Der Phasenschieber kann des Weiteren in vielen anderen Anwendungen benutzt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann auf die folgende Beschreibung und beispielhaften Ausführungsformen Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, von welchen:
1a ein Übertragungsmodus-Phasenschieber ist;
1b ein Reflexionsmodus-Phasenschieber ist;
2a ein Reflexionsmodus-Phasenschieber mit einem Zirkulator ist;
2b ein Reflexionsmodus-Phasenschieber mit einem 90°-Koppler ist;
3a ein Reflexionsmodus-Phasenschieber mit einer Varaktordiode und einem Abschluss ist;
3b ein Reflexionsmodus-Phasenschieber mit einem verschiebbaren Kurzschluss ist;
4a eine Endquerschnittsansicht eines Phasenschiebers in einer luftsuspendierten Streifenleitung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4b eine Seitenquerschnittsansicht des in 4a dargestellten Phasenschiebers ist;
4c ein Schaltungsdiagramm des in 4a und 4b dargestellten Phasenschiebers ist;
5a eine Endquerschnittsansicht eines anderen Phasenschiebers in einer luftsuspendierten Streifenleitung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5b eine Seitenquerschnittsansicht des in 5a dargestellten Phasenschiebers ist;
5c und 5d Schaltungsdiagramme des in 5a und 5b dargestellten Phasenschiebers sind;
6a eine Endquerschnittsansicht eines anderen Phasenschiebers in einer luftsuspendierten Streifenleitung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
6b eine Seitenquerschnittsansicht des in 6a dargestellten Phasenschiebers ist;
6c und 6d Schaltungsdiagramme des in 6a und 6b dargestellten Phasenschiebers sind;
7a eine Endquerschnittsansicht einer Mehrfachschlittenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
7b eine Seitenquerschnittsansicht des in 7a dargestellten Phasenschiebers ist;
8a bis 8e mehrere Ausführungsformen des Phasenschiebers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
9a–b und 9c–d End- und obere Querschnittsansichten von Phasenschiebern sind, die bei einem 90°-Koppler mit zwei beziehungsweise einem Antriebsmechanismus für die Schlitten verwendet werden;
10a und 10b eine obere und einen Endquerschnittsansicht von Phasenschiebern sind, die bei einem Rückwärtskoppler mit einem gemeinsamen Antriebsmechanismus verwendet werden;
10c und 10d Implementierungsaspekte der in 10a und 10b dargestellten Konstruktion zeigen;
11a–b obere Querschnittsansichten von Serienphasenschiebern sind, die mit einem 90°-Koppler beziehungsweise einem Rückwärtskoppler verwendet werden;
11c eine Querschnittsansicht von Serienphasenschiebern mit einem gemeinsamen Antriebsmechanismus für die Schlitten ist; und
12a bis 12e Querschnittsansichten von Ausführungsformen in einer luftsuspendierten, luftsuspendierten Streifenleitung (nur ein Schlitten), einem dielektrischen suspendierten Mikrostreifen, einem koplanaren Wellenleiter und einem luftsuspendierten Mikrostreifen sind.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die folgende Beschreibung soll einem Fachmann die Herstellung und Anwendung der Erfindung ermöglichen und wird in Zusammenhang mit einer bestimmten Anwendung und deren Anforderungen präsentiert. Für den Fachmann sind verschiedene Modifizierungen der offenbarten Ausführungsformen sofort offensichtlich und die allgemeinen Prinzipien, die hierin definiert sind, können bei anderen Ausführungsformen und Anwendungen angewandt werden, ohne von der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern soll auf den weitesten Umfang gemäß den beanspruchten Prinzipien und Merkmalen abgestimmt sein.
Phasenschieber, die in dieser Beschreibung dargestellt sind, werden in Verbindung mit einer Übertragungsleitung verwendet, die mindestens eine signaltragende ("aktive") Leitung und mindestens eine Masseebene enthält. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Übertragungsleitung" auf quasi-transversale elektromagnetische (TEM) Übertragungsleitungen. Für drahtlose Telekommunikationsanwendungen, für gewöhnlich im Bereich von etwa 0,5 bis 50 Gigahertz (Ghz), werden üblicherweise quasi-TEM Übertragungsleitungen, wie Mikrostreifen oder Streifenleitung, verwendet. Der Kürze wegen zeigen die meisten dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung einen Phasenschieber, der in Verbindung mit einer Streifenleitung verwendet wird. Es sollte jedoch klar sein, dass in einigen Ausführungsformen Phasenschieber gemäß der Erfindung in Verbindung mit Mikrostreifen oder koplanaren Wellenleitern verwendet werden. Unabhängig vom Aufbau der Übertragungsleitung ist in einigen Ausführungsformen die aktive Leitung vorzugsweise luftsuspendiert (d. h., zwischen der aktiven Leitung und der Masse ist kein dielektrisches Material angeordnet). Unter anderen Vorteilen verringert eine solche Luftsuspension auch den Signalverlust und ermöglicht eine leichte Implementierung des vorgeschlagenen Reflexionsmodus-Phasenschiebers.
Grundkonzept des Reflexionsmodus-Phasenschiebers
Unter Bezugnahme auf 1a wird ein Phasenschieber 100 in den meisten Anwendungen als Einrichtung mit zwei Ports verwendet. Port eins 105 stellt den Signaleingang dar und Port zwei 110 stellt den Signalausgang dar. Die relative Phase zwischen beiden Signalen kann abgestimmt werden. Solche Phasenschieber werden als Übertragungsmodus-Phasenschieber bezeichnet.
Unter Bezugnahme nun auf 1b ist das Phasenschiebergrundelement der Erfindung jedoch eine Einrichtung mit einem Port 150, wobei das Eingangssignal und Ausgangssignal einen gemeinsamen Port 155 haben. Solche Phasenschieberelemente werden als Reflexionsmodus-Phasenschieber bezeichnet. Zur Umwandlung eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers zu einem Übertragungsmodus-Phasenschieber müssen eingehende und ausgehende Signale getrennt werden.
Es gibt zwei Hauptmechanismen, die eine solche Signaltrennung erreichen. Ein Mechanismus, der auf einem Bruch der Zeitumkehrsymmetrie beruht, wird in einem sogenannten Zirkulator ausgeführt. Der andere Mechanismus, der auf einer Signalinterferenz beruht, kann auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, z. B. unter Verwendung von Rückwärtskopplern oder 90°-Kopplern ("quadrature hybrids" – QHD). Die letztgenannten Einrichtungen werden in der übrigen Beschreibung als QHDs bezeichnet, ohne Allgemeingültigkeit zu verlieren.
Unter Bezugnahme auf 2a und 2b ist ein Zirkulator 200 als Einrichtung mit drei Ports dargestellt, und ein QHD 250 ist als Einrichtung mit vier Ports dargestellt. Im vorliegenden Fall werden zwei Ports jeder Einrichtung (Zirkulator oder QHD) für den Signaleingang und Signalausgang verwendet. Diese sind für den Zirkulator mit 205 und 210 bezeichnet und für den QHD mit 255 und 260. Die anderen Ports 215 beziehungsweise 260–265 sind an Reflexionsmodus-Phasenschieber 220 beziehungsweise 270–275 angeschlossen. Daher sind ein Reflexionsmodus-Phasenschieber in Verbindung mit einem Zirkulator und zwei Reflexionsmodus-Phasenschieber mit einem QHD erforderlich. Um eine gute Leistung im letztgenannten Fall zu garantieren, müssen beide Phasenschieber mit einem Port im Gleichklang betrieben werden, d. h., die Phase, auf die sie eingestellt sind, sollte im Idealfall dieselbe sein.
Die Verwendung eines QHD könnte komplizierter als die Verwendung eines Zirkulators erscheinen, da zwei gemeinsam angetriebene Reflexionsmodus-Phasenschieber anstelle eines einzigen erforderlich sind. Für die vorliegende Anwendung jedoch gleichen die höhere Leistungsbewältigungsfähigkeit, die höhere Linearität und die deutlich geringeren Kosten von QHDs diesen Nachteil aus. Wie hierin beschrieben, werden der erforderliche Hardware-Overhead und die Einstellung auf elegante Weise durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Die Ausführung von Übertragungsmodus-Phasenschiebern unter Verwendung von Reflexionsmodus-Phasenschiebern in Verbindung mit Zirkulatoren oder QHDs ist allgemein bekannt. Eine solche Implementierung wird z. B. für Festkörper-Phasenschieber verwendet. Unter Bezugnahme auf 3a besteht ein Reflexionsmodus-Phasenschieberelement 300 aus einer Übertragungsleitung 305 mit einer Länge L, die mit einer Varaktordiode 310 an einem Port 315 nebengeschlossen ist mit einer elektrischen Leiterunterbrechung oder einem Kurzschluss am verbleibenden Ende 320 endet. Wie durch die Pfeile dargestellt, wird ein erster Teil des Eingangssignals an der Varaktordiode 310 reflektiert, und ein zweiter Teil am Abschlussende 320. Beide reflektierten Signale haben eine andere Phase, wenn sie beim Port 315 eintreffen. Eine Änderung der Varaktorkapazität verändert die relative Größe beider Signale und daher die Phase des gesamten Signals. Wie zuvor erwähnt, ist diese Art von Phasenschieber jedoch in der Leistungsbewältigungskapazität begrenzt, hat einen hohen nichtlinearen Gang, und einen hohen Einfügungsverlust.
Unter Bezugnahme auf 3b verwendet eine andere Ausführung eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers 350 einen bewegbaren, verschiebbaren Kurzschluss 355. Der Phasenschieber 350 besteht aus einer Übertragungsleitung 360 mit einem bewegbaren, verschiebbaren oder elektrischen Kurzschluss 355. Das Verschieben des Kurzschlusses 355 entlang der Leitung 360 bestimmt den Reflexionspunkt. Die gesamte Phasenänderung ist durch das Zweifache der verschobenen elektrischen Länge gegeben. Der Phasenschieber beruht stark auf dem präzisen verschiebbaren elektrischen Kontakt und ist daher alterungs- und korrosionsanfällig.
Konstruktion eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers
Der Phasenschieber der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei Reflexionsmodus-Phasenschieberelementen, die in Verbindung mit einer QHD-Einrichtung arbeiten, oder als Alternative mit einem Reflexionsmodus-Phasenschieberelement, das in Verbindung mit einem Zirkulator arbeitet. In der folgenden Besprechung wird nur auf QHD-betriebene Einrichtungen Bezug genommen, ohne Allgemeingültigkeit zu verlieren.
Reflexionsmodus-Phasenschieber und QHDs können in einer gemeinsamen Übertragungsleitungsstruktur eingebettet sein. Die Grundkonstruktion ist mit den meisten allgemein bekannten Übertragungsleitungsstrukturen kompatibel, die quasi-TEM-Moden übertragen. Die folgende Beschreibung konzentriert sich jedoch zunächst auf luftsuspendierte Streifenleitungsstrukturen. Dann werden Implementierungen für andere quasi-TEM-Übertragungsleitungsarten beschrieben. Da die. Implementierung von QHD-Schaltungen allgemein bekannt ist, konzentriert sich die folgende Beschreibung ferner vorwiegend auf die Reflexionsmodus-Phasenschieberkonstruktion und ihre physische Implementierung.
4a bis c, 5a bis d und 6a bis d zeigen die Grundkonstruktion des vorgeschlagenen Reflexionsmodus-Phasenschiebers. Im Allgemeinen besteht dieser Reflexionsmodus-Phasenschieber aus einer luftsuspendierten Streifenleitungsstruktur mit einer Impedanz Z₀, einem Abschluss, der einen elektrischen Kurzschluss oder eine elektrische Leitungsunterbrechung darstellt, und zwei leitenden Schlitten, die sich im oberen und unteren luftsuspendierten Bereich der Streifenleitung zwischen der aktiven Leitung und der Masse bewegen. Diese Schlitten haben weder mit der aktiven Leitung noch mit der Masse elektrischen Kontakt, aber die Schlitten füllen ein wesentlichen Maß der Luftlücke zwischen der aktiven Leitung und der Masse. Sie können sich ferner gemeinsam entlang der Leitung bewegen.
Die Schlitze bilden einen kapazitiven Shunt in der Übertragungsleitung, was eine Reflexion eines signifikanten Teils des eingehenden Signals zur Folge hat. Der übrige Teil wird durch den offenen oder kurzgeschlossenen Abschluss der Leitung reflektiert, d. h., es geht keine Leistung verloren. Wenn die Schlitten entlang der Leitung bewegt werden, wird ihre Reflexionsebene mitbewegt, wodurch die Phase des gesamten reflektierten Signals verändert wird.
Unter Bezugnahme insbesondere auf 4a und 4b ist ein Reflexionsmodus-Phasenschieber gemäß der Erfindung in einer End- beziehungsweise Seitenquerschnittsansicht dargestellt. Der Reflexionsmodus-Phasenschieber 400 enthält eine luftsuspendierte aktive Leitung 405 und Masseebenen 410 und 415. Zwischen der aktiven Leitung 405 und der Masseebene 410 und zwischen der aktiven Leitung 405 und der Masseebene 415 sind Schlitten 420 beziehungsweise 430 vorgesehen. Der Abschluss ist durch einen elektrischen Kurzschluss 440 gebildet, der zwischen der aktiven Leitung 405 und den Masseebenen 410 und 415 angeschlossen ist. Wie dargestellt sind die Schlitten 420 und 430 weder an die aktive Leitung 405 noch an die Masseebenen 410 und 415 elektrisch angeschlossen und sind entlang der aktiven Leitung 405 bewegbar.
Unter Bezugnahme auch auf 4c kann die Signalreflexion von den Schlitten 420 und 430 im Sinne äquivalenter Schaltungen verstanden werden, die verschiedene Grenzen der tatsächlichen physischen Ausführung beschreiben. In dieser Ausführungsform sind die Schlitten 420 und 430 im Vergleich zur Wellenlänge des sich fortpflanzenden Signals kurz. Innerhalb dieser Grenze bilden die Schlitten 420 und 430 zwei Kapazitäten mit der aktiven Leitung und Masse, C₁ beziehungsweise C₂. Diese zwei Kapazitäten sind in Serie und bilden eine Shunt-Kapazität C_tot in der Signalleitung: Ctot = C1C2/(C1 + C2)
Aufgrund der signifikanten Dicke der Schlitten 420 und 430 sind die Luftlücken zwischen der aktiven Leitung zum Schlitten und zwischen dem Schlitten zur Masseebene sehr klein, und daher sind C₁ und C₂ sehr groß. Der Reflexionskoeffizient T_tot dieser Shunt-Kapazität ist: Ttot = Zc – Z0/Zc + Z0 und Zc = Z0/(1 + iωCtotZ0)wobei Z₀ die Impedanz der Übertragungsleitung ist. Wie in Tabelle 1 dargestellt, sollte die Shunt-Kapazität vorzugsweise groß sein, um eine signifikante Reflexion (d. h., Abstimmungs- oder Phasenverschiebungsbereich) zu erhalten: ωC_tot > 1/Z₀.
Tabelle 1: Abstimmbereiche für kurzen Schlitten
Unter Bezugnahme nun auf 5a, 5b und 5c ist eine Ausführungsform eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers 500 dargestellt, der längere Schlitten 520 und 530 zwischen einer luftsuspendierten aktiven Leitung 505 und Masseebenen 510 und 515 hat. Wenn die Schlitten länger sind, d. h., die Signalphase deutlich über deren Länge schwankt, werden sie als Teil der Übertragungsleitung behandelt. Die luftsuspendierte Streifenleitung hat eine bestimmte Kapazität C und Induktanz L pro Längeneinheit, die ihre Impedanz Z₀ bestimmt Z0 = (L/C)1/2
Hier ist die Kapazität pro Längeneinheit, C, die Kapazitätsdichte zwischen aktiver Leitung 505 und beiden Masseebenen 510 und 515. Der schlittensuspendierte Abschnitt der Übertragungsleitung hat eine erhöhte Kapazitätsdichte pro Längeneinheit. Wie zuvor ist die Kapazität C in 2 serielle Kapazitäten C₁ und C₂, geteilt, die nun die Kapazitätsdichten zwischen aktiver Leitung 505 und Schlitten 520 (530) beziehungsweise Schlitten 520 (530) und Masse 510 (515) bezeichnen. Auch hier sind die Luftlücken zwischen aktiver Leitung 505 und Schlitten 520 (530) beziehungsweise Schlitten 520 (530) und Masse 510 (515) wegen der signifikanten Dicke der Schlitten 520 und 530 sehr klein und daher sind C₁ und C₂ sehr groß. Die Impendanz in diesem Abschnitt, Z₁, ist annähernd gegeben durch: Z1 = (L/Ctot)1/2, Ctot = C1C2/(C1 + C2)
Die Dicke der Schlitten 520 und 530 wird als zusätzliche Induktanz angesehen, die in Serie mit C₁ und C₂ ist. Da die Höhe der Streifenleitungsstruktur für gewöhnlich im Vergleich zu λ gering ist, ist jedoch diese Induktanz gering und sollte in dieser Analyse vernachlässigt werden. Da C_tot viel größer als C ist, ist die Impedanz im schlittensuspendierten Abschnitt viel kleiner als im luftsuspendierten Abschnitt.
Eine einkommende Signalwelle, die sich entlang der luftsuspendierten Streifenleitung bewegt, wird teilweise in diesem Impedanzschritt reflektiert. Der Reflexionskoeffizient Γ₀₁ ist gegeben durch: Γ01 = (Z1 – Z0)/(Z1 + Z0)
Der Bruchteil des Signals, der an dieser ersten Grenzfläche nicht reflektiert wird, bewegt sich entlang der schlittensuspendierten Leitung. Wenn er sich der nächsten Grenzfläche von der schlittensuspendierten zur luftsuspendierten Leitung nähert, tritt eine weitere Teilreflexion, Γ₀₁, ein, gegeben durch: Γ10 = (Z0 – Z1)/(Z1 + Z0) = –Γ01 wobei Γ₀₁ dieselbe Größe wie Γ₀₁ hat, allerdings mit anderem Vorzeichen.
Wenn die Länge der Schlitten mit etwa einem Viertel der geführten Wellenlänge, λ/4 = 90°, gewählt wird, werden die Amplituden beider reflektierter Signale kohärent addiert und der Gesamtreflexionskoeffizient der Schlitten, Γ_tot, erfährt ein Maximum und ist gegeben durch: Γtot = ((Z1 – Z0)/(Z1 + Z0))2
In realen Implementierungen ist die Größe von Γ_tot noch größer als durch diese Gleichung gegeben ist, da die Änderung der Feldverteilung an den Grenzflächen eine zusätzliche Reflexion bewirkt.
Unter Bezugnahme nun auf 6a, 6b und 6c erfolgt die oben genannte Analyse in Bezug auf eine Anordnung mit offenem Abschluss. Der Reflexionsmodus-Phasenschieber 600 gemäß der Erfindung ist in einer End- und Seitenquerschnittsansicht dargestellt. Der Reflexionsmodus-Phasenschieber 600 enthält eine luftsuspendierte aktive Leitung 605 und Masseebenen 610 und 615. Schlitten 620 und 630 sind zwischen der aktiven Leitung 605 und der Masseebene 610 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 605 und der Masseebene 615 vorgesehen. Der Abschluss ist als elektrische Leitungsunterbrechung 640 implementiert.
In Konstruktionen mit einer elektrischen Leitungsunterbrechung 640 am Ende der aktiven Leitung 605 können die Schlitten 620 und 630 über das Leitungsende verschoben werden. Der entsprechende Gang ist schwieriger vorherzusagen, da die Schlitten 620 und 630 als aktive Leitung über die elektrische Leitungsunterbrechung hinaus arbeiten. Eine elektrische Leitungsunterbrechung kann jedoch leichter und billiger auszuführen sein als ein elektrischer Kurzschluss.
Der Abstimmbereich des Phasenschiebers 400, 500 und 600 ist durch den Bewegungsbereich der Schlitten und durch die Größe von Γ_tot gegeben. Da jedoch Γ_tot < 1, kann der maximale Abstimmbereich niemals 360° überschreiten. Tabelle 1, die oben angeführt ist, und Tabelle 2 zeigen den maximalen Abstimmbereich für den Grenzwert beim kurzen Schlitten beziehungsweise für einen 90° Schlitten.
Für eine breite Streifenleitungsstruktur und einen λ/4-Schlitten kann die Impedanzänderung von einer luftsuspendierten zu einer schlittensuspendierten Leitung annähernd geschätzt werden. Die Impedanzänderung ist annähernd gegeben durch: Z0/Z1 = (Ctot/C)1/2 = (1/(1-Füllfaktor))1/2
Dieses Verhältnis beruht auf der Annahme, dass die Kapazität zu der verbleibenden Luftlücke umgekehrt proportional ist. Die erhaltenen Füllfaktoren sind in der Tabelle angeführt. Sie zeigen, dass ein wesentlichen Abstimmbereich mit mäßigen Füllfaktoren erreicht werden kann.
Tabelle 2: Abstimmbereiche für λ/4-Schlitten
Zusätzlich zu einem kurzen Schlitten und einem λ/4-Schlitten sind andere Schlittenlängen und Mehrfachschlittenanordnungen möglich. Diese Konstruktionen haben verbesserte Wirkungen im Sinne einer konstruktiven Interferenz. Unter Bezugnahme auf 7a und 7b ist ein Reflexionsmodus-Phasenschieber 700 gemäß der Erfindung in einer End- und Seitenquerschnittsansicht dargestellt. Der Reflexionsmodus-Phasenschieber 700 enthält eine luftsuspendierte aktive Leitung 705 und Masseebenen 710 und 715. Mehrfachschlitten 720 bis 724 und 730 bis 734 sind zwischen der aktiven Leitung 705 und der Masseebene 710 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 705 und der Masseebene 715 vorgesehen. Der Abschluss ist durch einen elektrischen Kurzschluss 740 implementiert.
Physische Implementierung eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers
Unter Bezugnahme auf 8a, 8b, 8d und 8e sind Endquerschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen des Reflexionsmodus-Phasenschiebers der Erfindung dargestellt. 8a zeigt eine luftsuspendierte Streifenleitungsimplementierung eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers 800. Der Phasenschieber 800 hat eine aktive Leitung 805 und Masseebenen 810 und 815. Schlitten 820 und 830 sind zwischen der aktiven Leitung 805 und der Masseebene 810 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 805 und der Masseebene 815 vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf 8b kann eine luftsuspendierte Streifenleitung gebildet werden, indem eine aktive Leitung 855 von einer dünnen Leiterplatte 890 getragen wird, die in einer mittleren Position zwischen den Masseebenen 860 und 865 montiert ist. Es ist von Vorteil, wenn die aktive Leitung auf der Leiterplatte 890 doppelseitig gedruckt ist, um eine vollständige Symmetrie zu erhalten und den dielektrischen Verlust der Leiterplatte 890 zu verringern. Zusätzliche Kontaktlöcher (nicht dargestellt) zwischen beiden Schichten unterdrücken eine mögliche Erregung von Differenzialmoden.
Die Toleranzen im Phasengang des Reflexionsmodus- Phasenschiebers werden vorwiegend durch unkontrollierte vertikale Bewegung der Schlitten getrieben. Dies beeinflusst die Kapazität zwischen dem Schlitten und der Leitung oder zwischen der Leitung und der Masse. Unter Bezugnahme auf 8c verringert eine gemeinsame starre Verbindung 895 zwischen beiden Schlitten diesen Effekt deutlich. Wie in 8d dargestellt, führt die vertikale Bewegung einer solchen Doppelschlittenkonstruktion in eine Richtung zu einer erhöhten Kapazität zwischen der aktiven Leitung und dem Schlitten an der Seite 882 und senkt die Kapazität der aktiven Leitung an der Seite 884. Beide Effekte führen jedoch zu einer Auslöschung erster Ordnung.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8c und 8d ist die gemeinsame starre Verbindung 895 durch Schlitze in einer der Masseebenen implementierbar. Offensichtlich ist diese mechanische Durchführung mit ausreichendem Abstand zu der aktiven Leitung angeordnet. Es kann vorteilhaft sein, diese Verbindung nichtleitend zu machen, um einen Signalverlust zu vermeiden, da die Schlitten ein aktives Signal tragen. Die gemeinsame starre Verbindung 895 kann vorteilhaft zum Antreiben der Schlitten verwendet werden und kann an einen Schrittmotor zur Fernsteuerung angeschlossen sein.
Unter Bezugnahme auf 8e wird ein Zerkratzen der aktiven Leitung durch einen einfachen Nachlaufmechanismus verhindert. Dieser kann als selbstzentrierender Schlitten 896 implementiert sein, der einen mechanischen Kontakt nur mit der Leiterplatte 897 ermöglicht. Der selbstzentrierende Schlitten 896 vermeidet einen Kontakt mit der aktiven Leitung 898.
Schlittenimplementierung
Schlitten sind Konstrukte aus beliebigen Materialien mit ausreichend hoher Konduktanz. Aluminium ist zum Beispiel ein perfektes Schlittenmaterial, das eine leichte Bearbeitung ermöglicht, ein geringes Gewicht und eine hohe Konduktanz aufweist. Wie zuvor festgestellt wurde, gleiten die Schlitten zwischen der Masseebene und der Leiterplatte. Um einen elektrischen Kontakt entweder mit der Masse oder der aktiven Leitung zu verhindern, können die Schlitten mit einer dünnen Schicht Isoliermaterial beschichtet sein. Aluminiumschlitten können zum Beispiel hartbeschichtet (Beschichtungsdicke etwa 2 mils) sein, wodurch eine Oberfläche erhalten wird, die isolierend, leicht schmierend und gegen ein Zerkratzen mechanisch stabil ist. Da die dielektrische Konstante dieser Beschichtung höher als 1 ist, ist die Kapazität C_tot weiter verbessert, wodurch der Abstimmbereich erhöht wird.
Die Reflektanz der Schlitten wird durch deren Kapazität zur aktiven Leitung und Masse, durch deren Länge und durch die Stufe in der Feldverteilung an der Grenzfläche zwischen der luftsuspendierten und schlittensuspendierten Leitung bestimmt. Konstruktionsänderungen sind möglich, die einen oder mehrere dieser Effekte verbessern, wie eine Kapazitätsverstärkung durch dielektrisches Beschichten des Schlittens, jede Längenänderung, Mehrfachschlittenstrukturen, Modifizierungen des Schlittenquerschnitts usw. Ferner ist auch eine Beschränkung auf die Verwendung nur eines einzigen Schlittens möglich.
Implementierung des 90°-Kopplers und anderer Einrichtungen
Wie zuvor festgestellt wurde, kann der Reflexionsmodus-Phasenschieber mit Zirkulatoren, Kopplern und anderen 90°-Kopplereinrichtungen usw. implementiert werden. Das Reflexionsmodus-Phasenschieberelement kann für sich oder mit irgendeiner anderen Schaltung funktionieren, die eine Trennung des eingehenden und reflektierten Signals ermöglicht. Beispielhafte Ausführungsformen des 90°-Kopplers und der Rückwärtskopplereinrichtungen sind in der Folge angeführt.
Unter Bezugnahme auf 9a, 9b, 9c und 9d sind End- und Querschnittsansichten von oben der Reflexionsmodus-Phasenschieber dargestellt, die in Verbindung mit einer 90°-Kopplerschaltung (QHD) verwendet werden. Vorzugsweise wird dieselbe Übertragungsleitungsstruktur (z. B. luftsuspendierte Streifenleitung) verwendet. Aufgrund der geringen Größe jedes Phasenschieberelements können sie direkt an der QHD-Schaltung angebracht werden. Die QHD-Einrichtung 900 hat eine aktive Leitung 905, die von einer Leiterplatte 902 getragen wird, die in einer mittleren Position zwischen den Masseebenen 910 und 915 montiert ist. Wie zuvor festgestellt wurde, sind zwei Reflexionsmodus-Phasenschieber 920 und 930 für die QHD-Einrichtungen mit vier Ports notwendig. Insbesondere hat ein erster Reflexionsmodus-Phasenschieber 920 eine Doppelschlittenstruktur, die zwischen der aktiven Leitung 905 und der Masseebene 910 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 905 und der Masseebene 915 bei Port eins 940 angeordnet ist. Ein zweiter Reflexionsmodus-Phasenschieber 930 ist auf gleiche Weise bei Port zwei 950 angeordnet. Die Ports 960 und 970 sind Eingangs- und Ausgangsports der QHD-Einrichtung 900.
Unter Bezugnahme nun auf 9c und 9d ist ein gleichförmiger Antriebsmechanismus in Bezug auf eine QHD-Einrichtung 975 dargestellt. Um eine gute Leistung des Phasenschiebers mit einer QHD-Schaltung zu garantieren, müssen beide Reflexionsmodus-Phasenschieber im Gleichklang angetrieben werden. Dies kann durch Verbinden beider Doppelschlitten mit einem gemeinsamen starren Schlitten 980 erfolgen. Da jeder Schlitten ein Signal von der aktiven Leitung trägt, sollte eine Kreuzkopplung zwischen beiden QHD-Zweigen auftreten. Simulationen und Messungen haben jedoch gezeigt, dass dieser Kreuzkopplungseffekt von vernachlässigbarer Größe (< –40 dB) ist.
Unter Bezugnahme auf 10a, 10b, 10c und 10d sind End- und Querschnittsansichten von oben der Reflexionsmodus-Phasenschieber dargestellt, die in Verbindung mit einer Rückwärtskopplerschaltung verwendet werden. Die Rückwärtskopplereinrichtung 1000 hat eine aktive Leitung 1005, die von einer Leiterplatte 1002 getragen wird, die in einer mittleren Position zwischen den Masseebenen 1010 und 1015 montiert ist. Wie zuvor festgestellt wurde, sind zwei Reflexionsmodus-Phasenschieber für die Rückwärtskopplereinrichtungen mit vier Ports notwendig. In diesem Fall ist eine Doppelschlittenstruktur mit einem gleichförmigen Antriebsmechanismus 1080 zwischen der aktiven Leitung 1005 und der Masseebene 1010 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 1005 und der Masseebene 1015 angeordnet. Die Ports 1060 und 1070 sind Eingangs- und Ausgangsports der Rückwärtskopplereinrichtung 1000. Bezüglich der Struktur hat ein luftsuspendierter Streifenleitungs-Rückwärtskoppler vier Ports, die durch Leitungen 1080 auf einer Leiterplatte 1020 dargestellt sind. Zwischen den Leitungen 1080 erstrecken sich eine Schicht 1082 nur an der Oberseite und eine Schicht 1084 nur an der Unterseite. Da sie überlappen, kann die Signalleistung von einer Leitung zur anderen und umgekehrt gekoppelt werden. Kontaktlöcher 1088 sind in jeder der Leitungen 1080 angeordnet, um Differenzialmodus-Erregungszustände zu vermeiden.
Unter Bezugnahme auf 11a, 11b und 11c sind End- und Querschnittsansichten von oben der Reflexionsmodus-Phasenschieber dargestellt, die in Verbindung mit QHD- und Rückwärtskopplerschaltungen verwendet werden, de über einen gemeinsamen Antriebsmechanismus für eine Reihe von Phasenschiebern verfügen. Die QHD-Einrichtung 1100 hat eine aktive Leitung 1105, die von einer Leiterplatte 1102 getragen wird, die in einer mittleren Position zwischen den Masseebenen 1110 und 1115 montiert ist. Eine Reihe von Doppelschlittenstrukturen, die mit einem gemeinsamen Antriebsmechanismus 1180 verbunden sind, sind zwischen der aktiven Leitung 1105 und der Masseebene 1110 beziehungsweise zwischen der aktiven Leitung 1105 und der Masseebene 1115 angeordnet. Eine ähnliche Konfiguration ist für eine Rückwärtskopplereinrichtung 1150 dargestellt. Die Verwendung von zwei oder mehr erfindungsgemäßen Phasenschiebern in Serie führt zu einem verbesserten Abstimmbereich. Die Schlitten aller Phasenschieberelemente können, wie dargestellt, derart gekoppelt werden, dass nur ein Stellglied erforderlich ist.
Alternative Übertragungsleitungsstrukturen
Obwohl die luftsuspendierte Streifenleitung als beispielhafte Übertragungsleitungsstruktur verwendet wurde, gibt es zahlreiche Variationen zu der gegenwärtigen Phasenschieberkonstruktion. Sie alle nutzen dasselbe grundlegende Prinzip. Im Allgemeinen ermöglicht jede quasi-TEM-Übertragungsleitung die Verwendung eines Reflexionsmodus-Phasenschiebers. Die Folgenden dienen nur der Veranschaulichung.
Unter Bezugnahme auf 12a ist die zuvor dargestellte luftsuspendierte Streifenleitungseinrichtung 1200 zu Vergleichszwecken dargestellt. Im Allgemeinen haben luftsuspendierte Leitungsimplementierungen den Vorteil, dass hohe Impedanzverhältnisse, Z₀/Z₁, und hohe Kapazitätsverbesserungen, ωC_totZ₀, erreicht werden können. Wenn der Großteil des Feldes auf eine Leiterplatte begrenzt ist, laufen die Schlitten nur im Randfeld und die entsprechende Wirkung der Schlitten ist viel kleiner.
Neben luftsuspendierten Streifenleitungsstrukturen sind viele andere Übertragungsleitungsstrukturen mit der vorliegenden Phasenschieberkonstruktion kompatibel. Unter Bezugnahme auf 12b ist eine luftsuspendierte Streifenleitungseinrichtung 1230 mit einem Schlitten 1240 dargestellt. Eine plattensuspendierte Mikrostreifeneinrichtung 1250 ist in 12c dargestellt. Der Schlitten 1260 läuft zwischen der aktiven Leitung 1265 und der Abdeckung 1270 (Masse). Der Schlitten 1260 hat einen erhabenen Abschnitt 1275, um die Empfindlichkeit gegenüber der vertikalen Bewegung des Schlittens 1260 zu verringern. Insbesondere führt die asymmetrische Schlittenkonstruktion, die in 12c und 12e dargestellt ist, zu ähnlichen Feldverteilungen zwischen der aktiven Leitung und dem Schlitten und zwischen dem Schlitten und der Masse. Die Kapazitäten sind daher dieselben. Da die vertikale Bewegung des Schlittens eine Kapazität verringert und die andere erhöht, kommt es zu einer Auslöschung erster Ordnung.
12d zeigt eine koplanare Wellenleitereinrichtung 1280. Wenn sie in einer symmetrischen doppelschichtigen Version, wie dargestellt, ausgelegt ist, können zwei Schlitten 1282 und 1284 verwendet werden, um viele der Vorteile, die zuvor für die luftsuspendierte Streifenleitung 1200 gezeigt wurden, zu erreichen. Unter Bezugnahme auf 12e ist eine luftsuspendierte Mikrostreifeneinrichtung 1290 dargestellt, die einen Schlitten 1295 verwendet. Eine asymmetrische Form des Schlittens 1295 kann in diesem Fall zu einem Ausgleich von Toleranzen im Phasengang aufgrund der vertikalen Bewegung des Schlittens 1295 beitragen.
Für den Fachmann sind angesichts der vorangehenden Beschreibung zahlreiche Modifizierungen und alternative Ausführungsformen offensichtlich. Daher ist diese Beschreibung nur als Veranschaulichung zu verstehen und dient dazu, Fachleute die beste Ausführungsform der Erfindung zu lehren. Einzelheiten der Struktur können deutlich verändert werden, ohne von der beanspruchten Erfindung Abstand zu nehmen, und die exklusive Verwendung aller Modifizierungen, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen, ist vorbehalten.

Claims

Einrichtung zum Verschieben der Phase eines ankommenden Signals, das sich durch eine Übertragungsleitung mit einer entlang ihrer Länge verteilten Kapazität ausbreitet, wobei die Übertragungsleitung mindestens eine aktive Leitung (405) und mindestens eine Masse (410, 415), die in einer im wesentlichen parallelen und beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet sind, aufweist, wobei die Übertragungsleitung an einem Ende einen Abschluß (440) aufweist; und mit mindestens einem Konstrukt (420, 430) zum Gleiten entlang der Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Konstrukt leitfähig ist und kapazitiv mit mindestens einer der mindestens einen aktiven Leitung (405) und der mindestens einen Masse (410, 415) gekoppelt ist, wobei sich das mindestens eine leitfähige Konstrukt als ein kapazitiver Shunt verhält, der einen signifikanten Teil des Signals reflektiert und einen übrigen Teil des Signals nicht reflektiert, wobei der übrige Teil durch die aktive Leitung (405) in Richtung des Abschlusses (440) gekoppelt und dort reflektiert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abschluß (440) den übrigen Teil des Signals reflektiert, wodurch der Signalverlust null ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Bewegung des mindestens einen leitfähigen Konstrukts (420, 430) entlang der Übertragungsleitung eine Reflexionsebene bewegt und eine Phasenverschiebung in dem Signal verursacht.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) keinen elektrischen Kontakt mit der mindestens einen aktiven Leitung (405) und der mindestens einen Masse (410, 415) hat.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) einen signifikanten Teil der Lücke zwischen der mindestens einen aktiven Leitung (405) und der mindestens einen Masse (410, 415) füllt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die lokale Kapazität der Übertragungsleitung in dem kapazitiven Shunt vergrößert wird, wobei der kapazitive Shunt als eine Diskontinuität zum Reflektieren des signifikanten Teils des Signals wirkt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Shunt eine Diskontinuität ist, die als mindestens ein lokaler Kondensator wirkt, um den signifikanten Teil des Signals zu reflektieren.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) die Kapazität der Übertragungsleitung über eine signifikante Leitungslänge hinweg reduziert, wodurch ein Übertragungsleitungsabschnitt mit niedrigerer Impedanz gebildet wird, der an beiden Impedanzstufen eine Reflexion in Bezug auf den Übertragungsleitungsabschnitt verursacht.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei größere Abstimmbereiche höheren Werten für den kapazitiven Shunt entsprechen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung eine Übertragungsleitung ist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: luftsuspendierte Streifenleitungseinrichtungen, plattensuspendierte Streifenleitungseinrichtungen, luftsuspendierte Mikrostreifeneinrichtungen, plattensuspendierte Mikrostreifeneinrichtungen und koplanare Wellenleitereinrichtungen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) einen erhöhten Abschnitt zum Verringern der Empfindlichkeit gegenüber im wesentlichen zu der aktiven Leitung (405) senkrechter Bewegung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) asymmetrisch ist, um Toleranzen des Phasengangs aufgrund von Bewegung vertikal zu der aktiven Leitung (405) des mindestens einen leitfähigen Konstrukts (420, 430) auszugleichen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine aktive Leitung (405) ein Port eines Zirkulators ist, mit dem ein ankommendes Signal von einem reflektierten abgehenden Signal getrennt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine aktive Leitung (405) ein Port eines 90°-Kopplers ist, mit dem ein ankommendes Signal von einem reflektierten abgehenden Signal getrennt wird, wobei der 90°-Koppler weiterhin einen zweiten Port enthält, der an ein zweites leitfähiges Konstrukt angekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine aktive Leitung (405) ein Port eines Rückwärtskopplers ist, mit dem ein ankommendes Signal von einem reflektierten abgehenden Signal getrennt wird, wobei der Rückwärtskoppler weiterhin einen zweiten Port enthält, der an ein zweites leitfähiges Konstrukt angekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein gemeinsamer Antriebsmechanismus verwendet wird, um mehr als eines des mindestens einen leitfähigen Konstrukts (420, 430) zu bewegen.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Phasenverschiebungsbereich durch Reihenschaltung von mehr als einem des mindestens einen leitfähigen Konstrukts (420, 430) vergrößert wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine leitfähige Konstrukt (420, 430) ein Doppelschlittenkonstrukt mit einem Antriebsmechanismus ist.