Microwellentechnik - Richtkoppler

[Stefan Engler]

Viele verwenden, laut den Angaben auf den Webseiten die
Streifenleitertechnik zur Anpassung und Kopplung. Teileweise mit oder
ohne Richtwirkung.
Seltsamerweise bin ich noch auf eine Hohlleitermethode gestoßen, die
sogar sehr fein abstimmbar ist, indem Metall in die Leitungen hinein
oder herausgedreht wird.
Von den Berechnungsformeln sind beide Methoden recht komplex oder
irrational.

Ich habe folgende Fragen: Warum sind Streifenleiter wesentlich
verbreiteter als andere
Methoden?
Gibt es Vereinfachungen in bei
der Berechnung oder fertige
Programme, sodass eine Berechnung
möglich ist, ohne sich in
komplexe Zahlen oder Matritzen
einzuarbeiten?
Sind sich elektromagnetische
Übertragungstechniken und Formel
auch im optischen Bereich
einsetzbar. (nur eine höhere Frequenz)?
Stellt Siemens noch
SHF-Transitoren her oder ist die Produktion zu
einer anderen Firma gewechselt?

 

[Henning Paul]

Stefan Engler wrote:

Gibt es Vereinfachungen in bei der Berechnung oder fertige
Programme, sodass eine Berechnung möglich ist, ohne sich in
komplexe Zahlen oder Matritzen einzuarbeiten?

Es gibt fertige Programme, aber das sind i.A. Nischenlösungen und
dementsprechend teuer.

Und ohne Kenntnis von komplexen Zahlen ist die ganze Hochfrequenztechnik
aussichtslos. Selbst "normale" Wechselstromnetzwerke lassen sich nur mit
komplexen Zahlen bequem rechnen.
Matrizen sind gar nicht so wild, bestimmte Sachen muß man aber einfach
wissen, Grundkenntnisse in lineare Algebra sollten reichen. Bei uns gibts
in einer bestimmten Vorlesung einen Crashkurs für Leute, die das noch nicht
gehabt haben (zwar in anderem Kontext, die Mathematik ist aber dieselbe):
http://www.ant.uni-bremen.de/teaching/tdsas/slides/mimo.pdf

Gruß
Henning

P.S.: Falls Dich die ganze Chose interessiert, unter
http://www.fb1.uni-bremen.de/hf-technik/pub/download/download_eng.htm
findest Du 2 ganz gute Skripte zur HF-Technik. Setzt aber alles leider
höhere Mathematikkenntnisse voraus.

 

[Winfried Salomon]

Hallo Stefan,

Stefan Engler wrote:

Viele verwenden, laut den Angaben auf den Webseiten die
Streifenleitertechnik zur Anpassung und Kopplung. Teileweise mit oder
ohne Richtwirkung.

ich denke mal, daß Streifenleiter besonders einfach herzustellen sind.
Wie man einen recht einfachen sogenannten Hybrid-Richtkoppler in
Streifenleitertechnik aufbauen kann, skizziere ich mal kurz:


m2*Zl
_______________
(4) | | (3)
| |
| |
m1*Zl | | m1*Zl
| |
| |
| |
(1) |_______________| (2)

m2*Zl



Jede Seite besteht aus einer Leitung Lambda/4, die Wellenwiderstände
sind Zl multipliziert mit m1 oder m2. Alle Tore müssen mit Zl
abgeschlossen sein für Anpassung. m1 und m2 sollten nicht kleiner als
0.5 bzw. größer als 2 werden, den Grund kenne ich nicht genau,
möglicherweise gibt es dann Probleme mit dem Wellentyp in
Streifenleitern oder sonstige technische Probleme. Die Spannungen sind
an den Ecken als Tore (1)-(4) angegeben, jedes Tor ist zum benachbarten
um 90 Grad phasenverchoben. Eingang ist hier Tor (1).

Koppelfaktor zwischen Tor (3) und (1):
k=-U3/U1 mit 0<k<1

Koppeldämpfung:
ak=20*log10(k) /dB

Dimensionierung der Lambda/4 - Leitungsstücke:
m1=sqrt(1-k**2)
m2=sqrt(1/k**2-1)

Normalerweise legt man die als Leistungsteiler ak=-3 dB aus, dann ist
m1=1/sqrt(2)
m2=1

Für die Richtigkeit kann ich nicht garantieren, läßt sich aber leicht
mit Spice austesten, dann kannst Du Dir auch die interessanten
Eigenschaften von Richtkopplern ansehen. Man kann IMHO sogar bei kleinen
Frequenzen anstatt kilometerlanger Leitungen geeignete LC-Vierpole
nehmen, hab das irgendwo mal gesehen.

Sicher sind echte Leitungskoppler besser, im Zinke/Brunswig wird glaube
ich einer berechnet, ich meine sogar mit Streifenleitern. Da habe ich
jetzt nicht nachgesehen, da ich mich nicht frustrieren wollte ;-). Bei
Bedarf kann ich nach Literatur schauen, 1 kleines Programm für
Streifenleiter über Ground Plane müßte ich hier auch noch haben.

Daß Streifenleiter bis in den optischen Bereich gehen, halte ich für
unwahrscheinlich, vermutlich bis zu einigen GHz. Mehr fällt mir zu
Deinen Fragen im Moment nicht ein.

mfg. Winfried

 

[Joerg]

Hallo Stefan,

Ich habe folgende Fragen: Warum sind Streifenleiter wesentlich
verbreiteter als andere
Methoden?

Winfried schrieb es schon: Streifenleiter kann man genauso erzeugen wie
Leiterbahnen. Bei ganz hohen Anforderungen auch mal auf Teflon oder
Alumina Substrat. Auf jeden Fall ist das erheblich billiger als
Hohlleiter, die fast immer handmontiert werden muessen. Robuster ist es
im allgemeinen auch.

Gibt es Vereinfachungen in bei
der Berechnung oder fertige
Programme, sodass eine Berechnung
möglich ist, ohne sich in
komplexe Zahlen oder Matritzen
einzuarbeiten?

Es gibt Programme, von denen viele allerdings biestig teuer sind.
Unsereins macht das oft noch mit, ahem, Rechenschieber.

Sind sich elektromagnetische
Übertragungstechniken und Formel
auch im optischen Bereich
einsetzbar. (nur eine höhere Frequenz)?

Eher nicht.

Stellt Siemens noch
SHF-Transitoren her oder ist die Produktion zu
einer anderen Firma gewechselt?

Infineon, eine Siemensausgruendung. Super Produkte besonders im HF
Bereich, den Vertrieb finde ich allerdings weniger berauschend, weshalb
ich kaum noch Sachen von denen verwende. Leider, koennte anders sein,
wenn sie nur wollten.

Oft wird gefragt, wie man den Wirtschaftsstandort Deutschland ankurbeln
und Arbeitsplaetze schaffen koennte. Ich wuesste schon wie.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Georg Baum]

Winfried Salomon wrote:

Jede Seite besteht aus einer Leitung Lambda/4, die Wellenwiderstände
sind Zl multipliziert mit m1 oder m2. Alle Tore mĂźssen mit Zl
abgeschlossen sein fĂźr Anpassung. m1 und m2 sollten nicht kleiner als
0.5 bzw. größer als 2 werden, den Grund kenne ich nicht genau,
mĂśglicherweise gibt es dann Probleme mit dem Wellentyp in
Streifenleitern oder sonstige technische Probleme.

Ja, man kann mit Streifenleitern nur einen relativ engen Bereich an
Wellenwiderständen realisieren: zu schmale Leiter sind aufgrund von
Technologiegrenzen und Verlusten nicht machbar, auf zu breiten Leitern
kÜnnen sich leichter parasitäre Wellentypen ausbreiten.

Für die Richtigkeit kann ich nicht garantieren, läßt sich aber leicht
mit Spice austesten, dann kannst Du Dir auch die interessanten
Eigenschaften von Richtkopplern ansehen. Man kann IMHO sogar bei kleinen
Frequenzen anstatt kilometerlanger Leitungen geeignete LC-Vierpole
nehmen, hab das irgendwo mal gesehen.

Hast Du da eine Quelle zu? Sind das einfach mehrere
hintereinandergeschaltete T- oder Pi-LC-Kombinationen, oder etwas anderes?

Sicher sind echte Leitungskoppler besser, im Zinke/Brunswig wird glaube
ich einer berechnet, ich meine sogar mit Streifenleitern. Da habe ich
jetzt nicht nachgesehen, da ich mich nicht frustrieren wollte ;-). Bei
Bedarf kann ich nach Literatur schauen, 1 kleines Programm fĂźr
Streifenleiter über Ground Plane müßte ich hier auch noch haben.

Außer Zinke/Brunswig ist auch noch Kapitel 7 (Power Dividers and Directional
Couplers) in Pozar, Microwave Engineering zu empfehlen, das ist etwas
ausfĂźhrlicher. Ohne Mathematik kommt man aber bei beiden BĂźchern nicht aus.


Georg

 

[Winfried Salomon]

Hallo Georg,

Eigenschaften von Richtkopplern ansehen. Man kann IMHO sogar bei kleinen
Frequenzen anstatt kilometerlanger Leitungen geeignete LC-Vierpole
nehmen, hab das irgendwo mal gesehen.


Hast Du da eine Quelle zu? Sind das einfach mehrere
hintereinandergeschaltete T- oder Pi-LC-Kombinationen, oder etwas anderes?

hab das wiedergefunden, eine Lambda/4-Leitung wird einfach durch einen
PI-Tiefpaß ersetzt, wird dann natürlich entsprechend schmalbandig. Sehr
tiefgrĂźndig wird das aber nicht untersucht, kĂśnnte man bei Bedarf
vielleicht auch verbessern. Es wird als Alternative zu echten
Streifenleiter-Richtkopplern erwähnt, um Verstärker parallel zu
schalten. Falls Dich das Buch interessiert, es zeigt Konzepte fĂźr den
HF-Ingenieur, ohne allzusehr in's Detail zu gehen:

Ferenc Kovacs
Hochfrequenzanwendungen von Halbleiter-Bauelementen
Franzis-Verl. 1978
ISBN 3-7723-6311-3

Außer Zinke/Brunswig ist auch noch Kapitel 7 (Power Dividers and Directional
Couplers) in Pozar, Microwave Engineering zu empfehlen, das ist etwas
ausfĂźhrlicher. Ohne Mathematik kommt man aber bei beiden BĂźchern nicht aus.

Ohne passende LehrbĂźcher wĂźrde sicher der Hintergrund fehlen.

mfg. Winfried

 

[Georg Baum]

Winfried Salomon wrote:

hab das wiedergefunden, eine Lambda/4-Leitung wird einfach durch einen
PI-Tiefpaß ersetzt, wird dann natürlich entsprechend schmalbandig. Sehr
tiefgrĂźndig wird das aber nicht untersucht, kĂśnnte man bei Bedarf
vielleicht auch verbessern. Es wird als Alternative zu echten
Streifenleiter-Richtkopplern erwähnt, um Verstärker parallel zu
schalten. Falls Dich das Buch interessiert, es zeigt Konzepte fĂźr den
HF-Ingenieur, ohne allzusehr in's Detail zu gehen:

Ferenc Kovacs
Hochfrequenzanwendungen von Halbleiter-Bauelementen
Franzis-Verl. 1978
ISBN 3-7723-6311-3

Hallo Winfried,

danke fĂźr das heraussuchen, da werde ich mal reinschauen.


Viele Grüße,
Georg