DE2047104B2

DE2047104B2 - Phasenschieberanordnung fuer elektromagnetische wellen

Info

Publication number: DE2047104B2
Application number: DE19702047104
Authority: DE
Inventors: Paul Chesterfield Mo. Safran (V.StA.)
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1969-09-30
Filing date: 1970-09-18
Publication date: 1972-08-17
Also published as: FR2065718B1; DE2047104A1; US3611199A; IL35231A0; FR2065718A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenschieberanordnung für elektromagnetische Wellen mit einem Richtkoppler mit mindestens vier Toren für das Hindurchlassen elektromagnetischer Wellen und wahlweise veränderbaren, elektromagnetische Wellen reflektierenden Hinrichtungen, die an mindestens eines der Tore angeschlossen sind.

Elektromagnetische Phasenschieber sind in vielen Schaltungen von Nutzen. Beispielsweise benutzt man eine Vielzahl von Digitalphasenschiebern, um die

Richtung der Strahlung elektromagnetischer Energie in phasengesteuerten Gruppenstrahlerantennen oder die Form der Strahlungskeule zu bestimmen. Es ist natürlich erwünscht, daß die Phasenschieber klein sind, ein geringes Gewicht aufweisen, eine kleine Steuerleistung erfordern und billig sind, besonders in dem Falle, wenn eine größere Anzahl von Phasenschiebern zusammen verwendet werden soll.

Einige bekannte Phasenschieber erforderten eine Anzahl von Hydridkoppler, selbst wenn nur eine sehr ι ο geringe Phasenverschiebung benötigt wurde, so daß diese Einrichtungen verhältnismäßig teuer, schwer und groß waren und eine verhältnismäßig große Steuerleistung benötigten.

Aus der USA.-Patentschrift 3 423 699 ist ein digitaler Phasenschieber bekannt, der aus einem Richtkoppler mit mindestens vier Toren besteht, wobei an mindestens eines der Tore ein reflektieren des Element angeschlossen ist. Diese Anordnung erfordert jedoch pro Bit Steuerung mindestens zwei aktive Elemente oder zusätzliche Zirkulatoren, die bereits bei einer geringen Anzahl erwünschter Phasenzustände den Aufwand an aktiven Elementen, die die Kosten einer solchen Anordnung überwiegend bestimmen, außerordentlich hoch ansteigen lassen.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Phasenschieberanordnung der genannten Art zu schaffen, in der pro Bit Steuerung nur ein aktives Element benötigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Riehtkoppler ein erstes Tor zum Durchlassen der elektromagnetischen Eingangs- und Ausgangswellen und mindestens drei weitere Tore aufweist, an deren jedes die reflektierenden Einrichtungen angeschlossen sind, wobei die reflektierenden Einrichtungen jeweils wahlweise veränderbar sind, um mindestens zwei verschiedene Reflexionskoeffizienten zu bewirken und damit einen aus mindestens acht Phasenzuständen der Ausgangswelle darzustellen.

Das Phasenverschiebungsnetzwerk nach der Erfindung erfordert verhältnismäßig wenige Mittel zum Verändern des Reflexionskoeffizienten, während andererseits eine verhältnismäßig große Anzahl von Phasenverschiebungen bewirkt werden kann.

Bei dem reflektierenden Phasenschieber nach der Erfindung wird ein Hydridkoppler oder ein anderer Leistungsteiler und eine Vorrichtung zum Umschalten des Reflexionskoeffizienten benutzt, die billig ist und eine geringe Steuerleistung erfordert, obgleich eine verhältnismäßig große Anzahl von Phasrnzuständen dargestellt werden kann, die sich mit jedem Bit Steuerung verdoppelt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist eine der wellenreflektierenden Einrichtungen der Phasenschieberanordnung eine leistungsteilende Vorrichtung mit einer Vielzahl von Toren auf, an die jeweils weitere schaltbare reflektierende Einrichtungen angeschlossen sind. Durch diese Maßnahme wird bei nur einem zusätzlichen Bit Steuerung jeweils eine Verdoppelung der Zahl der erreichbaren Phasenzustände erhalten. < <'■■

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der reflektierenden Einrichtungen schallbare Lastclemcnte. um an den jeweiligen Toren einen von zwei verschiedenen Winkeln des Reflexionskoeffizienten zu bewirken.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der reflektierenden Einrichtungen einen Schalter sowie Mittel einer vorbestimmten Impedanz.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der reflektierenden Einrichtungen übertragungsleitungen, an diese Leitungen angeschlossene Schalter, um am zugeordneten Tor bei geschlossenem Schalter eine vorbestimmte und bei offenem Schalter eine andere vorbestimmte Leitungslänge darzustellen, und Mittel, um die Schalter wahlweise in ihren geschlossenen oder offenen Zustand za schalten. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung besteht jeder dieser Schalter aus einer Diode.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jede der reflektierenden Einrichtungen Impedanzvorrichtungen, die an das jeweilige weitere Tor angeschlossen sind und genau zwei Impedanzwerte haben, und Schaltmittel auf, die an jede der Impedanzvorrichtungen angeschlossen sind, um die zugeordnete Impedanzvorrichtung von einem Wert in den anderen zu schalten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jede der Schaltvorrichtungen eine Festkörperdiode und Steuersignalvorrichtungen auf, um die Diudenleitung zu steuern.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jede der reflektierenden Einrichtungen zwischen zwei Reaktanzwerten schaltbare Reaktanzmittel auf.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der reflektierenden Einrichtungen eine Diode und zwei verschieden lange Ubertragungsleitungen.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der reflektierenden Einrichtungen schaltbare Lastmittel, um am jeweiligen Tor einen von zwei verschiedenen Winkeln des Reflexionskoeffizienten zu bewirken.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an das erste Tor ein zweites Tor direkt angeschlossen, ist ein drittes Tor gegen das erste Tor isoliert und ein viertes Tor mit dem ersten Tor verkoppelt, wodurch die am ersten Tor ankommende Leistung direkt zum zweiten und vierten Tor fließt und das dritte Tor im wesentlichen nur vom zweiten und vierten Tor Leistung erhält, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte schaltbare wellenreflektierende Einrichtung jeweils an das zweite bzw. dritte bzw. vierte Tor angeschlossen sind.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die reflektierenden Einrichtungen einzeln und wahlweise schalten, um am zweiten, dritten und vierten Tor mindestens fünf verschiedene Kombinationen der Winkel des Reflexionskoeffizienten und damit wahlweise einen von mindestens fünf Phasenzuständen der reflektierten Ausgangswelle am ersten Tor zu bewirken, wobei das Leistungsteilungsverhältnis zwischen dem zweiten und dem vierten Tor und die Werte der Reflexionskoeffizienten relativ zueinander so gewählt sind, daß die Phase der Ausgangswelle sich in im wesentlichen winkelgleichen Teilschritten verschiebt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Leistungsteilungsverhältnis zwischen dem /.weiten und vierten Tor so gewählt, daß ein Kopplungsvcrhältnis von wesentlich weniger als 3 db vorliegt.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung hat jede der reflektierenden Einrichtungen genau zwei Zustände, die am angeschlossenen Tor genau zwei Winkel des Reflexionskocffizienten erzeugen, wobei das Verhältnis der Leistungsteilung zwischen dem

zweiten und dem vierten Toi- und die Werte der Rcilexionskoeffizienten relativ zueinander so gewählt sind, daß die Phase der Ausgangswelle sich in acht im wesentlichen winkelgleichen Teilschritten verschiebt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun- .«, mehr ausführlich beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Schaltbild einer Phasenschieberanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der Dioden verwendet werden, und die

F i g. 3 eine Übersicht über eine weitere andere Ausführungsform der Erfindung.

Die in der F i g. 1 dargestellte reflektierende Phasenverschiebungseinrichtung 10 weist auf eine Richtungskopplung 12 mit vier Durchlässen P₁, P₂, P₃ und P₄. Der Durchlaß P₁ stellt den Eingangs-Ausgangs-Durchlaß dar und steht mit einer übertragungsleitung 14 in Verbindung für den Empfang einer Eingangswelle für den Phasenschieber 10 und für den Empfang der reflektierten Welle aus dem Phasenschieber. Die Durchlässe P₂, P₄ und P₃ können als direkt verbundener Durchlaß, verkoppelter Durchlaß bzw. als isolierter Durchlaß bezeichnet werden. Der Leistungsfluß ist an der Verkopplungseinrichtung 12 durch Pfeile angezeigt.

Mit den Durchlässen P₂, P₃ und P₄ stehen die wellenreflektierenden Mittel 24, 26 und 28 in Verbindung, mit denen an jedem Durchlaß zwei verschiedene Reflexionskoeffizienten erzeugt werden ?n können. Mit dieser Anordnung können insgesamt acht verschiedene Kombinationen von Reflexionskoeffizienten vorgesehen werden, so daß eine Ausgangswelle auf dem Leiter 14 einen von acht Phasenwerten in bezug auf die Eingangs welle auf dem Leiter 14 aufweisen kann, welche Phasenwerte voneinander um 45° getrennt sind.

Die Reflexionsmittel 24, 26 und 28 bestehen aus umschaltbaren Scheiiileitwert- oder Impedanz-Netzwerken mit je zwei Schemleitwerten und mit einem Schalter, mit dem wahlweise der betreffende Durchlaß mit den Scheinleitwerten verbunden werden kann. Nach der Darstellung in der F i g. 1 weist das Reflexionsmittel 24 einen Schalter S₂ und die Scheinleitwerte y₂ und Y₂' auf, während das Reflexionsmittel 26 einen Schalter S₃ und die Scheinleitwerte Y₃ und Y₃" aufweist. Das Reflexionsmittel 28 weist einen Schalter S₄ und die Scheinleitwerte Y₄ und Y₄ auf.

Obwohl nach der F i g. 1 die Reflexionsmittel 24, 26 und 28 mechanische Schalter und Elemente mit Scheinleitwerten aufweisen, so können an den Durchlässen jedoch auch andere Mittel vorgesehen werden, mit denen die Reflexionskoeffizienten verändert werden können. Bei der Schaltung nach der F i g. 2 sind die Reflexionsmittel 24, 26 und 28 mit den betreffenden Durchlässen P₂, P₃ und P₄ der Verkopplungseinrichtung 12 verbunden und sind mit den Halbleiterdioden D₂, D₃ und D₄ ausgestattet, so daß zwei verschiedene Leitungslängen L₂ und L₂, L₃ und L₃' sowie L₄ und Li und damit verschiedene wirksame Impedanzwerte und Reflexionskoeffizienten (Phasenwinkel) bei einer Umschaltung zwischen EIN und AUS geschaffen werden können. Die Dioden, die aus PIN-Dioden bestehen können, können durch geeignete Steuersignale oder Vorspannungen gesteuert werden, wobei an sich bekannte Isolierungsmittel zwischen der Steuersignalquelle und dem RF-Kreis vorgesehen werden. Wie an sich bekannt, können auch Reflexionsmittel in verschiedenen anderen Ausführungen verwendet werden, z. B. Ferrite und mechanische oder elektromechanische Schalter oder Verschlüsse, wobei die verwendete besondere Ausführung z. B. von der in Betracht kommenden Frequenz sowie von anderen kritischen Werten abhängt.

Die gewünschten relativen Einzelphasenverschiebungen ('/') zwischen der Eingangswelle auf dem Leiter 14 und der Ausgangswelle auf dem Leiter 14 unter Verwendung des vier Durchlässe aufweisenden Richtungsverkopplungsmittels 12 werden erhalten durch eine geeignete Wahl der Reflexionsmittel, so daß vorherbestimmte Reflexionskoeffizienten (I') und entsprechende Reflexionskoeffizientenwinkel (Θ) an den Durchlässen P₂, P₃ und P₄ zusammen mit einem geeigneten Verkopplungsverhältnis für das Verkopplungsmittel 12 erhalten werden.

In der nachfolgenden Beschreibung wurden die zu den Durchlässen des Verkopplungsmitteis gehörenden verschiedenen Symbole mit den entsprechenden Zahlenzusätzen versehen. Die Zeichen T₂, I\ und l\ stellen die Reflexionskoeffizienten an den Durchlässen P₂, P₃ bzw. P₄ dar. Da an jedem der Durchlässe P₂, P₃ und P₄ zwei verschiedene Reflexionskoeffizienten vorliegen können, so werden diese durch weitere Zusätze voneinander unterschieden. So stellt daher das Zeichen F₁ einen von zwei verschiedenen Reflexionskoeffizienten /₂' und /T am Durchlaß P₂ dar. Ebenso stellt das Zeichen W₂ den Reflexionskoeffizientenwinkel W₂' oder B₂" am Durchlaß P₂ dar.

Zum Ermitteln der Werte für die sechs Reflexionskoeffizientenwinkel an den Durchlässen des Verkopplungsmittels 12 für die acht möglichen Kombinationen, die zum Erzielen der gewünschten acht Ausgangsphasenwinkel erforderlich sind, wird eine Streumatrix benutzt. Eine solche Matrix für eine Richtungskopplung mit vier Durchlässen ist an sich bekannt und z. B. in der Druckschrift »Microwave Circuit Theory and Analysis« von R. N. G h ο s e, McGraw-Hill, New York, 1963, beschrieben.

Die Streumatrix [S] bezieht sich auf die reflektierten Wellen, b, zu den einfallenden Wellen, α, an jedem der Durchlässe des Verkopplungsmitteis und kann wie folgt dargestellt werden:

ο ρ ο jq

P ο jq ο

ο jq ο ρ

jq ο ρ ο

wobei ρ und q den Bruchteil der einfallenden Spannung an den direkt verbundenen und verkoppelten Durchlässen darstellen und wobei p² + q² = 1 und ρ und q positive reelle Zahlen sind, während X ab 3 20 log das Verkopplungsverhältnis in db ist. Im vorliegender; Falle ist

wobei α und b mit den betreffenden Zusätzen in de F i g. 1 dargestellt sind

Fällt die Leistung am Durchlaß P₁ ein, so werdei

O	P	0	in	Ol
P	0	k	O	*^a2*
0	N	O	V	°3
jq	0	P	O

2502

alle drei anderen Durchlässe P₂, P₃ und P₄ mit den Reilexionskoeffizientenmitteln belastet, so daß l\b₂ = «,, r₃b₃ = a₃ und F₄ b₄ = a₄ wird, weshalb

i\ /3 /4

ι +

O	P	0	k	F₁	*t>2*
P	0	k	0	l\
0	k	0	P	/4
h	0	P	0

Bei einer Ausrechnung von F% aus dem Zähler und von l\ aus dem Nenner wird erhalten:

/3 + <<r1? - γ 17)

in Λ) J

Diese Matrixgleichung kann nach algebraischen Verfahren leicht aufgelöst werden, um eine Beziehung zwischen der Eingangswelle 6I₁ und der Ausgangswelle fc, zu erhalten, wobei

&L ₌ P² P₂ -I²F₄- F₂F₃F₄ O₁ \ + F₃(q²F₂-p²F)

(4)

b,

Das Verhältnis ~ ist eine komplexe Zahl, deren

Phase die gesamte Phasenverschiebung der Schaltung für eine besondere Gruppe von Reflexionsbedingungen F₂, F₃ und F₄ ist. Für die Phase der Ausgangswelle können acht bezügliche Gleichungen für

— geschrieben werden, von denen eine Gleichung ^a\

jeder der acht möglichen Kombinationen der sechs Reflexionskoeffizientenzustände F₂', F₂", F₃, F₄ und F₄" entspricht.

Für die Zwecke der Analysis wird angenommen, daß die Einrichtung verlustfrei sei, so daß die Stärke der Ausgangswelle U)₁ gleich der Stärke der Eingangswelle ö] ist und daß alle Reflexionskoeffizienten gleich 1 sind. Das Verhältnis der Ausgangswelle zur Eingangswelle -^ kann daher wie folg* geschrieben Bei Anwendung der komplexen Schreibweise der Gleichung (7) in der Gleichung (10) und der darauffolgenden Auflösung des resultierenden komplexen Ausdruckes können Sachkundige zu den folgenden Gleichungen (11), (12) und (13) für die Phasenver-Schiebung in Ausdrücken der Phasenwinkel der Reflexionskoeffizienten gelangen:

0 = 0s + 0i = / (X, (-J₂, (-)₃, (-J₄), (H)

wobei
J(X, (-J₂, (-J₃, (-J₄) = π + H₂ + (-J₄ - (-J₃

ι Γ sin G₃ — (q² sin G₂ — ρ² sin G₄)
L cos «3+ (q² cos G₂ - p² cos G₄)

(12)

ist.

Die Einzelphasenverschiebung beträgt daher:

0/ = / (X, (-J₂, (-J₃, (-J₄) - 0s .

werden:

(5)

wobei Φ die Gesamtphasenverschiebung der Einrichtung ist, und

Φ = 0s + 0i, (6)

wobei 0s ein willkürlich gewählter konstanter Ausgangswinkel ist, der nur ein Zusatz zur absoluten Phasenverschiebung der Einrichtung ist. während Φι die einzelne Phasenverschiebung ist, die eine Funktion der Zustände der Reflexionskoeffizienten ist.

Die Reflexionskoeffizienten können als komplexe Zahlen wie folgt geschrieben werden:

Fi = 1 \oi_ = cos θι + j sin Θί (7)

wobei i = 2, 3 oder 4 innerhalb der Gleichung ist.

Die Beziehung zwischen dem Eingang und dem Ausgang [Gleichung (4)] kann nunmehr in eine Form umgeschrieben werden, aus der leicht eine auflösbare Beziehung für die Gesamtphasenverschiebung abgeleitet werden kann.

Da die Reflexionskoeffizienten = 1 sind, so können die komplexen Konjugate wie folgt geschrieben werden:

A" = Ι/Π = 1 j - θϊ, (8)

Es bestehen natürlich insgesamt acht gleiche Einzel-

Phasenverschiebungen Φι mit einem Abstand von 45' voneinander. Mit anderen Worten, die allgemein« Gleichung (11) kann achtmal umgeschrieben werden und zwar für je eine andere Kombination von Reflexionskoeffizientenwinkel, wobei die Gleichung (12

einen der Ausdrücke der Gleichungen (11), (13) definiert. Eine Auflösung dieser acht Gleichungen wire erhalten, wenn die Werte für X. 0s, G₂, G₂", G₃', G₃" G₄" und G₄" so gewählt werden, daß den acht Gleichungen zugleich genügt wird, wie nachfolgend nocr

beschrieben wird.

Wird der arctan-Ausdruck in der Gleichung (12 eliminiert, so kann die gewünschte Phase dadurch erhalten werden, daß ein Reflexionskoeffizienten winkel um 45 ^c. ein zweiter Winkel um 90^r und eir dritter Winkel um 180^c vergrößert oder verkleinen wird. Der arctan-Ausdruck kann dadurch eüminien werden, daß für alle Kombinationen von Reflexionskoeffizienten der Zähler oder der Nenner auf der Wert Null gebracht wird oder daß für die verschiedener

so Kombinationen von Reflexionskoeffizienten das Verhältnis Zähler zu Nenner auf einen konstanten Wer gebracht wird.

Dies kann in der am nachstehenden Beispiel erläuterten Weise erreicht werden:

5s Zurückführung des arctan-Ausdruckes in der Gleichung (12) auf den Wert Null, d. h.

sin G₃ - (q² sin G₂ - p² sin G₄) = 0. (14)

Ist danach der Nenner positiv, so beträgt dei resultierende Winkel 0°, und ist der Nenner negativ so beträgt der resultierende Winkel 2.τ oder in dei Auswirkung gleichfalls 0^c, d. h.

wobei Fi* das komplexe Konjugat von Fi ist

Bei einer Ausrechnung des Produktes aus — F₂F₃F₄

der Beziehung für — in der Gleichung (4) wird erhalten:

2 tan"¹ (0/+ Den) = 0 und (15)

2 tan"¹ (0. - Den) = 2 χ 18(F = 360=. (16)

Die Gleichungen für die Einzelphasenverschiebungen können daher wie folgt geschrieben werden

209 534/42

2502

Φι =--

(IV)

Nunmehr kann gewühlt werden, welcher Reflexionskoeffizient die Phase um 45" verschiebt oder um 90 oder um 180". Diese Wahl bestimmt die Reihenfolge der Einzclphasenverschiebungen sowie die Weise, in der der Zähler auf den Wert Null gebracht wird.

Um zu einer Lösung zu gelangen, muß der Wert für H₃ so gewählt werden, daß die i'huxc in 180-Schriucn verschoben wird, während der Wert für H₂ so gewählt wird, daß die Phase in 45 -Schritten verschoben wird, und schließlich wird der Wert für H₄. so gewählt, daß die Phase in 90°-Schrilten verschoben wird. Daher ist:

0₂" - M₂ = 45" Θ₃" - Hi = -180

θ;¹ - β; = 90".

(18) (19) (20)

Um nunmehr den Zähler des arctan-Ausdrucks für alle Bedingungen auf den Wert Null zu bringen, werden die folgenden Bedingungen auferlegt:

sin &i = 0

sin 6>₃" = 0

q² sin M₂ — p² sin 6^=O q sin M₂" - p² sin ΘΙ = 0 q²sin0i - P²SInH;¹ = 0 i^sin M₂" - ρ² sin Qi' = 0.

(21)

(22) (23) (24) (25) (26) 3c

sin θ₃' =	sin θ₃" = 0	= 0	(35)
θ₃" - M₃'	= - 180°	= 0	(36)
und daher		= 0
θ₃' = 0		= 0	(37)
0₃" = -	180°,		(38)
mithin ist
q² sin M₂	— ρ² sin Oi	(39)
q² sin ei'	- p² sin Hi	(40)
q² sin ei	— p² sin ei'	(41)
q² sin 0₂"	— p² sin ei'	(42)
ei' - ei	= 45°	(43)
*ei' - ei*	= 90°.	(44)

Wird die Gleichung (39) von der Gleichung (40) subtrahiert, so wird erhalten:

q² sin << - q¹ sin (-Κ = 0 (45)

= sin (H₂ + 45 ) - sin H₂ (46)

_sj_n [(->; ₊ 45 ) = sin H₂ cos 45 + cos M₂ sin 45

(sin M₂ -I- cos H₂) ■

So ■', COS M₂ = ( 1 - 'y I ^sin ⁽~'i ■

Daher wird

tan M₂ =

1 -

fl /2-1

(47) (48)

(49)

Üei der Subtraktion der Gleichung (39) von der Gleichung (41) wird erhalten:

p² sin 04 - p² sin Hi' = 0

Für die Einzelphasenverschiebungen ergeben sich daher die nachstehenden acht Gleichungen:

0i = .τ + Hi +Qi- M₃ - 0s = 0° (27)

0! = π + 0₂' + Oi -Oi -0s= 45° (28)

0i = .-7 + 0₂' + Hi' - Hi - 0s = 90° (29)

0i = -ι + Qi' + Hi' - M₃ - 0s = 135° (30)

ΦΪ = * + Qi +Qi - M₃" - 0s = 180° (31)

0i = .-i + 0₂" + Hi' - M₃" - 0s = 225° (32)

0/ = ₃ + Hi + Hi' - Oi' -0s = 270° (33) 0i = .-τ + 0₂" + Hi' - Hi' -0s = 315°. (34)

Mit der ersten Gleichung wird der für 0s gewünschte Wert festgesetzt, und die übrigen Gleichungen folgen aus den obengenannten auferlegten Bedingungen.

Die besonderen Verschiebewinkel und die Kopplungskoeffizienten werden nunmehr bestimmt unter Verwendung der Gleichungen (18), (19) und (20) und unter Einhaltung der gestellten Bedingungen, nach denen der Zähler des Ausdrucks der arctan-Phase immer gleich Null sein soll. Hiernach ist

55

60

0 = sin Hi - sin (M₄' + 90°), jedoch ist

(M₄' + 90°) = sin M₄' cos 90° + cos 0₄ sin 90° = cos M₄ ,

mithin (50) (51)

(52) (53)

sin M₄ = cos M₄ . Daher ist tan 0₄' = 1 . (54)

Nachstehend werden die Werte für M₂ und M₄ genannt, die den obenstehenden Tangensgleichunaen genügen: ^ _{= 675}o

Hi = 45°.

(55) (56)

Unter Verwendung dieser Werte kann das Verkopplungsverhältnis X aus der Gleichung (39) bestimmt werden.

(57) (58)

(59)

q² sin 67,5° - p² sin 45^C = 0 oder

q² (0,924) - p² (0.707) = 0 . Da bekanntlich

q² + P² = 1 ist, so wird

q² (0,924) -(I - q²) (0,707) = 0 .

so daß

q² = 0,433 (60)

p² = 0,567 (61) Xdb = - 10 log 10« = - 10 log₁₀ 0,433 (62)

Xdb = 3,63 db (63)

0i = 67,5^C (55)

Hi' = 112,5° (64>

Hi = 45° (56)

Hi' = 135° (65)

Der Wert von s wird dann aus der ersten der acht Gleichungen für die einzelne Phase erhalten.

0/ = O" = .τ -	]- <-){ + «4	—	W₃ - 0.S	oder T₂' =	/67,5°	(66)
so daß				oder r₂" =	/ll2,5°
0s = - 0° +	180 4- 67	,5° ■	4- 45' - 0'	oder F₃' =	*/or.*	(67)
oder				oder T₃" =	I- 180°
0s - 292,5"				oder T₄" =	/45°	(68)
wird. Die gewünschten Kerngrößen für diese Ausführung sind daher:	oder T₄" =	/135°.	besondere
X = 3,63 db		(63)
0s = 292,5°		(68)
0₂' = 67,5°	= 1	(55)
G₂ = Ü2,5°	= i	(64)
03 = 0°	= 1	(37)
0₃" = -180°	= 1	(38)
Gi = 45°	= 1	(56)
Gl' = 135°	= 1	(65)

Die Werte für Φι können leicht in der Weise ermittelt werden, daß die acht möglichen Kombinationen von Reflexionskoeffizienten in die Gleichung (4) eingesetzt werden, wonach der resultierende komplexe Ausdruck ausgerechnet wird.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen stellen Drei-Bit-Phasenschieber dar, deren Ausgangswclle so beeinflußt werden kann, daß sie acht verschiedene Einzelphasen aufweist, wie aus den Gleichungen (27) bis (34) zu ersehen ist. Es können jedoch auch Phasenschieber vorgesehen werden, mit denen andere als acht Phasenverschiebungen bewirkt werden können. Die F i g. 3 zeigt eine Phasenverschiebungseinrichtung mit einem Richtungsverkopplungsmittel 12a, dessen direkt verbundener Durchlaß mit einem Eingangsdurchlaß eines weiteren Richtungsverkopplungsmittels 1.2b verbunden ist. Für diesen Zweck können alle Durchlässe des Verkopplungsmittels 12 α benutzt werden. Durch eine geeignete Wahl der Verkopplungskoeffizienten und der Reflexionsmittel können mit der Schaltung nach der F i g. 3 bis zu 32 gleiche Einzelphasenverschicbungen bewirkt werden. Diese Schaltung stellt eine Fünf-Bit-Anordnung mit insgesamt fünf umschaltbaren Reflexionsmitteln mit je zwei Zuständen dar. Diese Schaltung kann durch mehr als zwei Verkopplungsmittel mit zusätzlicher Kaskadenschaltung erweiteri werden, wodurch die Anzahl der möglichen Phasenverschiebungen erhöht werden kann. Dieses Verfahren kann für Streifenleitungen, Mikrostreifen Wellenfuhreni, Koaxialleitungen oder für andere übertragungsmittel verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Phasenschieberanordnung für elektromagnetische Wellen mit einem Richtkoppler mit mindestens vier Toren für das Hindurchlassen elektromagnetischer Wellen und wahlweise veränderbaren, elektromagnetische Wellen reflektierenden Einrichtungen, die an mindestens eines der Tore angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtkoppler ein erstes Tor zum Durchlassen der elektromagnetischen Eingangs- und Ausgangswellen und mindestens drei weitere Tore aufweist, an deren jedes die reflektierenden Einrichtungen angeschlossen sind, wobei die reflektierenden Einrichtungen jeweils wahlweise veränderbar sind, um mindestens zwei verschiedene Reflexionskoeffizienten zu bewirken und damit einen aus mindestens acht Phasenzuständen der Ausgangswelle darzustellen.

2. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der wellenreflektierenden Einrichtungen eine energieteilende Vorrichtung mit einer Vielzahl von Toren aufweist, an die jeweils weitere schaltbare reflektierende Einrichtungen angeschlossen sind.

3. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen schaltbare Lastelemente enthält, um an ihren jeweiligen Toren einen von zwei verschiedenen Winkeln des Reflexionskoeffizienten zu bewirken.

4. Phasenschiebervorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen einen Schalter sowie Mittel einer vorherbestimmten Impedanz enthält.

5. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen Übertragungsleitungen, an diese Leitungen angeschlossene Schalter, um am zugeordneten Tor bei geschlossenem Schalter eine vorbestimmte und bei offenem Schalter eine andere vorbestimmte Leitungslänge darzustellen, und Mittel enthält, um die Schalter wahlweise in ihren geschlossenen oder offenen Zustand zu schalten.

6. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Schalter eine Diode aufweist.

7. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen Impedanzvorrichtungen, die an das jeweilige weitere Tor angeschlossen sind und genau zwei Impedanzwerte haben, und Schaltmittel aufweist, die an jede der Impedanzvorrichtungen angeschlossen sind, um die zugeordnete Impedanzvorrichtung von einem Wert in den anderen zu schalten.

8. Phasenrchieberanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede dei" Schaltvorrichtungen eine Festkörperdiode und Steuersignalvorrichtungen aufweist, um die Diodcnleitung zu steuern.

9. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- <>5 net. daß jede der reflektierenden Einrichtungen zwischen zwei Reaktanzwerten schaltbare Reaktanzmittel aufweist.

10. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen eine Diode und zwei verschieden lange Ubertragungsleitungen enthält.

11. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen schaltbWe Lastmittel enthält, um am jeweiligen Tor tfinen von zwei verschiedenen Winkeln des Reflexionskoeffizienten zu bewirken.

12. Phasenschieberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das erste Tor ein zweites Tor direkt angeschlossen ist, ein drittes Tor gegen das erste Tor isoliert ist und ein viertes Tor mit dem ersten Tor verkoppelt ist, wodurch die am ersten Tor ankommende Leistung direkt zum zweiten und vierten Tor fließt und das dritte Tor im wesentlichen nur vom zweiten und vierten Tor Leistung erhält, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte schaltbare wellenreflektierende Einrichtung jeweils an das zweite bzw. dritte bzw. vierte Tor angeschlossen sind.

13. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel, die die reflektierenden Einrichtungen einzeln und wahlweise schalten, um am zweiten, dritten und vierten Tor mindestens fünf verschiedene Kombinationen der Winkel des Reflexionskoeffizienten und damit wahlweise einen von mindestens fünf Phasenzuständen der reflektierten Ausgangswelle am ersten Tor zu bewirken, wobei das Leistungsteilungsverhältnis zwischen dem zweiten und dem vierten Tor und die Werte der Reflexionskoeffizienten relativ zueinander so gewählt sind, daß die Phase der Ausgangswelle sich in im wesentlichen winkelgleichen Teilschritten verschiebt.

14. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsteilungsverhältnis zwischen dem zweiten und vierten Tor so gewählt ist, daß ein Kopplungsverhältnis von wesentlich weniger als 3 db vorliegt.

15. Phasenschieberanordnung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der reflektierenden Einrichtungen genau zwei Zustände hat, die am angeschlossenen Tor genau zwei Winkel des Reflexionskoeffizienten erzeugen, wobei das Verhältnis der Leistungsteilung zwischen dem zweiten und dem vierten Tor und die Werte der Reflexionskoeffizienten relativ zueinander so gewählt sind, daß die Phase der Ausgangswelle sich in acht im wesentlichen winkelgleichen Teilschritten verschiebt.