MICROWAVE AMPLIFIER DEVICE

Abstract: 1. A microwave amplifier device, wherein a plurality of amplifier modules (30) have their inputs connected to an input line (20) by means of a waveguide distributing network so as to be impedance matched, which amplifier modules have their outputs connected via a correspondingly constructed waveguide summing network to an output line (25) so as to be equally impedance matched, so that a parallel circuit of the amplifier modules is established, each of which has its input and its output connected to the input and output waveguide (22 and 23) by means of a coupling element (26, 27), which protrudes through an opening into the inside of the input and output waveguide, when connected to the two networks, which coupling element is contrived to be such that a specific partial energy is input or output coupled so as to be impedance matched, characterized in that at the input and at the output of each amplifier module (42) an outwardly protruding coupling loop (26, 27) is firmly fixed as a coupling element and arranged in such a manner that on connection of the module to the two networks, which can be equipped with the modules in a star-like fashion and are provided with centrally arranged input and output lines (20, 25), it protrudes through the assigned opening of the input and output waveguide (22, 23) and into the inside thereof, and that the coupling loops (26, 27) are symmetrically constructed in such a manner that housing wall currents do not flow at the junctions between the amplifier modules (42) and the waveguide network.

Description: Mikrowellen-Verstärkereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Ver stärkereinricheung, bei der an eine zentrale Eingangsleitung über ein Wellenleiter-Verteilernetzwerk mit ihren Eingängen mehrere Verstärkermoduln sternförmig widerstandsangepasst angeschlossen sind, die mit ihren Ausgängen über ein entsprechend ausgebildetes, sternförmiges Wellenleiter-Summiernetzwerk ebenfalls widerstandsangepasst mit einer zentralen Ausgangsleitung verbunden sind, so dass sich eine Parallelschaltung der Verstärker ergibt. Bei der Entwicklung von Mikrowellen-Leistungsver stärkern z.B. für Radarsender besteht das Problem, dass ein einzelner Transistor eine im Vergleich zu den früher verwendeten Röhren nur sehr geringe Ausgangsleistung zu liefern vermag. Das Problem wird in üblicher Weise dadurch gelöst, dass eine entsprechend grosse Anzahl von Transistor-Verstärkerstufen parallel geschaltet wird. Für die Aufteilung der Stufeneingangsleistung und die Aufsummierung der Ausgangsleistung bedient man sich entsprechender passiver Netzwerke. Bei einer geringen Anzahl, z.B. acht, parallel zu schaltender Stufen verwendet man hierfür meist in Serie geschaltete Binärteiler, z.B. Wilkinson-Teiler, in einer Tannenbaumstruktur. Hierbei nehmen jedoch die Verluste des Netzwerkes mit grösser werdender Anzahl von Ausgängen rasch zu. Bei einer noch grösseren Anzahl parallel zu schaltender Verstärkerstufen verwendet man gewöhnlich sternförmige Anordnungen, bei denen im Falle des eingangsseitigen Verteilers die Verstärkereingangsseiten über widerstandstransformierende Leitungen an einen zentralen Speisepunkt angeschlossen sind. Die das zu verstärkende Signal führende Eingangsleitung ist mit diesem zentralen Speiseptinkt verbunden. Das Summiernetzwerk, das die Ausgangssignale der einzelnen Verstärker zusammenfasst und an eine Ausgangsleitung führt, verhält sich reziprok zum beschriebenen eingangsseitigen Verteilernetzwerk. Eine Variante dieser bekannten Lösung besteht darin, dass die Übertragung vom zentralen Speisepunkt, an den die Signaleingangsleitung geführt ist, zu den Verstärkereingängen in Form einer elektromagnetischèn Welle innerhalb eines Wellenleiters verläuft. Genauso und mit reziproker Wirkung sind zwischen den Ausgängen der Verstärker und einem zentralen Verbindungspunkt Wellenleiter vorgesehen. Die notwendige Widerstandsanpassung der Ein- und Ausgänge wird hierbei durch Art und Dimensionierung der Koppelelemente zwischen der leitungsgebundenen Welle und der Raumwelle realisiert. Bei modularem Aufbau, der aus vielerlei Gründen bevorzugt wird, ist es bisher nur bekannt, dass jeder verstärkermodul einer solchen Verstärkereinrichtung über je eine Koaxial-Steckverbindung mit dem Wellenleiter-Verteiler- bzw. mit dem Wellenlelter-Summier- netzwerk verbunden wird. Bei einer grossen Anzahl von Parallelverstärkern bedeuten diese Steckverbindungen jedoch insbesondere wegen der hohen Anzahl sowie der gerade bei einer hohen Anzahl besonders schwierigen Justage einen sehr hohen Aufwand und einen nennenswerten Kostenanteil an der gesamten Verstärkereinrichtung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine aus mehreren parallel geschalteten Einzelverstärkermoduln bestehende Mikrowellen-Verstärkereinrichtung zu schaffen, die demgegenüber wesentlich weniger aufwendig ist. Gemäss der Erfindung, die sich auf eine Mikrowellen Verstärkereinrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jeder der parallel zu schaltenden Verstärkermoduln an seinem Eingang und seinem Ausgang jeweils fest eingebaut ein Koppelelement trägt, welches beim Anschluss des Moduls an die Netzwerke in das Innere des Eingangs- bzw. Ausgangswellenleiters ragt und so ausgebildet ist, dass widerstandsangepasst eine bestimmte Teil energie ausbzw. eingekoppelt wird. Die Koppel elemente der Verstärkermoduln lassen sich in vorteilhafter Weise als Koppelschleifen ausbilden. Eine zweckmässige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Koppelelemente derart symmetrisch ausgebildet sind, dass an den Verbindungsstellen jeweils zwischen den Verstärkermoduln und dem Wellenleiternetzwerk keine Gehäusewandströme fliessen. Sollte die Verstärkerschaltung in den einzelnen Verstärkermoduln auf einer Substratplatte aufgebaut sein, so lässt sich gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung diese Platte so erweitern und ausformen, dass sie zugleich die Koppelelemente trägt, die dann im angeschlossenen Zustand der Verstärkermoduln ins Innere der Jeweiligen Wellenleiter ragen. Durch die Erfindung ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass die bei der Montage zahlreicher paralleler Verstärkermoduln bisher aufgetretenen mechanischen To leranzprobleme weitgehend vermieden werden. Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren erläutert. Es zeigen Fig. 1 das bekannte Schaltungsschema eines sternförmi gen Verteilernetzwerks auf der Verstärkerein gangsseite, Fig. 2 die Schrägansicht einer bekannten Wellenleiter ausführungsform eines solchen Netzwerkes und Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Teilansicht einer Mikrowellen-Verstärkereinrichtung nach der Erfindung. Mittels des in Fig. 1 schematisch dargestellten sternförmigen Verteilernetzwerks sollen auf ihrer Eingangsseite beispielsweise acht Mikrowellen-Verstärker 1 bis 8 zusammengeschaltet werden. Diese Verstärker 1 bis 8 sind nicht als Verstärker, -sondern mit ihren jeweils übereinstimmenden Eingangswiderständen Z dargestellt. Gespeist werden die Verstärker 1 bis 8 von einer zentralen Eingangsleitung 9, die einen Wellenwiderstand Z aufweist und an ihrer dem Verteilernetzwerk abgewandten Seite von einer Schaltung 10 gespeist wird, die ebenfalls nicht als solche, sondern nur mit ihrem Ausgangswiderstand Z gezeigt ist. Diese Eingangsleitung 9 ist an einen zentralen Speisepunkt 11 im sternförmigen Netzwerk angeschlossen. Die Verstärker 1 bis 8 sind über widerstands trans formi erende Leitungen 12 bis 19 an den zentralen Punkt 11 angeschaltet. Es findet im dargestellten Beispiel in jeder der Verbindungsleitungen 12 bis 19 vom Punkt 11 bis zur An- schluss stelle des Jeweiligen Verstärkers 1 bis 8 eine Transformation vom Wellenwiderstand 8Z auf den Wellenwiderstand Z statt. Das Summiernetzwerk auf der Ausgangsseite der parallel geschalteten Verstärker 1 bis 9 ist genauso aufgebaut wie das in Fig. 1 dargestellte eingangsseitige Verteilernetzwerk. Es arbeitet lediglich reziprok dazu, d.h. die Leitung 9 ist dann eine zentrale Ausgangsleitung, die Schaltung 10 mit dem Widerstand Z eine die verstärkten und zusammengefassten Signale aufnehmende Schaltung und der zentrale Punkt 11 im Netzwerk die Jenige Stelle des Summiernetzwerks1an welcher die Leistungen der einzelnen Verstärker summiert, d.h. zusammengefasst werden. Fig. 2 zeigt in einer Schrägansicht ein Verteilernetzwerk für die Verstärkereingangsseite, das aus einem tor ténschachtelförmigen, in der Zeichnung aus Verdeut lichungsgründen in einem Bereich 41 aufgeschnittenen Wellenleiter 33 besteht und funktionell dem Netzwerk nach Fig. 1 entspricht. Eingespeist wird das auf acht Verstärker zu verteilende Eingangssignal an einer zentralen Speisestelle 34 über eine koaxiale Eingangsleitung 35. An der umlaufenden Wand 36 weist der Wellenleiter 33 Auskoppelöffnungen 37 z.B. zum Anschliessen von koaxialen Leitungen 38 auf, deren Innenleiter 39 als Koppelelemente 40 enden. Die koaxialen#Leitun- gen 38 sind mit ihren dem Wellenleiter 33 abgewandten Enden Jeweils mit der Eingangsseite eines Verstärkers verbunden. Das Summiernetzwerk auf der Ausgangsseite der Verstärker ist nicht eigens zeichnerisch dargestellt, ist aber genauso ausgebildet wie der eben beschriebene Verteiler-Wellenleiter 33 und arbeitet reziprok dazu. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Mikrowellen-Verstärkereinrichtung nach der Erfindung in teilweise aufgeschnittener Ansicht. Es ist lediglich ein einziger Verstärkermodul 42 dargestellt, da sich die gezeichnete Anordnung bei allen anderen, dazu parallel zu schaltenden Verstärkermoduln wiederholt. Das zu verstärkende und von einer Eingangsleitung 20 kommende Eingangssignal wird an einem Eingang 21, der dem zentralen Speisepunkt 11 in Fig. 1 bzw. 34 in Fig. 2 entspricht, in den Verteiler-Wellenleiter 22 ¯eingekoppelt, von dem nur ein Sektor in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Sektor des Verteiler-Hohlleiters 22 entspricht einer der Leitungen 12 bis 19 in Fig. 1. Übereinstimmend mit der eben erläuterten Eingangsseite der Verstärkereinrichtung ist die reziprok arbeitende Ausgangsseite ausgebildet, nämlich'mit einem Summier- Wellenleiter 23, von dem nur ein Sektor dargestellt ist, mit einem zentralen Ausgangspunkt 24 und einer Ausgangsleitung 25, in die das leistungsmässig verstärkte und zusammengefasste Ausgangssignal eingekoppelt wird. Die Ubertragung vom zentralen Speisepunkt 21 zu den einzelnen Verstärkereingängen bzw. von den einzelnen Verstärkerausgängen zum zentralen Ausgang punkt 24 verläuft somit in Form einer elektromagnetischen Welle. Jeder der parallel zu schaltenden Verstärkermoduln, von denen in Fig. 3 lediglich der Modul 42 dargestellt ist, trägt an seinem Eingang und an seinem Ausgang ein Koppelelement, das im dargestellten Beispiel Jeweils durch eine Koppelschleife 26 bzw. 27 gebildet wird. Mit der Auskoppelschleife 26 wird Signalenergie aus dem Verteiler-Wellenleiter 22 in den Verstärkermodul 42 zur nachfolgenden Verstärkung ausgekoppelt. Umgekehrt wird mit der Einkol > - pelschleife 27 verstärkte Signalenergie aus dem Verstärkermodul 42 in den Summierwellenleiter 23 eingekoppelt. Die Koppelschleifen 26 und 27 sind auf Lappen 28 bzw. 29 einer Substratplatte 30, welche die Schaltungselemente des Verstärkermoduls 42 trägt, angeordnet und ragen in das Innere der Wellenleiter 22 bzw. 23. Die Koppelschleifen 26 und 27 sind so geartet und dimensioniert, dass Widerstandsanpassung vorliegt. Darüber hinaus sind im dargestellten Beispiel die Koppelschleifen 26 und 27 derart symmetrisch ausgebildet, dass an den Verbindungsstellen zwischen dem Verstärkermodul 42 und den Welleflleitern 22 bzw. 23 keine Gehäusewandströme fliessen. Die Schirmung zwischen den Gehäuseöffnungen der stumpf aufeinanderstossenden Moduln 4'2 und dem Verteilernetzwerk 22 bzw. dem Summiernetzwerk 23 erfolgt durch gewellte Federbleche 31 bzw. 32. Dadurch sind in allen Freiheitsgraden relativ grosse mechanische Toleranzen zulässig. 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansorüche 1. Mikrowellen-Verstärkereinrichtung, bei der an eine zentrale Eingangsleitung über ein Wellenleiter-Verteilernetzwerk mit ihren Eingängen mehrere Verstärker Moduln sternförmig widerstandsangepasst angeschlossen sind, die mit ihren Ausgängen über ein entsprechend ausgebildetes, sternförmiges Wellenleiter-Summiernetz- werk ebenfalls widerstandsangepasst mit einer zentralen Ausgangsleitung verbunden sind, so dass sich eine Parallelschaltung der Verstärker ergibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeder der parallel zu schaltenden Verstärkermoduln (42) an seinem Eingang und seinem Ausgang jeweils fest eingebaut ein Koppelelement (26, 27) trägt, welches beim Anschluss des Moduls (42) an die Netzwerke in das Innere des Eingangs- bzw. Ausgangswellenleiters (22, 23) ragt und so ausgebildet ist, dass widerstandsangepasst eine bestimmte Teilenergie aus- bzw. eingekoppelt wird. 2. Mikrowellen-Verstärkereinrichtung nach Anspruch 1, d a d#u r c h g e k e n n z e i c h n e t > dass das Koppelelement eine Koppelschleife (26, 27) ist. 3. Mikrowellen-Verstärkereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Koppelelemente (26, 27) derart symmetrisch ausgebildet sind, dass an den Verbindungsstellen jeweils zwischen den Verstärkermoduln (42) und dem Wellenleiternetzwerk keine Gehäusewandströme fliessen. 4. Mikrowellen-Verstarkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d,a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die gegebenenfals vorgesehene Substratplatte (30) des Verstärkermoduls (42) so erweitert und ausgeformt ist, dass sie zugleich die Koppelelemente (26, 27) trägt. 5. Mikrowellen-Verstärkereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Verwendung als Leistungsverstärker, beispielsweise in einem Radarsender.

Inventors: HONOLD, PETER, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: H03H7
IPC codes: H01P5, H03F3