192180. lajstromszámú szabadalom • Mikrohullámú szimmetrizáló transzformátor keverőkhöz és modulátorokhoz
I 1)2 180 2 A találmány tárgya mikrohullámú szimmetrizáló transzformátor TEM módusú mikrosztrip típusú tápvonallal megvalósított keverőkhöz és modulátorokhoz. A szimmetrizáló transzformátor olyan elektromos áramkör, amely rádiófrekvenciás jelet továbbít egy aszimmetrikus bemenetről egy szimmetrikus kimenetre minimális csillapítás mellett, ahol is a lehetőségekhez képest széles átviteli sáv és nagyértékű impedancia transzformáció kívánatos. A szimmetrizáló transzformátor nemcsak szimmetrikus terhelésekhez, de szimmetrikusan párosított aszimmetrikus kimenetekhez is alkalmazható, amelyeken a rádiófrekvenciás jelek amplitúdója azonos, de fázisuk ellenkező. A szimmetrizáló transzformátor, mint szerkezeti egység szerves részét képezi több szimmetrikus mikrohullámú rendszernek, mint például különböző keverőknek, modulátoroknak, csillapítóknak, kapcsolóknak és másoknak, avagy pedig olyan önálló egység, amely rádiófrekvenciás jellel lát el szimmetrikus terheléseket, bemeneteket, kimeneteket különböző szimmetrikus rendszerekben. Az említett típusú rendszereket gyakran állítják elő az úgynevezett mikrosztrip tápvonalas technikával, amely lehetővé teszi a rendszerek integrálását hibrid vagy monolitikus integrált áramkörök formájában. Ez a mikrosztrip tápvonalak tulajdonságainak következménye, amennyiben itt az elektromágneses mező a vezetőpályák alatti térfogatban koncentrálódik és a dielektrikus hordozóban a hullámhossz lényegesen lerövidül, továbbá a rendszer kialakítása lényegében síkszerű és így az áramkör felső felülete könnyen hozzáférhető különböző hibridtechnikával csatlakoztatott elemek számára, míg az alsó oldal állandó földcsíkként van felhasználva. Ezért mint kiindulási feltétel kívánatos az áramkörök mikrosztrip típusú kialakításának megtartása amennyire csak lehetséges. A mostanáig alkalmazott szimmetrizáló transzformátorok közül kettőt kell kiemelni, amelyek közül az egyik a széles körben ismert Marchandféle szimmetrizáló transzformátor, míg a másik a 3 818 385. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalomból ismert Mouw-féle szimmetrizáló transzformátor. A Marchand-féle szimmetrizáló transzformátornak két része van. Mindkét rész két koaxiális tápvonalból van kialakítva, amelyek közül az egyik a másikban koaxiálisán van elrendezve. A két rész egymással a külső vonalak külső vezetőinél fogva csatlakozik. A belső vonalak a belső koaxiális tápvonalak két negyed hullámhossz hosszúságú részéből vannak kialakítva, amelyek belső vezetői egymáshoz a szimmetrizáló transzformátoron belül középütt csatlakoznak és végeik egyike bemenő külső koaxiális tápvonalra csatlakozik, míg a másik vég a földhöz viszonyítva lezáratlan marad. A tápvonalak külső vezetőinek belső végei a szimmetrikus kimenő vonalra csatlakoznak, amely az áramkörön kívüli szimmetrikus terheléshez csatlakozik, míg külső végeik a földhöz képest rövidre vannak zárva. A Marchand-féle szimmetrizáló transzformátor kiváló üzemi paraméterekkel rendelkezik, mind sávszélesség, mind impedanciaáttétel szempontjából. Átviteli sávszélessége még három oktáv értéket is meghaladhat 50 ohm-tói 200 ohm-ig terjedő terhelések esetében. Egyike a legrégebbi mikrohullámú áramköröknek és még mindig alkalmazzák, sőt állandóan továbbfejlesztik. Széles körben alkalmazzák széles sávú szimmetrikus antennák táplálására. Mindamellett nem alkalmazható a korábban említett szimmetrikus rendszerek esetében azért, mert felépítése koaxiális jellegű és nagyméretű. Különösen ha keresztmetszeti méreteket veszünk figyelembe. Alkalmazásuk megköveteli a velük együtt működő rendszerek koaxiális tápvonallal való felépítését, ami nem fogadható el minden esetben és semmi esetre sem egyeztethető össze a rendszerek integrálása iránti igénynyel. A Hallford által kifejlesztett Mouw-féle szimmetrizáló transzformátort a Microwaves folyóirat 1979. évi decemberi számának 52-57. oldalán (A Designer’s Guide to Planer Mixer Balun) ismerteti, amely egy viszonylag új megoldás. Három vezető szalagból áll, amelyek közül az egyik a bemeneti dielektrikus hordozó felső oldalán van kialakítva, mig a másik kettő, a kimenetiek ez alatt helyezkednek el és a hordozó alsó felén vannak kialakítva. A kimenő vonalak külső Végei a földhöz viszonyítva rövidre vannak zárva, amely föld a hordozó alulsó felének összefüggő fémezésével van kialakítva, A Mouw-féle szimmetrizáló transzformátor gyakrabban nyer alkalmazást szimmetrikus rendszerekben, mint a Marchand-féle szimmetrizáló transzformátor. Részben kielégíti a síkszerű kialakítással szembeni követelményeket, mivel valamivel közelebb áll a mikrosztrip típusú elrendezésekhez. Annak ellenére, hogy sávszélességi és transzformációs tulajdonságai nem érik el a Marchandféle megoldásét, azonban elegendően jók ahhoz, hogy egy oktávnyi sávszélességet meghaladó rendszerek legyenek tervezhetők felhasználásával. Ezen megoldás hiányossága azonban abban van, hogy a hordozó mindkét oldalán ki kell alakítani a tápvonalakat, amelynek eredményeként a rendszer alsó fele nem erősíthető hozzá a földhöz. Mivel a Mouw-féle kialakítás korlátozott lehetőséget nyújt a keresztmetszeti méretek megválasztásában és ennek következményeként a megkívánt tulajdonságok elérésében, ezért felhasználásuk a szimmetrikus rendszerek néhány kiválasztott típusára korlátozódik. A fentiekben említett példákon kívül ismeretes még az úgynevezett 180°-os hibrid csatoló (rat race hybrid), amely kielégíti mind a mikrosztrip típusú felépítés iránti követelményt és a rádiófrekvenciás jelnek két ellentétes fázisú kimenetre való szétosztását, de átviteli sávja csupán a sávközép 20-30%-a, és nagy terhelő impedancia-tartomány esetében nehezen illeszthető. Ezen túlmenően további hiányossága az is, hogy a kimeneti elrendezés kényelmetlen, amely gátolja felhasználását egy szimmetrikus terhelés esetében és felhasználását szimmetrikusan párosított aszimmetrikus kimenetek esetére korlátozza. A fenti példakénti felsorolás nem meríti ki a szimmetrizáló transzformátorok összes létező megvalósítási alakját, de megmutatja azt az ismert tö5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
