192481. lajstromszámú szabadalom • Koaxiális impedancia-transzformátor
192 481 2 A találmány tárgya koaxiális impedancia-transzformátor, különböző hullámimpedanciájú koaxiális tápvonal szakaszok és áramkörök illesztésére. A koaxiális rádiófrekvenciás áramkörök különböző hullámimpedanciájú változatokban használatosak. Vannak azonban olyan esetek, amikor szükségessé válik két különböző hullámimpedanciájú rendszer összekapcsolása, közös üzemeltetés vagy mérés céljából. Az egymástól eltérő hullámimpedanciájú rendszerek csatlakoztatásához impedancia-transzformátorokat kell alkalmazni. E transzformátorok, különböző áttételek mellett, szigorú illesztési feltételeknek tesznek eleget. Az impedancia-transzformátorokra vonatkozó szigorú követelményeket a különböző frekvencia sávokban más-más konstrukciójú megoldásokkal teljesítik, kisebb-nagyobb kompromisszumok mellett. A jelenleg ismert és elterjedt koaxiális impedancia-transzformátorok az. alacsonyabb frekvencia sávokban (100 MHz alatt) koncentrált L-C elemekből épülnek fel. Ritkábban használnak koaxiális kábelekből felépített impedancia-transzformátorokat is, kevésbé szigorú illesztések mellett. Pl. negyedhullámú, 60 ohmos tápvonal szakasszal illeszteni lehet egymáshoz egy 50 ohmos és egy 75 ohmos rendszert, mérsékelt illesztési követelmény, pl. 1:1,3 állóhullám arány mellett. Magasabb frekvenciákon (500 MHz felett) a merev koaxiális tápvonal szakaszokból álló, X/4-es impedancia-transzformátor terjedt el, 1 —2 vagy 3 szakaszos kivitelben. Igen pontos gyártás esetén az ilyen transzformátorok a legszigorúbb követelményeknek is eleget tesznek. Jellegzetességük a masszív kivitel és a viszonylag nagy súly, ezért csak nagyobb teljesítmények esetén alkalmazhatók előnyösen. Elteijedésük az UHF-sáv felső felében és a mikrohullámú tartományban figyelhető meg - ez utóbbi esetben hullámvezető tápvonalakkal kivitelezve — ahol a A/4-es méretű tápvonal szakaszok hossza elfogadható méreteket ad. Ugyanakkor a VHF-sáv 100 ... 500 MHz közötti tartományában használatos impedancia-transzformátorokra csak kompromisszumos megoldások vannak. Vagy koncentrált elemekből építenek fel olyan áramkört, amelynek jellemzői egzagt módon nem számíthatók, vagy a tápvonaltechnika alkalmazásával előnytelenül nagy méretek mellett oldják meg az illesztési feladatot. Koncentrált elemű, 50/200 ohmos aszimmetrikus-szimmetrikus transzformátorra tipikus példa a Rohde-Schwarz BSI-típusú impedancia-transzformátor családja, amely hangolható induktivitásokkal biztosítja a mérési céloknak is megfelelő, pontos impedancia-illesztést. A tápvonal-technika alkalmazására az IEEE-MTT — 19. kötetének 415—416. oldalain tipikus alkalmazási példát találunk egy olyan impedancia-illesztő hálózatra, amelyet direkt-csatolóval valósítanak meg. Másik alkalmazási példa a stripline áramkörök családjához tartozik, amelyet az IEEE-MTT — 21. kötetében, a 69 . . . 75. oldalakon írnak le részletesen. E konstrukció feltételezi az igen pontos fólia-marató technológiát, s még ezzel sem éri el a mérési céloknak megfelelő, kis reflexiójú pontos illesztést. A fenti hiányosságok kiküszöbölésére a találmány célkitűzése olyan impedancia-transzformátor, amely alkalmas a 100 MHz feletti frekvencia tartományokban egymástól eltérő koaxiális impedanciák illesztésére, továbbá az illesztés pontossága ne csak az üzemeltetés enyhébb követelményeinek feleljen meg, hanem a mérési célú elrendezéseknél előírt szigorúbb 5 követelményeknek is; ezen túlmenően figyelembe véve a kisebb teljesítményű üzemeltetést és mérést, a konstrukció kis súlyú és optimálisan kis térfogatú legyen, szemben a merev tápvonal szakaszokból álló konstrukciókkal. 10 A kitűzött célokat azáltal érjük el, hogy vezető alaplemez felett húzódó, attól változtatható távolságban elhelyezkedő vezető szakaszokból, célszerűen ezüstözött rézhuzalból induktivitásokat alakítunk ki és ezen vezető szakaszok mindkét vége a vezető alap- 15 lemezen kialakított fémes szigetekre támaszkodik és ezekhez szilárd fémes kötéssel, célszerűen lágyforrasztással csatlakozik. A vezető alaplemez és a fémes szigetek közé változtatható, koncentrált kapacitások kapcsolódnak. E 20 változtatható kapacitások vagy ismert konstrukciójú nagyfrekvenciás trimmerkondenzátorok vagy a stripline-technika eszközeivel kialakítható interdigitális kapacitás szigetek. Ezek alkalmazási formái a találmány több kiviteli alakját eredményezik. 25 Mindegyik kiviteli alakra érvényes lényeges jellemző, hogy a tápvonal szakaszok induktivitását és a hozzájuk kapcsolódó hangoló kapacitásokat különkülön is változtatni lehet. Ezáltal az impedanciatranszformációt megvalósító tápvonal szakaszokat is a 30 kívánt mértékben hangolni, egymáshoz igen pontosan illeszteni tudjuk. A jelen találmány szerinti megoldás tehát változtatható hullámimpedanciájú tápvonal szakaszokat alkalmaz egymással láncba kapcsolva, amelyek egymás- 35 tói eltérő hullámimpedanciákat illesztenek a két szomszédos csatlakozó szakasz között is. A kis reflexiójú, pontos illesztést a bemeneti és kimeneti impedanciák, valamint a szomszédos csatlakozó tápvonal szakaszok között úgy érjük el, hogy az induktív 40 szakaszok és a koncentrált kapacitások változtatási lehetőségét a találmány szerint biztosítjuk. Változtatható induktivitásokat tápvonal szakaszokkal az alábbiak alapján lehet megvalósítani: Ismert mértani transzformációval a koaxiális (kon- 45 centrikus) elrendezés síkba kiteríthető. Egy ilyen transzformáció után olyan alakzatot kapunk, ahol egy sík vezető alaplemez felett adott távolságban fémes vezető halad. Ennek az elrendezésnek a hullámimpedanciáját a következő ismert formulával számíthat- 50 juk: 2D Z = 60 ln-^o d ahol a fémes vezetőnek a vezető alaplemez feletti távolsága D/2, míg a fémes vezető szakasz átmérője d. A formulából látható, hogy a D/2 távolság módosítása lehetőséget ad a ZQ hullámimpedancia változtatására. 0q A szakirodalomból ugyancsak ismert, hogy a tápvonalak induktivitása és a hullámimpedancia között kapcsolat van: zo.yrjc~ 65 2
