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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur der Polarisationsverdrehung zweier linear polarisierter Signale mit mehrfacher Polarisationswandlung, wie sie insbesondere für die mobile Kommunikation zwischen Flugzeugen und Satelliten benötigt wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur Übertragung von Multimediadaten aus einem Satellitennetz zu beweglichen Fahrzeugen, z.B. Flugzeugen, sind drahtlose Breitbandkanäle nötig. Dazu müssen auf den Fahrzeugen Antennen installiert sein, die geringe Abmessungen haben, um unter einem Radom installiert zu werden, und trotzdem für eine gerichtete drahtlose Datenkommunikation mit dem Satelliten (z.B. im Ku-, Ka- oder X-Band) extreme Anforderungen an die Sendecharakteristik zu erfüllen, da eine Störung benachbarter Satelliten zuverlässig ausgeschlossen werden muss.
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Bei sich bewegenden Fahrzeugen ändert sich die Relativposition der Antenne zum Satelliten fortlaufend, die Ausrichtung der Antenne muss also ständig nachgeführt werden. Die Antenne ist dafür unterhalb des Radoms beweglich, um die Ausrichtung auf den Satelliten bei Bewegung des Flugzeugs nachzuführen.
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Nicht nur die Ausrichtung der Antenne auf den Satelliten muss eingestellt werden, sondern auch Polarisationsverdrehungen eines empfangenen Signals müssen ausgeglichen werden. Die Polarisationsdrehungen ergeben sich aus den Änderungen der geographischen Position des Fahrzeugs relativ zum Satelliten sowie des Neigungswinkels der fahrzeugbasierten Antenne.
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Bidirektionale Antennensysteme für mobile Satellitenkommunikation unterscheiden sich unter anderem in der Art ihrer Polarisation. Vornehmlich wird unterschieden zwischen linearer und zirkularer Polarisation, in Abhängigkeit des Satellitendienstes. Die Polarisation beschreibt allgemein die Ausrichtung der Feldlinien in der Ebene orthogonal zur Hauptkeule der Antenne. Im Fall von linearer Polarisation sind die Feldlinien stets linear ausgerichtet, üblicherweise werden zwei orthogonale Polarisationen (horizontal & vertikal) benutzt. Im Fall von zirkularer Polarisation beschreiben die Feldlinien eine kreisförmige Bewegung in der Ebene senkrecht zur Hauptkeule. Hierbei wird zwischen links- (LHCP) und rechtsdrehend (RHCP) unterschieden.
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Bei Satellitendiensten mit linearer Polarisation ist es wichtig, dass die Polarisationsebenen der Antenne mit denen des Satellitensignales korrekt ausgerichtet sind. Ungewünschte Verdrehungen der Polarisationsebenen führen zu Polarisationsverlusten, Signalstörungen, Verletzung regulatorischer Anforderungen, etc.
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Aufgrund verschiedener Effekte (eingeschränkte Beweglichkeit des Antennenpositioniersystems, geographische Lage relativ zum Satelliten, Bewegungen des Fahrzeugs) kann es zu Verdrehungen der Polarisationsebenen von Antenne und Satellit kommen. Diese können von einer sogenannten Polarization Control Unit (PCU) korrigiert/kompensiert werden, welche die empfangenen bzw. zu sendenden Signale entsprechend des aktuellen Verkippungswinkels (Skew-Winkel) vorverdreht.
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Um diese Aufgabe zu lösen, werden in vielen Anwendungen sogenannte 2-Achsen Positionierungssysteme verwendet, mit denen die Antenne in Azimut und Elevation unabhängig gedreht werden kann. Die zwei Achsen solcher Systeme bilden dabei ein Orthogonalsystem und erlauben damit die Ausrichtung der Antenne auf jeden beliebigen Punkt in der oberen Halbkugel des dreidimensionalen Raumes.
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Arbeitet das drahtlose Kommunikationssystem mit elektromagnetischen Wellen linearer Polarisation, dann tritt bei 2-Achsen Systemen das Problem auf, dass sich bei Drehung der Antenne die Polarisationsebenen im Allgemeinen mit drehen, so dass die Polarisationsebene der Zielantenne nicht mehr mit der Polarisationsebene der Antenne, die sich auf dem Positionierungssystem befindet, übereinstimmt.
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Aus
EP 2 425 490 B1 ,
7, ist eine sogenannte Skew-Kompensationsregelung für eine einzelne Polarisationsrichtung bekannt, die auf einem drehbaren Wellenleitermodul beruht. Es wird jedoch anwenderseitig oft gewünscht, dass das horizontal und vertikal polarisierte Signal gleichzeitig zur Verfügung gestellt wird. Die Auskopplung des hochfrequenten Signales aus dem drehenden Wellenleitermodul ist kritisch, da bei der Auskopplung zweier Signalanteile die Führung der Signalleiter eine Einschränkung darstellt.
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Aus
DE 10 201 4113813 ist eine zweikanalige Kompensation der Polarisationsverdrehung bekannt, bei der ein Hohlleiterabschnitt drehbar ist und zwischen den Signalen hin- und hergeschaltet werden kann, um den nötigen Drehwinkel für eine Komplettkompensation einschränken zu können. Es werden jedoch einige zusätzliche elektronische Komponenten benötigt und leistungsstarke Sendesignale können dadurch nicht verarbeitet werden.
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Aus
DE 20 2009 006 651 U1 ist eine Mikro-Drehkupplung mit einem drehbaren Rundhohlleiter zwischen zwei quadratischen Hohlleitern bekannt, der die Drehbarkeit der Antenne sicherstellt. Einfach herstellbare Quad-Ridge-Polarisationswandler sind aus
US 6 097 264 A bekannt. Einkoppelmöglichkeiten in Hohlleiter werden in G4UHP Circular and Rectangular Waveguide Septum Transformer Feeds, 2014, https://web.archive.org/web/20140326113551/http://g4hup.com/P ersonal/septum.html diskutiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine zweikanalige Kompensation der Polarisationsverdrehung ohne zusätzliche elektronische Komponenten anzugeben.
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Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen aufgeführt.
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Dazu enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Korrektur der Polarisationsverdrehung zweier linear polarisierter Signale zwei in Reihe geschaltete Polarisationswandler, wobei der zweite Polarisationswandler um seine Achse drehbar ist.
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Die Einzelkomponenten, wie Polarizer von einer linearen zu einer zirkularen Polarisation und umgekehrt, sind für sich gesehen, bekannte Bauformen und somit Stand der Technik. Neu ist die applikationsspezifische Anordnung der Komponenten zu einer Funktionseinheit als zweikanalige Vorrichtung zur Korrektur der Polarisationsverdrehung.
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Die Erfindung gibt eine Dual Channel Polarization Control Unit (PCU) an, welche den Verkippungswinkel (Skew-Winkel) einer Antenne gegenüber einem Satelliten mittels einer drehbaren Hohlleiter-Schaltung kompensiert. Durch eine Wandlung der Polarisation von linear zu zirkular können die nun zirkular polarisierten Signale leichter gedreht werden, dies erfolgt in einem zweiten Polarisationswandler, der für die zirkular polarisierten Signale wieder eine lineare Polarisation herstellt. Aufgrund der zweikanaligen Signal-Auskopplung ermöglicht die hier vorgestellte PCU die gleichzeitige Korrektur zweier orthogonaler linearer Polarisationen.
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Vorteile der genannten Lösung sind unter anderem ein relativ simpler mechanischer Aufbau, welcher nur ein mechanisch drehbares Teil (zweiter Polarisationswandler) erfordert. Sämtliche Ein- und Auskoppelstellen sind mit weiterführenden Leitungen, z.B. Koaxialleitern, statisch fest verbunden.
Es werden daher keine koaxialen oder Hohlleiter-Drehkupplungen benötigt, um die externen Signale mit der PCU zu verbinden.
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Vorteilhafterweise ist der erste Polarisationswandler ein Septum-Polarizer. Ein Septum-Polarizer ist ein Dreipol und gibt zwei physikalisch getrennte Anschlussstellen vor und kann daher direkt an ein Antennenfeld angeschlossen werden, das zwei getrennte Ausgänge für unterschiedliche polarisierte Signale vorgibt.
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Nach vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung umfasst der Septum-Polarizer mehrere, zum zweiten Polarisationswandler kleiner werdende Restriktionen, d.h. zum antennenseitigen Eingang ist eine Trennwand ausgebildet, die die zwei Eingänge voneinander entkoppelt. Die Restriktionen dienen zur Zerlegung der linear polarisierten Welle in zwei orthogonale Moden in Quadratur-Phase. Die genaue Dimensionierung der Höhe und Länge der Restriktion wird entsprechend des angestrebten Frequenzbereichs und der Bandbreite vorgenommen, so dass die Reflexionen gering bleiben und ein möglichst gutes Achsverhältnis für die zirkulare Welle erzielt wird. Die Restriktionen beschränken sich vorteilhafterweise auf zwei sich gegenüberliegende Wandungen und sind zueinander symmetrisch.
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Antennenseitige Signale (H' / V') werden durch den Septum-Polarizer von zwei linearen Wellen (TE1,0 H' und V') in zwei korrespondierende RHCP-/LHCP-Wellen gewandelt. Allgemein erhält man an einem zirkularen Port des Septum-Polarizers eine elliptisch polarisierte Welle, deren Achsenverhältnis proportional zum Verkippungswinkel der Antenne ist. Die Charakteristik der elliptischen Welle kann von pur LHCP (z.B. Skew-Winkel=0°) über linear (Skew-Winkel=+/-45°) nach pur RHCP (z.B. Skew-Winkel=90°) variieren.
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Durch den Septum-Polarizer ist der antennenseitige Teil der PCU symmetrisch gestaltet, wodurch den beiden Antennen-Polarisationspfaden keine zusätzlichen ungewünschten Asymmetrien hinzugefügt werden.
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Alternativ zum Septum-Polarizer können auch Mäander-Polarizer oder Quadratur-Koppler eingesetzt werden, die ebenfalls eine Wandlung von linearer zu zirkularer Polarisation bewirken.
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Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist der zweite Polarisationswandler, der eine Wandlung der zwei Signale von einer zirkularen Polarisation in eine lineare Polarisation vornimmt, als Quad-Ridge Polarizer ausgebildet. Der Quad-Ridge Polarizer hat eine drehangepasste Form und eignet sich gut, für eine Polarisationsverdrehungskorrektur gedreht zu werden, ohne dass sich zusätzliche Reflexionen ergeben. Die Drehung des Quad-Ridge Polarizer erfolgt vorteilhafterweise motorgetrieben. Am Ausgang des Quad-Ridge Polarizers ist eine beliebige elliptische Welle wieder in ihre beiden orthogonalen linearen Feldkomponenten (TE1,0 & TE0,1) zerlegt.
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Vorteilhafterweise sind Restriktionen im Quad-Ridge Polarizer auf sich gegenüberliegenden Wandungen gleich und unterscheiden sich auf benachbarten Wandungen, haben also unterschiedliche Cut-off Frequenzen. Für die zwei einlaufenden Moden erfolgt durch die zwei unterschiedlichen Restriktionspaare eine unterschiedliche Verzögerung der Wellen, die vorauseilende Welle wird stärker gebremst und damit eine Verschiebung ausgeglichen. Die Anzahl und Höhe der Restriktionen wird wiederum an den Frequenzbereich und die Bandbreite angepasst. Eine größere Anzahl von Stufen schafft zwar eine bessere Reflexionsunterdrückung, ist jedoch auch in der Herstellung aufwändiger.
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Die Restriktionen des Quad-Ridge Polarizer sind entlang der Achse des Quad-Ridge Polarizer symmetrisch aufgebaut, so dass die Vorrichtung im Sende- und Empfangsfall betrieben werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Auskoppelelemente einer, mit dem zweiten Polarisationswandler verbundenen Auskoppeleinheit in Nullstellung um 45° verdreht zu Restriktionen des zweiten Polarisationswandler angeordnet. Die Verwendung eines Quad-Ridge-Polarizer führt zu einer systemweiten Verbesserung der Kreuzpolarisationstrennung, insbesondere im Fall von Skew-Winkel=+/-45°. Bei diesem Skew-Winkel verteilen sich die Satellitensignale H' / V' zu gleichen Teilen auf beide Antennen-Polarisationspfade. Jegliche Asymmetrien innerhalb des Antennensystems machen sich in diesem Fall am stärksten als Übersprechen zwischen den Polarisationen bemerkbar. Der Restriktionen (Stege) des Quad-Ridge Polarizer stehen bei diesem Skew-Winkel aber in derselben Ebene wie Auskoppelelemente (bei einer Auskopplung in Koaxialleiter sind dies die koaxialen Koppel-Pins), so dass es innerhalb der PCU zu einer optimalen Isolation zwischen den beiden Polarisationen kommt.
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Vorteilhafterweise sind die Auskoppelelemente senkrecht zueinander angeordnet. Desweiteren sind Restriktionen zwischen dem ersten und zweiten Auskoppelelement angeordnet. Das vom zweiten Polarisationswandler am weitesten entfernte Auskoppelelement ist für eine minimale Reflexion ca. λ/4 vom Ende der Auskoppeleinheit entfernt. Die Restriktionen mit einer Ausrichtung senkrecht zum zweiten Auskoppelelement bewirken nun, dass die Cut-off Frequenz für den verbleibenden Abschnitt der Auskoppeleinheit verändert wird und für das erste Auskoppelelement ein virtueller Abschluss der Auskoppeleinheit entsteht, von dem das erste Auskoppelelement wiederum ca. λ/4 entfernt angeordnet ist.
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Die Signale können über den beschriebenen zweifach Hohlleiter-Koaxial-Koppler wieder als reine lineare Polarisationssignale H/V kabelgeführt und weiterverarbeitet werden.
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Wird keine Auskopplung mittels Koaxialleitern angestrebt, kann auch ein Orthomodenkoppler (OMT Orthomode-Transducer) verwendet werden, der eine Auskopplung in Hohlleiter bewirkt.
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Für die Einkopplung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine mit dem ersten Polarisationswandler verbundene Einkoppeleinheit zwei aufeinander zulaufende Leiter umfasst, die jeweils Einkoppelelemente enthalten. Damit sind die zwei Signale vom Übergang von Antenne zur PCU weit getrennt und gut entkoppelt.
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Um eventuelle Unterschiede der Koaxialleitungen zur PCU auszugleichen, kann in den Leitern der Einkoppeleinheit jeweils eine Tuning-Schraube auf einer dem zugeordneten Einkoppelelement naheliegenden (gegenüber oder auf der gleichen Seite) Wandung angeordnet sein. Diese Tuning-Schraube ist verstellbar und kann damit die Kapazität, die sich zwischen Tuning-Schraube und Einkoppelelement einstellt, verändern. Damit werden eventuelle Reflexionen minimiert.
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Für einen verlustarmen Aufbau sind Polarisationswandler, Ein- und Auskoppeleinheit vorteilhafterweise aus Hohlleitern aufgebaut. Die Hohlleiter sind im Wesentlichen quadratisch aufgebaut, um nur den gewünschten Mode zu übertragen, jedoch an den Ecken leicht abgerundet (für den Quad-Ridge Polarizer stärker gerundet), um eine Reflexion zwischen den statischen und drehbaren Anteilen zu reduzieren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für einen Betrieb im Ku-Band, d.h. im Frequenzbereich von 10,7 - 12,75 GHz oder 13.75 - 14,5 GHz, so dass ein Einsatz für flugzeugbasierte Systeme möglich ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen schematischen Aufbau der Signalübertragung von Satellit zur flugzeugbasierten Gegenstelle mit zweikanaliger Polarisationsverdrehungskorrektur.
- 2 und 3 zeigen Schnittdarstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Einkoppeleinheit.
- 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Septum-Polarizers.
- 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Quad-Ridge Polarizers.
- 7 zeigt eine Schnittdarstellung einer Auskoppeleinheit.
- 8 a-d zeigen beispielhafte E-Feld Verteilungen bei unterschiedlichen Skew-Winkeln.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur der Polarisationsverdrehung zweier linear polarisierter Signale. Im Englischen wird die Vorrichtung auch als zweikanalige PCU (Polarization Control Unit) bezeichnet.
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Der Verkippungswinkel (Skew-Winkel) ist definiert als der Winkel zwischen Polarisation eines Signales eines Satelliten S und eines Signals an der Antenne A, d.h. Winkel zwischen V und V' (bzw. H und H').
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Durch die Verkippung der Antenne A gegenüber dem Satelliten S werden die Signale H / V von der Antenne A als H' / V' mit der PCU 1 verbunden. Ein Septum-Polarizer 2 als erster Polarisationswandler wandelt die beiden linear polarisierten Komponenten H' / V' in jeweils eine zirkulare polarisierte Welle RHCP/ LHCP um, die sich in ihrer Drehrichtung unterscheiden (rechts- bzw. linksdrehend). Die daraus resultierende Welle ist an einem Übergang zu einem Quad-Ridge Polarizer 3 als zweiter Polarisationswandler allgemein gesprochen elliptisch polarisiert. V' und H' werden durch den Septum-Polarizer immer in zwei gegenläufige zirkulare Wellen gewandelt. Die Drehrichtung der allgemeinen Ellipse, welche sich aus der Überlagerung der beiden zirkularen Teilwellen ergibt, ist abhängig von deren Amplituden. Das Achsenverhältnis sowie die Drehrichtung der Ellipse sind abhängig vom Verkippungswinkel zwischen Antenne A und Satellit S.
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Der Quad-Ridge Polarizer 3 ist nicht statisch, sondern wird als Rotor R entsprechend dem Verkippungswinkel um seine Achse verdreht, beispielsweise angetrieben durch einen Motor, und zerlegt die Ellipse in ihre beiden linearen Komponenten, welche darauf wieder als die linearen Original-Signale H / V zur Auskopplung und weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen.
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Die Drehung des Quad-Ridge Polarizer 3 wird durch einen - nicht dargestellten - Rechner gesteuert, dem die Positionen von Flugzeug oder allgemeinem Fahrzeug (auf dem die Antenne und PCU montiert sind) und von Satellit bekannt sind und der das Korrektursignal zur Drehung erzeugt.
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Alternativ wird die Signalqualität fortlaufend durch den Rechner beurteilt. Bei einer Signalverschlechterung durch eine Polarisationsverschiebung kann diese durch ein Drehen des Quad-Ridge Polarizers korrigiert werden.
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Die 2 bis 7 zeigen eine beispielhafte erfinderische Vorrichtung, die für das Ku-Band, d.h. einen Frequenzbereich von 10,7 - 12,75 GHz entwickelt wurde. Insbesondere die später dargestellten Restriktionen sind in Anzahl und Dimensionierung ein beispielhafter Kompromiss zwischen einfach herstellbarem mechanischem Aufbau und hinreichend guten Eigenschaften bezüglich Dämpfung, Reflexionen und Polarisationstrennung im gewünschten Frequenzband mit der gewünschten Bandbreite.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der PCU in Draufsicht. Im Weiteren ist jeweils der Empfangsfall dargestellt, d.h. Signale des Satelliten werden von der Antenne A empfangen und einem Empfänger zugeführt. In der Regel dient die Vorrichtung auch dem Sendefall, d.h. Sendesignale werden vor einer Abstrahlung über die Antenne A entsprechend vorab korrigiert. Bis auf die Einkoppelung und Auskoppelung ist die Vorrichtung aus Hohlleitern aufgebaut, wobei diese Hohlleiter in der Regel quadratisch mit abgerundeten Ecken sind, bis auf den Quad-Ridge Polarizer 3, der einen quasi-zylinderförmigen Innenraum hat.
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Die von der Antenne A kommenden Signale V', H' werden mittels symmetrischen Koaxial-Hohlleiter-Koppler in eine Einkoppeleinheit 5 eingekoppelt, im Septum-Polarizer 2 von einer linearen in eine zirkulare Polarisation gewandelt. Im anschließenden, in Reihe geschalteten Quad-Ridge Polarizer 3 erfolgt eine zweite Wandlung der zirkular polarisierten Signale in linear polarisierte Signale, wobei durch eine Drehung des Quad-Ridge Polarizers 3 eine eventuelle Polarisationsverschiebung ausgeglichen wird. In einer, sich an den Quad-Ridge Polarizer 3 anschließenden Auskoppeleinheit 4 erfolgt die Auskopplung der Signale H / V mittels Koaxial-Hohlleiter-Kopplern. Bis auf den rotierenden Quad-Ridge Polarizer 3 sind alle anderen Baugruppen statisch.
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3 zeigt die gleiche Vorrichtung in Seitenansicht. Restriktionen 11, 12 und 14 in den Polarizern 2, 3 und der Auskoppeleinheit 4 sind deutlicher zu erkennen, ebenso die Auskoppelelemente 13 der Auskoppeleinheit 4. Die Restriktionen 11 des Septum-Polarizers 2 schließen sich an eine Trennwand zwischen Hohlleitern der Einkoppeleinheit an und befinden sich genau auf einer Wandung. Von einer Kompletttrennung der zwei Hohleiter stufen sich diese Restriktionen 11 in den Septum-Polarizer 2 hinein ab. In Nullstellung, d.h. ohne dass eine Polarisationsverschiebung auszugleichen wäre, sind die Restriktionen 12 des Quad-Ridge Polarizers 3 um 45° verdreht zu den Restriktionen 11 des Septum-Polarizers 2 und den Auskoppelelementen 13 der Auskoppeleinheit 4. Damit wird im ungünstigsten Fall einer 45° Polarisationsverschiebung ein Übersprechen zwischen den zwei Kanälen minimiert.
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Die Restriktionen 14 der Auskoppeleinheit 4 sind zwischen den Auskoppelstellen 13 angeordnet und senkrecht zur Auskoppelstelle 13 ausgerichtet, die am weitesten vom Quad-Ridge Polarizer 3 entfernt ist. Damit wird für beide Auskoppelelemente 13 ein λ/4-Hohlleiterabschluss bewirkt, der Reflexionen minimiert.
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Die Einkoppeleinheit 5 nach 4 zeigt zwei räumlich getrennte Eingänge für die antennenseitigen Signale V', H', die über Einkoppelstellen 15, die als Koaxial-Hohlleiter-Koppler ausgebildet sind, mit dem Hohlleiter verbunden sind. Von den Einkoppelstellen 15 laufen die Wellen in jeweils einem rechteckigen Hohlleiter aufeinander zu, sind jedoch durch eine Trennwand, die sich an die Restriktionen 11 des Septum-Polarizers anschließt, getrennt. Im Übergang zur Trennwand ist der Hohlleiter abgeschrägt, so dass die zwei Wellen parallel zueinander in den Septum-Polarizer einlaufen können. Tuning-Schrauben 16 sind in den Hohlleitern jeweils gegenüber der Einkoppelstelle 15 und zwischen Einkoppelstelle 15 und Trennwand angeordnet. Durch Drehung ist die Eindringtiefe der Tuning-Schrauben 16 individuell einstellbar, wodurch sich für jeden der Hohlleiter getrennt eventuelle Reflexionsunterschiede der Koaxialleiter bzw. Einkoppelstellen 15 kompensieren lassen.
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Der Septum-Polarizer 2 nach 5 enthält Restriktionen 11, die sich an die Trennwand der Einkoppeleinheit anschließen. Von der Einkoppeleinheit beginnend - hier trennen die Restriktionen 11 beide Hälften - werden die Restriktionen 11 immer kleiner, bis sie ganz in dem nun einteiligen rechteckigen Hohlleiter verschwinden. Mit den Restriktionen werden die linear polarisierten Eingangswellen (TE 1,0 Mode) in korrespondierende RHCP/LHCP-Wellen mit zirkularer Polarisation gewandelt. Im Übergang zum benachbarten Quad-Ridge Polarizer werden Reflexionen minimiert, indem durch ein Abrunden der Ecken des ansonsten rechteckigen Hohlleiters die Querschnittsänderung zum stärker zylinderförmigen Querschnitt des Quad-Ridge Polarizers gering gehalten wird.
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6 zeigt den Quad-Ridge Polarizer 4. Der Quad-Ridge Polarizer 4 enthält zwei unterschiedlich ausgeprägte Restriktionspaare 12 (Ridge-Strukturen) in einem stark abgerundeten quadratischen Hohlleiter. Die Restriktionen 12 zerlegen ein zirkulares Eingangssignal durch eine 90°-Phasenverschiebung wieder in seine beiden orthogonalen linearen Grundkomponenten. In diesem Fall wird TE1,0 durch die stärker ausgeprägten (weiter in den Hohlleiter hineinragenden) Restriktionen gegenüber TE0,1 um 90° verzögert. Die Restriktionen 12 sind entlang der Achse des Quad-Ridge Polarizers 4 symmetrisch, so dass die Wandelung im Empfangs- wie im Sendefall eintritt. Sich im Hohlleiter gegenüber liegende Restriktionen 12 sind identisch, Benachbarte unterscheiden sich.
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Eine sich an den Quad-Ridge Polarizer anschließende Auskoppeleinheit 4 ist in 7 dargestellt. In einem zylinderförmigen Rundhohlleiter sind zwei zueinander senkrecht angeordnete Auskoppelstellen 13 als Koaxial-Hohlleiter-Koppler angeordnet. Zum Ende hin verjüngt sich der Hohlleiter durch Restriktionen 14, die senkrecht zum hinteren Auskoppelelement 13 ausgerichtet sind und für das vordere Auskoppelelement 13 einen virtuellen Hohlleiterabschluss bilden.
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Die Wirkungsweise der PCU wird anhand beispielhafter Polarisationsverschiebungen der 8 a-d erläutert, wobei die E-Feldverteilung dargestellt ist und die Ports H', V' für die antennenseitigen Signale und die Ports H, V für die empfängerseitigen Signale stehen:
- 8a, Skew=0°:
- In diesem Fall stimmen die Polarisationsebenen zwischen Satellit und Antenne perfekt überein (Skew=0°). Das Satellitensignal H wird von der Antenne vollständig auf dem Port H' gesehen und direkt an den Port H geführt. Der Quad-Ridge Polarizer wird nicht verdreht.
- 8b, Skew=0°:
- In diesem Fall stimmen die Polarisationsebenen zwischen Satellit und Antenne perfekt überein (Skew=0°). Das Satellitensignal V wird von der Antenne vollständig auf dem Port V' gesehen direkt an den Port V geführt. Der Quad-Ridge Polarizer wird nicht verdreht.
- 8c, Skew=90°:
- In diesem Fall sind die Polarisationsebenen zwischen Satellit und Antenne um 90° verkippt (Skew=90°). Das Satellitensignal H wird von der Antenne auf dem Port V' gesehen, von der PCU durch 90°-Rotation des Quad-Ridge-Polarizer nachfolgend wieder an den Port H geführt.
- 8d, Skew=45°:
- In diesem Fall sind die Polarisationsebenen zwischen Satellit und Antenne um 45° verkippt (Skew=45°). Das Satellitensignal H wird zu gleichen Teilen auf den Ports H' und V' der Antenne gesehen. Durch Rotation des Quad-Ridge-Polarizer um 45° erscheint das Signal wieder vollständig am Port H.
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Bezugszeichenliste
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| PCU |
1 |
| erster Polarisationswandler, Septum-Polarizer |
2 |
| zweiter Polarisationswandler, Quad-Ridge Polarizer |
3 |
| Auskoppeleinheit |
4 |
| Einkoppeleinheit |
5 |
| Restriktionen des Septum-Polarizers |
11 |
| Restriktionen des Quad-Ridge Polarizers |
12 |
| Auskoppelelemente |
13 |
| Restriktionen der Auskoppeleinheit |
14 |
| Einkoppelelemente |
15 |
| Tuningschraube |
16 |
| Antennenfeld |
A |
| Rotor |
R |
| Satellit |
S |
| Antennenseitige Signale |
V', H' |
| Empfängerseitige Signale |
V, H |
| Signalmoden |
TE,LHCP, RHCP |
