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Kanalweiche für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Kanalweiche fÜr Sende- und Empfangseinrichtungen der elektrischen
Nachrichtentechnik, insbesondere Richtfunktechnik.
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Kanalweichen dieser Art lassen sich mit Hilfe von Richtungsgabeln
aufbauen.. Eine Richtungsgabel hat die Eigenschaft, daß ihre Anschlüsse einander
paar' weise zugeordnet sind, wobei jedoch die Zuordnung von der Flußrichtung abhängig,
d. h. nichtreziprok ist. Es sind Richtungsgabeln mit drei und vier Anschlüssen
bekannt. Sie können auf die verschiedenste Weise, beispielsweise mittels Faraday-Drehern,
realigibrt sein. Mit einer Richtungsgabel kann bereits eine Kanalweiche für maximal
drei Kanäle erhalten werden. Soll die Kanalweiche für mehr als drei Kanäle ausgelegt
sein, dann müssen eine entsprechende Anzahl von Richtungsgabeln hintereinandergeschaltet
werden. Bei solchen, aus wenigstens zwei Richtungsgabeln bestehenden Kanalweichen
macht es mitunter erhebliche Schwierigkeiten, den Reflexionsfaktor der gesamten
Weiche ausreichend klein zu halten, wie auch die nötige Entkopplung des Summenkanals
hinsichtlich störender Wellenanteile sicherzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei einer Kanalweiche
der einleitend beschriebenen Art auftretenden geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden.
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Ausgehend von einer Kanalweiche für Sende- und Empfangseinrichtungen
der elektrischen Nachrichtentechnik, insbesondere Richtfunktechnik, bestehend aus
wenigstens zwei Richtungsgabeln, die über je
einen Anschluß mittelbar miteinander
in Verbindung stehen und bei der, abgesehen von den Anschlüssen für die einzelnen
Kanäle sowie für den Summenkanal, nur ein weiterer mit einem Abschlußwiderstand
versehener Anschluß vorhanden ist, der in Flußrichtung der elektromagnetischen Energie
in der Weiche, ausgehend vom Anschluß für den Summenkanal, im Falle einer empfangsseitigen
Kanalweiche an letzter Stelle und im Falle einer sendeseitigen Kanalweiche an erster
Stelle folgt, wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch gelöst, daß der den Abschlußwiderstand
aufweisende Anschluß in an sich bekannter Weise der gleichen Richtungsgabel angehört,
wie der Anschluß für den Summenkanal.
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Es sind bereits mit Zirkulatoren aufgebaute Kanalweichen bekannt,
bei denen die Zirkulatoren mit je
einem Anschluß über ein Breitbandfilter
miteinander verbunden sind. Die Breitbandfilter lassen die in den ihrem Eingang
vorgeschalteten Zirkulatoren umlaufende Energie bis auf die Energie eines Kanals
zum jeweils nachfolgenden Zirkulator passieren. Die auf diese Weise abgesPalteten
Kanäle werden an den den Filteranschlüssen in Umlaufrichtung der Energie folgenden
Anschlüssen der Zirkulatoren abgenommen. Der darauf in der gleichen Richtung wiederum
folgende Anschluß jedes Zirkulators trägt einen Abschlußwiderstand, der den am vorhergehenden
Anschluß reflektierten Energierest absorbiert. Die Zusammenschaltung der Zirkulatoren
über Filter verlangt im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand für jeden Zirkulator
einen Abschlußwiderstand, außerdem erschwert dieser Aufbau die gegenseitige Anpassung
der aufeinanderfolgenden Zirkulatoren. Dagegen ermöglicht der Erfindungsgegenstand,
bei dem die Zirkulatoren unmittelbar miteinander verbunden sind, im Zusammenhang
mit dem Abschlußwiderstand in der erfindungsgemäßen Anordnung die Realisierung einer
reflexionsarmen Kanalweiche bei außerordentlich geringem Aufwand.
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Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrund6, daß sich bei
einer aus wenigstens zwei Richtungsgabeln aufgebauten Kanalweiche wesentlich günstigere
elektrische Eigenschaften erzielen lassen, wenn die Wirksamkeit des Abschlußwiderstandes
gerade hinsichtlich des Anschlusses für den Summenkanal erhöht werden kann und daß
es hierzu in außerordentlich vorteilhafter Weise lediglich erforderlich ist, den
den Abschlußwiderstand aufweisenden Anschluß derjenigen Richtungsgabel zuzuordnen,
die auch den Anschluß für den Summenkanal. stellt.
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Soll eine möglichst vollständige Ausnutzung der bei den Richtungsgabeln
vorhandenen Anschlüsse für die Kanäle angestrebt werden, dann können in Weiterbildung
der Erfindung an Stelle der Abschlußwiderstände Richtungsleitungen vorgesehen werden,
über die die betreffenden Anschlüsse mit Kanälen in Verbindung gebracht sind.
Ferner
ist es sehr zweckmäßig, die Richtungsgabeln jeweils aus der Verbindung eines »Magic
T« mit zwei gegeneinander geschalteten nichtreziproken 90'-Phasenschiebern und einem
3-db-Richtungskoppler aufzubauen.
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An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt.
sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Die F i g. 1 zeigt eine aus zwei Richtungsgabeln Z
1
und Z2 bestehende;,#be#,annte#Kanalweiche, bei der der Abschlußwiderstand
W in üblicher Weise einen Anschluß der der Richtungsgabel mit dem Anschluß für den
Summenkanal nachfolgenden Richtungsgabel abschließt.
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Die beiden Richtungsgabeln ZI und Z2 haben jeweils vier Anschlüssel
bis 4 und sind mit ihren Anschlüssen 4 zusammengeschaltet. An dem Anschluß
1 der Richtungsgabel Z l ist über einen Hohlleiter die Antenne
A angeschaltet, während die Anschlüsse 2 und 3 jeweils mit den Eingängen
eines Kanalfilters f 1 und 2 verbunden sind. In gleicher Weise stehen die
AiiChlüsse 1 und 2 der Richtungsgabel Z 2 mit den Kanalfiltem f 3
und f 4 in Verbindung. Der Anschluß 3 der Richtungsgabel Z 2 ist mit
dem Abschlußwiderstand W abgeschlossen.
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Die Kanalweiche nach der F i g. 1 eignet sich sowohl für die
empfangsseitige Aufspaltung eines an-kommenden Summenkanals in die einzelnen
Kanäle als auch für die sendeseitige Zusammenfassung der einzelnen Kanäle zu einem
Summenkanal. In beiden Fällen unterscheiden sich die Kanalweichen voneinander lediglich
durch eine entgegengesetzte Umlaufrichtung der elektromagnetischen Energie in den
Richtungsgabeln ZI und Z2. Die Festlegung der Umlaufrichtung läßt sich ohne einen
besonderen Eingriff in die Anordnung auf magnetischem Wege leicht erreichen. Bei
der Kanalweiche nach der F i g. 1 bedeuten die in die Richtungsgabeln Z
1 und Z 2 eingezeichneten ausgezogenen Pfeile die Umlaufrichtung der elektromagnetischen
Energie in den Gabeln bei empfangsseitigem und die gestrichelten Pfeile deren Umlaufrichtung
bei sendeseitigem Betrieb der Kanalweiche.
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Im ersten Fall stellt die, Antenne A eine Empfangsantenne dar,
die der.RichtungsgabelZ1 über deren Anschluß 1 das empfangene Signal zuführt.
Von hier gelangt das Signal zum Anschluß 2, wo das Kanalfilter f 1 das betreffende
zugehörige Frequenzband aussiebt. Das übrige Signal gelangt zum Anschluß
3.
Hier wird wiederum über das Kanalfilter f 2 ein weiterer Kanal abgezweigt
und der Rest des ursprünglichen Signals über die Anschlüsse 4 nacheinander an die
Anschlüsse l und 2 der RichtungsgabelZ2 hingeführt. Der vom Anschluß 2 reffektierte,
zum Anschluß3 der RichtungsgabelZ2 gelangende Signalrest darf nicht mehr zum Anschluß
1 der RichtungsgabelZ1 und von da zur Antenne A zurückgelangen. Zu diesem
Zweck ist der Anschluß 3 dieser Richtungsgabel mit dem Anschlußwiderstand
W abgeschlossen, der den hier auftretenden Signalrest absorbiert. Im Falle der sendeseitigen
Kanalweiche (gestrichelte Pfeile) stehen die einzelnen Kanalfilter f 1
bis
f 4 an ihren äußeren Anschlüssen mit entsprechenden kanalseitigen
Sendeeinrichtungen in Verbindung. Die den Richtungsgabeln.über die Kanalfilter zugeführten
Teilsignale #veiden dabei zu einem Summen-
signal zusammengefaßt und über
die Antenne A, die nunmehr eine Senddantenne darstellt, ausgestrahlt, Der
Vorgang vollzieht sich analog dem bereits beschriebenen Vorgang der Kanalaufteilung
bei empfangsseitigem Betrieb der Weiche und kann aus der F i g. 1 leicht
entnommen werden. Auch bei sendeseitigem Betrieb muß infolge der unvermeidlichen
störenden Reflexionen dafür gesorgt werden, daß die am Anschluß 1 der Richtungsgabel
Z 1 reflektierten Anteile des auszusendenden Summensignals nicht wiederum
an die kanalseitigen Sendeeinrichtungen gelangen können. Diese Aufgabe erfüllt wiederum
der bereits erwähnte Abschlußwiderstand W am Anschluß 3 der Richtungsgabel
Z 2, der diese Anteile absorbiert.
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Wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben,
läßt sich bei Kanalweichen der in der F i g. 1 dargestellten und im Vorstehenden
beschriebenen Art der Reflexionsfaktor der gesamten Weiche nicht unter 4 bis
5 % erniedrigen. Dies ist für zahlreiche Anwendungsfälle ein unzulässig hoher
Wert. Wie weitere, der Erfindung zugrunde liegende Überlegungen ergeben haben, hat
der hohe Reflexionsfaktor seine Ursache unter anderem darin, daß ein Großteil der
wirksamen Reflexionen auf den in der F i g. 1 mit dem Kanalfilter f 2 abgeschlossenen
Anschluß2 der RichtungsgabelZ1 zurückzuführen ist. Im Falle der empfangsseitigen
Kanalweiche liegt das daran, daß die am Anschluß 2 der Richtungsgabel Z
1 ankommende, von der Antenne A empfana - nur "ene elektromagnetische
Energie zum Großteil ein Kanal wird abgezweigt - reflektiert wird und dabei
auch ein entsprechend großer Störanteil zum Anschluß 1 und damit zur Antenne
A zurückreffek# tiert wird. In gleicher Weise ist der bei sendeseitigem Betrieb
der Kanalweiche.vom Anschluß W der Richtungsgabel Z 1 zum Anschluß 2 hin
reilektierte Stör' anteil verhältnismäßig groß und beeinträchtigt entsprechend den
an diesem Anschluß angeschlossenen Kanal.
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Diese Mängel sind bei der erfindungsgemäßen Kanalweiche, von der die
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel zeigt, dadurch beseitigt, daß der Abschlußwiderstand
W nunmehr am Anschluß 2 der Richtungsgabel Z1 vorgesehen ist. Damit die erfindungsgemäße
Kanalweiche richtig arbeitet, müssen im Gegensatz zur Kanalweiche nach der F i g.
1 die Umlaufrichtungen für sendeseitigen bzw. empfangsseitigen Betrieb der
Weiche gerade gegeneinander vertauscht werden. Bei empfangsseitigem Betrieb gelangt
nunmehr die von der Antenne A ankommende Energie über den Anschluß
1 der Richtungsgabel Z l und die beide Richtungsgabeln miteinander verbindenden
Anschlüsse 4 nacheinander zu den mit Kanalfiltem f 1, f 2 und
f 3 in Verbindung stehenden Anschlüsse 3, 2 und 1, um anschließend
wiederum über die durch die Anschlüsse 4 gegebene Verbindung zwischen den beiden
Richtungsgabeln zum Anschluß 3 der Richtungsgabel Z 1 zu gelangen,
die mit dem Kanalfilter f 4 verbunden ist. Der Rest des am Anschluß reflektierten
Signals wird analog der F i g. 1
in dem den Anschluß 2 abschließenden Widerstand
W absorbiert. Bei sendeseitigem Betrieb der Kanalweiche erfolgt die Zusammenfassung
der über die Kanalfilter in die Richtungsgabeln eingespeisten Kanäle zu einem Summenkanal
in analoger Weise. Dabei gelangt die am Anschluß 3 der Richtungsgabel
Z 1 ankommende Energie im Gegensatz zur F i g. 1
über einen
Umlauf in der Richtungsgabel Z 2 zur Antenne A. Mit der erfindungsgemäßen
Anordnung
des Abschlußwiderstandes W läßt sich der Reflexionsfaktor
der gesamten Kanalweiche auf 2 % erniedrigen, weil nunmehr die bei der Kanalweiche
nach der F i g. 1 am Anschluß 2 bzw. am Anschluß 1 der Richtungsgabel
Zl auftretenden Störanteile beim Erfindungsgegenstand nicht auftreten können.
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In der F i g. 3 ist eine weitere Kanalweiche mit zwei Richtungsgabeln
Zl und Z2 angegeben, die eine Schaltungsvariante zur Kanalweiche nach der F i
g. 2 darstellt. Im Unterschied zu der F i g. 2 sind die Richtungsgabeln
Zl und Z2 über die Anschlüsse 3 miteinander verbunden, während die Anschlüsse
4 mit Kanalfiltern f 1 und f 2 in Verbindung stehen. lEerbei läuft
die von der Antenne A empfangene und der Richtungsgabel Zl über den Anschluß
1 zugeführte Energie zum Anschluß 4, und von dort über die die beiden Richtungsgabeln
miteinander verbindenden Anschlüsse 3 nacheinander zu den Anschlüssen 4,
1 und 2 der Richtungsgabel Z2. Von hier gelangt die Restenergie wiederum
über die Anschlüsse 3 zum Anschluß 2 der Richtungsgabel Zl, wo sie im Widerstand
W absorbiert wird.
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Wie bereits einleitend erwähnt wurde, wird mitunter eine möglichst
vollständige Ausnutzung der Anschlüsse der Richtungsgabeln für Kanäle angestrebt.
Für diesen Fall kann der Abschlußwiderstand W nach den F i g. 2 und
3 in vorteilhafter Weise durch eine Richtungsleitung R ersetzt werden, an
deren Ausgang sich sodann ein Kanalfilter anschließt. Auf diese Weise können sämtliche
Anschlüsse der in der Kanalweiche verwendeten Richtungsgabeln zur -Aufspaltung des
Summenkanals in die einzelnen Kanäle bzw. zur Zusammenfassung der gleichen Anzahl
von Kanälen zu einem Summenkanal herangezogen werden. Die Richtungsleitungen R sind
wiederum analog zu den Richtungsgabeln mit einem ausgezogenen und einem gestrichelten
Pfeil versehen. Der ausgezogene Pfeil gibt hierbe die Durchlaßrichtung der Richtungsleitung
für dein empfangsseitigen Betrieb und der gestrichelte Pfeil die Durchlaßrichtung
für den sendeseitigen Betrieb der Kanalweiche an.