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Mikrowellenweiche mitgleichzeitiger Laufzeitentzerrung Die Erfinduna
betrifft eine Mikrowellenweiche, die so ausgebildet ist, daß sie gleichzeitig eine
Laufzeitentzerrung ermöglicht.
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Im Mikrowellenbereich ist es üblich, mehrere Frequenzen auf eine gemeinsame
Antenne zu schalten. Damit diese Frequenzen nur zu den zugehörigen Sendern bzw.
Empfängern gelangen können, bedient man sich sogenannter Weichenschaltungen.
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So ist z. B. eine Weichenanordnun- bekannt, die aus mehreren in Serie
geschalteten vierarmigen Zirkulatoren besteht, wie dies in der Fig. 1 schematisch
dargestellt ist. Hier sind zwei auf verschiedehen Frequenzen arbeitende Empfänger
E, und E, auf die "emzinsaine C, Antenne A geschaltet. Die
Frequenz f, des Empfängers E, gelangt von der Antenne zum Zirkulator Z, und
wird entsprechend der eingezeichneten D#rehrichtung zum Filter F, durchgelassen.
Dieses Filter ist als Bandsperre für die Frequenz fl ausaebildet und reflektiert
die Energie zurück zum Arm 2 des Zirkulators, von wo sie über den Arm
3
zum zugehörigen Empfänger E, gelangt. Wird ein Teil der Energie am
Empfängereingang infolge schlechter Anpassung reflektiert, so gelangt sie über den
Arm 4 des Zirkulators Zi zum Absorber RJ, wo
sie absorbiert wird, ohne
zur Antenne A zu gelangen. Liegt jedoch an der Antenne die Frequenz
f2 an, so wird diese vom ersten Arm des Zirkulators über den Arm 2 an das
Filter Fi weitergeleitet, welches alle Frequenzen außer der Frequenz fl durchläßt.
Die Signalfrequenz f. passiert also dieses Filter und kommt zum ersten Arm
des zweiten Zirkulators Z2 und weiter über den Arm 2 zum Filter F2. Dieses Filter
ist eine Bandsperre für die Frequenz f2, so daß die Energie an
F, reflektiert wird und zum Arm 3
des zweiten Zirkulators weiterläuft.
Damit gelangt das Signal zu dem auf die Frequenz f. abgestimmten Empfänger
E.. Der verbleibende vierte Arm des Zirkulators Z, ist wieder mit
einem Absorber R, abgeschlossen. Durch Hintereinanderschaltung, mehrerer Zirkulatoren
können auf diese Weise gleichzeitig mehrere Frequenzen auf eine gemeinsame Antenne
geschaltet werden.
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Bei Breitband-Richtfunkanlagen mit Frequenzmodulation treten in den
zur Selektion erforderlichen Filtern Phasen- bzw. Laufzeitverzerrungen auf, so daß
zusätzliche Laufzeitentzerrer erforderlich sind. Dies wurde bisher in der Weise
ausgeführt, daß der Empfänger El' in der F i g. 1 nicht unmittelbar
am Arm 3 des ersten Zirkulators angeschlossen wurde, sondern an dem Arm
3' eines zusätzlichen Zirkulators Z,', wie dies in der F i g. 1 gestrichelt
eingezeichnet ist. Der vierte Arm 4' dieses Zirkulators ist dabei mit einem Absorber
R' versehen, während das Laufzeitglied L' am zweiten Arm, in Drehrichtung des Zirkulators
gesehen, liegt. Obwohl hiermit eine gute Laufzeitentzerrung möglich ist, bleibt
diese Schaltung unbefriedigend. Der zusätzliche Zirkulator Z, verteuert die Anlage,
und außerdem bean sprucht er ein erhebliches Volumen, was insbesondere bei kommerziellen
Anlagen von großem Nachteil ist.
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Ausgehend von einer Antennenweiche für Mikrowellen, die aus mindestens
zwei hintereinandergeschalteten vierannigen Zirkulatoren besteht und bei der an
mindestens einem Arm jedes Zirkulators ein selektives Filter angeordnet ist, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, an je einen weiteren Arm jedes Zirkulators
ein möglichst verlustfreies Leitungsnetzwerk anzuschalten, dessen Reflexionsfaktor
für alle Frequenzen den Betrag, 1 hat und dessen Phase nach Vorzeichen und
Frequenzverlauf so eingestellt ist, daß die für die Antennenweiche verwzndeten Filter
in ihrem Phasen- bzw. Laufzeitverhalten entzerrt werden, derart, daß das erwähnte
Netzwerk, in Drehrichtung des Zirkulators gesehen, bei angeschlossenem Empfänger
vor dem Empfänger und bei angeschlossenem Sender nach dem Sender an den Zirkulator
angeschlossen ist.
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An Hand der Figuren soll im folgenden der Erfindungsgedanke näher
erläutert werden.
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In der F i g. 2 ist eine erfindungsgemäß e Weichenanordnung
dargestellt. Sie besteht aus den beiden Zirkulatoren Z, und Z2, deren Drehrichtung
die eingezeichneten Pfeile andeuten. Die einzelnen Arme der Zirkulatoren sind in
Drehrichtung von 1 bis 4 durchnumeriert. Empfängt die AntenneA ein Signal
der Frequenz f" auf die der Empfänger E, abgestimmt
ist,
so gelangt diese zum Arm 2 von Z, und wird am Filter F:, reflektiert. Der reflektierte
Teil läuft dann nach Arm 3 von Z:, zurück. An diesem Arm ist ein Leitungsnetzwerk
L, angeschlossen, das möglichst verlustfrei ist. Es besitzt für alle Frequenzen
einen Rellexionsfaktor vom Betrag 1. Seine Phase ist nach Vorzeichen und
Frequenzverlauf so eingestellt, daß die im HF-Weg der Empfangsfrequenz fl liegenden
Filter bezüglich ihres Phasen-bzw. Laufzeitverhaltens entzerrt werden. Beim Ausführungsbeispiel
ist dies das Filter F, und gegebenenfalls das nicht eingezeichnete Empfänger-Eingangsfilter.
Das erwähnte Netzwerk L, besteht im einfachsten Fall aus einem Hohlraumresonator
mit Blende und Abstimmschieber. Sofern ein komplizierter Verlauf der gesamten Laufzeit
erforderlich ist, können natürlich mehrere miteinander gekoppelte Glieder verwendet
werden. Im folgenden werden diese Netzwerke kurz Laufzeitglieder genannt. Die von
Li total reflektierte Frequenz f., gelangt dann zum Empfänger E" welcher
am vierten Arm des ersten Zirkulators angeschlossen ist.
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Bei unvollkommener Anpassung von E, würde ein Teil der Energie
zum Zirkulator und damit zur Antenne reflektiert. Deshalb ist vor dem Empfänger
noch ein richtungsabhängiges Dämpfungsglied L C i geschaltet. Der einuezeichnete,
Pfeil bei L, gibt hierbei die Durchlaßrichtung an. Ein an E, reflektierter Wellenanteil
kann somit nicht zur Antenne A gelangen.
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Der nachfolgende Zirkulator Z, ist in gleicher Weise geschaltet. Die
Empfangsfrequenz f. für den zweiten Empfänger E, gelangt von der Antenne
A
zum Filter F" welches lediglich die Frequenz f:, reflektiert, alle anderen
Frequenzen jedoch ungehindert durchläßt. Die Empfangsfrequenz f2 kommt dann
über den Arm 1 des zweiten Zirkulators zum Filter F.. Dieses ist so
dimensiomiert, daß es diese Frequenz zum Laufzeitglied L, hin total reflektiert,
welches am dritten Arm von Z, angeschlossen ist. Nach Passieren des richtungsabhängigenDämpfungsgliedes
12 gelangt die Empfangsenergie mit vorgeschriebener Laufzeit zum Empfänger
E2.
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Bei der in der F i g. 2 dargestellten Antennenweiche handelt
es sich somit um eine Empfängerweiche. Die selektiven Filter Fi und F2 sind hierbei
beide als Bandsperren ausgebildet. Die Laufzeitglieder L, bzw. L, sind, in Drehrichtung
der Zirkulatoren gesehen, äen Filtern, nachgeschaltet und bilden zusammen mit den
zugehörigen Zirkulatoren jeweils eine Serienschaltung.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der F i g.
3 dargestellt. Auch hierbei handelt es sich um eine Empfängerweiche. Die
Filter sind je-
doch als Bandpässe ausgebildet. Das Empfangssignal der Frequenz
fl gelangt von der Antenne A zum ersten Arm des Zirkulators Z, wird zum zweiten
Arm weitergeleitet und zu dem daran angeschlossenen Laufzeitglied Ll, welches die
Energie zum dritten Zirkulatorann weiter reflektiert. Damit kann die Frequenz
f, das als Bandpaß ausgebildete Filter F, passieren und gelangt über das
richtungsabhängige Dämpfungsglied I, zum zugehörigen Empfänger E,.
Liegt an
der Antenne A die Empfangsfrequenz f. an, so nimmt sie ihren Weg vom
ersten Zikulatorarm zum zweiten Arm von Zp dann zum Laufzeitglied Lp wird dort reffektiert
zum Arm 3, wird am Filter Fi ebenfalls reflektiert, so daß sie entsprechend
der eingezeichneten Drehrichtung über den Arm 4 des ersten Zirkulators zum Arm
1 des zweiten Zirkulators gelangt. Der Weg der Frequenz f2 im zweiten
Zirkulator entspricht dann dem der Frequenz fl im ersten Zirkulator.
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In der F i g. 4 ist eine Ausführungsform für eine Senderweiche
dargestellt. Die Senderfrequenz fl des Senderns S, passiert das richtungsabhängige
Dämpfungsglied 1" tritt am zweiten Arm in den Zirkulator ein und kommt über den
dritten Arm von Z, zum
LaufzeitgliedLil Von dort wird f, zum Arm4 re--flektiert,
an dem das Filter Fi angeschlossen ist. Dieses ist für die Frequenz des Senders
S, als Sperre wirksam, d. h., f, wird total reflektiert, um über Arm 4 und
1 zur Antenne A zu gelangen. Die Frequenz f2 des am zweiten Zirkulator
Z, angeschlossenen Senders S, gelangt analog zum Ärm 1 von Z.. Das
Filter F2 ist hierbei als Bandsperre für f2 ausgelegt. Vom ersten Arm des
zweiten Zirkulators aus passiert die Sendefrequenz f" das Filter F" welches nur
die Frequenz fl sperrt, um dann über Arm 4 und 1 des ersten Zirkulators von
der gemeinsamen Antenne A ausgestrahlt zu werden.
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Abschließend soll noch eine kombinierte Sendeempfangsweiche beschrieben
werden, bei der ein gemäß der Erfindung durchgeführter Laufzeitausgleich angewendet
wird. In der F i g. 5 ist diese schematisch dargestellt. Sie besteht ebenfalls
aus zwei hintereinandergeschalteten Zirkulatoren Z, und Z.. Am zweiten Arm des ersten
Zirkulators Zi ist der Sender angeschlossen. Hierbei ist S, der eigentliche Sender
und Fs das Sender-Ausgangsfilter. Dazwischen ist ein richtungsabhängiges Dämpfungsglied
I, geschaltet. Die Senderfrequenz fl kommt vom Sender S,
über I, und Fs zum
Arm 2 des Zirkulators, gelangt dann über den dritten Arm zum Laufzeitglied Ll. welches
die Sendefrequenz über den Arm 4 zum Filter F, hin reflektiert. Fi ist als Bandsperre
für f,. ausgebildet und reflektiert somit die Sendefrequenz zurück zum vierten
Arm von Z" so daß sie schließlich über den ersten Arm zur Antenne A gelangt.
Am zweiten Zirkulator Z2 ist der Empfänger E2 der Weichenanordnung angeschaltet.
Das Empfänger-Eingangsfilter FE ist ebenfalls über ein richtungsabhängiges
Dämpfungsglied I, mit dem eigentlichen Empfänger E2 verbunden. Der Empfängerzweig
liegt am vierten Arm des Zirkulators, am dritten Arm ist das Laufzeitglied L, und
am zweiten Arm das Filter F# angeschlossen. F, ist für die Empfangsfrequenz f2 als
Sperre ausgelegt und führt gegebenenfalls zu weiteren angeschlossenen Zirkulatoren.
Der erste Arm von Z2 ist mit dem Filter F, verbunden, welches nur die Frequenz fl
reflektiert, die Frequenz f2 jedoch ungehindert passieren läßt. Liegt die Empfangsfrequenz
f. an der gemeinsamen Antenne A an, so gelangt sie vom Arm
1 des ersten Zirkulators zum Arm 2 und zum Filter Fs, wird von diesem Filter
zum Arm 2 zurückrellektiert und gelangt dann über Arm 3 zum Laufzeitglied
Li. Auch hieran wird diese Frequenz reflektiert und gelangt zum Arm 3 und
anschließend zum Arm 4 von Z, und damit zum Filter Fl, Nach Passieren dieses Filters
kommt die Empfangsfrequenz entsprechend der eingezeichneten Drehrichtung des zweiten
Zirkulators zum zugehörigen Empfänger E2.
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Natürlich sind noch weitere Weichenschaltungen möglich, bei denen
eine erfindungsgemäße Laufzeitentzerrung angewendet werden kann. Die angeführten
Ausführungsbeispiele dienen nicht der Abgrenzung
des Erfindungsgedankens,
sondern lediglich der Erläuterung Werden bei den. Sende, bzw. Empfangsweichen als
Filter Bandsperren verwendet, so hat dies den Vorteil, daß die Laufzeitglieder nicht
selektiv ausgebildet werden müssen. Bei der Verwendung von Bandpässen jedoch sind
selektive Laufzeitglieder erforderlich. Im einfachsten Fall sind die Laufzeitglieder
Hohlraumresonatoren, die mit Blende und Abstimmschieber versehen sind. Wenn eine
komplizierte Laufzeitkurve erforderlich ist, so können natürlich mehrere Hohlraumresonatoren
miteinander gekoppelt werden, so daß ein mehrgliedriges Leitungsnetzwerk entsteht.
Ferner ist es möglich, als Laufzeitglied ein Leitun-Sstück zu verwenden, welches
mit einem Dielektrikum entsprechend belastet ist. Die richtungsabhängigen Dämpfungsglieder
der Weichenanordnung werden zweckmäßigerweise durch sogenannte Ferritisolatoren
verwirklicht.