DE1491921A1

DE1491921A1 - UEbertragungseinrichtung fuer ausgewaehlte Typen elektromagnetischer Wellenenergie

Info

Publication number: DE1491921A1
Application number: DE1966C0037830
Authority: DE
Inventors: Schottle John Jeffrey; Giger Adolf Joseph
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1965-01-05
Filing date: 1966-01-04
Publication date: 1970-01-15
Also published as: DE1491921B2; DE1491921C3; GB1072540A; FR1464299A; US3369197A

Description

or. ε WiEGAMn 2000 Hamburg l, den J). Januar 1966

MDNrMBW BAUINDAMM 26

ΠΙ»! ,_u/,_u, TELEFON: 330475

3""^ANN 1491 £21

W.22086/65

Communications Satellite Corporation, Washington, D.C. (V.St.A.)

Übertragungseinrichtung für ausgewählte Typen elektromagnetischer Wellenenergie.

Die Erfindung bezieht sich auf Übertragungseinrichtungen für elektromagnetische Wellenenergie und insbesondere auf eine Anlage, mit welcher ausgewählte Typen von in einem kreisförmigen Leitersystem fortbewegten Wellen auf ein anderes System gekoppelt und mit welcher andere Ausbreitungstypen in diesem System zurückgewiesen werden.

Bodenstationen, die geeignet sind, um mit Nachrichtensatellitenverstärkern hoher Kapazität zu arbeiten, erfordern große verstellbare Antennen. Derartige Antennen haben gewöhnlich sehr schmale Bleistiftstrahlen, welche jederzeit genau auf den sich bewegenden Satelliten gerichtet sein müssen. Vorzugsweise wird die Antenne der Bodenstation selbst benutzt, um selbsttätig die Spur des Satelliten zu verfolgen, z.B. durch Empfang und Analyse

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eines Leitsignales, das von dem Satelliten gesendet wird. PUr ein kreisförmig polarisiertes Leitsignal geben die beiden Typen der niedrigsten Ordnung, nämlich TE., und TM₀₁, ausreichende Informationen, aus denen Spurfehlersignale erzeugt werden können. Die Amplitude des TM₀,-Signals im Wellenleiter ist unmittelbar proportional dem Zeigerfehler, und das TE,,-Signal liefert eine Bezugsgröße, gegenüber welcher die Phase und Amplitude des TM_Q,-Signales gemessen werden. Die horizo-ntale und die vertikale Komponente des vorherrschenden Typs werden einzeln herausgeführt und zusammen mit dem TM_Q,-Signal der Verarbeitungseinheit zugeführt. Falls das Leitsignal willkürlich polarisiert ist, ist auch eine zusätzliche Information, Z.B. in dem TE₀,-Typ erforderlich, um die benötigten Spursignale zu erzeugen.

Gewöhnlich sind die zur automatischen Zielverfolgung verwendeten Ausrüstungsteile vollständig von dem Nachrichtenteil der Anlage getrennt. Dies wird erreicht, indem im Satelliten eine Leitfrequenz verwendet wird, die von den Nachrichtensignalfrequenzen getrennt ist, und in dem das Leitsignal an der Bodenstation mittels eines Kopplers wieder hergestellt wird, der in der Antennenanlage vor dem Nachrichtensender und -empfänger liegt. Es ist natürlich wesentlich, daß der Koppler, welcher einzeln die TE₁₁ Hauptinformationstype und die TM_Q1- und TE_Q1-Typen herauszieht, nicht die Nachrichtensignale in irgendeiner Weise

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stört. Er darf keine Verluste, Reflexionen oder Geräusche in die Nachrichtenkanäle einführen. In einem typischen Beispiel können die von <iem Satellitenverstärker ausgestrahlten Leitsignale irGendwo auf dem gemeinsamen 4Gc-Trägerband ließen, d.h. zwischen 3700 und 4200 mc. Nachrichtensignale werden in dem 4Gc- und 6Gc-Trägerband geführt. Im Fall der TE.,-Informationsschwingungsart ist deshalb eine schmale Bandpaßcharakteristik erforderlich, da das Leitsignal von einem Nachrichtensignal nur um etwa 2'3 mc getrennt liegen kann.

Die Machfuhrgenauigkeit hänct natürlich von der Wirksamkeit ab, mit welcher die Typ-Information wieder hergestellt und verwendet werden Kann, um Feklersteuerungssigna-Ie abzuleiten. Es ist deshalb erwünscht, daß Jedes Typsignal vollständig wieder hergestellt wird und nicht durch Nachrichtensignale oder andere Typen des Leitsignales beeinflußt wird.

Es ist der wesentliche Zweck der vorliegenden Erfindung, die Wirksamkeit und Unterscheidungskraft zu verbessern, ir.it welcher jeder Typ einer kreisförmig polarisierten Welle', der in einer:, kreisförmigen Wellenleitersystem erregt wird, aus dem System unter Ausschluß aller anderen herausgezogen wird.

Wegen der Symmetrie der Schwingungsarten in kreisförmigen Wellenleitern ist es bislang üblich gewesen, symmetrische Filterdurchlaßbereiche zu verwenden, um WeI-

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lenenergie aus einem kreisförmigen Wellenleiter an einen Verteilerpunkt zu koppeln, wie z.B. einen Wellenleiter-Differentialübertrager (waveguide hybrjd network), in welchem eine Trennung der Typen erreicht wird. Auf diese Art wird Energie in zwei oder mehr Typen aus dem kreisförmigen Wellenleiter abgezogen und an eine äußere Trennschaltung übertragen. Durch Kopplung verschiedener Informationstypen über die gleiche Filteranlage an die Trennschaltung werden jedoch unerwünschte Resonanzen erzeugt und es kann eine beträchtliche Kopplung zwischen den Typen stattfinden.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgewählte Typsignale aus einer Wellenleiteranlage einzeln herauszuziehen, so daß die gesamte Signalenergie dieses Typs aus dem Leiter abgezogen wird, ohne jedoch die Übertragung anderer Signale durch das System zu stören.

Nach der vorliegenden Erfindung werden vollständig unabhängige geKoppelte Kreise verwendet, um die verschiedenen Typen eines willkürlich polarisierten Signales aus einem kreisförmigen Wellenleitersystern herauszuziehen. Mittels eines Systems getrennter Koppler werden unerwünschte Resonanzen auf einen Kleinstwert beschränkt, die Kopplung benachbarter Typen wird praktisch ausgeschlossen und das Typsignal, das von dem Koppler aufge nommen wird, wird vollständig aus dem Nachrichtenwellen-

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leitersystem herausgenommen. Jeder einzelne Kopplungsabschnitt kann daher auf die günstigste Weise für die Aufnahme allein einer Welle der Wellenausbreitung abgestimmt und so angeordnet werden, daß eine vollständige Herausziehung dieser Welle aus dem System gewährleistet ist.

Die einzelnen Kopplungsabschnitte sind an Puructen des Wellenleiterspeisesystems angeordnet, an denen keine höheren Typen als die herauszuziehenden sich ausbreiten können. Im Falle eines zylindrischen Wellenleiters mit kreisförmigem Querschnitt wird diese Bedingung durch entsprechende Wahl des Leiterdurchmessers erfüllt. Um zu gewährleisten, daß die gesamte Energie eines bestimmten Typs über den entsprechenden Kopplungsabschnitt entfernt wird, wird ein Bandreflexionsfilter für diesen Typ in den kreisförmigen Leiter hinter den Kopplungsabschnitt gesetzt. Vollständige Reflexion kann für einen einzelnen Typ z.B. durch Bandreflexionshohlräume oder durch eine Änderung im Wellenleiterdurchmesser auf einen Wert erzielt werden, der unter der Grenzfrequenz des betreffenden Typs liegt. Ein konisch zulaufender Abschnitt kann hierfür verwendet werden. Um Jedoch die Prequenzempfindlichkeit der gesamten Kopplungsschaltung zu verringern, wird nach der Erfindung die geringstmögliche Trennung zwischen jedem Koppler und dem entsprechenden Reflexionspunkt aufrechterhalten.

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Sin weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrtypenkopplers, um einzelne Typen von in einem Wollenleitersystem laufender Wellenenergie mit höchster Kopplungswirksarr.Keit und geringster Interferenz zwischen den Signalen abzutasten.

Weiter weis- jeder der einzelnen Kopplungsabschnitte einen maximal flachen Filter rr.it zwei Abschnitten auf. Im Fall der TM_ri- und TE„.-Kopplerabschnitte wird ein

Ui Ul

erstes Filterelement verwendet, das aus einem koaxialen Hohlraum besteht, der um den zentralen Wellenleiter herumgelegt ist und durch eine' Mehrzahl von Öffnungen an diesen angekoppelt ist. Die öffnungen sind so gewählt und auf Abstand gesetzt, da3 sie die Möglichkeit verringern, daß in den Hohlraum andere Typen hineingekoppelt v/erden, die im zentralen Wellenleiter vorhanden sind. Es ist festgestellt worden, daß durch Verwendung symmetrisch angeordneter Paare von Öffnungen vollständige Auslöschung unerwünschter Typsignale erreicht werden kann, ohne die Wirksamkeit zu beeinflussen, mit welcher der gewünschte Typ aus dem zentralen Leiter in den Hohlraum gekoppelt wird. Der zweite Abschnitt des Filters benutzt einen rechteckigen Wellenleiterabschnitt, der mittels einer einzigen Öffnung oder Blende an den koaxialen Hohl-raum anschließt. Daher wirkt der Koaxiale Hohlraum, der nur in einem besonderen Typ aus dem Wellenleiter eine Resonanz hat, als ein Einzelpolfilter zwischen dem kreisför-

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mißen und dem rech: uckigen Wellenleiterabschnitten.

Der Hohlraum des TM₀₃ -KopplerabschniLt.es ist nach der Erfindung elngeschm tten, so daß er nur ungefähr den Umfanges dee zentralen Wellenleiters überdeckt. Dadurch wird .JIe Grö.3e der, Hohlraures verringert und doshalb auch die Anzahl von Typen, di^in dem Hohlraum er- VQl :. werden können. Weiter wird die Länge des Hohlraumes in axialer Richtung kurz gehalten, se daß sich keine stehenden Wellen in dieser Richtung selbst bei den hohen Nachricht.enfrequennen ausbilden Können, öle v.-n dem kreisförmigen Wellenleitersystem geführ⁴ werden. Infolgedessen können in der:. Hohl raun. Keine 7Ξ-Τ:· yen erre~t werden, und es sind auch Keine TM-Typen r.it einer von IJuIi abweichenden Zahl in der dritten (le^r-on) h:iierstolio bis zu den höchsten Nachrichtenfrequer.jen x-lic::, die in dem Kreisförmigen Leiter übertr1 "en werJen. Sin Paar diametral >-e--enü'oerlie^e:;der Kreisblenden, die 4p etwa von den Endplatten des eingeso;.:i-f-.ener. Hohlraumes entfernt liegen, werden benutzt, u.t. Energie aus der. zentralen Wellenlei ter ,in den Hohlraurr zu Koppein. Der rechteckige Ausgangsleiter ist durch eine Blende r.it der Mitte des Hohlraumes gekoppelt, wo das umfängliche Magnetfeld am stärksten ist. Hochfrequenzresonanzen werden weiter dadurch behindert, daß ein Flügel in Umfangsrichtung parallel zu den Wandströmen der TE_1lx~Ordnung über jede Blende gesetzt ist.

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Die TE₁,-Horizontal- und Vertikalkopplungsabschnitte des zusammengesetzten Kopplers der Erfindung weisen jeweils einen aus zwei Abschnitten bestehenden rechteckigen Kopplungshohlraum auf, der an den kreisförmigen Leiter in Gestalt eines E-Ebenen-Verbindungsstückes angesetzt ist. Die Kopplung erfolgt mittels des umfänglichen H-Peldes in dem kreisförmigen Leiter an einem Punkt, an dem das E-PeId Null ist. Reflexionsfilter mit zwei Durchlässen, die um eine ungerade Anzahl von Viertel-Wellenlängen auseinanderliegen, sind durch ganzzahlige Vielfache halber Wellenlängen von den Kopplungshohlräumen getrennt, um eine maximal flache Reflexionscharakteristik zu erzeugen. Blendenresonanz bei hohen Frequenzen werden mittels einer Gruppe von abgestumpften Flügeln verringert, die in jede Blende eingesetzt sind. Zusätzliche kleine Kapazitäten in dem kreisförmigen Leiter gegenüber jeder Kopplungsblende werden verwendet, um die zwei parasitären Querinduktiv!täten jeder Blende auszugleichen.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines nach der Erfindung ausgeführten Typkopplers mit- vier Abschnitten,

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Pig. 2 eine äquivalente Schaltungsdarstellung der TEq.- und TM₀₁-Kopplerabschnitte des zusammengesetzten Kopplers nach Fig. 1, Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht eines TE₀,-Hohl-

raumkopplers nach der Erfindung,

Fig. 4 die Ansicht eines vereinfachten Querschnittes durch den Hohlraumkoppler nach Fig. J5 mit einer Darstellung des Wellenmusters innerhalb des Hohlraumes,

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäßen TM₀₁-Kopplers,

Fig. 6 die Ansicht eines vereinfachten Querschnittes durch den Hohlraumkoppler nach Fig. 5 mit einer Darstellung des Wellenmusters in-' nerhalb des Hohlraumes,

Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung der Flügeloder Streifenanordnung, die in den TE, .γ-Kopplern nach der Erfindung verwendet werden, und
Fig. 8 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen

TE_11X-Koppler.

Eine typische Anordnung von einzelnen Schwingungskopplern nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein zentrales Wellenleitersystem empfängt eintreffende elektromagnetische Energie von der Hornantenne oder dem Trichter 10 oder einer ähnlichen Vorrlch-

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tung. IIachrichtensignale, z.B. In dem gemeinsamen Trägerband von 4Gc, werden mittels des Trichters und des Wellenleitersystemes an die Hachrichtenempfangsanlage weitergeleitet, die nicht dargestellt ist, jedoch links von der Anordnung nach Fig. 1 liegt. Signale in dem gemeinsamen Trägerband 6Gc, die in einem Nachrichtensender erzeugt sind, der auch links von der Anordnung in Pig. I liegt, werden durch den zentralen Wellenleiter zum Trichter 10 geführt. Leitsignale, die im Nachbarband liegen und allgemein willkürlich polarisiert sind, werden auch durch den Trichter 10 empfangen und durch das Wellenleitersystem gerichtet. Energie im TEg.-Typ wird unter Ausschluß anderer Typen mittels des koaxialen Hohlraumkopplers JO herausgezogen, der an der Kehle des Trichters 10 in der Nähe der Spitze liegt, d.h. in dem schräg zulaufenden Abschnitt, welcher den konischen Trichter mit dem kreisförmigen Wellenleiterabschnitt 11 verbindet. Insbesondere ist der Koppler so angeordnet, daß er im Konus im Bereich des ersten Maximums des TE₀.-Feldes liegt, das am stärksten mit der verwendeten Art von Kopplungsöffnung zusammenwirkt. Dieser Punkt kann durch Berechnung oder Messung herausgefunden werden und bildet die kleinstmögliche Trennung vom Reflexionspunkt im Abschnitt 10a des Triehterkonusses. Die Frequenzempfindlichkeit des gesamten Kopplungskreises wird dadurch herabgesetzt. Der Koppler 30 ist vorzugsweise ein zwei Abschnitte aufweisendes FiI-

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ter, das aus dem koaxialen Hohlraum 31 und dem daran angekoppelten rechteckigen Leiterabschnitt 32 besteht. Der Aufbau dieser Abschnitte ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Der Hohlraum 31 ist an den Trichter 10 mittels einer Mehrzahl von öffnungen angekoppelt. In der Praxis werden längliche Schlitze, die sich in axialer Richtung erstrecken, bevorzugt. Der Abschnitt des Trichterkonusses 10a, der links von dem Koppler 30 liegt, bildet ein Breitbandreflexionsfilter, welches an den Koppler alle TE_Q.-Energie zurückgibt, die den Ausgang durch den Koppler verfehlt hat. Auf diese Weise wird die gesamte TE_Q1-Energie aus dem Wellenleitersystem entfernt, während alle übrigen Leitsignalenergietypen und die Nachrichtensignale unbeeinflußt bleiben und ihre Ausbreitung durch die Anlage hindurch fortsetzen. Der Trichter 10 ist an einen Abschnitt des kreisförmigen Wellenleiters 11 angekoppelt, dessen Durchmesser so gewählt ist, da3 der TE₀--Typ zurückgewiesen wird, während die beiden übrigen Typen TM_Q1 und TE., weitergeführt werden. Der Durchmesser ist dabei derjenige des Anschlußendes des Trichters 10.

Der Koppler 50 wird verwendet, um die TM_Q1-Energie herauszuziehen. Sr ist mit einem eingeschnittenen koaxialen Hohlraum 51 und einem daran angekoppelten rechteckigen Wellenleiterabschnitt 52 versehen. Diejenige TM_Q1-Energie, die den Ausgang über den Koppler 50 verfehlt, wird zum Koppler zurück durch ein Breitbandreflexionsfilter

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geführt, welches von dem kegeligen kreisförmigen Wellenleiterabschnitt 12 gebildet wird, dessen kleinster Durchmesser unter der Grenzfrequenz dieses Typs liegt. Der Abschnitt 12 verbindet daher den Wellenleiterabschnitt 11 mit dem Wellenleiterabschnitt 13, welcher die Signalenergie durch die Anlage hindurch nach der linken Seite der Fig. 1 weitergibt.

Die horizontale und die vertikale Komponente des TE.,-Typs werden über die Koppler 60 und 70 herausgezogen, die mit Abständen entlang dem Wellenleiter 13 angeordnet sind. Einzelne, aus zwei Abschnitten bestehende Bandrückweisungsfilter 6l und 62 und 71 und 72 für die Koppler 60 bzw. 70 geben die Energie an die Koppler zurück, die zunächst nicht den Ausgang durch die Abschnitte 60 und 70 gefunden hat.

Jeder Abschnitt des zusammengesetzten 4-Typen-Kopplers ist daher unabhängig von allen übrigen. Jeder ist an einem Punkt des Wellenleitersystems angeordnet, an welchem keine höheren Typen vorhanden sein können und jeder ist allein geeignet, nur einen Typ aus den mehreren Typen herauszuziehen, die in dem Wellenleiter geführt werden.

Fig. 2 zeigt ein äquivalentes Bild der koaxialen Hohlraumkoppler JO und 50. In Fig. 2 stellen Z₁, Z₂ und Z-, die entsprechenden äquivalenten charakteristischen Impedanzen des kreisförmigen Wellenleiters, d.h. 11, des koaxialen Hohlraumes 51 und des angekoppelten rechteckigen

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Wellenleiters, d.h. 52, dar.

B, stellt den äquivalenten Blindleitwert dar, der von allen Kopplungsschlitzen zwischen dem kreisförmigen Leiter und dem koaxialen Hohlraum und durch die Wirkung des Typreflektors, d.h. den anschließenden Kegelabschnitt im kreisförmigen Leiter in der Ausführungsform nach Pig. 1, erzeugt wird. Bp stellt den Blindleitwert des Kopplungsschlitzes zwischen dem koaxialen Hohlraum und dem rechteckigen Wellenleiter dar. In gleicher Weise stellt B^ den Blindleitwert des Ausgangsfilters dar. Die äquivalente Länge des koaxialen Hohlraumes wird mit 1, und die Länge des rechteckigen Leiters, welcher die beiden Resonatoren koppelt, mit 1_? bezeichnet. Die Länge des zweiten Resonators wird mit 1·, bezeichnet. In diesem Kreis werden die Werte für irgendeine besondere Anwendung so eingestellt, daß sich eine Filtercharakteristik für einen zwei Abschnitte aufweisenden Bandpaß mit maximal flacher Übertragung ergibt. Verfahren zum Erreichen einer solchen

dem »

Charakteristik sind z.B. in/Buch "Principles and Applications of Waveguide Transmission" von G.C. Southworth, Verlag Van Nostrand, beschrieben. In der Praxis brauchen die Werte Z,, Zp, B., Bp und 1. nicht explizit bekannt zu sein.

Die Ausmalt jedes koaxialen Hohlraumes werden auf der Grundlage der Resonanz in dem gewünschten Typ berechnet. Anfänglich wird die Berechnung unter der An-

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nähme ausgeführt, daß keine Kopplungsblenden vorhanden sind. Die Blenden B, und B_p werden dann in den Hohlraum so eirigesohrii "ten, daß ein vollständiger Impedanzausgleich erzielt wird, von der Sei e des rechteckigen Leiters Z_ aus gesehen, wobei der kreisförmige Leiter mit seiner charakteristischen Impedanz Z, auf der Antennenseite endet. Der kegelförmige Abschnitt irn kreisförmigen Leiter gegenüber der Antenne bildet ein Mittel, um vollständig alles von dem Signal zurückzuwerfen, das nicht den kreisförmigen Leiter über den Koppler verlassen hat. Die Phase dieser Reflexion ist vorzugsweise so, daß maximale Kopplung in den koaxialen Hohlraum stattfindet. Eine solche Bedingung führt zu dem kleinstmöglichen Wert von B, für eine gegebene Größe der Kopplungsschlitze. Eine Abweichung von der günstigsten Phasenbedingung vergrößert den Wert und die ?requenzempfindlichkeit von B,. Die gewünschte Bandbreite des ersten Abschnittes des Filters wird durch langsame Verringerung von B, und Bp, z.B. durch Vergrößerung der Größe der Kopplungsschlitze, erzielt. Eine geringfügige Verstimmung des Hohlraumes ergibt sich durch die Einführung der Kopplungsblenden. Die Resonanzfrequenz des Hohlraumes kann jedoch mittels Abstimmschrauben oder ähnlicher Mittel wieder hergestellt werden.

Der zweite Hohlraum wird zwischen den beiden Blenden B-, gebildet, die um die Entfernung lJgetrennt liegen.

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Er wird gesondert abgestimmt und auf dieselbe Frequenz und Bandbreite wie der erste Hohlraum abgeglichen. Der Abstand I₂ wird schließlich für eine maximal flache Übertragung oder Imped^nzabpleichung mit Halbenergiebandbreite eingestellt, die 0,707 mal die Bandbreite der einzelnen Hohlräume beträgt.

Es ist ein Kennzeichen eines koaxialen Hohlraumes, daß er eine große Anzahl von Resonanzfrequenzen aufweist, die nicht zu weit auseinander in einer nicht harmonischen Beziehung liegen. Viele dieser Hohlraumtypen werden durch die Schlitze hindurch durch die verschiedenen Typen erregt, die in dem kreisförmigen Wellenleiter geführt; werden. Es ist besondere wichtig, die gegenseitige Beeinflussung mit dem informationstragenden TE.j-Typ über die gesamte Breite der beiden gemeinsamen Trägerbänder zu verringern, d.h. von etwa 3700 - 4200 nc und von etwa 6000- 65OO mc. Dieses Problem kann dadurch vereinfacht werden, daß der niedrigst mögliche Typ in dem koaxialen Hohlraum ausgewählt wird, welcher eine Kopplung mit dem gewünschten Typ in dem Wellenleiter zuläßt. Im Falle des TE₀₁-Typs sollte der Hohlraum so ausgeführt werden, daß er z.B. iir TE₀₁₁-TyP Resonanz hat. Dieser besondere Typ besteht aus einer TE_Q1-Welle in der koaxialen Linie, die «wischen zwei Endplatten hin und her reflektiert wird, um eine stehende Welle in axialer Richtung mit genau einer halben Wellenlänge zu bilden.

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Pig. J5 zeigt in etwas größerer Ausführlichkeit den Aufbau eines TE₀₁-Kopplers nach der Erfindung, d.h. den Koppler, der in Fig. 1 als Koppler JO dargestellt ist. Der koaxiale Hohlraum J51 ist um den Scheitelabschnitt des Trichters 10 herumgelegt und an diesen durch vier gleid-weit auseinanderliegende axiale Schlitze y$ angekoppelt. Die Ankopplung des TE_Q1-Typs, der sich in dem kegelförmigen Abschnitt 10 ausbreitet, erfolgt mittels des starken axialen magnetischen Feldes entlang den Schlitzen. Da TM-Typen keine axialen magnetischen Felder aufweisen, verursachen sie in keiner Weise die Erregung des TM₀₁.-Typs in dem koaxialen Hohlraum. Irgendeine Anzahl von Schlitzen, die kleiner als vier ist, würde verursachen, daß der Hohlraum nicht nur durch TE₀₁-, sondern auch durch TE₁₁- und TE₂₁-Typen erregt würde. Falls höhere Schwingungen als TE₀₁ sich durch den inneren Leiter ausbreiten, muß die Anzahl der Schlitze erhöht werden. Es ist festgestellt worden, daß die nachfolgende Beziehung zwischen Typen in dem kreisförmigen Wellenleiter und der Anzahl der Schlitze besteht, die zur Aussonderung höherer Typen erforderlich sind:

Alle im Leiter auftretenden Kleinstzahl von Schlitzen, Typen bis zum Typ, der nicht die zum Auskoppeln des TE₀«- eingeschlossen ist: Typs mit starker Zurückweisung aller anderen Typen erforderlich ist: ,

₄₁ 4

TE₆₁ 8

TE₈₁ 12

^TE10,l ^l6

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In Pig. 4 ist der Querschnitt durch den Hohlraum 31 schematisch dargestellt, um die gewählte Lage der Kopp-" lungsschlltze zu zeigen. Nach der Erfindung sind die vier Schlitze in der Wand des Trichters 10 diametral gegenüberliegend und symmetrisch verteilt angeordnet. Der rechteckige Wellenleiter J>2 ist an den Hohlraum über einen einzigen Schlitz^ angekoppelt. Wegen der gleichförmigen Verteilung des axialen magnetischen Feldes könnte der Leiter j52 an irgendeinen Punkt des Umfan- M ges des Hohlraumes J51 angekoppelt werden. Um jedoch den direkten Durchgang von dem inneren zu dem äußeren Schlitz und damit Typen höherer Ordnung oder Streueffekte auf einen Kleinstwert zu bringen, wird der Ausgang vorzugsweise zwischen zwei der inneren Schlitze gelegt.

Pig. 5 zeigt zusätzlich die Verteilung des elektrischen (E) Feldes mit Bezug auf den Hohlraum 51. Wegen dieser Verteilung bewirken die axialen Schlitze, daß tatsächlich die gesamte TE_n,-Energie herangezogen wird, _%

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die in dem Trichter sich ausbreitet. Diejenige Energie, die den Ausgang verfehlt, wird jedoch durch den Kegelabschnitt 10a des Trichters Pig. 1 reflektiert, so daß von dieser Energie nichts durch das Wellenleitersystem fortgeführt wird. Die Pfosten 55 und 56 in dem rechteckigen Wellenleiter 52 bilden den zweiten Hohlraum des aus zwei Abschnitten bestehenden Bandpäßfilters.

Der in Fig. 5 dargestellte TM_n.-Koppler, der dem

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Koppler 50 in Pig. I entspricht, besteht aus einem eingeschnittenen koaxialen Hohlraum 51» der 270° des Umfanges des kreisförmigen Wellenleiters 11 überdeckt. Der Hohlraum hat eine Resonanz im TM₀ -Typ. Dieser Typ wird ge-

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genüber dem näherliegend erscheinenden TM₀₁₀~Typ bevorzugt, der in einem nicht eingeschnittenen Hohlraum auftritt, da so eine größere Frequenztrennung zwischen dem gewünschten und dem nächsthöheren Typ, nämlich TM₁, , mög-

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^ lieh ist. Dieser Typ wird durch den TE..-Typ in dem kreisförmigen Leiter stark erregt. Es ist an sich bekannt, daß, ; je größer ein Resonanzhohlraum für eine gegebene Frequenz ist, die Anzahl der engbenachbarten Resonanzen oder Typen entsprechend größer wird. Da der Einschnitt die Größe eines Hohlraumes verringert, bildet er ein geeignetes Mittel zur Verringerung der Anzahl der Typen in einem gegebenen Frequenzband. In axialer Richtung wird die Länge des Hohlraumes 51 kurzgehalten, so daß sich keine stehenden Wellen in dieser Richtung entwickeln können, selbst

P bei den höchsten Nachrichtenfrequenzen, die in dem Wellenleiter übertragen werden. Das bedeutet, daß überhaupt \ keine TE-Typen auftreten und daß keine TM-Typen mit einer Null abweichenden Ziffer in der dritten (letzten) Kodierstelle bis zu etwa 7OOO mc möglich sind. Die beiden Kreisblenden 53a und 53b liegen um l80° und 45° von den Endplatten des Hohlraumes entfernt und werden für die Kopplung benutzt. Sie gewährleisten, daß der TM₀ -Typ durch

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₁-Energie, aber nicht durch den TE₁₁-TyP in dem Leiter erregt wird. Der rechteckige Ausgangsleiter 52 ist über die Blende 54 an die Mitte des Hohlraumes 51 angekoppelt, wo das umfängliche Magnetfeld am stärksten ist. Im allgemeinen ist der TMq₁-Typ-Hohlraum in axialer Richtung so geformt, daß die Entwicklung stehender Wellen in axialer Richtung bei den höchsten Wellenenergiefrequenzen verhindert wird, die durch den kreisförmigen Wellenleiter laufen. Das Ausmaß in Umfangsrichtung ist durch einen Winkel β gegeben, wobei β = einem ganzzahligen Vielfachen k von l80, geteilt durch einen Paktor m ist, d.h. die umfängliche Ausdehnung des Hohlraumes jl ist l80k. Durch diese Bemessung wird die Anzahl der Typen,

m
die in dem Hohlraum erregt werden können, verringert.

Schließlich wird der TM_Q1-Hohlraum in radialer Richtung so bemessen, daß Resonanz für den TM₁₁₁₁₀-TyP ^Destent·

Es hat sich herausgestellt, daß Kopplungsschlitze, die für Frequenzen im gemeinsamen 4Gc-Trägerband arbeiten, starke Resonanzen für Frequenzen im 6Gc-Band haben können. Diese Kopplung ist besonders schlecht bei langausgeführten Schlitzen. Kreisförmige Blenden haben eine höhere Resonanz für eine gegebene Kopplungsgröße und werden deshalb für den Koppler 50 bevorzugt. Selbst bei ihrem Einsatz ist es erforderlich, gegen mögliche 60c-Resonanzen zu schützen, die durch den T²Hy-TyP ^er~ regt werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch

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erreicht, daß einzelne Flügel oder Streifen 55a und 55b über die Blende in Umfangsrichtung, parallel zu den Wandströmen des TE₁₁-TyPs gesetzt werden, so daß sie sich in den Hohlraum 51 hinein erstrecken. Diese Flügel beeinträchtigen in keiner Weise die Arbeit des TMq.-Kopplers.

Fig. 6 zeigt in einer vereinfachtel Querschnittsdarstellung das Muster des elektrischen Feldes, das in dem Hohlraum 51 vorhanden ist. Die öffnungen 53 liegen diametral auseinander an Punkten, die mit Bezug auf die Ausgangsöffnung 54 symmetrisch liegen. Es hat sich herausgestellt, daß diese Lagebeziehung zu einer befriedigenden TM-Typerregung in dem Hohlraum führt und praktisch die Erregung durch den TE₁₁-TyP in dem kreisförmigen Leiter ausschaltet.

Die TE_11x- und TE₁₁ -Koppler 60 und 70 sind allgemein in Fig. 1 dargestellt und bestehen jeweils aus zwei Bandreflexionshohlräumen auf der linken Seite und einem zwei Abschnitte aufweisenden Kopplungshohlraum auf der rechten Seite, d.h. auf der zur Antenne hin gelegenen Seite. Die Hohlräume sind an den kreisförmigen Leiter mittels E-Ebenen-Verbindungsstücken angesetzt, und die Kopplung erfolgt mittels des umfänglichen Η-Feldes in dem kreisförmigen Leiter an einem Punkt, wo das E-PeId Null ist. Der Abstand zwischen den beiden RUekwelsungshohlräumen beträgt eine ungerade Zahl von Viertel-Wellenlängen, uir. eine maximal flache Reflexionscharakteristik

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zu erzeugen. Das Ausgangsfilter liegt von dem nächsten Reflexionshohlraum um eine ganze Zahl von Halb-Wellenlängen entfernt. Schrauben, die genau gegenüber den Kpplungsöffnungen, siehe Pig. 8, Schraube 8l, angeordnet sind, bilden kleine Kapazitäten, die benutzt werden, um die zwei parasitären Querinduktivitäten jeder Blende auszugleichen. Äquivalente Schaltungen für Verbindungsstücke in der E- und Η-Ebene finden sich in dem Buch "Waveguide Handbook", Band 10 der MIT Radiation Laboratory Reihe, Verlag McGraw-Hill. Genauer Ausgleich wird erreicht, wenn der Reflexionskoeffizient, der von der Blende verursacht wird, symmetrisch ist, gemessen in dem kreisförmigen Leiter in weitem Abstand von der Kopplerfrequenz. Falls erwünscht, können die Schrauben eingestellt werden, um die Reflexion an einer anschließenden Nachrichtenfrequenz entweder oberhalb oder unterhalb der Kopplerfrequenz auf einen Kleinstwert zu bringen.

Um Blendenresonanzen bei höheren Frequenzen zu verringern, wird in jede öffnung eine Gruppe abgestumpfter Flügel eingesetzt. Fig. 7 zeigt den Aufbau und die Anordnung der Flügel. Die Flügel 74 liefern einen leichten Stromweg für den TE., -Typ bei 4 und 6 Gc. Da die Flügel eine viertel Wellenlänge bei 6 Gc lang sind, schalten sie zusätzlich eine Blendenresonanz aus, die durch den TE_llx-Typ bei 6 Gc erregt werden könnte. Diese Resonanz kann auftreten, da die Blendenweite d nicht sehr unter-

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schiedlich von einer halben Wellenlänge bei 6 Gc ist. Die Flügel bilden tatsächlich einen Viertel-Wellenlängenstumpf, der auf der Innenseite des Hohlraumes 75 einen offenen Stromkreis bildet und daher einen Kurzschluß in der Ebene der Blende erzeugt.

Der TM,, -Typ bei 6 Gc kann auch einen Typ höherer Ordnung in dem rechteckigen Wellenleiterhohlraum auf Grund des gleichen Vorganges hervorrufen, der für die gewünschte 4 Gc-Resonanz verantwortlich ist. Die Flügel 74 beeinflussen diese Resonanz nicht, da das elektrische Feld nicht nur vertikal zu den Flügeln liegt, sondern auch in derselben Richtung über den rechteckigen Leiter verläuft. Fig. 8 zeigt in einer Querschnittsdarstellung, wie diese Resonanz nach der Erfindung ausgeschaltet wird. Dieser Typ höherer Ordnung kann nicht durch die Abstimmschraube 82 in der Mitte des rechteckigen Hohlraumes 75 beeinflußt werden, da das elektrische Feld dort Null ist. Falls stattdessen die Abstimmschraube 85 verwendet wird, wird die 6 Gc-Resonanz unter das 6Gc-Trägerband verschojiben, wo sie keinen Schaden anrichtet. Die Schraube 83 dient daher tatsächlich zwei Zwecken. Sie stimmt den Hohlraum genau auf die 4Gc-Leitslgnalfrequenz und bewegt die 6Gc-Resonanz aus dem gemeinsamen Trägerband heraus.

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Claims

Patentansprüche

übertragungseinrichtung für ausgewählte Typen elektromagnetischer Wellenenergie mit einem konischen Trichter, der an einen kresiförmigen Wellenleiter gekoppelt ist, der Wellenenergie in mehreren einzelnen Ausbreitungstypen ftihrt, gekennzeichnet durch einen ersten abgestimmten Hohlraumabschnitt, der an den Trichter zur Herausziehung eines ausgewählten ersten Typs der sich durch die Einrichtung ausbreitenden Wellenenergie angekoppelt ist, ein erstes Bandreflexionsfilter, das in Schaltbeziehung mit dem ersten abgestimmten Hohlraumabschnitt steht, um irgendwelche Energie des ersten Typs zurückzuführen, die den Ausgang der Einrichtung über den ersten Hohlraumabschnitt verfehlt, zweite, dritte und vierte abgestimmte Hohlraumabschnitte, die entlang des kreisförmigen Wellenleiters mit Abständen zueinander angeordnet und einzeln an diesen angekoppelt sind, um unabhängig zweite, dritte und vierte unterschiedliche auegewählte Typen von Wellenenergie herauszuziehen, die sich durch die Einrichtung hindurch ausbreiten, und zweite, dritte und vierte Bandreflexionsfilter, die in Schaltbeziehung mit den zweiten, dritten und vierten Hohlraumabschnitten stehen, um Energie der entsprechenden Typen zurückzuführen, die den Ausgang der Einrichtung über den zugeordneten Hohlraumabschnitt verfehlen.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste abgestimmte Hohlraumabschnitt einen zylindrischen Hohlraum aufweist, der koaxial an dem Trichter befestigt und an diesen durch eine Mehrzahl symmetrisch auseinanderliegender länglicher Schlitze angekoppelt ist, die sich in axialer Richtung des Trichters erstrecken, wobei der Hohlraum so bemessen ist, daß er eine stehende Welle in axialer Richtung in einer halben Wellenlänge der Frequenz des ausgewählten ersten Typs der sich in der Einrichtung ausbreitenden Wellenenergie liefert, und daß der erste abgestimmte Hohlraumabschnitt ferner einen ersten rechteckigen Wellenleiterabschnitt enthält, der zur Führung der Frequenz des ausgewählten ersten Typs der Wellenenergie abgestimmt ist, wobei ein Ende des ersten rechteckigen Abschnittes an die Außenwand des ersten Hohlraumes über einen länglichen Schlitz angekoppelt ist.

J). Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Querlänge des ersten rechteckigen Wellenleiterabschnittes im wesentlichen gleich der axialen Länge des ersten Hohlraumes ist, und daß der längliche Schlitz, der den ersten rechteckigen Abschnitt an den ersten Hohlraum ankoppelt, in der Mitte zwischen den radialen Stellungen eines benachbarten Paares aus der Mehrzahl von symmetrisch auseinanderliegenden Schlitzen in dem Trichter angeordnet ist, und daß die Ebene des ersten

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Hohlraumes senkrecht zur Achse des Trichters liegt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem ersten Bandreflexionsfilter ein kegelförmiger Abschnitt des Trichters hinter dem ersten Hohlraumabschnitt in Ausbreitungsrichtung der Wellenenergie gehört, wobei der geringere Durchmesser des kegelförmigen Abschnittes unter der Grenzfrequenz des ausgewählten ersten Typs der Wellenenergie

ist. ^

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite abgestimmte Hohlraumabschnitt einen eingeschnittenen zylindrischen Hohlraum aufweist, der koaxial zum kreisförmigen Wellenleiter befestigt ist, an welchen er durch eine Mehrzahl symmetrisch auseinanderliegender öffnungen angekoppelt ist, und der so bemessen ist, daß er die Ausbildung stehender Wellen in der axialen Richtung verhindert und eine stehende Welle von einer halben Wellenlänge des ausgewähl-

ä ten zweiten Typs der Wellenenergie, die sich in der Ein- " richtung in radialer Richtung ausbreitet, ermöglicht, und daß ferner der zweite abgestimmte Hohlraumabschnitt einen zweiten rechteckigen Wellenleiterabschnitt aufweist, der zur Führung der Frequenz des ausgewählten zweiten Typs der Wellenenergie abgestimmt ist und dessen eines Ende an die äußere Wand des eingeschnittenen Hohl raumes Über eine einzelne öffnung angekoppelt ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschnittene Hohlraum sich über etwa jj/4 des Umfanges des kreisförmigen Wellenleiters erstreckt, daß die symmetrisch auseinanderliegenden Öffnungen und die einzelne Öffnung kreisförmig sind, dafl die größere Querlänge des zweiten rechteckigen Wellenleiterabschnittes im wesentlichen gleich der axialen Länge des eingeschnittenen Hohlraumes ist, daß die einzelne Öffnung, welche den zweiten rechteckigen Abschnitt an den eingeschnittenen Hohlraum ankoppelt, in der Mitte zwischen den Radialstellen eines angrenzenden Paares der symmetrisch auseinanderliegenden Öffnungen angeordnet ist, von denen jede mit einem einzelnen leitenden Flügel versehen ist, der sich in den eingeschnittenen Hohlraum hinein in einer Ebene erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des kreisförmigen Wellenleiters liegt, und daß die Ebene des eingeschnittenen Hohlraumes ebenfalls senkrecht zur Achse des kreisförmigen Wellenleiters liegt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bandreflexionsfilter einen kegeligen Wellenleiterabschnitt aufweist, der axial an den kreisförmigen Wellenleiter hinter dem zweiten Hohlraumabschnitt in Laufrichtung der Wellenenergie angekoppelt ist, wobei der kleinere Durchmesser des kegelförmigen Abschnittes unterhalb der Grenzfrequenz des ausgewählten zweiten Typs der Wellenenergie liegt.

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8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und der vierte abgestimmte Hohlpaumabschnitt jeweils einen rechteckigen Hohlraumabschnitt aufweisen, der radial an den kreisförmigen Wellenleiter angesetzt ist, um einzeln den ausgewählten dritten und vierten Typ der in der Einrichtung sich ausbreitenden Wellenenergie·herauszuziehen, wobei jeder Hohlraum elektrisch an den kreisförmigen Wellenleiter durch ein E-Ebenen-Verbindungsstück an einem Punkt angekoppelt ist, an welchem die Ε-Felder des ausgewählten dritten und vierten Typs der Wellenenergie im wesentlichen Null sind, und wobei der dritte und vierte Hohlraumabschnitt radial um 90° auseinanderliegen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes E-Ebenen-Verbindungsstück mit einer Mehrzahl von parallelen abgestumpften Flügeln versehen ist, die sich in den zugehörigen rechteckigen Hohlraumabschnitt in Ebenen erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des kreisförmigen Wellenleiters liegen, wobei die Länge jedes Flügels eine Viertel-Wellenlänge des ausgewählten dritten und vierten Typs der Wellenenergie beträgt und eine veränderliche Kapazitötsvorrichtung in dem kreisförmigen Wellenleiter gegenüber jedem Verbindungsstück zum Ausgleich für Querinduktivitäten angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und der vierte

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Bandreflexionsfilter jeweils ein Paar rechteckiger Band- --■eflexionnhohlräurrie enthält, die radial an demkreisfö'r- i.Azen Wellenleiter auf diametral gegenüberliegenden Sei- >en angeordnet sind und an diesen elektrisch durch einzelne E-Sbenen-Verbindun^sstücke gekoppelt sind, wobei einer der Bandreflexionshohlräume axial eine ganze Zahl von Halb-Wellenlängen der ausgewählten dritten und vierton Typen der Wellenenergie von dem zugeordneten Hohlraumabschnitt in Ausbreitungsrichtung der Wellenenergie entfernt liegt und jeder der Bandreflexionshohlräume eine ungerade Anzahl von Viertel-Wellenlängen der ausrewählten dritten und vierten Typen der Wellenenergie ν υ η den. anderer, entfernt liegt.

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