DE1591162C

DE1591162C - Transmitting or receiving arrangement with a radiator and a waveguide connected to this ver

Info

Publication number: DE1591162C
Application number: DE19671591162
Authority: DE
Inventors: Robert K Rosen Harold A Santa Monica Suyematsu Herbert T Los Angeles Eick Meredith K Gardena Hudspeth Thomas Mahbu Calif Roney (V St A)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1966-07-08
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1973-07-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sende- oder Empfangsanordnung mit einem Strahler und einem mit dem Strahler verbundenen Hohlleiter, der eine Welle beliebiger Polarisation zu führen vermag und axial hintereinander ein λ/4-Plättchen und zwei Koppelglieder enthält, die in bezug auf die Hohlleiterachse gegenüber den Wirkungsebenen des λ/4-Plättchens um 45° und gegeneinander um 90° versetzt sind.The invention relates to a transmitting or receiving arrangement with a radiator and a with the emitter connected waveguide, which is able to carry a wave of any polarization and axially one behind the other contains a λ / 4 plate and two coupling members, which with respect to the waveguide axis offset by 45 ° relative to the planes of action of the λ / 4 plate and 90 ° relative to each other are.

Es ist eine Sende- und Empfangsanordnung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau bekannt (französische Patentschrift 940 113), bei der an das eine Koppelglied ein Sender und an das andere Koppelglied ein Empfänger angeschlossen ist. Die von dem mit dem Sender verbundenen Koppelglied ausgehende, linear polarisierte Welle, die mit den Wirkungsebenen des λ/4-Plättchens einen Winkel von 45° bildet, wird von dem λ/4-Plättchen in eine zirkulär polarisierte Welle umgewandelt, die von einem an das Ende des Hohlleiters angeschlossenen Hornstrahler abgestrahlt wird. Andererseits wird eine von dem Hornstrahler empfangene, zirkulär polarisierte Welle mit Hilfe des λ/4-Plättchens in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren Polarisationsrichtung senkrecht auf der Polarisationsrichtung der vom Sender her eingekoppelten Welle steht. Infolgedessen wird diese empfangene Welle nicht von dem Koppelglied aufgenommen, mit dem der Sender verbunden ist, sondern von dem Koppelglied, an das der Empfänger angeschlossen ist. Die bekannte Anordnung bewirkt demnach eine Entkopplung von Sender und Empfänger, sofern die empfangene Welle zirkulär polarisiert ist. Für das Senden und Empfangen linear polarisierter Wellen ist diese bekannte Anordnung ungeeignet. Hierin liegt jedoch ein erheblicher Nachteil, denn es gibt viele Anwendungsfälle, bei denen mit einer linearen Polarisation gearbeitet wird und eine Zirkular-Polarisation unerwünscht oder sogar prinzipiell nicht anwendbar ist.A transmitting and receiving arrangement with the structure described above is known (French patent specification 940 113), in which the one coupling link is a transmitter and a receiver is connected to the other coupling link. the from the coupling member connected to the transmitter outgoing, linearly polarized wave, which with the Planes of action of the λ / 4 plate forms an angle of 45 °, is converted from the λ / 4 plate into a circularly polarized wave converted by a wave connected to the end of the waveguide Horn antenna is emitted. On the other hand, one received by the horn becomes circular polarized wave is converted into a linearly polarized wave with the help of the λ / 4 plate Direction of polarization perpendicular to the direction of polarization that is coupled in from the transmitter Wave stands. As a result, this received wave is not picked up by the coupling member, with to which the transmitter is connected, but rather from the coupling link to which the receiver is connected is. The known arrangement therefore causes a decoupling of the transmitter and receiver, provided that the received wave is circularly polarized. For sending and receiving linearly polarized waves this known arrangement is unsuitable. However, this is a significant disadvantage because there are many applications in which a linear polarization is used and a circular polarization is undesirable or even not applicable in principle.

Es ist weiterhin eine Antennenanordnung bekannt (USA.-Patentschrift 2 771605), bei der an einen Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt ein Strahler in Form eines Doppelkegels oder einer SchlitzgruppeIt is also an antenna arrangement is known (US Pat. No. 2,771,605), in which a Waveguide with a circular cross-section, a radiator in the form of a double cone or a group of slots

ίο angeschlossen ist. Die Feldverteilung in dem Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt hat zur Folge, daß das Strahlungsdiagramm der Antenne etwa die Form einer Doppelacht aufweist. Um eine Rundstrahlcharakteristik zu erhalten, ist in dem Hohlleiter der bekannten Antenne ein Zirkular-Polarisator vorgesehen, der bewirkt, daß das Feld im Hohlleiter gemäß der Zirkular-Polarisation um die Hohlleiterachse umläuft und demgemäß auch das Strahlungsdiagramm der Antenne eine Drehung erfährt. Aufίο is connected. The field distribution in the waveguide with a circular cross-section has the consequence that the radiation pattern of the antenna is about the Has the shape of a double eight. In order to obtain an omnidirectional characteristic, is in the waveguide the known antenna a circular polarizer is provided, which causes the field in the waveguide revolves around the waveguide axis according to the circular polarization and accordingly also the radiation diagram the antenna is rotated. on

so diese Weise wird trotz der Richtcharakteristik der Antenne eine Rundstrahlcharakteristik erzielt. Diese bekannte Antennenanordnung ist zum Anschluß eines nur einzigen Senders bestimmt.In this way, despite the directional characteristic of the antenna, an omnidirectional characteristic is achieved. This known antenna arrangement is intended for the connection of only a single transmitter.

Ferner ist ein passiver Reflektor bekannt (USA.-Patentschrift 3 154 784), der bewirkt, daß die Polarisation der reflektierten Welle in bezug auf die Polarisation der einfallenden Welle um 90° gedreht wird. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nicht um eine Sende- oder Empfangsanordnung der eingangs behandelten Art und es treten dort auch nicht die der Erfindung zugrundeliegenden Probleme auf.Furthermore, a passive reflector is known (US Pat. No. 3,154,784), which causes the polarization of the reflected wave is rotated by 90 ° with respect to the polarization of the incident wave. This known arrangement is not a transmitting or receiving arrangement of the initially introduced treated type and it does not arise there the underlying problems of the invention.

Im Gegensatz zu der oben behandelten, bekanntenIn contrast to the well-known one dealt with above

Sende- und Empfangsanordnung, bei der an den Hohlleiter ein Sender und ein Empfänger angeschlossen sind, befaßt sich die Erfindung nicht mit der Frage der Entkopplung eines Empfängers von dem an die gleiche Antenne angeschlossenen Sender, sondern mit dem Problem, bei Sende- oder Empfangsanordnungen, bei denen aus Sicherheitsgründen zwei Sender oder zwei Empfänger vorhanden sind, einen wirkungsvollen Einsatz und eine einfachere Umschaltung von dem einen Sender auf den anderen bzw. von dem einen Empfänger auf den anderen zu ermöglichen. Darüber hinaus soll es auch möglich sein, beide Sender bzw. beide Empfänger gleichzeitig zu betreiben, ohne daß sich die Sender oder Empfänger gegenseitig nachteilig beeinflussen. Bisher wurde zu diesem Zweck entweder für jeden Sender bzw. Empfänger eine eigene Antenne vorgesehen oder es wurde eine Schalteranordnung zum Abtrennen des jeweils nicht benutzten Senders bzw. Empfängers verwendet. Solche Lösungen führen zu einem komplizierten Aufbau, der darüber hinaus keine ausreichend hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Von besonderem Nachteil ist, daß diese bekannten Anordnungen beim Ausfall einer Schalteranordnung arbeitsunfähig werden. Außerdem führt die Verwendung von Schalteranordnungen bei hohen Frequenzen zu Anpassungsschwierigkeiten und hat einen Leistungsverlust zur Folge.Transmitting and receiving arrangement in which a transmitter and a receiver are connected to the waveguide are, the invention is not concerned with the question of decoupling a receiver from the Transmitter connected to the same antenna, but with the problem of transmitting or receiving arrangements where for security reasons two transmitters or two receivers are available, an effective use and a simpler one Switching from one transmitter to the other or from one receiver to the other enable. In addition, it should also be possible to have both transmitters or both receivers at the same time to operate without the transmitter or receiver adversely affecting each other. Until now For this purpose, either a separate antenna was provided for each transmitter or receiver or there was a switch arrangement for disconnecting the unused transmitter or receiver used. Such solutions lead to a complicated structure which, moreover, is insufficient high operational reliability guaranteed. A particular disadvantage is that these known arrangements become incapable of working if a switch arrangement fails. Also leads the use from switch arrangements at high frequencies to adaptation difficulties and has a Result in loss of performance.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sende- oder Empfangsanordnung zu schaffen, die ohne die Nachteile der bekannten Anordnungen in einem breiten Frequenzband betreibbar ist und die Möglichkeit bietet, sofern es sich um eine Empfangsanordnung handelt, wahlweise die empfangene Energie gleichmäßig auf zwei Empfänger zu übertragen oder alle empfangene Energie entwederAccordingly, the object of the invention is to provide a transmitting or receiving arrangement create which can be operated in a wide frequency band without the disadvantages of the known arrangements is and offers the possibility, if it is a receiving arrangement, optionally the to transmit received energy equally to two receivers or to either transmit all received energy

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dem einen oder dem anderen Empfänger zuzuführen. zwischen dem geschlitzten Ende und den Viertelwel-to the one or the other recipient. between the slotted end and the quarter

Entsprechendes gilt für die Sender einer Sendeanord- lenplatten 22 und 24 im Hohlleiter angeordnet ist.The same applies to the transmitter of a transmitter array plate 22 and 24 arranged in the waveguide.

nung. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die Der Hohlleiter und der Ring 40 werden von einertion. A preferred area of application for the waveguide and the ring 40 are of a

Erfindung sind Relaisstationen, die sowohl zum Spulenanordnung 42 umgeben. Bei einer Ausfüh-Invention are relay stations that surround both the coil assembly 42. In the case of an

Empfangen als auch zum Senden von Signalen ein- 5 rungsform der Erfindung werden eine zweiphasigeReceiving as well as sending signals is a two-phase embodiment of the invention

gerichtet sind. Wicklung und Polschuhe verwendet, wie sie vonare directed. Used winding and pole pieces as used by

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Zweiphasen-Induktionsmotoren her bekannt sind, gelöst, daß zwischen Strahler und λ/4-Plättchen ein Bei einer solchen Anordnung werden den Spulen umschaltbarer Zirkular-Polarisator angeordnet und feste Spannungen zugeführt, so daß die die Spule an beide Koppelglieder entweder je eine Empfangs- io durchfließenden Ströme eine Verschiebung des im einrichtung oder je eine Sendeeinrichtung ange- Ferrit vorhandenen Magnetfeldes um einen bestimmschlossen ist. ten Betrag bewirken. Durch die Wirkung des Ferrit-According to the invention, this object is thereby known from two-phase induction motors, solved that between the radiator and λ / 4 plate a With such an arrangement, the coils Switchable circular polarizer arranged and supplied with fixed voltages, so that the coil to both coupling elements either a receiving io flowing through currents a shift of the im device or a transmitting device attached ferrite existing magnetic field around a specific closed is. effect the amount. The effect of the ferrite

Im Empfangsfall wird bei der erfindungsgemäßen Elements und die stromdurchflossene oder erregte Anordnung die Energie einer einfallenden, zirkulär Spulenanordnung wird die in den Hohlleiter eingepolarisierten Welle durch den Zirkular-Polarisator 15 koppelte linear polarisierte Welle in eine zirkularje nach der Drehrichtung der Polarisation vollständig polarisierte Welle umgewandelt,
entweder in das eine oder in das andere Koppelglied Die Ausgangssonden 26 und 28 sind in diesem eingekoppelt. Es wird also wahlweise der eine oder Falle auf einer Seite der Viertelwellenplatten 22 und der andere der beiden angeschlossenen Empfänger 24 derart angeordnet, daß sie um 45° gegenüber den betrieben, ohne daß mechanische Schaltmittel er- 20 Viertelwellenplatten und um 90° gegeneinander verforderlich wären oder aber die beiden Empfänger sich setzt sind. Der Orthogonal-Abstand der Ausgangsgegenseitig störten. Von besonderem Vorteil ist sonden 26 und 28 ist an die Komponenten der sojedoch, daß selbst bei einem Ausfall des als Schalt- eben erwähnten zirkular-polarisierten Welle angemittel dienenden Zirkular-Polarisators keine Störung paßt. Der Ring 40 hat entsprechend bekannten der Empfangsanordnung eintritt, weil dann nämlich 25 Konstruktionskriterien solche Abmessungen und eine gleichmäßige Verteilung der einfallenden Ener- Eigenschaften, daß Ströme bestimmter Größe und gie, und zwar unabhängig von deren Polarisation, Richtung in der Spulenanordnung 42 bestimmen, ob auf die beiden Koppelglieder und damit auf die die aus dem Ring 40 austretende zirkular-polarisierte beiden Empfänger stattfindet und damit immer noch Welle rechtsdrehend oder linksdrehend ist. Die ein ausreichend guter Betrieb gewährleistet ist. Im 30 Verschiebung ist derart, daß der elektrische Vektor Sendefall liegen analoge Verhältnisse vor. der linear-polarisierten Welle, die sich aus der vonIn the case of reception, with the element according to the invention and the current-carrying or excited arrangement, the energy of an incident, circular coil arrangement, the wave polarized into the waveguide by the circular polarizer 15 is converted into a circularly polarized wave completely polarized according to the direction of rotation of the polarization,
either in one or in the other coupling member. The output probes 26 and 28 are coupled into this. It is thus optionally one or the trap on one side of the quarter-wave plates 22 and the other of the two connected receivers 24 are arranged in such a way that they are operated at 45 ° with respect to the without mechanical switching means or 20 quarter-wave plates and 90 ° against each other would be required but the two recipients are seated. The orthogonal spacing of the output mutually disturbed. It is particularly advantageous that the sensors 26 and 28 are attached to the components of the so, however, that even if the circular polarizer serving as the circuit just mentioned fails, no interference will occur. The ring 40 has correspondingly known the receiving arrangement, because then namely 25 design criteria such dimensions and a uniform distribution of the incident energy properties that currents of a certain size and flow, regardless of their polarization, determine direction in the coil arrangement 42, whether on the two coupling elements and thus to which the circularly polarized two receivers emerging from the ring 40 take place and thus the shaft is still clockwise or counterclockwise. A sufficiently good operation is guaranteed. In the 30 shift is such that the electrical vector transmission case, analog relationships exist. the linearly polarized wave resulting from that of

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des den Viertelwellenplatten 22 und 24 bewirkten Um-The invention is described below on the basis of the reversal caused by the quarter-wave plates 22 and 24

in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels Wandlung ergibt, nur auf eine der AusgangssondenThe embodiment shown in the drawing results in conversion, only to one of the output probes

näher beschrieben und erläutert. 26 oder 28 ausgerichtet ist. Bei einer Richtung derdescribed and explained in more detail. 26 or 28 is aligned. In one direction of the

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung 10 35 Phasenverschiebung, beispielsweise bei einer rechtsbesteht aus einem zylindrischen Hohlleiter 14, der drehenden Zirkular-Polarisation, hat die folgende an seinem oberen Ende mit einer Vielzahl im Ab- Umwandlung in eine lineare Polarisation durch die stand voneinander angeordneter Schlitze 16 versehen Platten 22 und 24 zum Ergebnis, daß das elektrische ist. Der geschlitzte Abschnitt des Hohlleiters befindet Feld mit der Ausgangssonde 26 gekoppelt ist und sich zwischen zwei nach außen auseinanderstreben- 40 infolgedessen dem Empfänger 34 zugeführt wird. Bei den kegelstumpfförmigen Leiterflächen 18 und 20. einer entsprechenden Phasenverschiebung in der Innerhalb des Hohlleiters ist unterhalb der Schlitze Gegenrichtung, beispielsweise einer Umwandlung in ein Polarisator angeordnet, der bei dem dargestellten eine linksdrehende Zirkular-Polarisation, hat die Ausführungsbeispiel von einander diagonal gegen- folgende Umwandlung in eine Linear-Polarisation überliegenden Viertelwellenplatten 22 und 24 gebil- 45 durch die Platten 22 und 24 zum Ergebnis, daß das det wird. Unterhalb der Platten 22 und 24 sind zwei elektrische Feld mit der Ausgangssonde 28 und in-Ausgangssonden 26 und 28 angeordnet, die von ent- folgedessen mit dem Empfänger 36 gekoppelt ist. sprechenden Steckern 30 und 32 getragen werden, die Das Antennensystem nach der Figur hat den weiteihrerseits an der Wand des Hohlleiters befestigt und ren Vorteil, daß bei Fehlen eines die Spulenanordmit entsprechenden Empfängern 34 und 36 verbun- 50 nung 42 durchfließenden Stromes, also bei Fehlen den sind. einer Anregungsenergie in der Spule, das SystemThe arrangement 10 35 phase shift shown in the drawing, for example in the case of a right-hand one from a cylindrical waveguide 14, the rotating circular polarization, has the following at its upper end with a multitude in the ab- conversion into a linear polarization by the stood spaced apart slots 16 provided plates 22 and 24 for the result that the electrical is. The slotted section of the waveguide is coupled to the output probe 26 and field between two striving to the outside 40 is consequently fed to the receiver 34. at the frustoconical conductor surfaces 18 and 20. a corresponding phase shift in FIG Inside the waveguide is opposite direction below the slots, for example a conversion into Arranged a polarizer, which has a left-handed circular polarization in the case of the one shown Embodiment of diagonally opposite conversion to a linear polarization overlying quarter-wave plates 22 and 24 formed 45 by the plates 22 and 24 with the result that the will be. Below the plates 22 and 24 are two electric field with the output probe 28 and in-output probes 26 and 28, which is consequently coupled to the receiver 36. speaking plugs 30 and 32 are carried, the The antenna system according to the figure has the other hand attached to the wall of the waveguide and ren advantage that the Spulenanordmit in the absence of one corresponding receivers 34 and 36 connection 42 flowing through current, so in the absence who are. an excitation energy in the coil, the system

Zwischen dem geschlitzten Ende des Hohlleiters arbeitsfähig bleibt. Bei einem solchen Ausfall wird und den Viertelwellenplatten 22 und 24 ist ein die empfangene, linear-polarisierte Energie in dem Zirkular-Polarisator angeordnet, der es ermöglicht, Ring 40 gleichmäßig phasenverschoben und erscheint die Gesamtheit der einfallenden Leistung nur einer 55 hinter den Platten 22 und 24 mit einer von dem der beiden Ausgangssonden, also nur einem der Azimutwinkel des Einfalls der empfangenen Energie beiden Empfänger zuzuführen. Wie dargestellt, weist abhängigen zirkulären, elliptischen oder linearen ein solcher Zirkular-Polarisator ein Ferrit-Element Polarisation. Unabhängig von der Art der Polarisaauf, das von einem Stab oder, wie dargestellt, von tion und dem Einfallswinkel wird die Energie gleicheinem Ring 40 gebildet werden kann, der im Bereich 60 mäßig auf die Empfänger 34 und 36 verteilt.Remains operational between the slotted end of the waveguide. In the event of such a failure and the quarter wave plates 22 and 24 are the received linearly polarized energy in the Arranged circular polarizer that allows ring 40 to appear evenly out of phase and appear the total of the incident power only one 55 behind the plates 22 and 24 with one of the of the two output probes, i.e. only one of the azimuth angles of the incidence of the received energy to both recipients. As shown, has dependent circular, elliptical, or linear such a circular polarizer has a ferrite element polarization. Regardless of the type of polarisa, that of a rod or, as shown, of tion and the angle of incidence, the energy becomes equal to one Ring 40 can be formed, which is distributed moderately to receivers 34 and 36 in area 60.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Send or receive arrangement with a Radiator and a waveguide connected to the radiator, which generates a wave of any polarization able to lead and axially one behind the other contains a λ / 4 plate and two coupling elements, which with respect to the waveguide axis compared to the planes of action of the λ / 4 plate by 45 ° and are offset from one another by 90 °, characterized in that between the radiator (10) and λ / 4 plate (22, 24) a switchable circular polarizer (40) arranged and on both coupling elements (30 and 32) either one receiving device (34 and 36) or one each Sending device is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the circular polarizer (40, 42) of a ferrite element (40) arranged within the waveguide (14) and one of the Waveguide (14) between the ends of the ferrite element surrounding coil arrangement (42) is formed and the direction of the current supplied to the coil arrangement to change the direction of rotation of the circularly polarized wave is reversible.