DE202009006651U1 - Mirowellen-Drehkupplung für Rechteckhohlleiter - Google Patents

Abstract

Mikrowellen-Drehkupplung für Rechteckhohlleiter zur Führung/Leitung elektrischer Mikrowellen zwischen Hochfrequenzbauteilen (z. B. zwischen Antenne und Empfänger oder Sender), die sich relativ zueinander drehen, wobei
• die in beiden Wellenausbreitungsrichtungen einsetzbare Drehkupplung (1) aus 2 zueinander symmetrischen, mechanisch relativ zueinander drehbaren, aber elektrisch berührungslosen Hälften besteht (2a). Jede Hälfte besteht aus:
– einem 2-kanaligen Hohlleitereingang (1a) bzw. Hohlleiterausgang (1b),
– einem Septum-Polarisator (2) (zur Wandlung linear polarisierter Wellen in zirkular polarisierte Wellen bzw. umgekehrt),
– einem Hohlleiterübergang (3) von quadratischem (= 2 mal Rechteckquerschnitt) auf runden Querschnitt bzw. umgekehrt
– je einem mit dem runden Querschnitt des Hohlleiterübergangs verbundenen Rundhohlleiterstück mit einer oder mehreren axialen Ringnuten (4a) bzw. mit einer oder mehreren axialen Ringfedern (4b) (Choke(Dieses Bauteil wird in der Mikrowellentechnik üblicherweise als „choke” bezeichnet (3).)).
• eine der beiden Drehkupplungshälften fest eingebaut ist und die andere Hälfte drehbar, aber kippfrei gegenüber der feststehenden Hälfte so...

Description

• Mikrowellen-Drehkupplung für Rechteckhohlleiter werden benötigt, um die in Hohlleitern geführten Mikrowellen zwischen relativ zueinander drehbaren/schwenkbaren Hochfrequenz-Geräten (z. B. zwischen Antenne und Sender oder Empfänger) weiterzuleiten.
• Es sind sowohl Drehkupplungen in Koaxialbauweise als auch flexible Hohlleiter für nur begrenzte Schwenkwinkel bekannt.
• Die wesentlichen Nachteile oder Einschränkungen dieser Geräte oder Bauteile sind folgende:
• • Drehkupplungen mit flexiblen Koaxialkabeln haben im Mikrowellenbereich (> 4 GHz) hohe Verluste. Für begrenzte Drehwinkel müssen Koaxialkabel lang sein, um als biege- und torsionsfähige Spiralen eingebaut zu werden.
• • Drehkupplungen mit flexiblen Hohlleitern haben folgende Beschränkungen: – Hohlleiter werden vorzugsweise nur in einer Achse gebogen, – zeigen hohe Biegemomente, – sind begrenzt im Biegewinkel und in der Biegehäufigkeit
• • Rechteckhohlleiter in Verbindung mit Koax-Drehkupplungen haben ebenfalls hohe elektrische Verluste zur Folge und eine deutliche Leistungsbegrenzung,
• Für ein- oder mehrachsig schwenk- und drehbare Mikrowellen-Antennen benötigt man aber eine Drehkupplung, die folgende Eigenschaften und Fähigkeiten aufweist:
• • zwei Ein- bzw. Ausgangstore die den Betrieb mit einer oder zwei entkoppelten linear polarisierten Wellen ermöglichen
• • breitbandiges Übertragungsverhalten
• • Übertragung hoher elektrischer Leistung
• • geringe elektrische Verluste und damit geringe lokale Wärmeentwicklung
• • keine oder nur sehr geringe Drehmomente
• • es können mehrere Drehkupplungen für mehrere Dreh- oder Schwenkachsen hintereinander geschaltet werden.
• Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmalen gelöst.
• Bei korrekter elektrischer Auslegung und Optimierung wird mit dieser Erfindung erreicht, dass
• • der Betrieb mit einer oder zwei entkoppelten linear polarisierten Wellen möglich ist
• • die Drehkupplung breitbandiges Übertragungsverhalten zeigt
• • die zu übertragende elektrische Leistung hoch sein kann
• • elektrische Verluste und damit die lokale Wärmeentwicklung gering sind
• • die Drehwinkel und die Anzahl der Drehungen unbegrenzt sind
• • keine oder nur sehr geringe Drehmomente überwunden werden müssen
• • mehrere Drehkupplungen für mehrere Dreh- oder Schwenkachsen sequentiell eingebaut werden können
• Es können mehrere HF-Drehkupplungen auch mit abgewinkelten Rechteckhohlleiter-Zwischenstücken so hintereinander geschaltet werden, dass Drehungen in z. B. orthogonalen Freiheitsgraden möglich sind.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 bis 3 erläutert.
• 1 zeigt die symmetrische, axiale Drehkupplung im zusammengebauten Zustand ohne die äußere Drehlagerung (Doppelkugellager oder Gleitlager) des einen, bzw. Einspannung des anderen Kupplungsteils. Die linear polarisierten Mikrowellen können die Kupplung in beiden Richtungen durchlaufen. Die Drehkupplung ist an beiden Ports (Eingang 1a und Ausgang 1b oder umgekehrt) an die weiterführenden Hohlleiter (Wellenleiter) in hochfrequenzdichter Weise anzuschließen. 1 und 2 (Schnittzeichnung) sowie 2a (Explosionszeichnung der beiden zueinander symmetrischen Teile) zeigen die Elementen vom Eingang Richtung Ausgang gesehen, mit folgenden Funktionen:
• • ein, die Rechteckhohlleiter teilender „Septum-OMT” (Ortho-Mode Transducer (Orthogonal-Moden Transformator) (2)), der die linear polarisierten Wellen des Eingangshohlleiters (1) in gegenläufige zirkulare Wellen im zentralen Rundhohlleiter (3) umwandelt;
• • ein verlustarmer, stufenweise oder kontinuierlich ausgebildeter Übergang von Quadrat-Hohlleiter auf Rundhohlleiter (3),
• • ein elektrisch optimierter sog. „Choke” 3, der die elektrisch kontaktlose Teilung der beiden zueinander drehbaren Rundhohlleiterteile (ein Kupplungsteil ist fest eingespannt, der andere ist drehbar gelagert) ermöglicht, siehe auch (4) in 2 und 2a.
• • ein zweiter identischer Übergang vom runden auf quadratischen Querschnitt (3).
• • Der zweite identische „Septum-OMT” (2) bewirkt die Rücktransformation der zirkularen in lineare Wellen auf der Ausgangsseite, 2 und 2a.
• Die Geometrie aller o. g. Elemente muß für den konkreten Anwendungsfall und die spezifizierten Parameter und insbesondere die Frequenzbereiche ausgelegt und optimiert werden.

Claims (2)

1. Mikrowellen-Drehkupplung für Rechteckhohlleiter zur Führung/Leitung elektrischer Mikrowellen zwischen Hochfrequenzbauteilen (z. B. zwischen Antenne und Empfänger oder Sender), die sich relativ zueinander drehen, wobei • die in beiden Wellenausbreitungsrichtungen einsetzbare Drehkupplung (1) aus 2 zueinander symmetrischen, mechanisch relativ zueinander drehbaren, aber elektrisch berührungslosen Hälften besteht (2a). Jede Hälfte besteht aus: – einem 2-kanaligen Hohlleitereingang (1a) bzw. Hohlleiterausgang (1b), – einem Septum-Polarisator (2) (zur Wandlung linear polarisierter Wellen in zirkular polarisierte Wellen bzw. umgekehrt), – einem Hohlleiterübergang (3) von quadratischem (= 2 mal Rechteckquerschnitt) auf runden Querschnitt bzw. umgekehrt – je einem mit dem runden Querschnitt des Hohlleiterübergangs verbundenen Rundhohlleiterstück mit einer oder mehreren axialen Ringnuten (4a) bzw. mit einer oder mehreren axialen Ringfedern (4b) (Choke(Dieses Bauteil wird in der Mikrowellentechnik üblicherweise als „choke” bezeichnet (3).)). • eine der beiden Drehkupplungshälften fest eingebaut ist und die andere Hälfte drehbar, aber kippfrei gegenüber der feststehenden Hälfte so gelagert ist, dass die axiale Ringfeder der einen Kupplungshälfte elektrisch berührungslos in der axialen Ringnut der anderen Kupplungshälfte drehen kann.
2. Mikrowellen-Drehkupplung nach Anspruch 1 • Kann mit einer oder mehreren Drehkupplungen hintereinander geschaltet werden, um Drehungen in mehreren Achsen zu ermöglichen (z. B. Elevations- und Azimuth-Drehung einer Antenne)