DE2055443A1

DE2055443A1 - Polarisationswandler fur Mikrowellen

Info

Publication number: DE2055443A1
Application number: DE19702055443
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing 7140 Ludwigsburg P Morz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1970-11-11
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1376186A; CA967647A; US3758882A; DE2055443C3; FR2113962A1; DE2055443B2; FR2113962B1

Description

Licentia-Patent-Verual tungv-iirnbll PT-BK/Thn/raa

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Polarisationswandler tür Mikrowellen

In dor vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Polarisationswandler für- Mikrowellen, wobei eine linear polarisierte WeLIe in einen Hohlleiter eingespeist wird. ™

Polarisationswandler werden in der MikroweJlentechnik meist dazu verwendet, eine linear polarisierte Welle in eine elliptisch oder zirkulär polarisierte WeLLe umzuwandeln. Gleichermassen ist eine Rückwand lung möglich. Technisch besonders wichtig ist der Fall der Erzeugung von zirkulär polarisierten Wellen· Sie werden vor aLlein in der Radartechnik und bei der Nachrichtenübertragung mittels Errisatel Ii ten verwendet.

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Ein« zirkulär polarisierte Welle lasst sieb au· swei orthogonalen Welten gleicher Amplitude und einer Phasendifferenz von 90 darslellen. »ei den meisten heute gebräuchlichen Zirkularpolaiisiit.oien Korden zwei orthogonale Wellen gleicher Phase in einen doppelt nolarisierbaren Hohlleiter eingfopeigt. Mittels einer· Verzogerungsstruktur innerhalb des Hohlleiters wird dann eine I'oiiweUe um 90 verzögert, um diese Phase» η (J if ferenz zu erzeuge». Diese Anordnungen haben alle den Nachteil, dass ein Bauteil zur Aufspaltung einer linear polarisierten Weile in zwei orthogonale Wellen erforderlich ist. Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, die den Aufwand zur Umwandlung der Polarisation mindern.

ErIinaungsgemasä wird vorgeschlagen, dass der Polarisationswandler aus einem Hohlleiter besteht, der nur zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen zulässt und mit wellenkoppeLnden Mitteln ausgerüstet ist. Solche Hohlleiter, die zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen zulassen, haben entweder quadratischen oder kreuzförmigen Querschnitt oder auch Längsstege an ihren Innenwänden.

Eine Polarisation in einem Hohlleiter kann mit konzentrierten Koppelelementen, wie Koppelstiften, \/k- Topfkreisen, auf einer in der Achse des Hohlleiters drehbaren Welle angeordne ten Koppelstiften oder dem Hohlleiter senkrecht zur Achse des

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Hohlleiters stehenden, dielektrischen Koppeletiften vorgenonaen werden. Auch diagonal angeordnete Koppelblenden verschiedener Formgebung je nach Anl'orcierung bewirken eine Polarieation·- wandlung. Verteilte, wt>lir-nkoppelnde Mittel bestehen au» Stegen, die an der Innenkante des Hohlleiters angeordnet sind. Der Hohlleiter selbst, m seiner Koppellänge rautenförmig vprionnt, wirkt als Polarisationswandler. Auch eine diagonal angeordnete dielektrische PLatte, insbesondere wenn { sie schwalbenschwanz^örnii Kt; Aussparungen an ihren diagonal verJ aufenden Seiten aufweist, wirkt als Polarisationswandler.

Die Theorie der Riehtkoppler besagt, dass bei der Verkopplung zweier Wellen mit gLeicher Phnsenknnstante zwischen erregender und gekoppelter Welle unter bestimmten Voraussetzungen eine Phasendifferenz von 90 besteht. Wendet man nun dieses Koppelprinzip auf einen doppelt polariaierbaren Hohlleiter an, der nur zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen zulässt, g so kann man bei Einspeisung einer linear polarisierten Welle und einer vorhandenen Koppeldämpfung von 3 dB in einfacher Weise eine zirkuläre Welle erzeugen. Jede Koppel dämpfung a fi 3 dB und J 0 dB erzeugt dann eine elliptisch polarisierte Welle, deren Achsenvorhältni« in einfacher Weise aus Jtoppeldämpfung berechnet werden kann. Eine Koppeldämpfung von 0 dB hat wiederum ««ine linear polarisierte Welle zur Folge, die gegenüber der eingespeisten Welle räumlich um 90° gedreht ist. Diese Anordnung entspricht einem 90 -Polarisationsdreher für

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doppelt polarisierte Hohlleiter, das damit auf einfachste Weise realisierbar'wird und auf andere Weise nur sü.t erheblich mehr Aufwand darstellbar ist.

Die Verkoppiung der beiden Wellen im Polarisationswandler kann längs des PoJarisatürs verteilt oder an konzentrierten Stellen erfolgen. Unter verteilten Kopplungen ist zu verstehen, wenn die Kopplung über einen längeren Hohlleiterabschnitt erfolgt, vergleLchbar einem Sch Iitzkoppler. Hierbei unterscheidet man zusätzlich eine über diese Länge konstanten Verteilung im Gegensatz zu einer funktionell verteilten Kopplung, die so auegebildet ist, das.« am Anfang der Koppellänge eine kleine Verkoppiung vorgenommen wird, die bis zu einem Maximum in der Mitte der Koppel länge an anwächst und zum Ende hin wieder verringert wird (Taperung). Diese letztere hat gegenüber der konstanten KoppLung den Vorteil, dass bessere Richteigenschalten und Anpassungen erreicht werden können. Diese Taperung der Kopplung kann nun auch für konzentrierte Koppelelemente angewendet werden, wobei vorzugsweise ein Abstand von λ /^ zwischen den einzelnen Koppelelement en gewählt werden sollte. Die Koppe !.anordnung wird zweckmässigerweise so ausgebildet, dass die gekoppelte Welle im'wesentlichen nur eine verlaufende Komponente aufweist.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an einigen Anordnungsbeiapiel en näher erläutert werden.

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Es zeigen

die Fig. 1 einige Querschnittformen von Hohlleitern,

die FiR. 2 einige Hohlleiterquerschnitt· mit konzentrier ten Koppelelementen,

die Fig. 3 (a-c) einige Hohlleiterquerschnitte mit Koppelblenden,

die Fig. 3 (d) einen Hohlleiter im Längsschnitt mit ange- g ordneten Blenden,

dxe Fig. k einige Hohl 1 eiterquerechnitte mit stetig verteilten Kopplungen,

die Fig. 5 (a) einen Hohl J eiterquerschnitt mit eingelegter dielektrischer Platte und

die Fig. $ (b) die Formgebung exner dielektrischen Platte.

Verschiedene Quer.schni t tsl'onneri von Hohlleitern sind in der Fig. 1 dargestellt. Es sind solche Hohlleiter, in denen nur zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen existenziahig sind. Die.*^ tril/t i'iir den quadratischen, gemäss Fig. (a) und den kreuzlörinigen Hohlleiter, gemäss Fig. 1 (b) zu. Abgewandelte Formen sind in der Fig. 1 (c), einem quadratischen Hohlleiter mit Längsstegen und in der Fig. 1 (d) ein
Rundhohlleiter mit Längsstegen, so dass ein kreuzförmiger Hohlleiter entsteht, wiedergegeben.

Die meisten nachfolgend beschriebenen Koppelprinzipien eignen sich für alle derartigen Hohlleiter; sie werden jedoch

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nur am Beispiel dos quadratischen Hohlleiters erläutert. Die Koppel anordnungen müssen so dem Hohlleiter angepasst sein, dans für beide Polarisationen gleiche Ausbreitungs- «igenschal'ten entstehen. Dies ist dann der Fall, wenn die Kopplung unter '*5 zu den Polarisationsrichtungen erfolgt.

Ausführungsformen konzentrierter Koppel el entente sind in der Fig. 2 (a-d) dargestellt. Dir Fig. 2 (a) zeigt Koppelstifte, die doppelseitig geordnet sind. Die doppelseitige Anordnung eignet sich besonders für übermodiert betriebene Hohlleiter. Unter übcrmod«iiertcn Hohlleitern sind solche Hohlleiter zu verstehen, in denen nicht nur ein Wellentyp existent ist, sondern die mehrere Moden oder auch Typen zulassen. Bei solchen Hohlleitern sind die Koppe L elemente beidseitig diagonal anzuordnen, während bei Hohlleitern mit eindeutigem Betrieb, also einmodig, nur Koppelelemente diagonal in einer Ecke erforderlich sind.

Dünne Koppelstifte wirken im wesentlichen kapazitiv. Die Koppeldämpfuug sinkt mit wachsender Frequenz. Dicke, kurze Stifte wirken hauptsächlich induktiv. Die Koppeldämpfung steigt mit wachsender Frequenz. Die Eintauchtiefe s der Stifte muss <λ/Ί sein. Bei geeigneter Wahl der Stiftstärke und Eintauchtiefe lässt sich ein Frequenzverhalten der Koppeldämpfung erreichen, das zu einer bestimmten Frequenz annähernd symmetrisch verläuft. Soll eine Polarisationswandlung nur sehr

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schnalbandig erfolgen, können die Stifte in Form von λ/%-Topfkreisen (T) ausgeführt werden, die nur schwach angekoppelt sind, wie sie in der Fj^. 2 (b) dargestellt sind.

Die elektrischen Koppelstiite gemass Fig. 2 (c) zeigen ein ähnliches Verhalten wie metallische, jedoch ohne Resonanzgefahr. Selbstverständlich können Koppelstifte auch ver-

stellbar (z.B. in Form Von Gewindestiften) ausgeführt sein, so dass die Koppcldarnpfung über einen sehr grossen Bereich variiert werden kann. Auch Lässt sich hiermit ein sehr genauer Abgleich erzielen. Eine sehr schnelle Variation der Koppeldämpfung erreicht man durch gleichzeitiges Bewegen aller Koppelstifte. In der Fig. 2 (d) sind die Koppelstifte zentral auf einer axial drehbaren Welle im Hohlleiter angeordnet. Für α = 45 ergibt sich maximale Polarisationswandlung; für α = ο tritt keine Polarisationswandlung mehr auf. Selbstverständlich kann die Variation auch anders bewirkt wer- ä den z.B. durch eine mechanische Vorrichtung, die eine gemeinsame Variation der Eintauchtiefe der Koppelstifte gestattet.

Blenden nach der Fig. 3 (a und b), ein- oder beidseitig angeordnet, koppeln vorwiegend induktiv, d.h. die Koppeldämpfung steigt mit wachsender Frequenz. Mit Blenden nach Fig. 3 (c) kann in einem bestimmten Frequenzbereich durch Wahl des Winkels α ein weitgehend frequenzsymmetrisches Koppelverhalten erzielt werden.

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Der Längeschnitt eines mit Blenden versehenen Hohlleiter· ist in der Fig. 3 (d) wiedergegeben. Es soll damit angedeutet werden, dass die Blenden in dem Polarisationswandler in etwa λ/Ί-Abstand angeordnet sind.

Durch Deformation des Hohlleiters erreicht man eine stetig verteilte Kopplung. Die Koppeldämpfung steigt mit wachsen-Ψ der Frequenz. Der wichtigste Fall ist die rautenförmige Deformation, dip in Fig. k (a) gezeichnet ist.

Ähnlich wie bei den beschriebenen Koppelstiften und Koppelblenden wirken dünne Stege nach der Fig. k (b) kapazitiv. Stege nach Fig. k (c) wirken vorwiegend induktiv. Anordnung nach Fig. 't (d) haben je nach gewähltem Winkel <* zu einer bestimmten Frequenz ein symmetrisches Koppelverhalten und sind besonders breitbandig. Eine dielektrische Platte in fc der Diagonfil ebene gemäss der Fig. 5 (a) , die zweckmässigerweiee an den Enden schwalbenschwanzförmig getapert ist, wirkt vorzugsweise kapazitiv. Ihre Form ist aus der Fig. 5 (b) BU entnehmen.

Besonders vorteilhafte Eigenschaften ergeben sich, wenn man zwei Koppelprinzipien mit gegenläufigem Frequenzverhalten kombiniert. Man erhalt dann besonders gute Breitbandeigen-•chaften. Auch ist es zudem zweckmassig, eine der beiden Komponenten abgleichbar zu gestalten, z.B. eine Kombina-

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tion von kapazitiven Koppelstiften, die als Gewindestift ausgeführt sind, mit induktiven Festgliedern zu versehen (induktive Blenden, induktiver Steg, deformierter Hohlleiter).

Daraus erkennt man, dass die Anwendung des Erfindungegedankens sehr vielseitig ist und sich auch die einzelnen Ausführungsformen kombinieren lassen, woraus sich Eigenschaften i ergeben, die vielseitigen Anforderungen angepasst werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Polarisationswandler fur Mikrowellen, wobei «ine linear polarisierte Volle in einen Hohlleiter eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationswandler aus einem Hohlleiter besteht, der nur zwei voneinander unabhängige, orthogonale We Lien zulässt und mit wellen-

koppelnden Mitteln ausgerüstet ist.

2. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HoIiI Leiter quadratischen Querschnitt (Fig. la) hat.

3· Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dor Hohlleiter kreuzförmigen Querschnitt (Fig. Ib) hat.

k. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _} dass der Hohlleiter an seinen Innenwänden in Längsrichtung ötege (Fig. Ic) aufweist.

5. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter runden Querschnitt hat und an seiner Innenwand mit Längsstegen versehen ist, so dass ein kreuzförmiger Querschnitt (Fig. Id) entsteht.

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6. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlini tor mit konzentrierten, wellenkoppelnden Mitteln versehen ist (Fig. 2).

7. Polarisationswandl er flach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittal aus Koppe Is tüten bestehen (Fig. 2a).

8. Polarisationswandlor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- " net, dass die Mittel aus λ/'t-Topfkreiaen bestehen (Fig. 2b).

9. Polarisationswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte L aus einem nicht senkrecht auf einer
Seite aber senkrecht zur Achse des Hohlleiters stehenden,
dielektrischen Koppelstiften bestehen (Fig. 2c).

10. Polarisationswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitiel aus οinein axial drehbaren und in einem | vorbestimmten Winkel zur Langsachse des Hohlleiters angeordneten Koppel stift bestehen (Fig. 2d).

11. Polarisationswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus diagonal angeordneten Koppelblenden bestehen (Fig. 3).

12. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneg, dass der Hohlleiter mit verteilten, weilenkoppelnden

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Mitteln versehen ist (Fig. '*).

13· Polarisationswandler noch Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus mindestens einem in einer Innenkante des Hohlleiters angeordneten Koppelsteg (Fig. *»b-d) besteht.

\k. Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter in seiner Koppellänge rautenförmig verfornit ist (Fig. ^»a).

15· Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter eine dielektrische, in der Diagonalebene angeordnete Platte aufweist (Fig. 5a)·

l6. Polarisationswandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte an mindestens einer diagonal verlaufen-■ den Seite eine schwaJ benschwanzförnjige Aussparung hat (Fig. 5b)

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