DE2055443C3

DE2055443C3 - Polarisationswandler für Mikrowellen

Info

Publication number: DE2055443C3
Application number: DE2055443A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Moerz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1970-11-11
Filing date: 1970-11-11
Publication date: 1982-02-25
Also published as: FR2113962A1; CA967647A; US3758882A; DE2055443A1; FR2113962B1; DE2055443B2; GB1376186A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polarisationswandler zur Umwandlung eint. linear polarisierten Welle in eine zirkulär polarisierte, bestehend aus einem Hohlleiter mit ebenen Begrenzungsflächen, in dem sich zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen ausbreiten können, wobei in einer Kante des Hohlleiters ein auf einer Diagonale liegendes und unter einem Winkel von 45° zur Polarisationsebene einer in den Hohlleiter eingespeisten linear polarisierten Well» ausgerichtetes. Element angeordnet ist, das eine ^"-Phasenverschiebung zwischen den zwei orthogonalen Komponenten der eingespeisten Welle bewirkt.

Polarisationswandler werden in der Mikrowellentechnik meist dazu verwendet, eine linear polarisierte Welle in eine elliptisch oder zirkulär polarisierte Welle umzuwandeln. Gleichermaßen ist eine Rückwandlung möglich. Technisch besonders wichtig ist der Fall der Erzeugung von zirkulär polarisierten Wellen. Sie werden vor allem in der Radartechnik und bei der Nachrichtenübertragung mittels Erdsatelliten verwendet.

Eine zirkulär polarisierte Welle läßt sich aus zwei orthogonalen Wellen gleicher Amplitude und einer Phasendifferenz von 90° darstellen. Bei den meisten heute gebräuchlichen Zirkularpolarisatoren werden zwei orthogonale Wellen gleicher Phase in einen doppelt polarisierbaren Hohlleiter eingespeist. Mittels einer Verzögerungsstruktur innerhalb des Hohlleiters wird dann eine Teilwelle um 90° verzögert,, um diese Phasendifferenz zu erzeugen.

In der US-PS 29 75 383 ist ein Polarisationswandler beschrieben, der eine in einem Rechleckhohlleiter ankommende Welle durch einen folgenden, mit diagonal angeordneten Stiften versehenen kreuzförmig ausgebildeten Hohlleiterabschnitt kurzer Länge in ihrer Polarisationsebene um 90° dreht und in einem gegen den Eingangshohlleiter um 90° verdrehten folgenden Rechteckhohlleiter weiterleitet. Diese Anordnung dient nicht dazu, eine linear polarisierte Welle in eine zirkulär polarisierte umzuwandeln. Denn es fehlen die Mittel, um die linear polarisierte Welle in zwei orthogonale Komponenten aufzuspalten und zwischen diesen beiden Komponenten eine 90°-Phasenverschiebung zu bewirken.

ίο Aus der US-PS 29 42 261 ist ein Zirkularpolarisator bekannt, bei dem die Aufteilung in orthogonale Komponenten und die Phasenverschiebung durch vier Stege in den Hohlleiterabschnitten geschieht. Der Einspeiseabschnitt ist gegenüber den anderen beiden Hohlleiterabschnitten so verdreht, daß die linear polarisierte Welle durch ihre Lage zu den Stegen in eine zirkuläre Welle umgewandelt wird. Der gesamte Zirkulator besitzt eine große Baulänge und eine mechanisch aufwendige Struktur. Die Form und Anordnung der Stege gewährleistet kein optimales Breitbandverhalten des Zirkuiarpolarisators.

Weiter werden in der US-PS 34 35 380 Polarisationswandler für Mikrowellen beschrieben, bei denen die Drehung der Polarisationsebene einer Welle durch Umwegleiiungen außerhalb des Hohlleiters durchgeführt wird. Solche Umwegleitungen sind aufwendig und teuer, und der für solche Bauelemente aufwendige Raum ist bei der heutigen gedrängten Bauweise nicht vertretbar.

JO Die GB-PS 6 41 227 betrifft Phasendrehglieder für Mikrowellen, bei denen phasendrehende Mittel in einen Hohlleiter eingebracht sind. Eine Drehung der Polarisationsebene kann aber nur stattfinden, wenn in dem betreffenden Hohlleiter zwei orthogonale, linear polarisierte Wellen existent sind, was bei der durch diese Patentschrift bekannten Anordnung nicht der Fall ist.

In der Zeitschrift »Frequenz«, April 1962, Nr. 4. S. 117 bis 120, wird eine Polarisationswandlung in Wellenleitern beschrieben, die durch dielekt, !"ehe Einsätze oder Verformung der Wellenleiter bewirkt wird. In einem quadratischen Wellenleiter ist z. B. ein dielektrischer Einsatz in Form einer Platte beschrieben, der von Wandmitte zu Wandmitte angeordnet ist.

In der DE-OS 14 66 365 ist ein Polarisationswandler beschrieben, der in einem Rundhohlleiter angeordnet ist und eine dielektrische Einlage in Form einer Platte hat und in seinem Querschnitt elliptisch verquetscht worden ist.

Aus der GB-PS ö 63 889 geht ein Zirkularpolarisator hervor, der aus einem Quadrathohlleiter mit einem in einer Kante angeordneten Element in Form eines Steges besteht. Der hier benutzte Quadrathohlleiter läßt nur die Ausbreitung der Grundwellentypen zu. Es wird heute aber häufig von einem Hohlleiter eine größere Bandbreite verlangt, so daß in ihm auch unerwünschte Wellentypen höherer Ordnung existenzfähig sind (mehrmodiger Hohlleiter). Gerade ein unsymmetrisch angeordnetes Koppelelement, wie es aus der GB-PS 6 63 889 bekannt ist, würde in einem mehrmodigen Hohlleiter eine Anregung von unerwünschten höheren Wellentypen höherer Ordnung bewirken. Außerdem besitzt der hier verwendete schmale Steg lediglich eine kapazitive Wirkung, Damit allein läßt sich kein optimal breitbandiger Zirkularpolarisator mit einer zu einer

bestimmten Frequenz symmetrischen Übertragungsfunktion erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Polarisationswandler der eingangs genannten Art

anzugeben, dessen phasendrehende Elemente dergestalt sind, daß er ein sehr breitbandiges Übertragungsverhalten besitzt

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs I angegeben.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung können den Unteransprürhen entnommen werden.

Die Theorie der Richtkoppler besagt, daß bei der Verkopplung zweier Wellen mit gleicher Phasenkonstante zwischen erregender und gekoppelter Welle unter bestimmten Voraussetzungen eine Phasendifferenz von 90° besteht Wendet man nun dieses Koppelprinzip auf einen doppelt polarisierbaren Hohlleiter an, in dem sich zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen ausbreiten können, so kann man bei Einspeisung einer linear polarisierten Welle und einer vorhandenen Koppeldämpfung von 0 dB in einfacher Weise eine zirkuläre Welle erzeugen. Jede Koppeldämpfung «^OdB erzeugt dann eine elliptisch polarisierte Welle, deren Achsenverhältnis in einfacher Weise aus der Koppeldämpfung berechnet werden kann. Eine Koppeldämpfung von OdB hat wiederum eine linear polarisierte Welle zur Folge, die gegenüber der eingespeisten Welle räumlich um 90° gedreht ist.

Die Verkopplung der beiden Wellen im Polarisationswandler kann längs des Polarisators verteilt oder an mehreren konzentrierten Stellen erfolgen. Unter verteilten Kopplungen ist zu verstehen, wenn die Kopplung über einen längeren Hohlleiterabschnitt erfolgt, vergleichbar einem Lang-Schliizkoppler. Hierbei unterscheidet man zusätzlich eine über diese Länge konstante Verteilung im Gegensatz zu einer funktionell verteilten Kopplung, die so ausgebildet ist, daß am Anfang der Koppellänge eine kleine Verkopplung vorgenommen wird, die bis zu einem Maximum in der Mitte der Koppellänge anwächst und zum Ende hin wieder verringert wird (Taperung). Diese letztere hat gegenüber der konstanten Kopplung den Vorteil, daß bessere Anpassungen erreicht werden können. Diese Taperung der Kopplung kann nun auch für konzentrierte Koppelelemente angewendet werden, wobei vorzugsweise ein Abstand von λ/4 zwischen den einzelnen Koppelelementen gewählt werden sollte. Die Koppelanordnung wird zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß die gekoppelte Welle im wesentlichen nur eine vorlaufende Komponente aufweist.
Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einige Querschnittsformen von Hohlleitern,

Fig.2a und 2b einige Hohlleiterquerschnitte mit Blenden,

Fig. 2c einen Hohlleiter im Längsschnitt mit darin angeordneten Blenden und

F i g. 3 einige Hohlleiterquerschnitte mit Stegen.

Verschiedene Querschnittsformen von Hohlleitern sind in der Fi g. 1 dargestellt. Es sind solche Hohlleiter, in denen sich nur zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen ausbreiten. Dies trifft für den quadratischen, gemäß Fig. la, den kreuzförmigen, gemäß Fig. Ib, und den quadratischen Hohlleiter mit Längsstegen, gemäß Fig. la, den kreuzförmigen, gemäß Fig. Ib, und den quadratischen Hohlleiter mit Längsstegen,gemäß F i g. Ic, zu.

Die nachfolgend beschriebenen Prinzipien eignen sich für alle derartigen Hohlleiter, sie werden jedoch nur am Beispiel des quadratischen Höh Liters erläutert Die Anordnungen miissen so dem Hohlleiter angepaßt sein, daß für beide Polarisationen gleiche Ausbreitungseigenschaften entstehen. Dies ist dann der Fall, wenn die phasendrehenden Elemente unter 45° zu den Polarisationsrchtungen w.'rken.

Diese symmetrische Anordnung der Elemente, welche in den auf einer Hohlleiterdiagonalen liegenden Kanten angeordnet sind, verhindert die Anregung von unerwünschten, die Bandbreite des Poiarisators einschränkenden Wellentypen höherer Ordnung.

Blenden nach der Fig.2a wirken vorwiegend induktiv, d. h„ die Dämpfung steigt mit wachsender Frequenz. Mit Blenden nach F i g. 2b kann in einem bestimmten Frequenzbereich durch Wahl des Winkels λ, der die Aufweitung der Blenden in Richtung der Hohlleiterkanten wiedergibt, ein weitgehend frequenzsymmetrisches Verhalten erzielt werden.

Der Längsschnitt eines mit Blenden versehenen Hohlleiters ist in der F i g. 2c wiedergegeben. Es soll damit angedeutet werden, daß die Blenden in dem Polarisationswandler im Abstand von etwa λ/4 zueinander angeordnet sind.

Ähnlich wie bei den beschriebenen Blenden wirken Stege nach der F i g. 3a vorwiegend induktiv. Flemente nach F i g. 3b haben je nach gewähltem Winkel <x zu einer bestimmten Frequenz ein symmetrisches Verhalten und sind besonders breitbandig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Polarisationswandler zur Umwandlung einer linear polarisierten Welle in eine zirkulär polarisierte, bestehend aus einem Hohlleiter mit ebenen Begrenzungsflächen, in dem sich zwei voneinander unabhängige, orthogonale Wellen ausbreiten können, wobei in einer Kante des Hohlleiters ein auf einer Diagonale liegendes und unter einem Winkel von 45° zur Polarisationsebene einer in den Hohlleiter eingespeisten linear polarisierten Welle ausgerichtetes, Element angeordnet ist, das eine 90° Phasenverschiebung zwischen den zwei orthogonalen Komponenten der eingespeisten Welle bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Element in Richtung der Hohlleiterkante unter einem Winkel 0° <«< 180° derart aufweitet, daß ein zu der Betriebsfrequenz symmetrisches Verhalten erreicht u'.rd, und daß in der auf der Diagonalen gegenüberliegenden Hohlleiterkante ein weiteres, dem ersten gleichgestaltetes Mittel angeordnet ist.

2. Polarisationswandler nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß beide Elemente aus mehreren im Abstand von λ/4 hintereinander angeordneten Blenden bestehen.

3. Polarisationswandler nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich beide Elemente in Form von Stegen entlang der Hohlleiterkanten erstrecken.