-
Polarisations-Trennanordnung für entgegengesetzt zirkularpolarisierte
Mikrowellen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gleichzeitigen Auftrennung
einer elektrcmagnetischen Mikrowelle in ihre beiden zirkularpolarisierten Komponenten
mit entgegengesetztem Drehsinn.
-
Es ist bekannt, daß Strahlung von links- oder rechtszirkularer Polarisation
mit einer Antenne vom Typ einer Kreuzdipolantenne, die mit zwei orthogonalen Komponenten
mit +900 bzw. 900 Phasenunterschied gespeist wird, in deren axialer Richtung erzeugbar
ist.
-
Aus IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Septembar
1969, S. 726 - 727 "Three-Phase Separator for Circular Polarizai.iont' ist bereits
ein .ttikrovzellensystem bekannt, durch welches die direkte und gleichzeitige Messung
zweier zirkularpolarisierter Komponenten einer elektromagnetischen Mikrowelle ohne
vorherige Aufteilung in linearpolarisierte Komponenten möglich ist. Die Arbeitsweise
gleicht dabei derjenigen, die in der Starkstromtechnik bei Dreiphasen-Drehstromsystemen
gebräuchlich ist. Bei dieser bekannten Polarisations-Trenneinrichtung wird eine
Tripolantenne mit drei um 1200 versetzten Einzelstrahlern verwendet, die beispielsweise
im Empfangsfall über drei daran angeschlossene Koaxialleitungen an ein Trenn-Netzwerk
drei phasenmä3ig verschobene Ströme-geben. Liegt eine Zirkularpolarisation in einem
Drehsinn vor, so entsteht an einem Ausgang des Netzwerks ein Ausgangssignal, liegt
dagegen eine Zirkularpolarisation im entgegengesetzten Drehsinn vor, dann erfolgt
an einem zweiten Ausgang dieses Netzwerkes
die Abgabe eines husgangssignals.Das
Trenn-Netzwerk weis drei Hybrid-Richtungskoppler sowie vier Phasenschieber auf und
arbeitet aufgrund der Verwendung von Richtungskopplern mit großen Verlusten. Es
entstehen außerdem Kreuzverkopplungen, so daß auch bei ausschließlichem Auftreten
einer einzigen Zirkularpolarisation an demjenigen Ausgang des Netzwerkes,ein Signal
auftritt, aer eigentlich ausschließlich dann ein Signal abgeben soll, wenn eine
Kreuzpolarisation entgegengesetzten Drehsinn vorliegt. Wegen der*Verwendung einer
größeren Anzahl von Phasenschiebern ist das Trenn-Netzwerk außerdem relativ schmalbandig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur gleichzeitigen Auf
trennung einer elektromagnetischen Mikrowelle in ihre beiden zirkularpolarisierten
Komponenten mit entgegengesetztem Drehsinn zu schaffen, bei welcher die Nachteile
der bekannten Anordnung vermieden sind und sich gleichzeitig zwei voneinander unabhängige
Signale in zwei entgegengesetzten Zirkularpolarisations-Richtungen einwandfrei senden
oder empî2ngen lassen. Gemä3 der Erfindungwird dies erreicht durch zwei zu einem
Kreuzstrahler vereinigte, senkrecht zueinander stehende Einzelstrahler, an die leitungslängenmäßig
übereinstImmend jeweils ein Symmetrierglied mit seiner symmetrischer Seite angeschlossen
ist, und durch eine Summe-Differenz-Scha'-tung mit zwei Signalanschlüssen, einem
Summensignalanschluß und einem Dlff erenzs-ignalans chluß , deren einer Signalanschluß
unmittelbar über eine Leitung mit dem unsymmetrischen Anschluß des einen Symmetriergliedes
und dessen anderer Signalanschluß über eine gleich lange Leitung und zusätzlich
über einen 90°-Phasenschiebermit dem unsymmetrischen AnschluB des anderen Symmetriergliedes
verbunden ist, so daß am Summensignalanschluß und am Differenzsignalanschluß die
Signale für die beiden entgegengesetzt drehenden Zirkularpolarisations-Komponenten
vorliegen.
-
Die beiden Komponenten in Links- und Rechtszirkularpolarisation können
unabhängig von der Amplitude, der Phase oder der Frequenz innerhalb der Systembandbreite
moduliert werden. Sie dürfen auch dieselbe Prequenz und Amplitude, müssen aber verschiedene
konstanten Phasen haben. Wenn für diesen Fall mehrere solcher Antennen zu einer
Gruppe zusammengebaut werden, strahlt die Gruppe in zwei verschiedenen Richtungen
mit zueinander entgegengesetztem Polarisationsdrehsinn. Die sonst erforderliche
Verdopplung der Antennengruppe wird somit vermieden, so daß der Kostenaufwand erheblich
niedriger ausfällt. Eine elektronisch steuerbare Antennengruppe, welche nach diesem
Prinzip gebaut wird, ist in der Lage, in zwei verschiedenen Richtungen mit jeweils
entgegengesetzten Drehsinn aufweisenden Zirkularpolarisationen zu schwenk.
-
Die Rerkunft jedes Strahls wird dann durch den Polarisationsdrehsinn
erkannt. Beispielsweise wird dadurch die gleichzeitige Funkverbindung mit zwei Satelliten
ermöglicht, deren Signale rechts- bzw. linkszirkular polarisiert sind.
-
Die entgegengesetzte Polarisation kann z.B. auch als ein zusätzliches
Identifizierungsmittel eines Radarsignals benutzt werden, jedoch nur in einem Winkelbereich,
in dem vollkommene zirkulare Polarisation gegeben ist. Tritt elliptische Polarisation
auf und/oder ist eine große Kreuzpolarisationskomponente vorhanden, so wird die
Eindeutigkeit des empfangenen Signals vermindert.
-
Als Kreuzstrahler läßt sich zweckmäßig ein Kreuzdipol oder mit entsprechend
gutem Erfolg eine Kreuzschlitzantenne verwenden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von sechs Figuren
naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipschaltung zur Trennung von links-
und rechtszirkularer Polarisation,
Pig. 2 bis 5 besondere Beispiele
für die Zirkularpolarisationskomponenten, und Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer
Schaltung nach der Erfindung in gedruckter Technik.
-
In der Prinzipschaltung nach Fig. 1 ist ein aus zwei zueinander senkrecht
stehenden Einzelstrahlern 1 und 2, z.B. Dipolen oder Schlitzen, bestehender Kreuzstrahler
vorgesehen. An den horizontal liegenden Einzelstrahler 1 ist ein Symmetrierglied
3 und an den vertikal angeordneten Einzelstrahler 2 ein gleichartiges Symmetrierglied
4 jeweils mit seinem symmetrischen Eingang leitungslängenmä3ig gleich angeschlossen.
Die unsymmetrischen Anschlüsse der Symmetrierglieder 3 und 4 sind jeweils an einen
Signalanschluß einer Summe-Differenz-Schaltung 5 geführt, an deren Summenausgang#
ein linkszirkularpolarisiertes Summenkanal-Signal El und an deren Differenzausgang
# ein rechtszirkularpolarisiertes Differenzsignal E2 ansteht. Wesentlich bei der
dargestellten Trennschaltung ist, daß zwischen einem der beiden Symmetrierglieder
3 und 4 sowie der Summe-Dlfferenz-Schaltung 5, im Beispiel nach Fig. 1 zwischen
dem Symmetrierglied 4 und dem zugeordneten Signalanschluß der Summe-Differenz-Schaltung
5, ein 900 -Phasenschieber 6 eingeschaltet ist. Mit x und y sind die orthogonalen
Eoordinatenachsen-Richtungen und mit xAund yA die entsprechend gerichteten Einheitsvektoren
bezeichnet. Der Einzelstrahler 1 ist für horizontale Linearpolarisation a und der
Einzelstrahler 2 für vertikale Linearpolarisation b vorgesehen.
-
Das Signal in der Kreuzstrahlerantenne ist gegeben durch 1 (E1 + E2)
x + 1 2 (E1 + B2) x + å 2 (E1 - E2) y 1 LE1 (X A = 2 EEl x + j y) + E2 (x - j y
Das Summenkanal-Signal El wird in linkszirkularer Polarisation
und
das Differenzkanal-Signal E2 mit rechtszirkularer Polarisation gesendet. Sofern
die Bauelemente der dargestellten Polarisations-Trennschaltung reziprok sind, kann
mit der Anordnung sowohl empfangen als auch gesendet werden. Es ist dann jeweils
eine Duplexereinrichtung im Summen- und im Differenzkanal angeordnet, so daß sich
Strahlung in jeder der beiden entgegengesetzten Polarisationsdrehrichtungen senden
bzw. empfangen läßt.
-
Fig. 2 zeigt ein Beispiel1 in dem die rechtszirkulare Polarisationskomponente
E2 Null ist. Es wird dann nur mit der linkszirkularen Polarisationskcmponente El
übertragen.
-
Fig. 3 zeigt das entgegengesetzte Beispiel, d.h. die linkszirkulare
Polarisationskomponente El ist Null. Es wird dann nur mit der rechtszirkularen Polarisationskomponente
E2 übertragen.
-
Im Beispiel nach Fig. 4 ist das linkszirkulare Summenkanal-Signal
El æmplituden-, frequenz- und phasenmäßiggleich den rechtszirkularen Differenzkanal-Signal
E2, d.h. El = E2. Die Amplitude der Signale El und E2 ist mit A bezeichnet. Der
vertikal angeordnete Einzelstrahler 2 nach Fig. 1 wird aufgrund der Wirkung der
Summe-Differenz-Schaltung 5 nicht mehr angesteuert, da El - E2 = 0. Dagegen erhält
der horizontal gerichtete Einzelstrahler 1 die doppelte Amplitude 2A. Es wird omit
in diesem Beispiel eine Strahlung mit linearer Polarisation abgestrahlt bzw. empfangen,
die horizontal gerichtet ist Im Beispiel nach Fig. 5 ist das linkszirkulare Summenkanal-Signal
El amplituden- und frequenzmäßig ebenfalls gleich dem rechtszirkularen Differenzkanal-Signal
E2, jedoch phasenmäßig entgegengesetzt, d.h. Dl =-32. Die Amplitude der Signale
El und E2 ist ebenfalls mit A bezeichnet. Der horizontal angeordnete Einzelstrahler
1 nach Fig.l wird aufgrund der Wirkun
-gder Summe-Differenz-Schaltung
5 hierbei nicht angesteuert, da El + E2 = 0. Dagegen erhält der vertikal gerichtete
Einzelstrahler 2 die doppelte Amplitude 2A. In dieseuf eispiel wird somit ebenfalls
eine Strahlung mit linearer Polarisation abgestrahlt bzw. empfangen, die jedoch
vertikal gerichtet ist.
-
Fig. 6 zeigt ein einfaches Äusführungsbeispiel der Erfindung in gedruckter
Schaltungstechnik mit kompaktem Aufbau, wobei der Kostenaufwand aufgrund gewisser
Bandbreiteneinbußen niedrig gehalten werden kamin. Der Kreuzstrahler besteht aus
zwei zueinander senkrecht stehenden Dipolen 7 und 8 in Streifenleitungstechnik,
die auf eine dielektrische Platte 9 aufgebracht sind. Die gesamte Trennschaltung
ist auf eine andere dielektrische Platte iO gedruckt. Die mit den Antennendipolen
7 und 8 über symmetrische Leitungen 21, 22 verbundenen Symmetrierglieder sind als
Ringgabeln 11 und 12 ausgebildet.
-
Ebenso ist die Summe-Differen-z-Schaltung eine Ringgabel 13.
-
Der 90°-Phasenschieber besteht aus einer einfachen Umwegleitung 14.
Von Bedeutung ist, daß die Leitungslängen zwischen den beiden Dipolen 7 bzw. 8 über
die Ringgabeln 11 bzw. 12 bis zur Summe-Differenzrlnggabel 13, abgesehen von der
900 Umwegleitung 14 zwischen den Ringgabeln- 12 und 13, gleich sind. Die in den
Ringgabeln 11 und 12 reflektierte Energie wird ohne Schwierigkeiten in einem vierten
Kanal 15, 16 dieser Ringgabeln 11 und 12 absorbiert. Am Summenanschluß 17 der Summe-Differenzringgabel
13 ergibt sich die Summe der an den Anschlüssen 19 und 20 anstehenden Signale, während
am Differenzanschluß 18 der Summe-Differenzringgabel 13 die Differenz der an den
Anschlüssen 19 und 20 anstehenden Signale vorliegt.
-
Die Bandbreite läßt sich erhöhen, wenn die 900 Umwegleitung durch
einen Ohasensenieber ersetzt wird, vrie er in dem Aufsatz "A New Class of Broad-Band
Microwave 90-Degree Phase Shifters" von B.M.Schiffman in IRE-Transactions MTT-6,
April
1958 S. 232-237 beschrieben ist. Durch ein magisches T herkömmlicher Bauart läßt
sich auch die Summe-Diffe-renzringleitung zur Bandbreitenerhöilung ersetzen. Die
Symmetrierglieder können z.B. in vorteilhafter Weise nach Bawer und Wolfe "A Printed
Circuit Balun for Use with Spiral Antennas", IRE Trans. MTT 8 (1960) Seiten 319-325
oder nach Duncan 't100 : 1 Bandwidth Balun Transformer", IRE Proceedings (Febr.1960),
Seiten 156-164, in Streifenleitungs- oder Koaxialleitungsform angefertigt werden.
Man erhält dann eine noch größere Frequenzbandbreite, jedoch unter Inkaufnahme von
höherem Gewicht, Volumen und Preis.
-
Andere Modifikationen des gleichen Prinzips sind durch Verwen-, dung
von aus Ferritmaterial bestehenden Summe-Differenz-Schaltungen und Phasenschiebern
möglich.
-
9 Patentansprüche 6 Figuren