DE2315241B2

DE2315241B2 - Einrichtung in einem Mikrowellen-Funkübertragungssystem

Info

Publication number: DE2315241B2
Application number: DE19732315241
Authority: DE
Inventors: Jean Dr.-Ing. 8000 Muenchen Gobert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1973-03-27
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2315241A1; DE2315241C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung in einem Mikrowellen-Funkübertragungssystem zum Empfang bzw. zur Abstrahlung zweier unabhängig voneinander modulierter Signale mit zwei unterschiedli-

>n chen Drehsinn aufweisenden zirkularpolarisierten Wellen.

Es ist bekannt, daß Strahlung von links- oder rechtszirkularer Polarisation mit einer Antenne vom Typ einer Kreuzdipolantenne, die mit zwei orthogona-

2i len Komponenten mit +90° bzw. -90° Phasenunterschied gespeist wird, in deren axialer Richtung erzeugbar ist

Aus IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, September 1969, S. 726-727 »Three-Phase

jo Separator for Circular Polarization« ist bereits ein Mikrowellensystem bekannt, durch welches die direkte und gleichzeitige Messung zweier zirkularpolarisierter Komponenten einer elektromagnetischen Mikrowelle ohne vorherige Aufteilung in linearpolarisierte Kompo-

J-) nenten 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 120° veisetzten Einzelstrah-

Ki lern verwendet, die beispielsweise im Empfangsfall über drei daran angeschlossene Koaxialleitungen an ein Trenn-Netzwerk drei phasenmäßig verschobene Ströme geben. Liegt eine Zirkularpolarisation in einem Drehsinn vor, so entsteht an einem ersten Ausgang des

j-, Netzwerks ein Ausgangssignal, liegt dagegen eine Zirkularpolarisation im entgegengesetzten Drehsinn vor, dann erfolgt an einem zweiten Ausgang dieses Netzwerkes die Abgabe eines Ausgangssignals. Das Trenn-Netzwerk weist drei Hyb. id-Richtungskoppler

Vi sowie vier Phasenschieber auf und arbeitet aufgrund der Verwendung von Richtungskopplern mit großen Verlu-Sien. Es entstehen außerdem Kreuzverkopplungen, so daß auch bei ausschließlichem Auftreten einer einzigen Zirkularpolarisation an demjenigen Ausgang des

-,-ι Netzwerkes ein Signal auftritt, der eigentlich ausschließlich dann ein Signal abgeben soll, wenn eine Kreuzpolarisation entgegengesetzten Drehsinns vorliegt. Wegen der Verwendung einer größeren Anzahl von Phasenschiebern ist das Trennetzwcrk außerdem

mi relativ schmalbandig.

Aus der FR-PS 15 85 036 ist ein Antennensystem zum Empfang von Satellitenaussendungen bekannt, wobei zur Aufnahme der beiden verschiedenen Zirkularpolarisationen das Einschalten zweier verschiedener Lei-

,-, tungslängen in die Zuleitung zum Summen-Signaleingang eines Hybrids erforderlich ist, welches an zwei zueinander kreuzpolarisierten Antennen liegt. Es lassen sich somit mit dieser Anordnung nicht gleichzeitig zwei

unabhängige Signale mit entgegengesetzten Zirkularpolarisationen abstrahlen oder empfangen.

Ein Polarisationswähler für Funkwellen, der aber auch nur jeweils die Abstrahlung eines einzigen Signals mit einer bestimmten Polarisation gestattet, ist aus der DE-OS 21 09 638 bekannt

Aus der Zeitschrift »NTZ«, 1964, Heft 3, Seiten 137-141 ist eine Anordnung zum Trennen elektromagnetischer Mik/owellenschwingungen, die durch Oberlagerung zweier in x- bzw. ^Richtung linear polarisierter Schwingungen darstellbar sind, in ihre beiden zirkuiar polarisierten Komponenten mit entgegenge setztem Drehsinn bekannt Hierbei wird eine zwei Signalzuführungsanschlüsse sowie einen Summen- und einen Differenzsignalanschluß aufweisende Summe-Differenz-Schaltung verwendet deren einem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der linear in χ-Richtung polarisierten Schwingungen entsprechendes Signal und deren anderem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der linear in y-Richtung polarisierten Schwingung entsprechendes Signal über einen 90°-Phasenschieber zugeführt wird und an deren Summen- bzw. Differenzsignalanschluß die beiden zirkulär polarisierten Signalkomponenten liegen. Diese bekannte Schaltung dient der Messung und der Anzeige der Kenngrößen der jeweils vorliegenden Polarisation. Mit dieser bekannten Anordnung können allerdings für Kommunikationszwecke nicht zwei getrennte Kanäle zur Verfügung gestellt werden, wobei schon das der Anordnung zur Auftrennung zugeführte Mikrowellensignal zwei voneinander unabhängig modulierte Komponenten enthält

Eine Zweikanal-Übertragung mit zwei unterschiedlichen Drehsinn aufweisenden zirkularpolarisierten Wellen zum Zwecke einer Satellitenverbindung ist aus der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE«, Band 57, Heft 12, Seiten 2179 und 2180 bekannt. Dabei ist für jede Polarisationsart eine eigene Antenne vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die es gestattet, den Antennenaufwand im Rahmen eines Mikrowellen-Funkübertragungssystems, bei welchem zwei unabhängig voneinander modulierte Signale mit zwei gegensinnig zirkularpolarisierten elektromagnetischen Wellen empfangen bzw. abgestrahlt werden, herabzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines einzigen Antennensystems, bestehend aus zwei symmetrischen, dipolartigcn und daher linear polarisierten Einzelstrahlern in Form eines Kreuzstrahlers, und einer an sich bekannten Anordnung zur Auftrennung elektromagnetischer Mikrowellenschwingungen zum Zwecke des Übergangs von der aus den beiden Einzelstrahlerpolarisationen zusammengesetzten Mikrowellenschwingung in ihre gegensinnig zirkulär polarisierten Komponenten unter Verwendung einer zwei Signalzuführungsanschlüsse sowie einen Summen- und einen Differenzsignalanschluß aufweisenden Summe-Differenz-Schaltung, deren einem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der einen linear polarisierten Schwingung entsprechendes Signal und deren anderem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der anderen linear polarisierten Schwingung entsprechendes Signal über eine gleich lange Leitung und zusätzlich über einen 90°-Phasenschieber zugeführt wird und an deren Summen- bzw. Differenzsignalan schluß die beiden zirkuiar polarisierten Signale liegen, wobei jedoch zwischen den Signalzuführungsanschlüssen der Summe-Differenz-Schaltung und den symmetrischen Einzelstrahlern jeweils ein Symmetriegiied eingeschaltet ist

Es genügt somit bei der Zweikanal-Übertragung nach der Erfindung eine einzige kreuzpolarisierte Antenne, 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 Frequenz und Amplitude, müssen aber verschiedene

ι ο 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 entgegengesetz-

>o ten Drehsinn aufweisenden Zirkuhrpolarisationen zu schwenken. Die Herkunft jedes Strar.is wird dann durch den Polarisationsdrehsinn erkannt Beispielsweise wird dadurch die gleichzeitige Funkverbindung mit zwei Satelliten ermöglicht deren Signale rechts- bzw.

r, linkszi'kular 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 zirkuläre Polarisation

jo 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 Kreuzdi-

j-, pol oder mit entsprechend gutem Erfolg eine Kreuzschlitzantenne verwenden.

Die Erfindung wird anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipschaltung zur Trennung von links-

4(i und rechtszirkularer Polarisation,

~ i g. 2 bis 5 besondere Beispiele für die Zirkularpolarisationskomponenten, und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung in gedruckter Technik.

4i 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

Vi angeordneten Einzelstrahler 2 ein gleichartiges Symmetrierglied 4 jeweils mit seinem symmetrischen Eingang leitungslängenmäßig gleich angeschlossen. Die unsymmetrischen Anschlüsse der Symmetrierglieder 3 und 4 sind jeweils an einen Signalanschluß einer Summe-Dif-

-,-> ferenz-Schaltung ^ς geführt, an deren Sumrr.enausgang Σ ein linkszirkularpolarisiertes Summenl:ana(-Signal E\ und an deren D'fferenzausgang Δ ein rechtszirkularpolarisiertes Differenzsignal El ansteht. Wesentlich bei der dargestellte;. Trennschaltung ist, daß zwischen

wi einem der beiden Symmetrierglieder 3 und 4 sowie der Summe-Differenz-Schaltung 5, im Beispiel nach Fig. 1 zwischen dem Symmetrierglied 4 und d»m zugeordneten Signalanschluß der Summe-Differenz-Schaltung 5, ein 90°-Phasenschieber 6 eingeschaltet ist. Mit χ und y

h-, sind die orthogonalen Koordinatenachsen-Richtungen und mit +x und y die entsprechend gerichteten Einheitsvektoren bezeichnet. Der Einzelstrahler 1 ist für horizontale Linearpolarisation a und der Ein/c-lslrahler

2 für vertikale Linearpolarisation b vorgesehen.

Das Signal in der Kreuzstrahlerantenne ist gegeben durch

' (£1 + E2).i + i \{FA -EDy

Das Summenkanal-Signal £1 wird in linkszirkularer Polarisation und das Differenzkanal-Signal £2 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.

F i g. 2 zeigt ein Beispiel, in dem die rechtszirkulare Polarisationskomponente £2 Null ist. Es wird dann nur mit der linkszirkularen Polarisationskomponente £1 übertragen.

F i g. 3 zeigt das entgegengesetzte Beispiel, d. h. die linkszirkuiare Polarisationskomponente £1 ist Null. Es wird dann nur mit der rechtszirkularen Polarisationskomponente £2 übertragen.

Im Beispiel nach Fig. 4 ist das linkszirkuiare Summenkanai-Signal £1 amplituden-, frequenz- und phasenmäßig gleich dem rechtszirkularen Differenzkanal-Signal £2, d. h. £1 = £2. Die Amplitude der Signale £1 und £2 ist mit A bezeichnet. Der vertikal angeordnete Einzelstrahler 2 nach F i g. 1 wird aufgrund der Wirkung der Summe-Differenz-Schaltung 5 nicht mehr angesteuert, da £1 — £2 = 0. Dagegen erhält der horizontal gerichtete Einzelstrahler 1 die doppelte Amplitude 2A Es wird somit in diesem Beispiel eine Strahlung mit linearer Polarisation abgestrahlt bzw. empfangen, die horizontal gerichtet ist.

Im Beispiel nach Fig. 5 ist das linkszirkuiare Summenkanal-Signal £1 amplituden- und frequenzmäßig ebenfalls gleich dem rechtszirkularen Differenzkanal-Signal £2, jedoch phasenmäßig entgegengesetzt, d. h. £1 = - £2. Die Amplitude der Signale £1 und £2 ist ebenfalls mi'. A bezeichnet. Der horizontal angeordnete Einzelstrahler 1 nach Fig. 1 wird aufgrund der Wirkung der Surnme-Differenz-Schaltung 5 hierbei nicht angesteuert, da £l-i-£2 = 0. Dagegen erhält der vertikal gerichtete Ein2:elstrah!er 2 die doppelte Amplitude 2A. In diesem Beispiel wird somit ebenfalls eine Strahlung mit linearer Polarisation abgestrahlt bzw. empfangen, die jedoch vertikal gerichtet ist.

Fig. 6 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung in gedruckter Schaltungstechnik mit kompaktem Aufbau, wobei der Kostenaufwand aufgrund gewisser BandbreiteneinbuQen niedrig gehalten werden kann. 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 10 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-Differenz-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-Differenzringgabel 13, abgesehen von der 90° -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 Summenanschli'ß 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 90°-Umwegleitung durch einen Phasenschieber ersetzt wird, wie 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-Differenzringleitung zur Bandbreitenerhöhung 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 »100 :1 Bandwidth Balun Transformer«, IRE Proceedings (Febr. 1960), Seiten 156- 164, in Streifenleitungs- oder Koaxialleitungdform angefertigt werden. Man erhält dann eine noch größere Frequenzbandbreite, jedoch unter Inkaufnahme von höherem Gewicht, Volumen und Preis.

Andere Modifikationen es gleichen Prinzips sind durch Verwendung von aus Ferritmaterial bestehenden Summe-Differenz-Schaltungen und Phasenschiebern möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung in einem Mikrowellen-Funkübertragungssystem zum Empfang bzw. zur Abstrahlung zweier unabhängig voneinander modulierter Signale mit zwei unterschiedlichen Drehsinn aufweisenden zirkularpolarisierten Wellen, gekennzeichnet durch die Verwendung eines einzigen Antennensystems, bestehend aus zwei symmetrischen, dipolartigen und daher linear polarisierten Einzelstrahlern (1,2) in Form eines Kreuzstrahlers, und einer an sich bekannten Anordnung zur Auftrennung elektromagnetischer Mikrowellenschwingungen zum Zwecke des Übergangs von der aus den beiden Einzelstrablerpolarisationen zusammengesetzten Mikrowellenschwingung in ihre beiden gegensinnig zirkulär polarisierten Komponenten unter Verwendung einer zwei .Signalzuführungsanschlüsse sowie einen Summen- und einen Differenzsignalanschluß (Σ, Δ) aufweisenden Summe-Differenz-Schaltung (5), deren einem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der einen linear polarisierten Schwingung entsprechendes Signal (EX-E2) und deren anderem Signalzuführungsanschluß ein der Amplitude der anderen linear polarisieren Schwingung entsprechendes Signal (E 1 + E2) über eine gleich lange Leitung und zusätzlich über einen 90°-Phasenschieber (6) zugeführt wird und an deren Summen- bzw. Differenzsignalanschluß (Σ, Δ) die beiden zirkulär polarisierten signale (Ei, E2) liegen, wobei jedoch zwischen den SigivJzufuh/ ^ngsanschlüssen der Summe-Differenz-Schahung (5) und den symmetrischen Einzelstrahlern (1,2) jew Is ein Symmetrierglied (3,4) eingeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kreuzdipolantenne (1, 2) als Kreuzstrahler.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kreuzschlitzantenne (1, 2) als Kreuzstrahler.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehendeil Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrierglieder (3,4), der 90°-Phasenschieber (6) und die Summe-Differenz-Schaltung (5) als reziproke Schaltungen ausgebildet sind und am Summen- und Differenzsignalanschluß (Σ, Δ) jeweils eine Duplexereinrichtung liegt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 4, gekennzeichnet durch eine Ausführung in gedruckter Schaltungstechnik, bei der die Symmetrierglieder sowie die Summe-Differenz-Schaltung als Ringgabeln (11,12,13) und der 90°-Phasenschieber als L'mwegleitung (14) auf einer dielektrischen Platte (10) ausgebildet sind und bei welcher der Kreuzstrahler als Kreuzdipol (7, 8) auf derselben oder auf einer anderen dielektrischen Platte (9) in Streifenleitungstechnik aufgebracht ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Hohl· leiterhybrids (magisches T) für die Summe-Differenz-Schaltung (5).

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kreuzstrahler zu einer Antennengruppe zusammengefaßt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Phasensteuerung für die Kreuzstrahler der Antennengruppe vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung für eine gleichzeitige Funkverbindung mit zwei Satelliten, deren Signale mit entgegengesetztem Drehsinn zirkularpolarisiert sind.