DE2366445C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Antennen-Zuleitungssystem ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein System dieser Gattung ist aus der US-Patentschrift 33 57 013 bekannt.

Um ein und dasselbe Frequenzband für Funkwellen je­ weils mehrfach auszunutzen, kann man die Wellen in zwei verschiedenen Polarisationsrichtungen übertragen, die zueinander orthogonal sind. Der Erfolg oder die Qualität einer solchen Mehrfachausnutzung hängt davon ab, wie gut die Entkopplung der beiden Polarisationen an der Empfangs­ antenne ist. Falls die "Orthogonalität" der beiden Po­ larisationen (d. h. die Rechtwinkligkeit im Falle linea­ rer Polarisationen und die genaue Links- und Rechtsdre­ hung im Falle zirkularer Polarisation) auf der Sender­ seite ideal ist und im Ausbreitungsmedium keine kreuz­ polarisierte Komponente entsteht, hängt die erreichbare Entkopplung an der Empfangsantenne ab vom Kreuzpolarisa­ tionswert (Achsenverhältnis) der Empfangsantenne sowie davon, wie genau die Antenne auf die einfallende Welle ausgerichtet ist.

Wenn das Ausbreitungsmedium für die Funkwellen eine sich zeitlich ändernde Polarisationsdrehung bewirkt (wie z. B. die sogenannte Faraday-Drehung beim Durchgang der Funk­ wellen durch die Ionosphäre), dann müssen kompensierende Maßnahmen getroffen werden, um die Entkopplung an der Emp­ fangsantenne stets optimal zu halten. Diese Maßnahmen kön­ nen z. B. darin bestehen, die Empfangsantenne mechanisch durch entsprechende Drehung nachzuführen, was jedoch ei­ nen recht aufwendigen Mechanismus erfordert, der insbe­ sondere bei Satellitenantennen hinderlich ist. Man kann statt dessen auch die Sendeantenne mechanisch derart nach­ führen, daß die Funkwelle stets mit der richtigen Ausrich­ tung ihrer Polarisation auf die feste Empfangsantenne trifft.

Es gibt jedoch Fälle, in denen eine Nachführung der An­ tenne durch Änderung der räumlichen Ausrichtung der An­ tennenelemente unerwünscht ist, z. B. dann, wenn die An­ tenne gleichzeitig auch als Empfangsantenne für Funkwellen anderer Frequenzbänder dient, die ebenfalls polarisiert sind. Eine auf die Sendewellen abgestimmte Nachführung der Antennenelemente würde andererseits die Empfangsqualität der Antenne mindern.

Aus der eingangs erwähnten US-Patentschrift 33 57 013 ist es bekannt, eine gewünschte Polarisationsrichtung dadurch einzustellen, daß man zwei zueinander orthogonale Eingänge einer Antenne mit einstellbaren Anteilen der Leistung aus ein und demselben Sender speist. Diese Anteile bilden dann an der Antenne zwei Komponenten mit orthogonalen Polarisa­ tionsrichtungen, die sich vektoriell addieren, so daß man eine resultierende Polarisation erhält, deren Richtung von der Betrags- und Phasenrelation der Komponenten abhängt.

Die Polarisationsrichtung läßt sich somit beliebig einstel­ len, ohne die räumliche Ausrichtung von Antennenelementen ändern zu müssen.

Während das bekannte System dazu dient und in der Lage ist, nur eine Welle in beliebig wählbarer Polarisation an ei­ ner Antenne abzustrahlen, besteht die Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung in der Weiterbildung der gattungsgemäßen Anordnung, mit der es möglich ist, die Informationen zweier orthogonal polarisierter Wellen, die aus zwei getrennten Sendern stammen und dasselbe Frequenzband belegen, auf dem Wege von den jeweiligen Sendern zu den jeweiligen Empfängern auch beim Vorhandensein von polarisationsdrehenden Ein­ flüssen entkoppelt voneinander zu halten, ohne die räum­ liche Ausrichtung von Antennenelementen ändern zu müssen.

Für den Sendebetrieb mit einer für zwei orthogonale Pola­ risationsrichtungen ausgelegten Antennenanlage wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst.

Bei einem Nachrichtensystem mit Zweiwegeverkehr ist es erwünscht, ein und dieselbe Antenne bei verschiedenen Frequenzen für den Empfangs- und den Sendebetrieb zu ver­ wenden. Da die Polarisationslage für diese beiden Frequen­ zen im allgemeinen unterschiedlich ist, muß man zur An­ passung an die jeweilige Polarisation für jede der beiden Frequenzen eine gesonderte Ausrichtung hinsichtlich der Polarisation wählen. Dies könnte beispielsweise dadurch geschehen, daß man den Leistungspegel der kreuzpolarisier­ ten Komponente gleichzeitig an jedem Empfangsende der Zweiwegeverbindung minimal hält.

Bei Nachrichtenverbindungen mit Satelliten ist eine sol­ che Methode jedoch nicht zweckmäßig, weil man die Aus­ richtung hinsichtlich der Polarisation nicht nur an der Bodenstation, sondern auch am Satelliten vornehmen müßte. Die hierzu erforderliche komplizierte Ausrüstung des Satel­ liten kann man sparen, wenn die Polarisationen der Empfangs- und Sendewelle gleichzeitig an der Bodenstation einstell­ bar sind. Wenn das Ausbreitungsmedium die Polarisations­ lage der nach oben und nach unten laufenden Wellen nicht beeinflußt, kann eine solche Ausrichtung leicht durchge­ führt werden. Man kann hierzu die Polarisationen der Emp­ fangswelle und der Sendewelle an der Bodenstation und am Satelliten in jeweils der gleichen Weise zueinander fest­ legen und dann diese Polarisationen durch mechanische oder elektrische Mittel drehen, bis eine ideale Polarisations­ angleichung erreicht ist.

Falls jedoch das Ausbreitungsmedium die Polarisationslage der Aufwärtswellen (d. h. der Sendewellen vom Boden zum Satelliten) und der Abwärtswellen (d. h. der Empfangswel­ len vom Satelliten zum Boden) unterschiedlich beeinflußt (was im praktischen Fall infolge der Faraday-Drehung durch die Ionosphäre vorkommt), müssen die Polarisationen von Sende- und Empfangswellen getrennt gedreht werden. Gleich­ zeitig muß dabei gewährleistet sein, daß die Orthogonali­ tät der Polarisation der beiden Sendewellen bewahrt bleibt, ebenso wie die Orthogonalität der Polarisation der beiden Empfangswellen. Andernfalls wäre eine optimale Entkopplung der beiden Sendewellen und der beiden Empfangswellen an ihren jeweiligen Empfängern nicht möglich.

Die weiter oben formulierte Aufgabe der Erfindung stellt sich also in besonderem Maße auch in demjenigen Falle, daß die Antennenanlage gleichzeitig für die Abstrahlung zweier orthogonal polarisierter Sendewellen eines ersten Frequenz­ bandes und zum Empfang zweier orthogonal polarisierter Empfangswellen eines zweiten Frequenzbandes betrieben wird. Für einen solchen "doppelbandigen" Betrieb wird die ge­ stellte Aufgabe durch eine Weiterbildung der Erfindung ge­ löst, wie sie im Patentanspruch 2 gekennzeichnet ist.

Bei dieser Lösung wird ein erster Leistungsteiler in der gleichen Weise wie beim reinen Sendebetrieb verwendet. Ein zweiter Leistungsteiler wird dazu herangezogen, die Empfän­ gereingänge mit den beiden an der Antenne ankommenden ortho­ gonal polarisierten Empfangswellen zu koppeln. Diese ankom­ menden Wellen liegen in einem anderen Frequenzband als die Sendewellen und haben unterschiedliche Informations­ inhalte. Die Trennung zwischen den gesendeten und empfan­ genen Wellen kann durch Duplexer (Sende-Empfang-Auswähler) auf Frequenzbasis erfolgen. Da die gesendeten und empfan­ genen Wellen auf getrennte Leistungsteiler gegeben werden, können ihre Polarisationen getrennt voneinander gedreht werden.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an einem Aus­ führungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Vektordiagramm die Orientierung linear polarisierter Wellen bei einer typischen doppelbandigen Anlage mit Mehrfachausnutzung durch zwei verschiedene Polarisationen;

Fig. 2 zeigt in einem Vektordiagramm typische Änderungen der Phasenverschiebung infolge der Ausbreitung durch die Ionosphäre;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur getrennten Polarisationsdrehung von Sende- und Empfangswellen;

Fig. 4 zeigt in der Draufsicht und mit teilweise fortgebrochener Oberwand eine Anordnung mit einem verstellbaren Doppel­ kolben;

Fig. 5 zeigt in einem Vektordiagramm die Drehung einer line­ aren Polarisation;

Fig. 6 zeigt in Blockform einen Teil der Anordnung zur Pola­ risationsdrehung mit einer drehbaren Kupplung und einem Hohlleiterstück mit Kreisquerschnitt zur anfäng­ lichen Ausrichtung linear polarisierter Wellen;

Fig. 7 zeigt perspektivisch einen Polarisator zur zirkularen oder elliptischen Polarisation einer linear polarisier­ ten Welle.

Bei einem mit zwei Frequenzbändern arbeitenden System zur Mehr­ fachausnutzung dieser Bänder mittels zweier verschiedener Pola­ risationen werden die beiden Sendesignale als zwei orthogonal zueinander polarisierte Sendewellen abgestrahlt. Im Falle linear polarisierter Wellen wird eines der Sendesignale mit einer ersten Frequenz F ₁ als horizontal polarisierte Welle abgestrahlt, wie es mit dem Pfeil T ₁, in Fig. 1 veranschaulicht ist. Die andere Sendewelle wird mit der gleichen Frequenz F ₁, jedoch mit vertikaler Polarisation abgestrahlt, wie es mit dem gestri­ chelten Pfeil T ₂ gezeigt ist. In ähnlicher Weise hat eine der Empfangswellen die Frequenz F ₂ und ist vertikal polarisiert, wie mit dem Pfeil R ₁ in Fig. 1 gezeigt. Die andere Empfangs­ welle ist senkrecht dazu in der horizontalen Ebene polarisiert, wie es mit dem gestrichelten Pfeil R ₂ in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn die abgestrahlten und die empfangenen Wellen bei ihrer Aus­ breitung nicht unterschiedlich beeinflußt werden, bleibt diese "Orthogonalität" ihrer Polarisationen bestehen, und eine für die Sendewellen vorgenommene Ausrichtung hat automatisch eine Ausrichtung der Empfangswellen in einer dazu orthogonalen Polarisation zur Folge. Infolge des von den Wellen durchlau­ fenen Ausbreitungsmediums ändert sich jedoch die Ausbreitungs­ charakteristik, und zwar mehrmals am Tage. Bei einer typischen aufwärts- und abwärtsgerichteten Nachrichtenverbindung zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten kann die Polarisation der Sendewellen bei 6 GHz einer Drehung von + 1,5° bezüglich der Lage in Fig. 1 unterliegen, während die Polarisation der empfangenen Wellen bei 4 GHz gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Lage eine Drehung von - 2,2° erfahren kann. In der Fig. 2 zeigen die Pfeile T _p1 und T _p2 ein Beispiel für die neue Orientierung der Sendewellen T ₁ und T ₂ am entfernten Satelliten. Die Pfeile R _p1 und R _p2 zeigen die neue Orientierung der vom Satelliten empfangenen Wellen R ₁ und R ₂. Die beiden Sendewellen und die beiden Empfangswellen sind nach wie vor jeweils orthogonal zueinander polarisiert, jedoch stehen die Polarisationsebenen der Sendewellen nicht mehr senkrecht auf den Polarisations­ ebenen der Empfangswellen. Die Polarisationsrichtung der Empfangs­ welle R _p1 unterscheidet sich von derjenigen der Sendewelle T _p1 um 86,3°. Die Polarisationsrichtung der Empfangswelle R _p2 un­ terscheidet sich von derjenigen der Sendewelle T _p2 um 93,8°. Eine Ausrichtung der beiden Sendewellen führt nun nicht mehr automatisch zur Ausrichtung der Empfangswellen. Um die Mehr­ fachausnutzung zu ermöglichen, muß dafür ge­ sorgt werden, daß die Sende- und Empfangswellen unabhängig gedreht werden können, und zwar ohne daß dabei die Orthogo­ nalität zwischen den beiden Empfangswellen und den beiden Sende­ wellen verlorengehen kann.

In der Fig. 3 ist eine Anlage dargestellt, mit der man die oben genannten unabhängigen Drehungen durchführen kann, und zwar unter Beibehaltung einer sehr guten Reinheit der Polarisation. Die in Fig. 3 gezeigte Gesamtanlage 10 enthält einen verstell­ baren Leistungsteiler 11 für den Sendeteil und einen Leistungsteiler 13 für den Empfangsteil. Der Sende-Leistungs­ teiler besteht aus sogenannten Quadratur-Kurzschlitzhybriden 15, 17, 19, 21 und einer verstellbaren Kolbenanordnung 23. Bei den Kurzschlitzhybriden 15, 17, 19 und 21 handelt es sich um eine Art viertoriger Hybridrichtungskoppler, bei denen für ein an einem Tor zugeführtes Eingangssignal an zwei Ausgangstoren am entgegengesetzten Ende zwei Ausgangsignale erscheinen, die gleiche Leistung, jedoch um 90° unterschiedliche Phase haben. Die ver­ stellbare Kolbenanordnung 23 ist im einzelnen in Fig. 4 dar­ gestellt. Sie besteht aus zwei Hohlleiterabschnitten 25 und 26 mit einer gemeinsamen Seitenwand 29 zwischen den voneinander abgewandten Seitenwänden 27 und 28, und mit oberen Wandungen 29 a und 29 b (nur teilweise gezeigt) sowie mit unteren Wandungen 30 a und 30 b. Innerhalb der getrennten Hohlleiterstücke 25 und 26 befindet sich jeweils ein Kolben 25 a bzw. 26 a. Die Kolben 25 a und 26 a sind innerhalb der Hohlleiterstücke 25 und 26 gemeinsam verschieblich. Sie sind so ausgebildet, daß sie jeweils einen Kurzschluß an die Stelle ihrer gegenüberlie­ genden Enden 25 b und 25 c bzw. 26 b und 26 c reflektieren. Um einen vollkommenen Kurzschluß an diesen Enden darzustellen, sind in der Nähe der Enden jedes Kolbens 25 a und 26 a Nuten 31 eingeschnitten. Diese Nuten sind so ausgebildet, daß zwi­ schen jeweils dem Ende des Kolbens und dem kurzschließenden Ende der jeweiligen Nut 31 eine Schlitzlänge entsteht, die gleich einer halben Wellenlänge bei einer Betriebsfrequenz des Systems ist, um an den Enden jedes der Kolben einen reflektierten Kurzschluß darzustellen. Die Kolben 25 a und 26 a können beispielsweise dadurch in Längsrichtung der Hohl­ leiterstücke verschiebbar gemacht werden, daß man einen senk­ rechten Stift durch jedes der Hohlleiterstücke 25 und 26 in der Mitte der oberen Wandungen 29 a und 29 b greifen läßt. Die Stifte werden außerhalb der Hohlleiterstücke aneinander ge­ koppelt und innerhalb der Hohlleiter mit den Kolben 25 a und 26 a verbunden. Ein Schlitz in den oberen Wandungen 29 a und 29 b gestattet eine Bewegung der Stifte in Richtung auf den einen Hybrid 19 oder den anderen Hybrid 17. Die Kolben 25 a und 26 a sind miteinander gekuppelt, damit sie sich gemeinsam be­ wegen und jeweils die gleiche Phasenverschiebung hervorrufen.

Wie in der Fig. 3 zu sehen ist, ist der Eingang des ersten Kurzschlitzhybrids 15 am Anschluß 16 mit einer ersten Sende­ quelle T _x1 verbunden. Die Signale am Anschluß 15 a des Hybrids 15 gelangen zum Anschluß 17 a des Hybrids 17. Der Anschluß 15 b des Hybrids 15 ist mit dem Anschluß 19 a des Hybrids 19 verbunden. Der Anschluß 19 b des Hybrids 19 ist mit dem Ende 23 b des Hohl­ leiterstücks 25 der Doppelkolbenanordnung 23 verbunden. Der Anschluß 19 c des Hybrids 19 ist mit dem Ende 23 b des Hohl­ leiterstücks 26 der Kolbenanordnung 23 gekoppelt. Der Anschluß 17 b des Hybrids 17 liegt am Ende 23 a des Hohlleiterstücks 25 der Kolbenanordnung, und das Ende 23 a des Hohlleiterstücks 26 ist mit dem Anschluß 17 c des Hybrids 17 gekoppelt. Die An­ schlüsse 17 d und 19 d der Hybride 17 und 19 sind mit den An­ schlüssen 21 a bzw. 21 b des Hybrids 21 gekoppelt.

Beim Betrieb des einstellbaren Leistungsteilers 11 werden die am Anschluß 16 zugeführten Sendersignale T _x1 am Hybrid 15 in ihrer Leistung zu gleichen Teilen aufgeteilt. Diese Teil­ signale gleicher Leistung erscheinen an den Anschlüssen 15 a und 15 b des Hybrids 15, wobei die Signale am Ausgang 15 b gegenüber den Signalen am Ausgang 15 a um 90° phasenverschoben sind. Die Signale vom Anschluß 15 a gelangen zum Anschluß 17 a des Hybrids 17, wo sie wiederum in ihrer Leistung gleichmäßig aufgeteilt werden, und zwar so, daß die Signale halber Leistung am An­ schluß 17 c gegenüber den Signalen halber Leistung am Anschluß 17 b eine zusätzliche Phasenverschiebung von 90° erfahren. Die Signale von den Ausgangsanschlüssen 17 b und 17 c des Hybrids 17 gelangen dann zu der verstellbaren Kolbenanordnung 23 an deren Ende 23 a. Die Signale werden von der Kolbenanordnung 23 mit gleicher Phasenverschiebung zurück über die Anschlüsse 17 b und 17 c in das Hybrid 17 reflektiert, wo sie in Phase wieder­ vereinigt werden. Das dem Hybrid 17 zugeführte Gesamtsignal wird vom Anschluß 17 d auf den Anschluß 21 a des Hybrids 21 ge­ koppelt.

In ähnlicher Weise wird das um 90° phasenverschobene Sende­ signal T _x1 vom Anschluß 15 b des Hybrids 15 auf den Anschluß 19 a des Hybrids 19 gegeben, wo es in seiner Leistung aufge­ teilt wird. Dabei erfahren die zum Anschluß 19 c gelangenden Signale gegenüber den zum Anschluß 19 b gelangenden Signalen eine zusätzliche Phasenverschiebung von 90°. Die Ausgangssignale von den Anschlüssen 19 b und 19 c werden auf die verstellbare Kolbenanordnung 23 gegeben, und zwar an deren Ende 23 b. Die beiden Signale halber Leistung werden von der Kolbenanordnung 23 mit gleicher Phasenverschiebung zurück zu den Anschlüssen 19 b und 19 c des Hybrids 19 reflektiert. Die reflektierten Signale halber Leistung erscheinen vereinigt und in Phase addiert am Anschluß 19 d, so daß die gesamte reflektierte Leistung von diesem Anschluß 19 d zum Anschluß 21 b des Hybrids 21 gelangt.

Der Anteil der Ausgangsleistung an den Anschlüssen 21 c und 21 d hängt von der Stellung der Kolben 25 a und 26 a innerhalb der Anordnung 23 ab. Wenn die Kolben 25 a und 26 a in der Mitte stehen, dann erfahren die in die Kolbenanordnung 23 an beiden Enden 23 a und 23 b ein- und ausgekoppelten Signale die gleiche Phasenverschiebung. Daher ist in diesem Fall für ein Eingangs­ signal vom Anschluß 16 der Phasenunterschied zwischen den auf die Anschlüsse 21 a und 21 b gegebenen Signalen 90°, so daß die Gesamtleistung in Phase aufaddiert wird und am Anschluß 21 d des Hybrids 21 erscheint. Wenn die beiden Kolben 25 a und 26 a in der Anordnung 23 vom Ende 23 a der Hohlleiterstücke 25 und 26 um eine elektrische Länge von + α fortbewegt werden, dann bewegen sie sich auch um die Strecke α auf das gegenüberlie­ gende Ende 23 b der Kolbenanordnung 25 zu. Durch die Fortbewegung der Kolben 25 a und 26 a vom Ende 23 a um die elektrische Länge +α erfahren die am Ende 23 a eingekoppelten Signale eine zu­ sätzliche Phasenverschiebung von +R°, während die am Ende 23 b eingekoppelten Signale eine Phasenverschiebung von -R° er­ fahren. Durch Bewegung der Kolben 25 a und 26 a wird daher eine relative Phasenverschiebung von 20° hervorgerufen. Wenn beispielsweise die Kolben 25 a und 26 a so verschoben werden, daß die Signale auf dem Weg vom Anschluß 15 a zum Anschluß 21 a eine um 180° größere Phasenverschiebung erfahren als die Signale auf dem Weg vom Anschluß 15 b zum Anschluß 21 b, dann ist der Gesamtausgang umgekehrt, und am Anschluß 21 c wird die gesamte am Anschluß 16 zugeführte Leistung ausgekoppelt, während am Anschluß 21 d keine Ausgangsleistung erscheint. Diese Phasen­ differenz von 180° wird erreicht, wenn man die Kolben 25 a und 26 a so zum Hybrid 19 hin verschiebt, daß die auf dem Weg vom Anschluß 15 b zum Anschluß 21 b laufenden Signale eine um 90° geringere Phasenverschiebung erfahren.

Es läßt sich leicht erkennen, daß man durch Verschiebung der Kolben 25 a und 26 a (die zusammen bewegt werden) das Verhältnis der Ausgangsleistung an den beiden Ausgangsanschlüssen 21 c und 21 d zwischen diesen beiden Extremwerten ändern kann. Bei der praktischen Anwendung werden diese beiden Kolben nur leicht verschoben, um lediglich eine geringe Änderung des Leistungs­ verhältnisses an den Ausgangsanschlüssen zu erreichen.

Von einem zweiten Sender können Signale T _x2 auf den Anschluß 18 des Hybrids 19 gegeben werden. Falls die Kolben wie im ersten Fall wiederum in der Mitte stehen, wird die gesamte durch das Gerät geschickte Sendeleistung T _x2 am Anschluß 21 c des Hybrids 21 ausgekoppelt, ähnlich wie es weiter oben im Zusammenhang mit der Sendeleistung T _x1 beschrieben wurde. Wenn also die Kolben in der Mitte stehen und Sendesignale T _x1 von einem Sender auf den Anschluß 16 und Sendesignale T _x2 von einem zweiten Sender auf den Anschluß 18 gegeben werden, dann bleiben diese Signale getrennt oder entkoppelt, wobei die gesamte Leistung des Signals T _x1 am Anschluß 21 d und die gesamte Sendeleistung des Signals T _x2 am Anschluß 21 c ausgekoppelt wird.

Die am Anschluß 21 c des Hybrids 21 ausgekoppelte Ausgangs­ leistung wird über einen Duplexer 35 auf den ersten Anschluß 38 eines Orthogonalkopplers 39 gegeben. Der Ausgang vom Anschluß 21 d wird über einen Duplexer 41 und einen 90°-Dreher 37 zum An­ schluß 40 des Orthogonalkopplers 39 gegeben. Der Orthogonal­ koppler 39 läßt vom Anschluß 38 her nur vertikal linear polari­ sierte Signale durch und vom Anschluß 40 her nur horizontal polarisierte Signale. Der 90°-Dreher 37 dreht die Polarisation der normalerweise vertikal polarisierten Signale vom Duplexer 41 so, daß sie von seinem Ausgang als horizontal polarisierte Wellen zum Orthogonalkoppler 39 gelangen. Die Sendesignale vom Anschluß 21 d werden daher mittels des Polarisationsdre­ hers 39 in horizontal polarisierte Signale umgeformt, die dann zum Anschluß 40 des Orthogonalkopplers 39 laufen. Der Orthogonalkoppler 39 kann in einer Hohlleiteranordnung aus­ gebildet sein, wie sie in der USA-Patentschrift 35 69 870 anhand der dortigen Fig. 8 beschrieben ist. In diesem Fall entsprechen die Anschlüsse 70 und 72 der Anordnung gemäß der besagten USA-Patentschrift den Anschlüssen 38 und 40 der vor­ liegenden Fig. 3, und jeder Anschluß wird sowohl für Sende- als auch Empfangssignale verwendet. Die durch den Block 37 in Fig. 3 hervorgerufene Polarisationsdrehung von 90° läßt sich einfach dadurch erhalten, daß man an den Anschluß 72 in der Anordnung nach Fig. 8 der genannten USA-Patentschrift einen verdrehten Hohlleiterabschnitt ankoppelt.

Wenn beim Betrieb des Systems die verstellbaren Kolben 25 a und 26 a in der Mitte stehen, werden die am Anschluß 18 zuge­ führten Sendesignale T _x2 über den Duplexer 35 zum Anschluß 38 des Orthogonalkopplers 39 gegeben. Die am Ausgang des Orthogo­ nalkopplers 39 erscheinende Ausgangsleistung des Signals T _x2 erscheint in Form vertikal polarisierter Wellen. Diese vom Anschluß 42 des Kopplers 39 kommenden Wellen werden auf den Hornstrahler 45 gegeben und von diesem mit vertikaler Polari­ sation abgestrahlt. Dies ist in Fig. 1 durch den Vektor T ₂ veranschaulicht. Weiterhin werden, wenn die Kolben in der mittleren Stellung sind, die am Anschluß 16 zugeführten Sende­ signale T _x1 am Anschluß 21 d des Hybrids 21 ausgekoppelt und über den 90°-Polarisationsdreher auf den Anschluß 40 des Orthogonal­ kopplers 39 gegeben, und zwar als horizontal polarisierte Wellen. Daher wird die Ausgangsleistung vom Anschluß 42 des Orthogonalkopplers 39, welche die Sendeleistung T _x1 darstellt, über den Hornstrahler 45 in horizontal polarisierter Form ab­ gegeben. Dies ist mit dem Vektor T ₁ in Fig. 1 veranschaulicht. Die beiden Sender können auf derselben Frequenz F ₁ arbeiten, z. B. auf 6 GHz. Wegen ihrer orthogonalen Polarisation bleiben die beiden Sendesignale im wesentlichen entkoppelt.

Wie weiter oben beschrieben, ändert sich bei Bewegung der Kolben das Leistungsverhältnis an den Ausgangsanschlüssen 21 d und 21 c. Wenn jedes Signal mit in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Leistungen an diesen Ausgängen erscheint und mit die­ sem Leistungsverhältnis auf die Anschlüsse 38 und 40 des Ortho­ gonalkopplers gegeben wird, dann ergibt sich die Polarisations­ richtung der linear polarisierten Welle durch Vektoraddition der Leistungen der beiden dem Koppler 39 zugeführten Signale. Beispielsweise zeigt die Fig. 5 einen Fall, wo der Großteil der Leistung der Sendesignale am vertikal polarisierten Anschluß 38 des Orthogonalkopplers 39 liegt (Vektor 55), während ein kleiner Teil der Leistung der Sendesignale am Anschluß 40 für die horizontale Polarisation (Vektor 57) liegt. Die resultie­ rende Polarisation entspricht dann dem resultierenden Vektor 58 in Fig. 5. Auf diese Weise kann durch Änderung der Stellung der Kolben 25 a und 26 a in der verstellbaren Kolbenanordnung 23 die Polarisationsrichtung der linear polarisierten Welle ge­ ändert werden. Diese Änderung der Kolbenstellung und somit der Polarisationslage wird so vorgenommen, daß die Polarisation im Sinne einer perfekten Ausrichtung der Nachrichtenverbindung ge­ dreht wird. Diese zur Änderung der Polarisationslage führende Kolbenverstellung wird durchgeführt, wenn sich das Ausbreitungs­ medium merklich ändert und die Polarisationslagen der Wellen in der aufwärtsgerichteten und abwärtsgerichteten Verbindung beein­ flußt.

Wenn die Kolben 25 a und 26 a gemeinsam bewegt werden, um eine bestimmte Drehung der Polarisation einer der Sendewellen von einem der Sender (beispielsweise T _x2) zu erreichen, dann sind die Leistungsverhältnisse der Signalwellen vom anderen Sender (T _x1) an den beiden Ausgängen des Hybrids 21 in allen Fällen reziprok. Wenn also eine Polarisationslage beispielsweise etwas aus der vertikalen Richtung gedreht wird, dann wird die horizontal polarisierte Welle ebenfalls etwas aus der hori­ zontalen Richtung gedreht, und die relative Polarisations­ lage der beiden Sendesignalwellen zueinander bleibt ortho­ gonal bzw. 90°.

Ein zweiter verstellbarer Leistungsteiler 13 ist für die Empfänger vorgesehen. Der Empfänger R _x1 beispielsweise ist über den Anschluß 16 a mit dem Anschluß 61 a des Hybrids 61 ver­ bunden, und ein zweiter Empfänger R _x2 ist über den Anschluß 18 a mit dem Anschluß 61 b des Hybrids 61 verbunden. Der ver­ stellbare Leistungsteiler 13 enthält ferner die Quadratur- Kurzschlitzhybride 63, 65 und 67 sowie eine verstellbare Doppelkolben-Anordnung 69. Die Hybride 61, 63, 65 und 67 sind miteinander und mit der Kolbenanordnung 69 in der gleichen Weise gekoppelt wie die entsprechenden Hybride und die Kol­ benanordnung im Leistungsteiler 11. Die Kolbenanordnung 69 ist ebenfalls so aufgebaut, wie es weiter oben im Zusammen­ hang mit der Kolbenanordnung 25 beschrieben wurde. Wenn die Kolben 69 a und 69 b in der Anordnung 69 ihre mittlere Stellung einnehmen, dann wird die gesamte Leistung der vom Koppler 39 zum Anschluß 67 a des Hybrids 67 gelangenden Signale am An­ schluß 61 b des Hybrids 61 ausgekoppelt und gelangt zum Empfänger R _x2. Unter denselben Voraussetzungen wird die gesamte vom Koppler 39 zum Eingangsanschluß 67 b gelangende Leistung am Anschluß 61 a des Hybrids 61 ausgekoppelt und gelangt zum Empfänger R _x1. Der Eingangsanschluß des Hybrids 67 a ist über einen Duplexer 35 mit dem Anschluß 38 des Orthogonalkopplers verbunden. Der Anschluß 67 b des Hybrids 67 ist über den Duplexer 41 und den 90°-Polarisationsdreher 37 mit dem Anschluß 40 des Orthogonalkopplers 39 verbunden.

Wenn beispielsweise die Sender auf 6 GHz und die Empfänger auf etwa 4 GHz arbeiten, erfolgt die Trennung der Sende- und Empfangssignale durch die Duplexer 35 und 41, die so ausgelegt sind, daß sie diese Frequenzen trennen oder kombinieren. Die kopplung zwischen den Anschlüssen 35 a und 35 b des Duplexers 35 erfolgt durch Filter, die am Anschluß 35 a nur Signale innerhalb des Sendefrequenzbandes von etwa 6 GHz und am Anschluß 35 b nur Signale mit 4 GHz durchlassen. Am dritten Anschluß 35 c des Duplexers 35 werden jedoch Signale sowohl von 4 als auch von 6 GHz durchgelassen. In ähnlicher Weise ist der Duplexer 41 so ausgelegt, daß über seinen Anschluß 41 a nur Signale von etwa 6 GHz laufen, während über seinen Anschluß 41 b nur Signale von etwa 4 GHz laufen. Am Anschluß 41 c des Duplexers 41 hin­ gegen werden Signale beider Bänder, d. h. Signale sowohl von 4 als auch von 6 GHz durchgelassen.

Die vom Hornstrahler 45 aufgefangenen und zum Orthogonal­ koppler 39 gegebenen 4-GHz-Empfangssignale mit horizontaler Polarisation werden am Anschluß 40 des Kopplers 39 ausgekoppelt, im Polarisationsdreher 37 um 90° gedreht und dann über den Duplexer 41 auf den Anschluß 67 b des Hybrids 67 gegeben. In ähnlicher Weise werden die vom Hornstrahler 45 aufgefangenen, vertikal polarisierten Signale über den Anschluß 38 des Ortho­ gonalkopplers 39 auf den Duplexer 35 gegeben. Die Empfangs­ signale werden infolge ihrer Frequenz zum Anschluß 35 b des Duplexers 35 gelangen und werden von dort zum Anschluß 67 a des Hybrids 67 gekoppelt. Durch Verstellung der Kolben 69 a und 69 b in der Anordnung 69 kann die Leistungsaufteilung zwi­ schen den an den Eingängen 67 a und 67 b liegenden Signale so ge­ wählt werden, daß einer der Empfänger (z. B. R _x1) maximale Leistung von einer polarisierten Welle des Empfangsfrequenz­ bandes erhält, während der andere Empfänger (z. B. R _x2) maximale Leistung von der senkrecht dazu polarisierten Empfangswelle erhält. Die Polarisationslagen der Sende- und Empfangswellen können daher unabhängig voneinander gedreht werden, indem die Kolbenanordnungen 29 und 69 verstellt werden.

Bei dem oben beschriebenen System wird die Polarisation der beiden Sendewellen leicht gedreht (z. B. um + 1,5° für das in Fig. 2 veranschaulichte Beispiel), um die durch das Ausbrei­ tungsmedium hervorgerufene Polarisationsdrehung in der Auf­ wärtsverbindung zu korrigieren. Wenn man die Position der Kolben periodisch mit den gefühlten Änderungen im Ausbrei­ tungsmedium verändert, dann können die Einflüsse des Ausbrei­ tungsmediums minimal gehalten werden. In ähnlicher Weise kann die Polarisation der Empfangswellen leicht gedreht werden (z. B. um - 2,2° für das besagte Beispiel), um die durch Fara­ day-Drehung hervorgerufenen Polarisationsänderungen in der Abwärtsverbindung zu korrigieren. Wenn Änderungen im Ausbrei­ tungsmedium auftreten, dann können die Polarisationen der Sende- und Empfangswellen unabhängig voneinander korrigiert werden, indem die Positionen der Doppelkolben in den Anord­ nungen 23 und 69 geändert werden.

Im Falle eines mit linearer Polarisation arbeitenden Systems erfolgt die anfängliche Ausrichtung der beiden senkrecht zu­ einander polarisierten Wellen durch Ausrichtung der Orientie­ rung der vertikal und horizontal polarisierten Wellen mit der Orientierung der Satellitenantenne. Dies kann mit Hilfe einer Kombination aus einer Drehkupplung 73 und einem Hohlleiter 75 kreisförmigen Querschnitts geschehen, wie es in Fig. 6 dar­ gestellt ist. Der Ausgang der Drehkupplung ist mit dem Horn­ strahler 45 gekoppelt. Der Hornstrahler 45 und der Kreis-Hohl­ leiter bleiben fest, und der übrige Teil des Systems wird an der Drehkupplung 73 gedreht, um eine anfängliche lineare Aus­ richtung der Wellen zur Angleichung an die vom Satelliten kommen­ den Wellen zu erlauben. Wenn Änderungen im Ausbreitungsmedium stattfinden, dann erfolgt die Korrektur für die Sender durch Verstellung der Kolben 25 a und 26 a und für die Empfänger durch Verstellung der Kolben 69 a und 69 b.

Wenn in dem in Fig. 3 gezeigten System zwischen dem Horn­ strahler 45 und dem Orthogonalkoppler 39 ein fester Linear- Zirkular-Polarisator 71 angeordnet ist, dann wandelt dieser Polarisator 71 die vertikal oder horizontal linear polarisier­ ten Wellen am Orthogonalkoppler 39 in rechts- oder linksdrehend zirkular polarisierte Wellen um. Die beiden Sendesignale und die beiden Empfangssignale sind dadurch entkoppelt, daß im einen Fall die Zirkularpolarisation rechtsdrehend und im an­ deren Fall linksdrehend ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, kann sich dieser feste Polarisator 71 für den Fall, daß der Ausgang des Kopplers 39 ein Rechteck-Hohlleiter ist, zusammensetzen aus einem Hohlleiterübergang 71 a von Rechteckquerschnitt auf Kreis­ querschnitt und einem Wellenleiterstück 71 b mit Kreisquer­ schnitt, in welchem sich Stifte 71 c in einem Winkel von 45° bezüglich eines vertikal polarisierten Signals befinden. Die­ ser Polarisator liefert beim Empfang horizontal oder vertikal polarisierter Wellen Ausgangswellen mit rechtsdrehender oder linksdrehender Zirkularpolarisation. Ein solches System kann verwendet werden bei einer Antennenanlage, die mit zwei Fre­ quenzbändern und zwei unterschiedlichen Zirkularpolarisationen zur Mehrfachausnutzung arbeitet, wobei die Achsen­ verhältnisse der Zirkularpolarisationen in den Empfangs- und Sendefrequenzbändern unabhängig voneinander einstellbar sind. Wenn die Kolben 25 a und 26 a in der mittleren Stellung sind und die Polarisationsstifte 71 c in einer um 45° geneigten Ebene liegen, dann hat das Achsenverhältnis sowohl für die rechts­ drehende als auch die linksdrehende Zirkularpolarisation den Wert 1. Durch Verschiebung der Kolben 25 a und 26 a für das Sende­ band und eine entsprechende Anordnung der Polarisatorstifte 71 c kann das Achsenverhältnis für das Sendeband unverändert bleiben. Durch Drehung der Polarisatorstifte 71 c und Verstellung der Kolben für das Empfangsband läßt sich jede beliebige Polari­ sationsellipse für das Empfangsband erreichen. Da beispiels­ weise das von einem Satelliten kommende Signal nicht immer rein zirkular polarisiert ist sondern etwas elliptisch polari­ siert sein kann, ist eine Anpassung des Empfängers an diese elliptisch polarisierte Welle wünschenswert. Dies geschieht durch Drehung der Polarisationsstifte 71 c und durch Verstellung der Empfängerkolben 69 a und 69 b, bis der Empfängereingang an die Polarisationsellipse der von der Satellitenantenne kommen­ den Wellen angeglichen ist. Durch Bewegung der Kolben 25 a und 26 a für das Sendeband relativ zur eingestellten Position des Polarisators 71 c wird das Achsenverhältnis der Polarisation beim Sender so eingestellt, daß die Sendewelle die gewünschte Polarisation hat. Wenn das gewünschte Achsenverhältnis 1 ist, dann läßt sich dieses durch Bewegung der Kolben 25 a und 26 a ein­ stellen. Jedoch wird in jedem Fall, wenn die Polarisatorstifte 21 c zur Einstellung der Empfängerpolarisation belegt worden sind, eine Nachstellung der Kolben 25 a und 26 a erforderlich, um dieselbe Polarisation der Sendewelle zu erreichen.

Claims (2)

1. Antennen-Zuleitungssystem zum Steuern der Kopplung elek­ tromagnetischer Wellen innerhalb eines ersten Frequenz­ bandes und gegebener Polarisationsrichtung von einer ersten Quelle (T _x1) zu einer Antenne (45), mit folgen­ den Einrichtungen:
einem Orthogonalkoppler (39), der einen ersten und einen zweiten Anschluß (38, 40) und einen mit der Antenne (45) gekoppelten dritten Anschluß (42) hat und so beschaffen ist, daß er elektromagnetische Wellen der gegebenen Polarisationsrichtung zwischen seinem ersten und dritten Anschluß überträgt und elektromagnetische Wellen einer zur gegebenen Polarisationsrichtung ortho­ gonalen Polarisationsrichtung zwischen seinem dritten und zweiten Anschluß überträgt;
einem ersten Leistungsteiler (11), der einen mit der ersten Quelle gekoppelten ersten Eingang (16) hat und Koppelstrecken von diesem ersten Eingang zu einem er­ sten und einem zweiten Ausgang (21 c, 21 d) aufweist und der an seinem ersten Ausgang einen Bruchteil x der Lei­ stung der aus der ersten Quelle kommenden Wellen auf den ersten Anschluß des Orthogonalkopplers gibt und an sei­ nem zweiten Ausgang das Komplement 1 - x der Leistung der aus der ersten Quelle kommenden Wellen liefert, wobei der Bruchteil x und dessen Komplement 1 - x veränderbar sind;
Koppeleinrichtungen (35, 41, 37) zur Weiterübertra­ gung elektromagnetischer Wellen vom ersten Ausgang (21 c) des ersten Leistungsteilers und zur Weiterüber­ tragung elektromagnetischer Wellen vom zweiten Ausgang (21 d) des ersten Leistungsteilers unter einer Polarisa­ tionsdrehung von 90° zum zweiten Eingang (40) des Ortho­ gonalkopplers,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Quelle (T _x2) für elektromagnetische Wellen innerhalb des ersten Frequenzbandes und der ge­ gebenen Polarisationsrichtung vorgesehen ist;
daß der Leistungsteiler (11) einen mit der zweiten Quelle gekoppelten zweiten Eingang (18) aufweist;
daß der Leistungsteiler den Bruchteil x der Leistung der aus der zwei­ ten Quelle kommenden Wellen auf seinen zweiten Ausgang (21 d) gibt und das Komplement 1 - x der Leistung der aus der zweiten Quelle kommenden Wellen auf seinen ersten Ausgang (21 c) gibt, der über Elemente (35) der Koppeleinrich­ tungen (35, 41, 37) mit dem ersten Anschluß (38) des Ortho­ gonalkopplers gekoppelt ist.

2. Antennen-Zuleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweiter Leistungsteiler (13) vorgesehen ist, der einen ersten und einen zweiten Eingang (67 a, 67 b) aufweist und einen ersten und einen zweiten Ausgang (16 a, 18 a) hat, die mit Empfängern (R _x1, R _x2) für elek­ tromagnetische Wellen innerhalb eines zweiten Frequenz­ bandes gekoppelt sind, welche in zueinander orthogonaler Polarisation an der Antenne (45) empfangen werden;
daß die Koppeleinrichtungen (35, 41, 37) einen ersten Duplexer (35) enthalten, der Wellen des ersten Frequenz­ bandes vom ersten Ausgang (21 c) des ersten Leistungs­ teilers (11) zum ersten Anschluß (38) des Orthogonal­ kopplers (39) und Wellen des zweiten Frequenzban­ des vom ersten Anschluß (38) des Orthogonalkopplers zum ersten Eingang (67 a) des zweiten Leistungsteilers (13) überträgt;
daß die Koppeleinrichtungen (35, 41, 37) einen zwei­ ten Duplexer (41) enthalten, der Wellen des ersten Fre­ quenzbandes vom zweiten Ausgang (21 d) des ersten Lei­ stungsteilers (11) zum zweiten Anschluß (40) des Ortho­ gonalkopplers und Wellen des zweiten Frequenzbandes vom zweiten Anschluß (40) des Orthogonalkopplers zum zwei­ ten Eingang (67 b) des zweiten Leistungsteilers (13) überträgt;
daß der zweite Leistungsteiler (13) einstellbar ist, um von der Leistung der an seinen ersten Eingang (67 a) übertragenen Wellen einen justierbaren Bruchteil y auf seinen ersten Ausgang (16 b) und das Komplement 1 - y die­ ses Bruchteils auf seinen zweiten Ausgang (18 a) zu ge­ ben und um von der Leistung der an seinen zweiten Ein­ gang (67 a) übertragenen Wellen den Bruchteil y auf sei­ nen zweiten Ausgang (18 a) und das Komplement 1 - y auf seinen ersten Ausgang (16 a) zu geben.