DE2517383B2 - Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung - Google Patents
Systemweiche für FrequenzdoppelausnutzungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung, bestehend
aus einer Breitband-Polarisations-Weiche in Verbindung mit Frequenzweichen zum Trennen zweier
Frequenzbänder, wobei jedes Frequenzband in sich doppelt orthogonal polarisiert ist.
Der Wunsch nach hoher Kanalzahl bei Nachrichtenübertragungssystemen,
besonders bei der Übertragung mit Hilfe von Satelliten und auch bei Richlfunkanlagen,
fordert eine optimale Ausnutzung der gegebenen Geräte und auch Antennenanordnungen. Hier bietet
sich von selbst die Anwendung polarisierter Systeme an, die dann auf gleicher Frequenz zwei Kanäle zulassen.
Voraussetzung hierfür ist allerdings auch eine sehr hohe Entkopplung der beiden polarisierten Signale, und
dieses ermöglicht dann auch eine echte Frequenz-Doppelausnutzung.
Da meistens zwei (relativ weit) auseinanderliegende Frequenzbände;" für Senden und Empfangen (z. B. 11-
und 14-GHz-Bänder) übertragen werden müssen, fällt diesen Antennen-Multiplexsystemen neben der Trennung
der beiden Polarisationen noch die Funktion von Frequenzweichen zu. — Die Kombination aus Polarisationsweiche
und Frequenzweiche wird Systemweiche genannt.
Aus der DT-PS 1128 491 ist eine klassische Polarisationsweiche in Hohlleitertechnik bekannt, an
deren Ausgängen Frequenzweichen nachgeschaltet werden können. Diese Weiche eignet sich nur für kleine
Abstände der Frequenzbänder, da das Auftreten höherer Hohlleiterwellentypen eine obere Anwendungsgrenze
für die genannten hohen Anforderungen bilden.
In dem Siemens-Werbeprospekt Nr. S. 42 024-04-A-2-29
»Systemweiche 4/6 GHz« ist eine Weichenanordnung mit frequenzselektiven O-dB-Kopplern beschrieben.
Bei diesen Weichen werden beispielsweise aus einem quadratischen oder runden Hohlleiter mit
Hochpaßrichtkopplern die beiden Polarisationen des höherfrequenten Bandes ausgekoppelt, während die
Polarisationstrennung im niederfrequenten Band mit einer klassischen Polarisationsweiche erfolgt. Diese
Weiche eignet sich auch für weit auseinanderliegende Frequenzbänder (z.B. 4 und 6 GHz, 11 und 18GHz), hat
aber den Nachteil, daß die Verluste relativ hoch und ihre äußeren Abmessungen sehr groß sind.
Eine doppelt symmetrische Polarisationsweiche ist in der Anmeldung P 24 43 166 beschrieben, die mit vier
Auskopplungen versehen ist. Dieses Weichenprinzip kann je nach Ausführungsform für mehr oder weniger
weit auseinanderliegende Bänder (z.B. 12/18 oder
11/14GHz) eingesetzt werden. Nachteilig ist jedoch, daß elektrische Unsymmetrien in den vier Auskoppelzweigen
zur Verkopplung der Polarisationen führen können.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Systemweiche zu
schaffen, die eine weit größere Entkopplung (mindestens 5OdB) der beiden Polarisationen und auch der
Sende- und Empfangskanäle ermöglicht, bei eier ferner elektrische Unsymmetrien nicht die Polarisationsentkopplung
beeinträchtigen und geringere Verluste hat. Auch soll die Möglichkeit bestehen, eine Auskopplung
zu schaffen, an der eine Antennennachführeinrichtung zur Korrektur der Abweichung der Antennenachse von
ihrer Sollrichtung angeschlossen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die einfach symmetrisch aufgebaute Breitband-Polarisations-Weiche
aus einem doppelt polarisierbaren Hohlleiter besteht, der durch eine Trennstruktur axial in
symmetrische Teilhohlleiter getrennt is: und an gegenüberliegenden Wänden die beiden Frequenzbänder
der parallel zur Trennstruktur polarisierten Welle durch mindestens je ein Koppelfenster in eine
Verzweigung ausgekoppelt werden, wobei das höhere Frequenzband über einen Hochpaß und das tiefere
Frequenzband über ein weiteres Filter je den beiden symmetrischen Armen einer T-Verzweigung an jeweils
deren Summenarm verfügbar sind und daß die orthogonal polarisiert dazu verlaufende Welle in einer
dem symmetrischen Teilhohlleiter über einen Übergang nachgeschalteten weiteren Frequenzweiche in die m>
beiden weiteren Frequenzbänder aufgeteilt ist, wobei die Koppelfenster in den gegenüberliegenden Wänden
des Hohlleiters mindestens je einen Längssteg haben, die parallel zur großen Seite des der Auskopplung
folgenden Rechteckhohlleiters verlaufen. Ji
Es ist zweckmäßig, die Differenzausgänge der T-Verzweigungen mit einem Absorber abzuschließen.
Die Bedingung des Anschlusses einer Antennennachführeinrichtung wird dadurch erfüllt, daß in der Ebene
der Trennstruktur eine Koaxiale oder Hohlleiteraus- w kopplung angeordnet ist, die mit einer die Abweichung
der Antennenachse von ihrer Sollrichtung korrigierenden Antennennachführeinrichtung verbunden ist. Zur
Trennung der beiden Frequenzen ist es vorteilhaft, den Hochpaß aus einem Hohlleiter zu bilden, dessen
Querschnitt so bemessen ist, daß das tiefere Frequenzband nicht ausbreitungsfähig ist und der mit seinem
geminderten Querschnitt über einen kontinuierlichen Querschnittsübergang mit der im Normalquerschnitt
ausgeführten Γ-Verzweigung verbunden ist. ■>
<>
Für diese Bemessung des doppelt polarisierbaren Hohlleiters ist es zweckmäßig, daß sein Querschnitt die
Ausbreitung sowohl der Grundwelle als auch der nächsthöheren Wellentypen zuläßt, wobei dieser doppelt
polarisierbare Hohlleiter quadratischen oder auch 5r>
runden Querschnitt haben kann. Bei entsprechenden Polarisationsverhältnissen ist es zweckmäßig, der
Systemweiche einen Polarisationswandler vorzuschalten, der die orthogonal linear polarisierte Welle in eine
orthogonal zirkulär polarisierte Welle umwandelt. t>»
Durch den Aufbau dieser Systemweiche wird bei einer Frequenzdoppelausnutzung eine optimale Entkopplung
der beiden Polarisationen erreicht, Leistungsverluste vermieden und günstigste Anpassungsverhältnisse
geschaffen. t >
In der Figur der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Systemweiche zur Frequenzdoppelausnutzung
schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Die auskoppelnden Hohlleiter dieses Ausführungsbeispiels
liegen in der Η-Lage der auszukoppelnden Welle des doppelt polarisierbaren Hohlleiters.
Eine weitere Möglichkeit der Ausführungsform besteht darin, die Lage der auskoppelnden Hohlleiter senkrecht
dazu in der £-Lage durchzuführen. In der Mitte dieser Anordnung ist der doppelt polarisierbare Hohlleiter W
als quadratischer Hohlleiter gezeichnet, der aber durchaus eine runde Hohlleiterform annehmen kann.
Diesem Hohlleiter W wird das Eingangssignal — von der Betrachterseite her — zugeführt. Er ist zur
Übertragung beider Polarisationsrichtungen in Gestalt der WlO- und der WOl-WeIIe geeignet. Die Hohlleiterachse
verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene. Wie bei den klassischen Polarisationsweichen gemäß der
DT-PS 11 28 491, erzeugen ein oder mehrere Trennbleche
B einen Kurzschluß für die WOl-WeIIe, so daß stehende Wellen erzeugt werden. Die W10-Welle wird
dadurch nur unwesentlich beeinflußt und kann sich in Form von Teilwellen längs des geteilten HohUeiters H
weiter ausbreiten. Im Unterschied zur klassischen Polarisationsweiche erfolgt die Auskopplung der
stehenden WOI-Welle mittels zweier symmetrischer
Hohlleiterfenster F. an die sich Rechteckbohlleiter HL anschließen, dergestalt, daß die Schmalseiten dieser
Rechteckhohlleiter HL in der Zeichenebene liegen. Die symmetrische Anordnung der Auskopplung verhindert
bei breitbandigem Betrieb die Anregung der HM- und
£11-Welle durch die Auskopplungen selbst. Der
übermodierte !Betrieb des Hohlleiters (Ts 2 · fc; fc
Grenzfrequenz der WlO-WeIIe) ist zweckmäßig, da sich
sonst infolge der Hohlleiterdispersion nur sehr schwer breitbandig Anpassung erzielen ließe. Um eine bessere
und störungsärmere Führung der Längsströme der W10-Welle zu erzielen, können die Hohlleiterfenster F
mit Längsstegen BI versehen werden. Die beiden symmetrischen Hohlleiterauskopplungen HL müssen
wieder zusammengeführt werden, um einen einheitlichen
Hohlleiteranschluß zu ermöglichen.
Um Einflüsse von unterschiedlichen Phasen zu reduzieren, kann dies mittels Doppel- T-Verzweigungen,
sogenannten Magischen Ts erfolgen. Für die angestrebte Übertragung zweier Signale der Frequenzen /1 +/2,
beispielsweise 11 und 14 GHz, ist es jedoch nicht möglich, ein Magisches T in der geforderten elektrischen
Qualität zu erhalten. Deshalb werden den Hohlleiterfenstern F Frequenzweichen nachgeschaltet,
die aus den beiden Verzweigungen V, den Sperrfiltern BP und den Hochpässen HP bestehen. Dadurch ist eine
getrennte Zusammenführung der Leitungszweige für die Signale /1 bzw. /2 in den Magischen Ps Π und 7"2
möglich. Die Hochpässe WP bestehen aus Hohlleitern, deren Querschnitt so stark verjüngt ist, daß das
niederfrequente Band nicht mehr ausbreitungsfähig ist.
Die Übergänge vom verjüngten Querschnitt auf den Normalquerschnitt des Magischen T's 72 erfolgt mit
kontinuierlichen Querschnittsveränderungen als Übergänge Ü.
Die Nutzenergie der beiden Frequenzbänder ist in den Summenarmen Σ der Magischen Ts Ti und Tl
verfügbar. Die Differenzarme A sind mit Absorbern abgeschlossen.
Eine seitliche Anzapfung des Trennbleches B durch den Koaxialleiter KO erlaubt es, aus dem Hohlleiter W
die WIl- und Ell-Welle auszukoppeln, die in
Verbindung mit der zugehörigen Strahlungscharakteristik der zu speisenden Antenne ein vorzügliches
Kriterium für die Ablage zwischen Antennenachse mit
Richtung des zu empfangenden Senders darstellt.
Die orthogonal polarisierten Wellen zu diesen in dieser Weise gewonnenen Signalen Σ f\ und Σ f2 der
f/01-Welle werden an eine weitere, hinter dieser
beschriebenen Weiche angeordneten zweiten Weiche W2 weitergegeben und dort voneinander getrennt.
Diese Signale sind vom H 10-Typ und laufen über einen Übergang ÜR vom quadratischen Querschnitt, wie in
diesem Beispiel dargestellt, auf einen Rechteckquerschnitt in die Weiche W 2. Diese Weiche kann nach der
Art der zum Stand der Technik genannten Weichen ausgeführt sein. Die hier aus dem Signal der H10-Welle
gewonnenen weiteren beiden Signale der Frequenzen Σ fi' und Σ f2' sind an den Ausgängen dieser Weiche
verfügbar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung, bestehend aus einer Breitband-Polarisations-Weiche
in Verbindung mit Frequenzweichen zum Trennen zweier Frequenzbänder, wobei jedes Frequenzband
in sich doppelt orthogonal polarisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einfach symmetrisch
aufgebaute Breitband-Polarisations-Weiche aus einem doppelt polarisierbaren Hohlleiter (H) besteht,
der durch eine Trennstruktur (B) axial in symmetrische Teilhohlleiter getrennt ist, und daß an
gegenüberliegenden Wänden die beiden Frequenzbänder der parallel zur Trennstruktur (B) polarisierten
Welle durch mindestens je ein Koppelfenster (F) in eine Verzweigung (V) ausgekoppelt werden,
wobei das höhere Frequenzband über einen Hochpaß (HP) und das tiefere Frequenzband über
ein weiteres Filter(BP)Je den beiden symmetrischen
Armen einer T-Verzweigung (Ti, T2) zugeführt und an jeweils deren Summenarm (Σ) verfügbar sind, und
daß die orthogonal polarisiert dazu verlaufende Welle in einer dem symmetrischen Teilhohlleiter (H)
über einen Übergang (ÜR) nachgeschalteten weiteren Frequenzweiche (W2) in die beiden weiteren
Frequenzbänder aufgeteilt ist.
2. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Koppelfenster (F) in den gegenüberliegender m Wänden des Hohlleiters (H) mindestens je
einen Längssteg (BL) aufweisen, die parallel zur großen Querschnittsseite des der Auskopplung
folgenden Rechteckhohlieiters (HL) verlaufen.
3. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Differenzausgänge (Δ) der Γ-Verzweigungen (Ti,
T2) mit einem Absorber abgeschlossen sind.
4. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in «)
der Ebene der Trennstruktur (B) eine koaxiale oder eine Hohlleiterkopplung (KO) angeordnet ist, die
mit einer die Abweichung der Antennenachse von ihrer Sollrichtung korrigierenden Antennennachführeinrichtung
verbunden ist.
5. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der
Hochpaß (HP) aus einem Hohlleiter besteht, dessen Querschnitt so bemessen ist, daß das tiefere
Frequenzband nicht ausbreitungsfähig ist.
6. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hochpaß (HP) mit gemindertem Querschnitt über einen kontinuierlichen Querschnittsübergang (Ü)
mit der im Normalquerschnitt ausgeführten T-Verzweigung (T2) verbunden ist.
7. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der
doppelt polarisierbare Hohlleiter (H) so bemessen ist, daß sein Querschnitt die Ausbreitung sowohl der *>o
Grundwelle als auch der nächsthöheren Wellentypen zuläßt.
8. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
doppelt polarisierbare Hohlleiter ff/J quadratischen v>
Querschnitt hat.
9. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
doppelt polarisierbare Hohlleiter (H) runden Querschnitt hat.
ΊΟ. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung
nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der
Systemweiche ein Polarisationswandler vorgeschaltet ist, der die orthogonal zirkulär polarisierte Welle
umwandelt.
11. Systemweiche für Frequenzdoppelausnutzung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennstruktur (B)in axialer Richtung sich stufenweise oder kontinuierlich in ihrer Querabmessung von
einer vorbestimmten Anfangsbreite bis zur vollen Hohlleiterbreite verändernd ausgebildet ist.
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