DE2521956B2 - Polarisationsweiche - Google Patents

Description

Die Lriintlung bezieht sich aiii eine Polarisaiionsw ei ehe für Linnchliingcn der I lochsil'i cqiicnzteehnik. insbesondere für Anleiinenspeisesystcmc. z. Ii. im Rieht und .Satellitenfunk mit Hohlleiterabschnilten rechteckigen iind/'ider kreisförmigen Querschnitts.

l'ür die ilbertragung elektromagnetischer Lncrgie w eitlen vor allem bei Verwendung von Dezimeter- und /.entimelerwellen Hohlleitungen verwendet. In einer Hohlleitung sind unter Zugrundelegung ausreichender Querschniltsabmessungen eine Vielzahl von Wellentypen möglich, in denen sich die Lncrgie im Hohlleiter ausbreiten kann. Als besonders vorteilhaft hat sich die Lnergieübertragung in der //,,-Wellenform im Rundhohlleiter bzw. //!,,-Wellenform im Rechteckhohlleiter erwiesen; das sind die magnetischen Grunilw ellenlorniL'ii. bei denen tlie elektrischen l-'cldlinicn zwischen gegenüberliegenden Punkten in der Hohlleitung verlaufen und deren magnetische ['eltllinien in Form von geschlossenen Ringen die elektrischen l-'eldlinien umschließen. Zur Anregung von Wellen tier genannten Wellenform wird oft ein einzelner Koppkingsstift verwendender in tlie Hohlleitung seitlich eingeführt ist. Vor alk-m bei tier Verwendung einer derartigen Kopplungsvorrichtung in einer Polarisationsweiche zeigt sich jedoch, daß nur in einem relativ schmalen l-'requen/bereieh, der durch die Hohlleiter-Innenabmessungen bestimmt ist, lediglich die /Zn-Welle b/w. //in-Welle aiisbreitungsfähig ist. Nur dieser schmale rrequenzbereich kommt mit weiteren Einschränkungen [wegen der notwendigen Respektabstände nach unten hin zur Grundwellcngren/frequenz und nach oben zur (jrenz.frequenz des ersten Störwellentyps f/:ni)] für die praktische Nutzung in Frage. Dieser eingeengte, bezüglich unerwünschter Störwellentypen eindeutige Frequenzbereich isl jetloch in vielen Anwendungsfällen zti schmal.

Der breilbandigen Polarisationsweiche kommt eine besondere Bedeutung z. B. im .Satellitenfunk zu, wenn die verfügbaren Sende- und F.mpfangsfrequenzbänder mit Doppclpolarisation belegt sind und so zweifach genutzt werden. Kin adäquates Antennenspeisesystcm muß dann eine Polarisationsweiche enthalten, tieren beide Durchgangswege im Sende- und im Ijiipfangsfre· quenzband rel'lexionsarm und in Phascngleichlaul sein sollen. Die hierbei geforderten F'indculigkeitsbereiche (z. 13. im 4/6 (ill/ Satellitenl'unk 1'Jl]₁- 1,74) sind mit tier erwähnten Stifteinkopplung keinesfalls zu beherrschen.

In einer Polarisationsweiche herkömmlicher Bauart, tlie in einem Arm aus einem trichterförmigen Übergang

■,uii ein ein Rcchlcckhnhllciler .ml einen Riiiidhulillciici iiiul am /weilen λπιι .ins einem ι celiiw inkli" in < j _L-11 Riindhohlleiler eininiiiuleiuleii Rechtcckhohlleiicr he sic-lit, v. ird /war durch den inchtei"Γιinnigen l"l11l·rs_·lm«_■ hei symmetrischem Aiilhau keine /:, Sunw eile aiii'e regt, dagegen reg ι aher ^c\ seitlieh angesci/ic Rcchleckhohlleiier wegen der ims\ inmelrischeii IeM verteilung in der oberen und ii η ι ■ -ι υ ii Riiiulhohllciicr halite ein λΊ, ι I eld an. d.is wir allem m nachsier N;ihe der /iirtiien/irequen/ einen erheblichen I]₁₁ Slorwcl lenanleil /ur Folge hat. il^\' bis /u |r"i, der //, i-Niil/welleiienergie betragen kann. Der l.indeiilii.¹ keilsberei''h des seitlichen Hohlleitcrarnies isi daher im äußersten lall aiii' den relativen Frequenzbereich AkIIwIXkHm = 1.50 des Kundhohlleiters beschrankt. Dieses maximal·.' I i ec|iien/band lsi in der Praxis wcücii tier geforderten Bieitbandanpassung (Abstand der //,, (irenzlrequen/ /iir !leisten Beiriebslrequeiiz mm destens IO"/n) und der gelordertcn I reihen von /'.,! Anregung (Abstand der /.i, (iicn/irequen/ mim der höchsten Bctriebslrequen/ mindestes ·)"/<>) weiter eingeengt- Da der maximale EindeniigkeilsbereJch dabei kleiner ist als der Nui/lrequen/bereich, l'iir den eine Polarisationsweiche mit den vorstehend genannten Forderungen vorgesehen ist, ist auch eine derartige Polarisationsweiche l'iir die eiTmdungsgemäße Verwendung ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für eine Polarisationsweiche anzugeben, deren beide Durchgangswege bei allen Frequenzen zweier relativ weil voneinander entfernten Nut/Irequenzbereiche stets elektrisch gleich lang sind und die neben der Symmetrie in diesen beiden Frequenzbereichen auch gute Breitbandanpassung, Dämpfungsarnnit sowie eine hohe Polarisationsentkopplung aufweist. lernet" soll es mit geringem Aul wand möglich sein, die Polarisationsweiche so zu erweitern, daß sie z. B. in Satelliten-!"iiiiksystemen auch die Funktion des zum Peilen notwendigen Modenkopplers erfüllt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Polarisationsweiche gelöst, bestehend aus einer fünfarmigen Verzweigung (Orthogonalpolarisator) mit einem in der Längsachse der Anordnung liegenden Arm /um Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder quadratischen Querschnitts und vier gleichartig ausgebildeten Teilarmen rechteckigen Querschnitts mit einem Seitenverhältnis b : ;i wenigstens annähernd 1 : 2, die um jeweils 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber der Längsachse der Anordnung, in entgegengesetzter Richtung zum ersten Arm, verlaufen und von denen die beiden einander jeweils gegenüberliegenden Teilarme über untereinander gleiche gerade Rechicekhohlleitersiücke einerseits und über untereinander gleiche, über die Schmalseite geknickte Hohlleiterkrümmer gleicher elektrischer Länge wie die geraden Rechteckhohlleiterstücke andererseits, mit den Teilarmen jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten Serienverzweigungen verbunden sind.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß im Orthogonalpolarisator im Schnittbereich der Teilarme in jeweils diagonaler Lage zueinander Trennbleche angeordnet sind, die eine Anhebung der /f^-Störwellenresonan/. über den oberen Nutzl'requenzbereich hinaus bewirken, daß die rechiekkigen Teilhohlleiter (Arme) des Orthogonalpolarisators als Steghohlleitcr mil verbreitertem Eindeutigkeitsbereich ausgebildet sind, daß die I lohlleilerkrümmer extrem 11-I Ie χ Ii ii i-,.ii in. / B sluleiih >i iiiil¹. aussein Mc ι sind, daß die Breitseiten des I luhllcilci kriimmci s gcgciiiibci den Brcitseileii des kiirrespuiidiercndcii geraden Kechteckliuhlleilersiucke-i nut delinierieni MaH geringlugig \ergrolieri sind, daß die I eiiarmc der Sencn\ er/w eigiingeii mit halbiertem Seitenverhältnis aus niehrstuligen, hintereinander geschalieieii und teilweise ineinandergeschobenen transformatoren he sieben, daß |cdc der beulen Serieiu er/w eigiingeii eine im Ver/w eigungsbereich angeordnete, in der I .;ingsacli se der Anordnung liegende kapazitive Sonde enthalt daß an der Innenseiie der äußeren Wandung ilei I eilarme der lünlarmigen Verzweigung in der Nähe dei gemeinsamen Querschmtisehene jeweils eine in Längs richtung justierbare runde Melallseheibe mit einem

Durchmesser I) = -, angeordnet ist, und daß leiner in

Knotenpunkt der I eilarme der fünfarmigen Verzweigung ein Metall/s linder axial angeordnet ist. tier eine Innenbohriing für eine kapa/ilive Eängssonde oder unil andere wellentypenselektive Koppeleinriehiiingen fin ;u)derweilig nutzbare höhere WelJenlypcn aufweist und ein sich dem Arm des lünlarmigeii Verzweigers anschließender Rundhohlleiter mit einem koaxialen Innenleiter versehen ist, dessen lnnenratim ebensolche Koppeleinrichtungen enthält wie der Meiall/ylinder.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der in dei Zeichnung dargestellten Atisliihrungsbeispiele ii.ihei erläutert. Es zeigt

I i g. I eine Polarisationsweiche.

E i g. 2 bis 4 Skizzen zur Entstehung der fiiiifarmiger Verzweigung als Teil der Polarisationsweiche.

Γ i g. 5 und 5 Teildarstellungen der lunlarmiger Verzweigung und einer Serienverzweigung.

E i g. 7 eine Hohlleiterserienver/.weigung,

E i g. 8 einen vierstufigen 1 lohlleiterkrümmer,

Fig. 9 einen I lohlleiterknick mit einer Abflachung des Hohlleiterkrümmers nach L" i g. 8,

E ig. 10 einen Längsschnitt der fünfarmigen Verzwei gung,

E i g. Il einen Rechteckhohlleiter in der Mündiings ebene der vier Rechleckhohlleiter der fünfarmigei Verzweigung.

Fig. 12 einen Rechteckhohlleiter genial¹ E ig. I I mi einer eingesetzten Metallscheibe,

E" i g. IJ die fiinfarmige Verzweigung mit einei l.ängssonde zur ΛΊ,ι-Auskopplung und

Fig. 14 die fiinfarmige Verzweigung mit einen Rundhohlleiter mit koaxialem Innenleiter am Weichen ausgang.

Zur Veranschaulichung des Aulbaus der Polarisa lionsweiche gemäß F i g. I sind in den E i g. 2 bis 4 einigt Entwicklungsstufen der symmetrischen fünfarmigei Verzweigung (Orthogonalpolarisator OP) als Teil dei Polarisationsweiche dargestellt. Nach E i g. 2 wird dabe von einem quadratischen 1 tohlleiterquerschniti ausge gangen, der von einem sehr dünnen Blech in eine horizontalen Ebene halbiert wird. Eis entstehen so zwe Rechteckhohlleiter mit dem Normalseiienverhälini: b : ;.' =1:2. Von dieser Anordnung ist bekannt, dall sit für eine vertikal polarisierte //κ,-Welle mit ihrei l.eitungswiderständen angepal.it und außerdem reak lanzfrei ist. Sie ist daher breitbandig rellcxionsirei Diese Verzweigung bleibt auch dan noch seh reflexionsarm, wenn der quadratische Hohlleiter durcl einen leitungs wellen widerst a ndsgleiehen Rundhohllei tee (bei gleicher Cirenzfrequenz) ersetzt wird, weil sici die induktiven und kapazitiven Slreureaktan/en an de

Sprungslelle vom quadratischen /um runden Hohlleiter breilbandig weilgehend kompensieren.

Entsprechend E i g. 3 kissen sich die beiden Reehleckhohlleiter an der Stelle, an der das Trennblech beginnt, symmetrisch auseinanderknicken. 1 lierdurch entsteht an der Knickstelle eine induktive Reaktanz, die für einen Winkel von je 35 einen Reflexionsfaktor von r, =3% ergibt, der durch eine entsprechende kleine Kapazität der Knickstelle breitbandig kompensierbar ist.

Wird die einfache Serienverzweigung gemäß I'ig. 3 ergänzt durch eine zweite, der ersten identischen Serienverzweigung, die bezüglich der Längsachse der Anordnung gegenüber der Ebene der ersten Serienverzweigung um 90" gedreht und in gleicher Lage auf der Längsachse wie die erste Verzweigung angebracht ist, so gelangt man zu der in I-ig. 4 dargestellten fünfarmigen Verzweigung mit den Teilarmen I, 2, 3 und 4. Für die einander gegenüberliegenden Rechteckhohlleiterpaare 1 + 2 und 3 + 4 ist diese Verzweigung völlig symmetrisch. Man kann sich diese Verzweigung dadurch hergestellt denken, daß in einen Quader unter einheitlichem Winkel gegen seine Mittelachse vier gleiche rechteckige Durchbrüche eingebracht werden, die gegeneinander in bezug auf die Symmetrieachse der Anordnung (identisch mit der Achse des Ausgangshohlleiters) um 90" gedreht sind.

geg

nsei

Durchdringung

eckhohlleiter erhalten diese im Knotenpunkt an beiden Seitenwänden Öffnungen, clic zu einer Streuung magnetischer Felder führen, entsprechend einer induktiven Reaktanz. Da diese Reaktanz bei allen vier Rechteckhohlleitern in gleicher Weise auftritt, lassen sich diese vier Induktivitäten durch eine symmetrische Kapazität breitbandig kompensieren. Diese Kompensation kann /. B. so realisiert werden, daß in die Spitze der im Zentrum der Verzweigung entstehenden Pyramide eine Schraube eingedreht wild,deren Kopf scheibenförmig oder zylindrisch ist, so daß Ort und Größe der Kapazität genau eingestellt werden können.

Die vier Rechteckhohlleiter (Tcilarme 1 bis 4) der fünfarmigen Verzweigung sind paarweise, d. Ii. jeweils die gegenüberliegenden Teilarme 1, 2 bzw. 3, 4. über gerade Rechteckhohlleiierstücke 12, 13 einerseits und über untereinander gleiche, über die Schmalseite geknickte I lohlleiterkrümmcr 14, 15 gleicher elektrischer Länge wie die Rcchteckhohlleitcrstücke 12, 13 andererseits mit den Teilarmen 6, 7 bzw. 9, 10 jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten Serienverzweigungen 8, 11 verbunden (vgl. I" ig. I). Die Verwendung tier 1 lolitleilerkrümmcr ermöglicht also einen konstruktiven Aufbau der Polarisationsweiche, der hinsichtlich der speisenden Rechteckhohlleiterzugänge frei von Durchdringungen ist. Durch die bezüglich der elektrischen Länge gleiche Bemessung der I lohlleiterkrümmer und der Reehteckhohlleitersiücke wird gewährleistet, daß für beide Durchgangswege der Polarisationsweiche Phaseiigleichlauf gegeben ist. Die Einhaltung der gleichen elektrischen Länge der geraden Rechteckhohlleiierstücke und der I lohlleiterkrt'immer lälJi sich durch eine unkomplizierte und meßtechniseh sehr genau kontrollierbare Angleichung sehr exakt einhalten.

Der Erläuterung tier Speisung der vier Rechteckhohlleiter (Teilarme 1 bis 4) der fünfarmigen Verzweigung dienen die I·" i g. ^r) und h. L i g. ^r) zeigt dabei eine Skiz/c der fünfarmigen Verzweigung bei gegenphasiger Speisung zweier sich gegenüberliegender Rechteckliohlleiter/tigänge, /. Ii. der Ί eilarme 1 und 2 mil zwei Teilwellen gleicher Amplitude. Dabei wird im Rundhohlleiler 5 die /Zn-Welle angeregt. Durch analoge Speisung des anderen I lohlleiterpaares mit den Teilarmen 3 und 4 wird im Rundhohllciier bis zur Grenzfrcquenz der /f,,-Welle (AAf₁₁ =0.82 D = 0,48 ι ÄA//ii) ausschließlich die zur ersteren senkrechte //ι i-Polarisation angeregt, wobei die Entkopplung bei symmetrischer Verzweigung beliebig hoch ist. Die Erzeugung der gegenphasigen Teilwellen gleicher Amplitude erfolgt mit der Hohlleiterserienverzweigung

in nach f- i g. b. Diese Serienverzweigung, die der Serienverzweigung 8 oder 11 von Fig. 1 entspricht, ist im Knotenpunkt dann breitbandig angepaßt, wenn beide Teilhohllcitcrhöhen bi genau halb so groß sind wie die Höhe b des zu teilenden Eingangshohlleiters und die

ι -> kleine induktive Reaktanz der Abwinklung kompensiert ist. Untereinander gleiche Höhe bi beider Teilhohlleiler im Knotenpunkt ist zugleich die Bedingung für gleichgroße Teilwcllen. Die Teilhohlleiler haben unmittelbar nach der Verzweigung ein Seitenverhältnis

:ii bi/ii= 1/4, das stetig oder gestuft reflcxionsarm wieder auf den Wert bis '/> entsprechend dem Normalscilcnverhältnis gebracht werden kann.

Die Gesamtreflexion eines Weichendurchgangs setzt sich zusammen aus den Tcilreflexionen der 1 lohlleiter-

j-, serienverzweigung, der Hohlleiterkrümmer und der fünfarmigen Verzweigung (OrlhoKonalpolarisaior). "iTinzipicll ist" die Gesamtreflexion um so kleiner, je kleiner die Teilreflexionen der einzelnen Wcichenelemente sind. Breitbandige Kompensationen der Teure-

»ι flexionen können um so leichter erreicht weiden, je kürzer die einzelnen Elemente und die zwischen ihnen notwendigen Verbindungsleitungcn sind. Im folgenden wird daher auf die Anpassung der einzelnen Weichenelemente, nämlich der Serienverzweigung des Reclilcckliohllcitcrs, der Hohlleiterkrümmer und der fünfarmigen Verzweigung näher eingegangen.

Mit den Hohlleiterscrienverzwcigungen (vgl. E ig-7) erfolgt eine rcflcxionsarme symmetrische Aufteilung eines an die Weiche anzuschließenden Rcchteckhohlleiters mit Normalprofil 6:;i=l :2 in zwei ebensolche Rechteckhohlleiter, die am Ausgang achsenparallel sind. Die Verzweigung besteht aus der wellenwiderstandsrichtigen Teilung des ankommenden Rcchtcckhohllcilers mit />:,·) = 1:2 in zwei Rcchleckhohllcitcr mit halbiertem Seitenverhältnis br.,7=1:4, aus einem /i-Knick beider Teilhohlleiler um einen im Ausführungsbeispiel gewählten Winkel von 19", ferner aus mehreren möglichst reflcxionsarmcn Wellenwiderslandstransformatorcn von den Tcilhohllcitcrn mit b, : ;/ = 1 : 4 auf den Normalquerschnitt b\i\=\:2 und aus zwei 19-/Γ-Kriimmcrn der auf Normalquerschnitt transformierten Teilhohlleiter, die nunmehr entsprechend der Darstellung in E ig.] parallel zur Achse des zu teilenden Hohlleiters verlaufen. Der /T-Knick und die beiden /!■Krümmer lassen sich durch eine kleine Kapazität in der Eorm eines am entsprechenden Ort angebrachten Sieges parallel zur Breitseite des Hohlleiters bzw. durch eine kleine Kapazität je einer am entsprechenden Ort wirkenden, kleinen Schraube kompensieren. Zur Rücktransformation der Teilhohlleiler mit den halbierten Seitenverhältnissen in solche mil den Normalseitenverhällnissen sind zwei Transformatoren mit je zwei Stufen hintereinandergeschallci, wobei die Stufen dieser Transformatoren so bemessen sind, daü ihre beiden Anpassungsstellen im unteren der beiden vorgesehenen Nutzfrequenzbereiche (miniere Wellenlänge hu) minimale Reflexion ergeben. Die Anpassung im oberen Frequenzbereich wird dadurch gewonnen, daß in der

Mitte dieses Bereichs (mittlere Wellenlänge λ/ι.,,ι,) beide Transformatoren einen Abstand von c/=3/4 λμ,_υΗ haben. Dies ist ihr kleinster möglicher Abstand, wenn vermieden werden soll, daß sich die Transformatoren überlappen. Eine wesentliche Verkürzung des gesamten ■> Transformators wird erreicht, wenn der Abstand dder beiden Teiltransformatoren auf 1/4 λ».,,/, reduziert wird, wobei sich die beiden Teiltransformatoren um mehr als λ//.,,/ι/4 überlappen. Der Transformationsvorgang wird durch diese Überlappung nicht beeinträchtigt, und es ist durch richtige Wahl des Abstands beider Teiltransformatoren zu d=Xn.„tJA möglich, die obere Anpassungsstelle in gewünschter Weise in der Mitte des oberen Nutzfrequenzbereichs zu plazieren.

In den beiden Serienverzweigungen kann in vorteil- r, hafter Weise jeweils im Verzweigungsbereich eine kapazitive Sonde angeordnet werden, die in der Längsachse der Anordnung liegt. Dadurch wird die Serienverzweigung zur entkoppelten Verzweigung erweitert. Je nach gegenseitiger Phasenlage der jo Speisung dieser beiden Sonden, wird im Ausgangshohlleiter des Orthogonalpolarisators die Gn- oder die W:i-Welle angeregt.

In F i g. 8 ist ein über die Schmalseite geknickter Hohlleiterkrümmer 14, 15 (vgl. Fig. 1) dargestellt,:) dessen Reflexionseigenschaften von besonderer Bedeutung sind, da sie die Symmetrie der beiden Durchgangswege der Voiansatioiisweicric 'iiiaugSucnü' "iViiVücitVinmen. Je näher nämlich die Reflexion der Hohlleiterkrümmer des einen Weichenkanals den reflexionsfreien su geraden Hohlleiterabschnitten 12, 13 des anderen Kanals gebracht werden kann, um so besser ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Symmetrie beider Weichenkanäle erfüllt. Überlegungen im Rahmen der Erfindung zum Aufbau der Weiche haben dabei r, ergeben, daß bei einem Krümmungswinkel um 60° für die Hohlleiterkrümmer ein sehr guter Ausgleich zwischen Weglänge eines Weichenkanals und der Größe des -Krümmungswinkels zu finden ist. Die Hohlleiterkrümmer können um so kürzer gehalten werden, je schneller die Krümmung beim Fortschreiten in Längsrichtung erfolgt. Bei dem vierstufigen Hohlleiterkrümmer gemäß Fig.8 wird der notwendige Krümmungswinkel von insgesamt zirka 60° in fünf bei der Mittenfrequenz jeweils A///4 voneinander entfernte 4-, Teilknicke aufgeteilt, und zwar so, daß die Reflexionsfaktoren der einzelnen Knickstellen in fortlaufender Reihenfolge im Verhältnis 1 : 2 : 2 : 2 : 1 stehen und sich somit gegenseitig breitbandig kompensieren. Die für diese Reflexionsaufteilung erforderlichen Winkel an den fünf Knickstellen, die sich aus dem durch Messung ermittelten Zusammenhang zwischen Reflexionsfaktor und Knickwinke! eines nicht kompensierten f/-Knickes ergeben, betragen in fortlaufender Reihenfolge 9,3°, 14,0", 14,0°, 14,0° und 9,3" mit einer Winkclsumme von v, t>O,b". Eine Verfeinerung dieser gestuften Hohlleiterkrümmer läßt sich dadurch erreichen, daß das Niveau aller Teilreflexioncn mit Hilfe einer Abflachung reduziert ist, die in der Ebene der Tangente des der Knickstclle einbeschriebenen Kreises liegt (vgl. F i g. 9). _w) Eine Verkürzung der Hohllciterkrümmcr ergibt sich bei einer niedrigeren Anzahl von Knickstellen. Beispielsweise sind die Aufteilungen in den Verhältnissen 1 : i : J ■ I und 1:2:1 gegenüber dem vorstehend beschriebenen I lohlluiterkrümmcr um λμ/4 bzw. um _(v, A///2 kürzer. Wichtig ist dabei, daß die einzelnen Knii-kslcllen einen Mindestabstand haben, andernfalls können zwei räumlich getrennte Knickstellcn als ein konzentrierter Knick wirken, und die angegebene Kompensationen funktionieren nicht mehr.

Das dritte Element der Polarisationsweiche ist di fünfarmige Verzweigung (Orthogonalpolarisator OP_t der für sich die folgenden grundsätzlichen Vorausset zungen für breitbandige Anpassung erfüllt: Die Summ der Leitungswellenwiderstände der beiden im Orthogo nalpolarisator in Serie zu schaltenden Rechteckhohlle ter mit dem Seitenverhältnis b : a= 1 : 2 stimmt mit dem Leitungswellenwiderstand des quadratischen oder run den Hohlleiters bei allen Frequenzen überein, da di Grenzfrequenzen der Rechteckhohlleiter und de: quadratischen oder runden Hohlleiters gleich sind. Di zweite wichtige Voraussetzung für Breitbandanpassun des Orthogonalpolarisators ist, daß die £2i-Störreso nanz, die im Mündungsbereich der vier Rechteckhohllei ter des Orthogonalpolarisators angeregt wird, in Nutzfrequenzbereich unschädlich gemacht wird. Die: erfolgt durch Trennbleche 20 zwischen den zusammen laufenden vier Rechteckhohlleitern (vgl. F i g. 10, in de die fünfarmige Verzweigung in einem Querschnit dargestellt ist), durch die der Resonanzraum dei Eii-Störwelle so kurz wird, daß ihre Resonanz wei genug über der höchsten Nutzfrequenz liegt. Ein entscheidend günstige Wirkung auf die Lage de Störresonanz hat auch ein sich nach Fig. 10 axial an di Mündungsebene der vier Rechteckhohlleiter anschlie

ji_i ^1, UtI

lentyp überwiegend magnetische Feldenergie verdräng und dementsprechend die Grenzfreque:<z des Störwel lentyps wesentlich erhöht, die Grenzfrequenz de: Wii-Grundv.ellentyps in diesem Hohlleiterabschnit jedoch in unerwünschter Weise senkt.

Die Aufgabe der Anpassung des Orthogonalpolarisa tors besteht nun darin, die Reaktanzen zu kompensie ren, die durch die Trennbleche und durch die öffnunge der beiden Rechteckhohlleiter des jeweils entkoppelte Weichenkanals verursacht werden. Die Trennblech bewirken, daß die Querschnitte aller vier Rechteckhohl leiter gemäß Fig. 11 von jeweils zwei Kanten her i Längsrichtung zunehmend abgeflacht werden. Dadurc wird die Querinduktivität erniedrigt und entsprechen! die Grenzfrequenz der vier Rechteckhohlleiter erhöh Diese Wirkung kann durch einen mit fortschreitende Abflachung stärker werdenden, dielektrischen Keil 22 kompensiert werden (vgl. Fig. 10 und 11). Wegen de hohen Durchgangsleistung wäre es günstiger, di dielektrischen Keile in den vier Rechteckhohlleitern durch Keile aus Metall zu ersetzen, deren Einbau jedoch wegen der hohen Symmetrieforderungen schwierig is Nach der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgi diese Kompensation mit einer mechanisch günstigerer und zugleich elektrisch hoch belastbaren Ausführurg i Form einer runden Metallscheibe 23, die an der äuB erer Breitseite des jeweiligen Rechteckhohlleiters inn,-n ir der Nähe der Mündungsebene der vier Rechteckb. hllci ter angeordnet ist (vgl. F i g. 1 und 12). Fin eine Schcibendurchmcsser D^X₁₁H tritt eine Anpassungs stelle auf. Die Steigung der mit sinkender Frequen anwachsenden kapazitiven Wirkung wird von de Scheibenstärke s bestimmt. Die Scheiben 23 sind ai ihrer Kontaktfläche leicht hinterdreht und erhaltet Schniubenansälze, die in Längsschlitzen geführt wcrclci und mit denen die Kontaktflächen beim Abgleich an optimalen Ort gegen die Hohllciterwand gepreß werden können. Für eine hohe Polarisationscntkopp lung ist es wichtig, die Scheiben paarweise symmetrise! einzustellen.

Die Wirkung der Hohlleiteröffnungen des jeweils entkoppelten Weichenkanals beruht darauf, daß die magnetischen Längsfelder aus den beiden Rechteckhohlleitern eines Weichenkanals um die Stirnflächen der vier Trennbleche herum in die beiden entkoppelten Rechteckhohlleiter übergreifen, und zwar in einem Hohlleiter jeweils von seinen zwei Schmalseiten her mit gegenphasigen magnetischen Feldkomponenten, die parallel zur Hohlleiterbreitseite liegen. Dies hat die unschädliche Anregung aperiodisch gedämpfter /Vio-Felder in den bezüglich der f/io-Grundwelle entkoppelten Rechteckhohlleilern zur Folge. Die induktive Wirkung dieser Verzerrung des magnetischen Feldes wird mit der Kapazität des gemäß Fig. 10 axial angeordneten Metallzylinders 21 kompensiert, der sich auf der Weichenachse an die Trennbleche 20 anschließt.

Der axiale Metallzylinder 21 ist ferner in vorteilhafter Weise mit einer Innenbohrung versehen für eine kapazitive Längssonde 24 zur brcitbandigen Auskopplung des Gii-Peilwellenlyps, der in einem Funksystem zur Peilung eines Fernmeldesatelliten benötigt wird. Diese Sonde, die koaxial in den Rundhohlleiter am Weichenausgang hineinragt, hat im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 0,85 mm und eine Länge von 8 mm. Sie beeinflußt die Anpassung der /Vn-WeIIe, von der sie vollständig entkoppelt ist, nicht meßbar, solange der koaxiale Außenleiter nicht nennenswert in...H.f-n Rundhohlleiter hineinragt.

Wesentliche Verbesserungen bezüglich größerer Bandbreiten, z. B. der 4/6 GHz-Satellitenfunkbereiche, ergeben sich, wenn der Rundhohlleiter am Weichenausgang gemäß F i g. 14 mit einem koaxialen Innenleiter 25 versehen wird. Dadurch wird der Leitungswellenwiderstand der Hn-WeIIe erniedrigt, ohne ihre Leitungsverluste nennenswert zu erhöhen. Demzufolge können die vier Rechteckhohileiter des Orthogonalpolarisators niedriger gemacht werden, wodurch der in den Hohlleiterserienverzweigungen reflexionsarm zu überbrückende Leitungswellenwiderstandsspriing niedriger wird. Durch die niedrigeren Rechteckhohileiter des Orthogonalpolarisators wird außerdem der Resonanzraum der £21 -Störwelle wesentlich verkleinert. Diese Wirkung wird dadurch verstärkt, daß auch der Durchmesser des koaxialen Rundhohlleiters gegenüber demjenigen des leeren Rundhohlleiters bei gleicher Grenzfrequenz kleiner ist. Zudem wird die Grenzfrequenz des fiii-Störwellentyps bei gleichbleibender //11-Grenzfrequenz durch den koaxialen Innenleitcr wesentlich erhöht und damit auch ihre Resonanz.

Die Anwendung eines koaxialen Innenlciters ist besonders dann angebracht, wenn das beschriebene Weichenprinzip in breiten Frequenzbändern — etwa in den 4/6 GHz-Frcquenzbcreichcn des Saicllilcnfiinks —

angewendet werden soll. Andererseits ist es auch möglich, daß in den 11/14 GHz-Frequenzbereichen die Trennbleche des Orthogonalpolarisators durch der mechanisch sehr einfachen, koaxialen Innenleitet ersetzt werden können mit einer entsprechender Senkung der Herstellungskosten.

Der Übergang des Rundhohlleiters mit Innenleiter ir den leeren Rundhohlleiter ist in einfacher Weise bis zur Grenzfrequenz der /fn-Welle im leeren Rundhohlieiter reflexionsarm und ohne Anregung von Störwellentyper möglich. Der Innenraum des koaxialen Innenleitcrs la'ßi sich in vorteilhafter Weise auch dazu ausnutzen, um dori Auskoppeleinrichtungen für einen zweiten Peilwellentyp unterzubringen, mit dem der oben erläuterte fiii-PeilwellenkoppIer zum vollständigen Peilsystem fin Nachrichtensatelliten ergänzt wird.

Wie Untersuchungen im Rahmen der Erfindung gezeigt haben, nimmt bei gleichen Breitseiten ;; dei geraden Hohlleiterstücke 12, 13 und der gestuften Hohlleiterkrümmer 14, 15 die elektrische Lange der Hohlleiterkrümmer mit wachsender Frequenz schneller zu als die elektrische Länge des geraden Hohlleiterstükkes. Aus einem Vergleich der elektrischen Längen gerader Hohlleiter mit unterschiedlichen Breitseiten ; ergibt sich, daß die gestuften Hohlleiterkrümmer der gleichen Phasengang aufweisen, wie ein gerader Hnhllpitpr rnit r^dt^ifTtPr Rcoit.S'-.i.¹.?. /i.. Fv.,•rib./...d'.i-iw zwei Möglichkeiten, die unterschiedlichen Frequenzgänge der elektrischen Längen bei geraden Hohlleiterr und Hohileiterkrümmern einander anzugleichen, nämlich entweder die Breitseite des geraden Hohlleiters se auf a_ zu reduzieren oder die Breitseite des Hohlleiterkrümmers auf a_¥ zu erhöhen, bis sich ihre elektrischer Längen nur noch um frequenzunabhängige Beträgt unterscheiden. In besonders einfacher Weise läßt sicr der optimale Phasengleichlauf zwischen den Hohlleiterkrümmern und den geraden Hohlleiterstücken dadurcr erreichen, daß die Breitseite des Krümmerhohllciters ir passender Weise auf a, erhöht wird. Dabei wirken ar der Phasenentzerrung auch die aus konstruktiver Gründen notwendigen Anschlußleitungen des Krümmers mit. Die Breitseitenkorrektur Au wird dadurch in Verhältnis der Länge der eigentlich gekrümmter Strecke zur gesamten Krümmerlänge (mit Anschlußlei tungen) geringer. Da die Krümnierhohlleiter hierzu mn sehr wenig (ca. 0,5%) zu verbreitern sind, treten keine nennenswerten Reflexionen an den Übergangsstelle! auf. Falls es erforderlich sein sollte, können die Leitungswellcnwiderstände beider Hohlleiter cinandei dadurch angeglichen werden, daß beim Krümmerhohl leiter auch seine Höhe um den gleichen Prozentsai; angehoben wird wie seine Breitseite.

! liciv.u .i Blatt /.e-ichiuincen

Claims (1)

1. P.iicnianspriichc:

   I. ^!>olarisationsw eiche tiir Linnchiuiigeii der I lochsllrcqiiciizlechnik. insbesuntlc, j IVir Λ in cn neu speisest sieme, /. Ii. im Rieht- und Salclliienfiiiik mn I lohlleiterabscliniiien rech ι eckten und n*l ■■· hvis löriingcn Qiierschnitls. g e k e η η ζ e :, c ι durch eine lünfamiige Verzweigung ((>/' , .rllui gonalpolarisaior) mn einen! in der Langs.κ hsc der Anordnung liegenden Arm (5) /um Anschluß eines weitcrlührenilcn I luhllcilers runden oder quadrati sehen Querschnitts unil vier gleichartig .lusgebildc ten Teilarmen (I, 2, 3 4) rechteckigen (Querschnitts mn einem Seitens eihaltnis h : .; wenigestens annähernd I : 2, die um jeweils ^LH) gegeneinander gedreht .ingeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber tier Längsachse der Anordnung, in entgegengesetzter Richtung /um ersten Arm. verlaulen und \on ilen en ti ie bei ti en ei η an ti er j cw ei Is gegenüberliegenden Teilaniie (1, 2 b/w. 3, 4) über untereinander gleiche gerade Rechteckhohlleiter stücke (12, 13) einerseits und über untereinander gleiche, über die Schmalseite geknickte llohlleiterkrümmer(l4, 15) gleicher elektrischer Länge wie die geraden Rechteckhohlleilerstücke andererseits mit ilen "Teilarmen (6, 7 b/w. 9, 10) jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten Sericnverz.weigungen (8, 11) verbunden sind.

   2. Polarisationsweiche nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß im Orthogonalpolarisator (Öl¹) im Schnittbcreich der Teilarnie (I bis 4) in jeweils diagonaler Lage zueinander I rennbleche (20) angeordnet sind, die eine Anhebung tier /Fj|-Slörwellenresonan/ über den oberen Nutzfrequenzbereich hinaus bewirken.

   3. Polarisationsweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckigen Teilhohlleiter (Arme 1 bis 4) ties Orthogonalpolarisators (OP) als Steghohlleiter mit verbreitertem Lindeutigkeitsbereich ausgebildet sind.

   4. Polarisationsweiche nach einem tier Ansprüche I bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die I lohlleiterkrümmer (14, 15) extrem rel'lexionsarm. z. B. stufenförmig, ausgebildet sind.

   5. Polarisationsweiche nach einem tier Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseiten tier Hohlleiterkrümmer (14, 15) gegenüber den Breitseiten tier korrespondierenden geraden Rechteckhohlleiierstücke (12, 1.3) mit definiertem MaO geringfügig vergrößert sind.

   b. Polarisationsweiche nach einem tier Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, dall tue Teilarme (6, 7 bzw. 9, 10) tier Serienverzweigungen (8, II) mit halbiertem Seitenverhältnis aus mehrstufigen, hintereinander geschalteten und teilweise ineinandergeschobenen Transformatoren bestehen.

   7. Polarisationsweiche nach einem der Ansprüche I bis b, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Serienverzweigungen (8, II) eine im Verzweigungsbereich angeordnete, in tier Längsachse der Anordnung liegende kapazitive Sonde (24) enthält.

   H. Polarisationsweiche nach einem tier Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite tier äußeren Wandung der Teilarme (1 bis 4) tier lünlarmigen Verzweigung in tier Nähe der gemeinsamen Qiierschnitisebene jeweils eine in Längsrichtung justierbare runde Metallscheibe (23)

   mn L-incni Dm chuicsscr Π ■ _Ί .ingcurdiici lsi

   Ό. |'< ihii'isalioiisw eiche nach einem der Aiispnuhe I his S. dadurch gekennzeichnet, daß im knoten piinki iler leilarnie (I ins 4) der lünlarmigen \ crzw eigtinu ein Mel.ill/ S linder axial (21) angcoi d nel isl. tier eine Iniienbohrung lur eine kapazitive I .ai'iiissoiide (24) oder und andere w clients pc,ist Ick n\e koppcleiiirichtungeu tür anderweitig nutzbare höhere Wcllenlvpcn aulwcisi.

   10. Polarisationsweiche nach Anspruch ¹I. dadurt h gekennzeichnet, daß ein sich dem Ann des IVinlai inigen Verzweigers anschließender Rundhohlleiter mit einem koaxialen Innenleiter (25) versehen isl. dessen Inneiiraiim ebensolche koppelcinru h gen enthält w ic tier Melallzs linder (21).