DE2632606C2

DE2632606C2 - Wellentypkoppler

Info

Publication number: DE2632606C2
Application number: DE2632606A
Authority: DE
Inventors: William John Chelmsford Essex Hall
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1976-07-20
Publication date: 1983-11-10
Also published as: GB1531553A; US4367446A; DE2632606A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellentypkoppler mit wenigstens zwei in Längsrichtung entlang eines gemeinsamen Abschnitts mit einem Hauptwellenleiter gekoppelten Hilfswellenleitern, von denen ein Hilfswellenleiter Signale eines ersten Ausbreitungsmodus und der andere Hilfswellenleiter Signale eines zweiten Ausbreitungsmodus unterhält und koppelt, und wobei zur Kopplung zwischen dem Hauptwellenleiter und den Hilfswellenleitern jeweils Gruppen von öffnungen vorgesehen sind.

Es kommt in der Praxis häufig vor, daß aus einem Hauptwellenleiter Signale mit unterschiedlichem Ausbreitungsmodus selektiv ausgekoppelt werden müssen. Dies ist beispielsweise der Fall bei manchen Satellitenverfolgungssystemen, bei denen zur Gewinnung eines Verfolgungssignals in einer Erdstation empfangene Signale mit zwei orthogonalen TE2i-Ausbreitungsmoden zusammengefaßt bzw. kombiniert werden müssen.

Zum Zwecke der selektiven Auskopplung von Signalen der beiden verschiedenen Ausbreitungsmoden ist es bekannt, zwei getrennte Wanderwellenkoppler in Serienschaltung einzusetzen. Diese Anordnung bringt aber verschiedene Nachteile mit sich, die vor allem darin bestehen, daß die gesamte Koppelanordnunj eine

ίο unerwünscht große Länge aufweist, daß die Weg-Längen-Differenz zwischen Signalen der beiden Ausbreitungsmoden so groß ist, daß aus diesem Grunde die Bandbreite des Verfolgungssystems nachteilig beeinflußt wird, und daß vor allem im Zuge der Auskopplung der orthogonalen TE₂i-Moden die Nachrichtensignale im TEn-Modus durch auftretende Reflexionen gestört werden.

In der DE-PS 26 08 092 wird eine Vorrichtung zur Auskopplung von Wellentypen bestimmter, für AbIagemessungen geeigneter Ordnung aus einem Hohlleiterabschnitt einer Antennenzuleitung vorgeschlagen. Der Hohlleiierabschnitt besitzt dabei kreisförmigen Querschnitt und weist eine bestimmte Anzahl von in seine Innenwandung eingelassenen Ringnuten auf, deren Tiefe etwa «in Viertel der Betriebswellenlänge beträgt und deren Abstände kleiner als die Betriebswellenlänge sind. Dieser Hohlleiterabschnitt vermag neben einem hybriden Grundwellentyp auch zur Ablagemessung geeignete, ungeradzahlige Wellentypen höherer Ordnungszahl zu führen. Die auszukoppelnden Wellentypen sind dabei über achsparallel und Wand an Wand mit dem Hohlleiterabschnitt angeordnete Hohlleiter fortgeleitet, die mit dem Hohlleiterabschnitt über eine Mehrzahl von Schlitzen in einer gemeinsamen Trennwand gekoppelt und derart bemessen sind, daß die Phasengeschwindigkeit ihres Grundwellentyps gleich derjenigen der Ablagemessungs-Wellentypen ist, die sich in dem Hohlleiterabschnitt fortpflanzen. Mit dem Problem der Dämpfung des durchzulassenden, d. h. nicht auszukoppelnden Wellentyps befaßt sich dieser ältere Vorschlag nicht

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellentypkoppler der eingangs definierten Art so auszubilden, daß durch die Auskopplung bestimmter Moden der über den Hauptwellenleiter zu übertragende Ausbreitungsmodus möglichst wenig gestört und möglichst wenig gedämpft wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die öffnungen einer Gruppe für den ersten Ausbreitungsmodus etwa um ein Viertel der Betriebswellenlänge bezüglich der öffnungen einer Gruppe für den zweiten Ausbreitungsmodus versetzt angeordnet sind.
Durch die spezielle Versetzung der Koppelöffnungen zwischen den Hilfswellenleitern und dem Hauptwellenleiter unter Berücksichtigung der Betriebswellenlänge werden Reflexionen im ΤΕπ-Modus sehr stark vermindert, da sich die Reflexionen gegenseitig aufheben, und damit wird eine störende Bedämpfung der durchzulassenden Signale im TEu-Modus weitestgehend ausgeschaltet Der Wellentypkoppler kann auehdazu verwendet werden, zwei orthogonale TEn-Nachrichtensignale auszukoppeln, die üblicherweise in einem unterschiedlichen Frequenzband liegen. Dazu wird jeder Hilfswellenleiter so angeordnet und ausgebildet, daß seine mit der Frequenz erfolgende Wellenlängenänderung mit der des Hauptwellenleiters nur in dem Frequenzband des Modussignals übereinstimmt, für das

der Hilfswellenleiter vorgesehen ist Um dies zu erreichen, kann wenigstens eine der Wandungen des Hilfswellenleiters beispielsweise gewellt ausgebildet sein oder es kann eine geeignete reaktive Last im Hilfswellenleiter eingefügt werden, so daß sich mit der Frequenz eine Wellenlängenänderung ergibt, deren Verlauf unterschiedlich zum Verlauf der entsprechenden Kurve des Hauptwellenleiters ist

Es ist auch möglich, den Hilfswellenleiter so auszubilden, daß die Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz einer Kurve folgt, die an einer Grenzfrequenz beginnt und sich einer Asymptote nähert, wobei diese Kurve unterschiedlich zur entsprechenden Kurve des Hauptwellenleiters sein muß. Dieser Effekt kann dadurch erreicht werden, daß der Hilfswellenleiter mit einer dielektrischen Füllung versehen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Wellentypkopplers nach der Erfindung,

Fig.2 eine Längsschnittansicht des Kopplers der F i g. 1 in der Ebene A-A,

Fig.3 ein erläuterndes Diagramm bezüglich der Koppler der F i g. 1 und 2,

Fig.4 ein stark schematisiertes Schaltbild, in dem eine Anwendung des Wellentypkopplers nach F i g. 1 dargestellt ist, und die

Fig.5, 6, 7 erläuternde Diagramme im Zusammenhang mit der Trennung verschiedener Ausbreitungsmoden.

Nach den F i g. 1 und 2 besteht der Wellentypkoppler aus einem Teil eines Hauptwellenleiters 1 von kreisförmigem Querschnitt Ein Wellentypkoppler dieser Art kann dazu verwendet werden selektiv Signale unterschiedlicher Moden höherer Ordnung aus dem Hauptwellenleiter 1 auszukoppeln, so daß aus diesen gewonnenen Signalen unterschiedlicher Ausbreitungsmoden beispielsweise Satellitenverfolgungsinformationen gewonnen werden können.

Im dargestellten Fall handelt es sich um die Auskopplung von Signalen der orthogonalen Moden TE21.

An der Außenwand des Hauptwellenleiters 1 angeordnete Faare von im Querschnitt rechteckigen Hilfswellenleiter 2,3,4,5 sind über eine Reihe von Schlitzen, wie sie im aufgeschnittenen Teil des Hilfswellenleiters 5 in der F i g. 1 mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet sind, mit dem Innenraum des Hauptwellenleiters 1 gekoppelt Diese beiden Paare von Hilfswellenleiter 2, 3 und 4, 5 dienen dazu, einen der sich im Hauptwellenleiter 1 ausbreitenden orthogonalen TE21-Ausbreitungsmoden auszukoppeln.

Längs der Außenwand des Hauptwellenleiters 1 erstrecken sich ferner zwei weitere Paare von im Querschnitt rechteckigen Hilfswe'lenleitern 7, 8 und 9, 10. Diese Hilfswellenleiter 7, 8 und 9, 10 sind in entsprechender Weise wie die vorstehend beschriebenen Hilfswellenleiter mit dem Inneren des Hauptwellenleiters 1 über eine Reihe von Schlitzen gekoppelt, und sie dienen dazu, den anderen der beiden orthogonalen TEji-Ausbreitungsmoden auszukoppeln.

Die Hilfswellenleiter sind mit dem Hauptwellenleiter 1 über den gleichen Teil seiner Länge gekoppelt Dies ist am besten in der in F i g. 2 dargestellten Schnittansicht zu erkennen, in der die Kopplungsschlitze schattiert gezeigt sind. Die Reihe von Kopplungsschlitzen für den Hilfswellenleiter 2 ist bei 11 dargestellt, die Reihe von Kopplungsschlitzen für den Hilfswellenleiter 3 ist bei 12 zu sehen, und die Schlitze für den Hilfswellenleiter 7 sind bei 13 dargestellt, während die Schlitze für den Hilfswellenleiter 4 bei 14 und die Schlitze für den Hilfswellenleiter 9 bei 15 gezeigt sind

Die Hilfswellenleiter 2,3, 4,5, 7, 8, 9 und 10 sind an einem Ende geschlossen und am anderen Ende jeweils mit einem Ausgangsflansch versehen. Der Ausgangsflansch für den Hilfswellenleiter 2 ist bei 16 dargestellt, der für den Hilfswellenleiter 3 bei 17, der für den Hilfswellenleiter 5 bei 18, der für den Hilfswellenleiter 8 bei 19 und der für den Hilfswellenleiter 10 bei 20. Die der Zeichnung zu entnehmende gegenseitige Versetzung der Ausgangsflansche ist in elektrischer Hinsicht ohne Bedeutung, erleichtert aber den mechanischen Aufbau des Wellentypkopplers.

Die Dimensionierung der einzelnen Koppelschlitze für jeden der Hilfswellenleiter entsprvJit bekannter Praxis.

Das Diagramm nach Fig.3 stellt schematisch einen Schnitt durch den Hauptwellenleiter 1 der F i g. 1 und 2 dar und verknüpft die Position jedes der Hilfswellenleiter 2,3,4,5,7,8,9 und 10 mit dem Ausbreitungsmodus, der durch den betreffenden Hilfswellenleiter ausgekoppelt wird. Einer der beiden orthogonalen Ausbreitungsmoden ist mit »TE21« bezeichnet, während der andere der beiden orthogonalen Ausbreitungsznoden mit »TE21'« bezeichnet ist Das Symbol »LS« bedeutet, daß die Koppelschlitze längslaufende Schlitze sind.

Zusätzlich zu den beiden orthogonalen TE₂I-Ausbreitungsmoden pflanzt sich innerhalb des Hauptwellenleiters 1 auch ein TEn-Nachrichtensignal fort, das durch den Hauptwellenleiter 1 hindurchgeht Die Anordnung von zwei Paaren von Hilfswellenleitern für jeden der zwei aus dem Hauptwellenleiter 1 auszukoppelnden orthogonalen TE₂i-Ausbreitungsmoden resultiert in einem symmetrischen System, das dazu neigt, die Depolarisierung der TEn-Ausbreitungsmoden, die sich durch den Koppelbereich fortpflanzen, zu vermindert. Reflexionen im TEn-Nachrichten-Ausbreitungsmodus können dadurch vermindert werden, daß die Anordnungen der Koppelschlitze, die für einen der beiden orthogonalen TE2i-Ausbreitungsmoden vorgesehen sind, in bezug auf die Anordnungen von Koppelschlitzen, die für den anderen der beiden orthogonalen TE2i-Ausbreitungsmoden vorgesehen sind, um ein Viertel einer Betriebswellenlänge versetzt angeordnet werden, wodurch eine Reflexions-Aufhebung über ein relativ breites Frequenzband erzielt wird.

Verglichen mit einer herkömmlichen Anordnung zur Auskoopli rij zweier orthogonaler TE2i-Ausbreitungsmoden, bei der ein Koppler für den einen Modus in Serie mit einem Koppler für cen anderen Modus vorgesehen ist, wird nicht nur die Gesamtlänge der Koppleranordnung vermindert, sonden auch die Bandbreite des Gesamtsystems erhöht, da die Weg-Längen-Differenz zwischen Signalen aus den beiden orthogonalen Ausbreitungsmoden beträchtlich vermindert ist

F i g. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Satellitenverfolgungssystems mit einem Wellentypkoppler gemäß den F i g. 1 und 2. Dieser Wellentypkoppler ist durch den Block 21 dargestellt, dem Signale zugeführt werden, die von der Satelliten-Erdstation über eine Hornantenne 22 empfangen werden. Die Ausgangssignale der Hilfswellenleiter 2,3, 4 und 5 werden kombiniert, um ein Eingangssignal 23 für eine angepaßte

Differentialvcrzweigung 24 zu bilden. Die Ausgangssignale der Hilfswellenleiter 7,8,9 und 10 werden kombiniert, um ein zweites Eingangssignal 25 für die Verzweigung 24 zu erhalten.

Die orthogonalen Ausbreitungsmoden werden im Element 24 zusammengefaßt und kombiniert, dessen Ausgang mit einem rauscharmen Verstärker 26 verbunden ist Der Ausgang dieses Verstärkers ist an einen Verfolgungsempfänger 27 angeschlossen. Der durch den Hauptwellenleiter hindurchgehende TEn-Nachrichtenmodus wird einem Ausgangswellenleiter zugeführt, während ein Teil des TEu-Nachrichtensignals ausgekoppelt und als Eingangssignal für den Verfolgungsempfänger 27 verwendet wird. An den Ausgängen 29 und 30 des Verfolgungsempfängers 27 erscheinen jeweils Azimut- und Elevations-Auslenkungssignale.

Ein Wellentypkoppler nach der Erfindung ist auch zur Trennung von anderen Kombinationen von Ausbreitungsmoden verwendbar. Beispielsweise wird die Kombination TEoi/TMoi und die Kombination TE21/TM01 ebenfalls in SatelHtenverfolgunssystemen verwendet. Die Grundausbildung des Wellentypkopplers bleibt auch bei diesen anderen Ausbreitungsmoden gleich, und es ist nur erforderlich, die Koppelschlitze entsprechend zu gestalten. Für den TMoi-Ausbreitungsmodus werden beispielsweise die Koppelschlitze im Gegensatz zur bisher beschriebenen Längsausrichtung in Querrichtung angeordnet.

Die F i g. 5 zeigt ein der F i g. 3 ähnliches Diagramm, betrifft jedoch den Fall, daß die zu trennenden Ausbreitungsmoden nicht zwei orthogonale TE2i-Ausbreitungsmoden sind, sondern vielmehr eine Kombination von TEoi und TMoi-Ausbreitungsmoden darstellen. In dieser Fig.5 bezeichnet die Angabe »TS« einen querliegenden Schlitz, während die Angabe »LS« einen längsliegenden Schlitz kennzeichnet.

Die f i g. 6 steiit den Fail der Kombination von Ausbreitungsmoden TM01/TM21 dar.

F i g. 7 zeigt den Fall, bei dem die zu trennenden Ausbreitungsmoden zwei orthogonale TEu-Nachrichten- Ausbreitungsmoden sind. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der Koppler als eine Orthogonalmodus-Verbindung verwendet wird. Die für die F i g. 3 und 5 gegebene Erläuterung gilt in analoger Weise für die F i g. 6 und 7.

Für den Fall der Orthogonalmodus-Verbindung, wie sie in der F i g. 7 dargestellt ist, ist es üblich, daß die zwei orthogonalen TEu-Nachrichten-Ausbreitungsmoden unterschiedliche Frequenzen haben, wobei die Hilfswel lenleiter 2,3, 4 und 5 das eine TEn-Frequenzband aus koppeln, während die Hilfswellenleiter 7, 8, 9 und 10 das andere TEu-Frequenzband auskoppeln. Die Bandbreite der Kopplung ist dadurch bestimmt, daß die Hilfswellenleiter so aufgebaut werden, daß eine Wellenlän-

is gengleichheit zwischen den Hilfswellenleitern und dem Hauptwellenleiter, von der eine hohe Kopplung abhängi, mir in ausgewählten Frequenzbändern erfolgt. Die Gruppe von Hilfswellenleitern 2, 3, 4 und 5 ist mit einer für das eine Frequenzband geeigneten. Frequen*- charakteristik versehen, während die andere Gruppe von Hilfswellenleitern 7,8,9 und 10 mit einer an das andere Frequenzband angepaßten Frequenzcharakterisik ausgestattet ist. Zur Erzielung einer Bandfiltercharakteristik ist jeder Hilfswellenleiter so ausgebildet, daß seine Veränderung der Wellenlänge mit der Frequenz nur in dem richtigen Frequenzband mit der des kreisförmigen Hauptwellenleiters üv-ireinstimmt. Dies wird entweder dadurch erreicht, daß jeder Hilfswellenleiter so ausgebildet wird, daß seine Wellenlänge und seine Frequenz einer Kurve folgen, die unterschiedlich von der des Hauptwellenleiters 1 ist, beispielsweise dadurch, daß der Hilfswellenleiter gewellt bzw. geriffelt ausgeführt wird, oder dadurch, daß die Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz eines Hilfswellenleiters so ausgewählt wird, daß sie von einer Frenzfrequenz ausgeht und sich einer Asymptote annähert, welche unterschiedlich von denjenigen des Hauptwellenleiters sind, beispielsweise dadurch, daß der Hilfswellenleiter mit einer dielektrischen

Füllung versehen wird. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wellentypkoppler mit wenigstens zwei in Längsrichtung entlang eines gemeinsamen Abschnitts mit einem Hauptwellenleiter gekoppelten Hilfswellenleitern, von denen ein Hilfswellenleiter Signale eines ersten Ausbreitungsmodus und der andere Hilfswellenleiter Signale eines zweiten Ausbreitungsmodus unterhält und koppelt, und wobei zur Kopplung zwischen dem Hauptwellenleiter und den Hilfswellenleitern jeweils Gruppen von Öffnungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (6) einer Gruppe für den ersten Ausbreitungsmodus etwa um ein Viertel der Betriebswellenlänge bezüglich der Öffnungen (6) einer Gruppe für den zweiten Ausbreitungsmodus versetzt angeordnet sind

2. Welleitijpkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Signale eines jeden Ausbreitungsmodus wenigstens ein Paar von Hilfswellenleitern (2,3; 4,5; 7,8; 9,10) in der gleichen Ebene und an entgegengesetzten Seiten der Achse des Hauptwellenleiters (1) vorgesehen ist

3. Wellentypkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptwellenleiter (1) kreisförmigen Querschnitt besitzt und für Signale eines jeden Ausbreitungsmodus zwei Paare von Hilfswellenleitern (2,3; 4,5; 7, 8; 9, IU; vorgesehen sind und
daß die Hilfswellenleiter symmetrisch um den Außenumfang des Hauptwehenleiters (1) verteilt sind.

4. Wellentypkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelöffnungen (6) aus Schlitzen bestehen.

5. Wellentypkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Wandung der Hilfswellenleiter (2, 3; 4,5; 7, 8; 9,10) gewellt ausgebildet ist

6. Wellentypkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Teil der Hilfswellenleiter (2,3; 4, 5; 7,8; 9,10) eine reaktive Belastung eingefügt ist

7. Wellentypkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswellenleiter (2, 3; 4,5; 7, 8; 9, 10) mit einer dielektrischen Füllung versehen sind.