DE2932626C2

DE2932626C2 - Viertornetzwerk zur Trennung zweier aus doppelt polarisierten Frequenzbändern bestehenden Signalen

Info

Publication number: DE2932626C2
Application number: DE2932626A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg Mörz
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-08-11
Filing date: 1979-08-11
Publication date: 1985-01-31
Also published as: IT8023889A0; GB2059170B; DE2932626A1; GB2059170A; JPS5630301A; IT1132298B; CA1157113A; JPS6352481B2; FR2463520B1; FR2463520A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Viertornetzwerk zur Trennung von aus zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern bestehenden Signalen für ein Antennenspeisesystem im Rieht- oder Satellitenfunk, wobei ein Polarisationswandler zur Umwandlung von linearer in zirkuläre Polarisation und umgekehrt, der auf geringste Eigenelliptizität im unteren Frequenzband ausgelegt ist, einer symmetrischen Polarisationsweiche für das untere Frequenzband vorgeschaltet ist und zwischen dieser und einer weiteren Polarisationsweiche für das obere Frequenzband ein zweiter Polarisationswandler geschaltet ist, der die verbleibende Restelliptizität im oberen Frequenzband kompensiert.

Viertornetzwerke werden in Antennensystemen z. B. im Satellitenfunk zur Signalirennung bei Betrieb mit Frequenzdoppelausnutzung eingesetzt, wobei das eine Frequenzband für die Aufwärtsverbindung und das andere für die Abwärtsverbindung vorgesehen ist. Jedem Frequenzband sind zwei linear oder zirkulär (rechts, links drehend) polarisierte Signale zugeordnet. Zirkulare Polarisation wird in der Funktechnik immer dann zur Nachrichtenübertragung eingesetzt, wenn keine parallele Ausrichtung der Polarisation der Empfangsantenne auf die Polarisation der Empfangsfeldstärke gewährleistet ist Beim Satellitenfunk stört hier die zeitlich veränderliche, nichtreziproke Drehung der Polarisationsebene vor allem bei Frequenzen unterhalb 10 GHz, die durch das Zusammenwirken von freien Elektronen mit dem Erdmagnetfeld in der Ionospfiäre zustande kommt Treten im Viertornetzwerk ungleiche Übertragungseigenschaften der Feldkomponenten auf, so geht die zirkuläre Polarisation in eine elliptische über. Je geringer die Elliptizität d. h. das Verhältnis von großer zu

ίο kleiner Ellipsenachse ist, desto besser ist die Polarisationsentkopplung.

Aus der DE-OS 27 03 878 ist ein Viertornetzwerk bekannt (vgl. F i g. 1), bei dem zunächst eine Trennung der beiden linear polarisierten Signale durch eine Polarisationsweiche 1 stattfindet und anschließend mittels zweier Filter 2,3 aus jedem Signal das untere Frequenzband (4GHz) herausgefiltert und das obere Frequenzband (6 GHz) weitergeleitet wird. Zur Erzeugung von rechts- und linkszirkularen Signalen im unteren und oberen Frequenzband werden jeweils im unteren und oberen Frequenzband die in ihre Polarisationsrichtungen zerlegten Signale einem 3-dB-Koppler 4, 5 zugeführt, der eine Umwandlung in rechts- und linkszirkulare Polarisation bewirkt Um eine ideale zirkuläre Polarisation zu erreichen, müssen die zu einem 3-dB-Koppler gehörenden Signalwege exakt gleiche Ausbreitungsverhältnisse aufweisen. Dies läßt sich aber real nicht erreichen, so daß die Polarisation immer eine Elliptizität aufweist.
Aus der Veröffentlichung G. Mörz: »Analyse und Synthese von elektromagnetischen Wellenfeldern in Reflektorantennen mit Hilfe von Mehrtyp-Wellenleitern«, Diss. D82, RWTH Aachen (1978), S. 80/81, ist ein Viertornetzwerk bekannt das Maßnahmen vorsieht zur Minimisierung der Elliptizität der Polarisation. Und zwar besteht das Viertornetzwerk, wie F i g. 2 zu entnehmen ist aus einem ersten Polarisationswandler 6, der zirkulär polarisierte Signale vom Antennenerreger aufnimmt und in linear polarisierte umwandelt bzw. linear polarisierte Signale in zirkulär polarisierte umwandelt und an den Antennenerreger abgibt Nach diesem Polarisationswandler folgt eine Polarisationsweiche 7, die im unteren Frequenzband (z. B. 4 GHz) eine Trennung von rechtszirkularen rz und linkszirkularen Iz Signalen vornimmt und die Signale im oberen Frequenzband (z. B.

6 GHz) durchläßt Daran schließt sich ein zweiter Polarisationswandler 8 an für das obere Frequenzband, dem eine weitere Polarisationsweiche 9 zur Trennung der rechts- und linkszirkularen Signale im oberen Frequenzband folgt Der erste Polarisationswandler 6 ist im unteren Frequenzband u.FB auf geringste Eigenelliptizität ausgelegt, wobei sich eine Abhängigkeit der Elliptizität 9 von der Frequenz /in etwa gemäß dem Verlauf 18 in Fig.3 einstellt Die verbleibende Restelliptizität im oberen Frequenzband o.FB wird mit dem zweiten PoIarisationswandler 8 kompensiert. Mit dieser Anordnung ist es möglich, für beide Frequenzbänder getrennt eine Minimisierung der Eigenelliptizität vorzunehmen. Bei Verwendung nur eines Polarisationswandlers, der gleichzeitig für beide Frequenzbänder optimiert sein müßte, würde sich die Elliptizität in beiden Frequenzbändern nicht so weit herabsetzen lassen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Viertornetzwerk mit einem Polarisationswandler für das untere Frequenzband und einem für das obere Frequenzband anzugeben, bei dem eine optimale Kompensation der Restelliptizität für das obere Frequenzband vorgenommen wird bei Einstellung einer geringsten Eigenelliptizität für das untere Frequenzband.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Polarisationswandler zur Kompensation der Restelliptizität im oberen Frequenzband zwei verschiedenartige wellenkoppelnde Mitte! enthält, von denen die einen die Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität verringern, aber gleichzeitig den Betrag der Restelliptizität erhöhen und die anderen wiederum bewirken, daß der Betrag der Restelliptizität und zusätzlich deren Frequenzabhängigkeit auf ein Minimum herabgesetzt wird

Eine vorteilhafte Ausführungsform des zweiten Polarisationswandlers besteht darin, daß in diesem die Mittel zur Verringerung der Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität aus in zwei diagonal gegenüberliegenden Draufsicht in Richtung χ auf das in F i g. 4 dargestellte Viertornetzwerk zeigt An den Toren 16 und 16' liegen, nach Polarisationsrichtungen getrennt, die Signale des unteren Frequenzbandes und an den Toren 17 und 17' entsprechend die Signale des oberen Frequenzbandes.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie sehr raumsparend aufgebaut ist und dadurch auch in kleinen Bodenstationsantennen eingesetzt werden kann.

Dadurch, daß der erste Polarisationswandler (6 in F i g. 2,11 in F i g. 4) im unteren Frequenzband auf minimale Eigenelliptizität ausgelegt ist, ergibt sich zunächst ein Verlauf 18 der Elliptizität in Abhängigkeit von der Frequenz (vgl. Fig.3), der zwar für das untere Frequenzband u.FB sehr günstig, aber für das obere Fre-

Ecken angeordneten Abschrägungen bestehen, daß zur 15 quenzband o.FB schlecht ist. Es besteht die Notwendig-Herabsetzung des Betrages und zusätzlich der Fre- keit, für das obere Frequenzband die Elliptizität (Restelliptizität) dem Betrag und der Frequenzabhängigkeit nach herabzusetzen. Erfindungsgemäß wird dazu ein zweiter Polarisationswandler (8 in F i g. 2,13 in F i g. 4) 20 zur Kompensation der Restelliptizität verwendet, der zwei verschiedenartige wellenkoppelnde Mittel enthält. Die einen sollen bewirken, daß die Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität verringert wird. Dabei wird aber gleichzeitig, wie der Kurvenverlauf 19 in F i g. 3 zeigt,

sierte Signale, wie es aus der DE-OS 27 03 878 bekannt 25 der Betrag der Restelliptizität angehoben. Durch die ist. Die Beschreibung dieses Viertornetzwerkes erfolgte anderen wellenkoppelnden Mittel soll erreicht werden,

daß der Betrag und zusätzlich noch die Frequenzabhängigkeit auf ein Minimum herabgesetzt, wird (vgl. Kurvenverlauf 20 in F i g. 3).

Der Fig.6, welche den Querschnitt A-A durch den zweiten Polarisationswandler mit quadratischem Querschnitt darstellt, ist ein Ausführungsbeispiel für die obengenannten wellenkoppelnden Mittel zu entnehmen. Die Verringerung der Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität, aber auch die Anhebung des Betrages bewirken in .zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnete Abschrägungen 21, 22. Eine dielektrische Platte 23, die die anderen beiden diagonal gegenüberliegenden Ecken miteinander verbindet, setzt schließlich

F i g. 7 den Querschnitt B-B durch den ersten Polari- 40 den Betrag und weiterhin die Frequenzabhängigkeit der sator (nicht maßstabsgetreu). Restelliptizität auf ein Minimum herab. Sowohl die Ab-

Die Erfindung geht aus von einem Viertornetzwerk, schrägungen 21, 22 als auch die dielektrische Platte 23 wie es prinzipiell in dem Blockschaltbild der Fig. 2 sind hier mit Abstufungen 21', 22', 23' versehen zur dargestellt und bereits oben näher beschrieben worden Verminderung der Eigenreflexion (^A-Transformaist. Ein solches Viertornetzwerk für zirkuläre Polarisa- 45 tionsglieder).

tion läßt sich durch einfache Umgestaltung eines in der Der erste Polarisationswandler für das untere Fre-

DE-AS 24 43166 beschriebenen Viertornetzwerkes quenzband ist in ähnlicher Weise wie der zweite Polarirealisieren, welches in der Lage ist, zwei Signale, die aus sationswandler aufgebaut mit Abschrägungen 24, 25 in je zwei doppelt linear polarisierten Frequenzbändern zwei Ecken und einer dielektrischen Platte 26 zwischen bestehen, hinsichtlich ihrer Frequenzbänder und ihrer 50 den anderen zwei Ecken, wobei die Abschrägungen und Polarisationsrichtungen zu trennen. Dem zentralen die dielektrische Platte ebenfalls mit Abstufungen 24',

25', 26' versehen sind. Die Abschrägungen und die dielektrische Platte können je nach gewählter Größe der Hohlleiterseite entweder in der gleichen oder auch in unterschiedlichen Querschnittsdiagonalen liegen.

Gegenüber dem zweiten Polarisationswandler sind

quenzabhängigkeit der Restelliptizität zwischen den anderen beiden diagonalen Ecken eine dielektrische Platte angeordnet ist und daß die Abschrägungen und die dielektrische Platte Abstufungen besitzen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll nun die Erfindung näher erläutert werden. *

F i g. 1 zeigt ein Viertornetzwerk für zirkulär polari-

bereits weiter oben.

Fig.2 zeigt das schon oben erläuterte prinzipielle Blockschaltbild eines Viertornetzwerks für zirkulär polarisierte Signale, von dem die Erfindung ausgeht,

F i g. 3 stellt den Verlauf der Elliptizität in Abhängigkeit von der Frequenz dar,

Fig.4 zeigt ein aus der DE-AS 24 43 166 bekanntes Viertornetzwerk, das zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maßnahmen erweitert worden ist,

F i g. 5 zeigt die Draufsicht in Richtung χ auf dieses Viertornetzwerk,

F i g. 6 zeigt den Querschnitt A-A durch den zweiten Polarisator (nicht maßstabsgetreu) und

Hohlleiterkörper 10, aus dem das untere Frequenzband ausgekoppelt und in seine zwei Polarisationsrichtungen zerlegt wird, ist der erste Polarisationswandler 11 vorgeschaltet, der im unteren Frequenzband auf geringste Eigenelliptizität ausgelegt ist. Im Zuge des zentralen Hohlleiterkörpers ist zwischen dem Hohlleiterabschnitt, aus dem das untere Frequenzband ausgekoppelt wird, und der Polarisationsweiche 12 für das obere Frequenzband der zweite Polarisationswandler 13 zur Kompensation der Restelliptizität eingefügt. Um Raum für den zweiten Polarisationswandler im zentralen Hohlleiterkörper zu schaffen, sind die den Koppelmitteln für das beim ersten die Abschrägungen und die dielektrische Platte um 90° versetzt angeordnet.

Als Beispiel für die Wirksamkeit der Erfindung sei die gemessene maximale Elliptizität für das untere Frequenzband von 1,02, was einer Polarisationsentkopplung von 40 dB entspricht, und die gemessene maximale Restelliptizität für das obere Frequenzband von 1,012, was einer Polarisationsentkopplung von 45 dB ent

untere Frequenzband zugeordneten paarigen Hohllei-

terarme (14, 15) zur Zusammenführung der ausgekop- 65 spricht, genannt.

pt-lten Signale jeder Polarisationsrichtung aus der Sym-

metrieobene des zentralen Hohlleiterkörpers herausge- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

knickt. Dies veranschaulicht die Fig. 5, welche eine

Claims

Patentansprüche:

1. Viertornetzwerk zur Trennung von aus zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern bestehenden Signalen für ein Antennenspeisesystem im Rieht- oder Satellitenfunk, wobei ein Polarisationswandler zur Umwandlung von linearer in zirkuläre Polarisation und umgekehrt, der auf geringste Eigenelliptizität im unteren Frequenzband ausgelegt ist, einer symmetrischen Polarisationsweiche für das untere Frequenzband vorgeschaltet ist und zwischen dieser und einer weiteren Polarisationsweiche für das obere Frequenzband ein zweiter Polarisationswandler geschaltet ist, der die verbleibende Restelliptizität im oberen Frequenzband kompensiert dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Polarisationswandler (8, 13) zur Kompensation der Restelliptizität im oberen Frequenzband zwei verschiedenartige wellenkoppelnde Mittel (21, 22, 23) enthält, von denen die einen die Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität verringern, aber gleichzeitig den Betrag der Restelliptizität erhöhen, und die anderen wiederum bewirken, daß der Betrag der Restelliptizität und zusätzlich deren Frequenzabhängigkeit auf ein Minimum herabgesetzt wird.

2. Viertornetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Polarisationswandler (8,13), der einen quadratischen Querschnitt aufweist, die Mittel zur Verringerung der Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität aus in zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordneten Abschrägungen (21,22) bestehen und daß zur Herabsetzung des Betrages und zusätzlich der Frequenzabhängigkeit der Restelliptizität zwischen den anderen beiden diagonalen Ecken eine dielektrische Platte (23) angeordnet ist.

3. Viertornetzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen (21, 22) und die dielektrische Platte (23) Abstufungen (2Γ, 22', 23') besitzen.