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Frequenzweiche zur Trennung zweier Frequenzbänder
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unterschiedlicher Freauenzlage Die Erfindung betrifft eine Frequenzweiche
zur Trennung zweier FRequenzbänder unterschiedlicher Frequenzlage, bestehend aus
einem ersten Hohlleiterarm, in dem beide Frequenzbänder existent sind, aus einem
an den ersten Hohlleiterarm angeschlossenen zweiten Hohlleiterarm, ih dem nur das
obere Frequenzband existent ist und aus einem ebenfalls an den ersten Hohlleiterarm
angeschlossenen, das untere Frequenzband selektiv durchlassenden Hohlleiterarm,
wobei alle drei Hohlleiterarme als Rechteckhohlleiter mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen
ausgebildet sein können.
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Frequenzweichen der vorgenannten Art sind dem Grundkonzept nach bereits
durch die DE-PS 27 47 654 bekannt geworden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung solcher
Freouenzweichen ist in dem hierzu gehörigen Zusatzpatent Nr. 29 12 650 beschrieben.
Einzelheiten vor allem im Hinblick auf die in den Fig. 2 bis 4 angegebene Frequenzweiche
werden anhand der Fig. 1 noch erläutert.
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Zu den Frequenzweichen nach dem vorgenannten Stand der Technik ist
zunächst folgendes zu sagen. Bei sehr kurzer und sehr kompakter Leitungsführung
wird das in diesen Weichen angeregte H20-Störfeld von der zur Anwendung kommenden
H10-Sperre nicht ausreichend gedämpft, so daß zusätzliche H20-Sperren bei dem oberen
Frequenzband, also z.B. 6 GHz, notwendig sind. Ferner ist durch die H20-Anregung
die nutzbare Gesamtbandbreite nach oben durch die H20-Grenzfreauenz im 4 GHz-Seitenarm,
also
in demjenigen Seitenarm, der das untere Frequenzband führt, eingeengt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den gesamten Frequenzeindeutigkeitsbereich
erheblich zu vergrößern, d.h.
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also denjenigen Frequenzbereich, in dem die gesamte Frequenzweiche
eindeutig arbeitet und keine höheren Störmoden auftreten; auch soll die Herstellung
erheblich vereinfacht werden und zugleich in den beiden zu transportierenden Frequenzbändern
die kleinstmögliche Durchgangsdämpfung erzielt werden.
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Ausgehend von der einleitend genannten Frequenzweiche wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen den einzelnen Hohlleiterarmen
durch eine E-Verzweigung hergestellt ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch
näher erläutert.
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Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 die schon kurz angedeutete bekannte
Frequenzweiche, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Frequenzweiche im Längsschnittbild
entlang der Trennebene 8, Fig. 3 eine Frequenzweiche nach Fig. 2 mit Schwenkbereich
der Achsen ihrer Zugänge, Fig. 4 eine Abwandlung der Frequenzweiche nach Fig. 2
mit gleichachsigem 4-6-GHz- und 6 GHz-Zugang.
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Wie einleitend schon erwähnt, ist in Fig. 1 ein Beispiel dargestellt,
das dem Grundkonzept nach in den deutschen Patentschriften 27 47 654 und 29 12 650
bereits be-
schrieben ist. Jedoch wird in gewisser Weise die Darstellung
dahingehend abgewandelt, daß die nachfolgenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
einfach verständlich sind. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß als Beispiel
die bekannten Richtfunkfrequenzbereiche um 4 GHz- und um 6 GHz angenommen sind,
was jedoch keine Einschränkung hinsichtlich der Frequenzlage darstellen soll. In
Fig. 1 ist zu erkennen die Frequenzweiche mit dem ersten Hohlleiterarm 1, der beide
Frequenzbänder transportiert. An diesen Arm 1 schließen sich die weiteren Hohlleiterarme
2 und 3 an. Im Hohlleiterarm 3 wird nur das untere Frequenzband, wie beispielsweise,
um 4 GHz und im Hohlleiterarm 2 nur das obere Frequenzband, wie beispielsweise das
Frequenzband um 6 GHz transportiert. Mit der Bezugsziffer 4 ist eine Hohlleitersperre
bezeichnet, die das untere Hohlleiterband um 4 GHz im Hohlleiterarm 3 selektiv durchläßt
und das obere Frequenzband z.B. um 6 GHz sperrt.
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Im Ausführungsbeispiel Fig. 1 ist eine solche 6 GHz-Hohlleitersperre
verwendet, die insbesondere in der einleitend bereits erwähnten DE-PS 29 12 650
angegeben ist, so daß hier im einzelnen nicht mehr darauf eingegangen werden muß.
Die wesentlichen Eigenschaften und Merkmale der in Fig. 1 gezeigten Frequenzweiche
sind im folgenden zu sehen.
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Der Hohlleiterarm 3 (4 GHz) in Fig. 1 links ist u.a.
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über die Hohlleiterschmalseite als sogenannte H-Verzweigung nach links
abgewinkelt. An dieser H-Verzweigung wird im 6 GHz-Band das H20-Feld angeregt. Bei
kurzer, kompakter Leitungsführung und bei hohen Sperrdämpfungsforderungen wird dieses
Störfeld in der H10-Sperre nicht ausreichend gedämpft, so daß zusätzliche H20-Sperren
bei 6 GHz notwendig sind. Ferner ist durch die H20-Anregung die nutzbare Gesamtbandbreite
nach oben durch die H20-Grenzfrequenz im 4 GHz-Seitenarm eingeengt.
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Die Symmetrieebene der vorbekannten Freauenzweiche nach Fig. 1 liegt
horizontal im gedachten Fall, die 6-GHz-Hohlleitersperre sei nicht auch nach oben
abgewinkelt.
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Diese Symmetrieebene fällt bei keinem Hohlleiter dieser Weiche mit
der querstromfreien Mittelebene ihrer Rechteckhohlleiter zusammen. Die querstromfreie
Mittelebene eines Rechteckhohlleiters liegt parallel zu seinen beiden schmalen Wänden
in der Mitte zwischen diesen Wänden. Beim Weichentyp nach Fig. 1 ist es also nicht
möglich, alle seine Hohlleiter querstromfrei zu teilen. Diese Weiche muß aus mindestens
drei voneinander verschiedenen Teilen zusammengesetzt werden, von denen jeder gefräst
und funkenerodiert werden muß.
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In den Fig. 2 und 3 sind für wirkungsgleiche Elemente gleiche Bezugsziffern
wie in Fig. 1 verwendet, so daß insoweit vollständig auf die Beschreibung von Fig.
1 zurückgegriffen werden kann.
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Im speziellen ist in Fig. 2 folgendes zu erkennen.
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Die Verzweigung der neuen Frequenzweiche wird nach Fig. 2 vorne links
als E-Verzweigung 5 ausgeführt. Bei dieser Verzweigung liegen die Achsen aller ihrer
drei Rechteckhohlleiterarme unabhängig von ihrem Achsknickwinkel im Verzweigungspunkt
in ein und derselben Ebene 8. In dieser Ebene 8 wird die Frequenzweiche nach Fig.
2 erfindungsgemäß in eine linke (8a) und eine rechte (8b) Hälfte (letztere - 8b
- ist in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet) geteilt. Fig. 2 zeigt von der linken
Hälfte (8a) der Frequenzweiche das Längsschnittbild in der Trennebene 8. Da die
Achsen aller Hohlleiter dieser Frequenzweiche einschließlich ihrer Sperre 4 in dieser
Ebene 8 liegen, ist dieser Aufbau hinsichtlich der Lage aller Hohlleiterachsen zweidimensional.
Da die Ebene 8 außerdem parallel zu den schmalen Wänden aller Rechteckhohlleiter
dieser
Frequenzweiche und in der Mitte zwischen diesen Wänden verläuft, ist die Ebene 8
identisch mit der querstromfreien Ebene aller Hohlleiter der E-Verzweigung 5 und
auch aller Hohlleiter der in Fig. 2 rechts anschließenden Sperre 4 für den obenliegenden
Frequenzbereich z.B. um 6 GHz. Wegen dieser Lage aller Hohlleiterachsen in einer
Ebene wird die neue Frequenzweiche nach Fig. 2 als "zweidimensional" gekennzeichnet
im Gegensatz zur dreidimensionalen Lage aller Hohlleiterachsen der bisherigen Frequenzweiche
nach Fig. 1.
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Bei der neuen zweidimensionalen Frequenzweiche nach Fig. 2 ist die
Herstellung aus nur zwei spiegelbildlich gleichen Hälften möglich, die jeweils in
nur einer Aufspannung vollständig fräsbar sind. Sämtliche Innenkonturen sind bezUglich
der Trennebene 8 (TE) exakt zylindrisch. Die Trennebene 8 (TE) ist für alle Hohlleiter
der dargestellten Frequenzweiche zugleich ihre querstromfreie Ebene, so daß mit
dieser Frequenzweiche in ihren beiden Frequenzbereichen (z.B. um 4 GHz und um 6
GHz) die kleinstmöglichen Durchgangs dämpfungen erreicht werden.
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Die E-Verzweigung 5 in Fig. 2 hat gegenüber der H-Verzweigung (Fig.
1) folgende weitere, grundsätzlich günstigere Eigenschaft. Die E-Verzweigung verursacht
keine H20-Anregung, sondern ihre erste Störwelle nach der H10-Nutzwelle ist die
E11-Welle des Rechteckhohlleiters mit der E11-Grenzwellenlänge
.
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Beispielsweise hat der 4/6-GHz-Rechteckhohlleiter mit a = 45,4 mm,
b = 22,7 mm und fkH10 = 3,3 GHz die E11-Grenzfrequenz fixe11 i = 7,38 GHz. Dies
entspricht einem gesamten Eindeutigkeitsbereich der E-Verzweigung von fkE?1/fMi
O = 2,23. Dagegen wird in der H-Verzwei-
gung der bisherigen Frequenzweiche
(Fig. 1) als erste Störwelle die H20-Welle angeregt mit hkK20 = a und fkH20 = 6,6
GHz beim obigen Hohlleiter; der gesamte Eindeutigkeitsbereich ist dann nur 2,0 =
fkH20/fkH1o-Da die H20-Grenzwellenlänge ach20 = a nicht von der Hohlleiterhöhe b
abhängt, bringt ein niedrigerer Hohlleiter keinen breiteren Eindeutigkeitsbereich
der H-Verzweigung bei der bisherigen Frequenzweiche. Wichtig ist hingegen, daß der
Eindeutigkeitsbereich der E-Verzweigung mit der E11-Grenzfrequenz nach der Gleichung
auch mit kleinerer Hohlleiterhöhe b verbreitert werden kann. Z.B. steigt die s Grenzfrequenz
des 4-GHz-Sperrenhohlleiters auf fkE11 = 12,25 GHz entsprechend dem gesamten Eindeutigkeitsbereich
4,09, weil nach Fig. 3 die Höhe dieses Hohlleiters nach der DE-PS 29 12 650 auf
bs = 12 mm reduziert ist (bei unverändertem a = 45,4 mm mit ski20 = 6,6 GHz) zwecks
Kompensation der Sperrkreisreflexion im unteren Frequenzband.
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Die E-Verzweigung 5 der Frequenzweiche nach Fig. 2 ist ferner so ausgeführt,
daß der Hohllefterarm 3, d.h. der 4-GHz-Durchgang, geradlinig verläuft und der Hohlleiterarm
2, d.h. der 6-GHz-Durchgang, um 900 nach oben abgewinkelt ist. Die Breitseite a6
(die Indizes für die Breitseiten a bzw. die Schmalseiten b sind so gewählt, daß
jeweils das Frequenzband zuzuordnen ist, z.B. der Index 6 fUr das Frequenzband 6
GHz) des Zugangs für das obere Frequenzband z.B. um 6 GHz ist so gewählt, daß die
H10-Grenzfrequenz dieses Armes (aus AkH10 ~ 2 a6) über der höchsten Frequenz des
unteren Frequenzbandes zu liegen kommt; somit wird das untere Frequenzband in diesem
Arm aperiodisch gedämpft. Die Wellenwiderstände des 6-GHz-Armes 2 und des 4 + 6-GHz-Armes
werden dadurch aneinander möglichst weitgehend angeglichen, daß die Höhe b6 des
Hohlleiterarmes 2 vom 6-GHz-Arm kleiner
gewählt wird als 0,5 a6.
Zur Verbesserung der Anpassung im abgewinkelten 6-GHz-Durchgangsweg ist im Bereich
gegenüber der Mündungsöffnung des 6-GHz-Armes 2 nach Fig. 2 ein Keil 7 aus Metall
angebracht, der eine partielle Eckenabflachung des E-Winkels im 6-GHz-Durchgangsweg
verkörpert. Die Eckenabflachung wird dadurch vervollständigt, daß die erste Wiederkehrebene
des Kurzschlusses, den die Hohlleitersperre 4 bei 6 GHz darstellt, in den Bereich
der Spitze dieses Keils gelegt wird. Die zweite Funktion dieses Keils 7 ist, daß
seine Kapazität im geraden 4-GHz-Durchgang 3 die induktive Wirkung der Öffnung zum
6-GHz-Arm 2 kompensiert.
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Ausgehend von der in Fig. 2 vorstehend betrachteten Lage der Hohlleiterachsen
der drei Zugänge (1, 2, 3) zur Frequenzweiche zeigt Fig. 3, wie die Lage der Achsen
dieser Zugänge im Bezug auf die Hohlleitersperre 4 variierbar ist. So kann nach
Fig. 3 der Zugang 1 für beide Frequenzbänder (4 + 6 GHz) aus seiner in Fig. 3 nach
unten weisenden Lage um maximal + 900 nach rechts oder links in an sich jede beliebige
Lage geschwenkt werden. Der in Fig. 3 zunächst nach links weisende 6-GHz-Zugang
2 kann um maximal 1800 in jede beliebige Lage nach rechts geschwenkt werden. Dabei
bleiben alle oben erläuterten Vorteile erhalten. Je nach Achsknickwinkel sind zur
Anpassung des 4- und 6-GHz-Durchgangsweges geeignete Dimensionierungen im Raumbereich
der E-Verzweigung 5 notwendig.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist der Hohlleiterarm 1 (4 +
6-GHz-Zugang) horizontal nach rechts und der 6-GHz-Arm 2 nach links. Zur Anpassung
des 4-GHz-Durchgangsweges zum Hohlleiterarm 3 erhält der 4-GHz-E-Winkel eine unter
450 geneigte Eckenabflachung 9, deren Kathetenmaß xB wegen der großen Öffnungen
zum 6-GHz-
Arm 2 etwas größer zu wählen ist,als wenn das E-Winkelstück
nach der an sich bekannten Methode bemessen wird, die auf den Seiten 401, 402 im
"Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" (Meinke/Gundlach, 2. Auflage, 1962) angegeben
ist. Der Durchgang zum Hohlleiterarm 2 (6 GHz) wird durch die in der 4-GHz-Abflachungsebene
9 angebrachte Reaktanzblende 10 mit ihren Querschnittsparametern a, b' (in Fig.
4 ist nur das Maß b' sichtbar) und ihrer Stärket sowie durch Wahl der Hohlleitermaße
a6 und b6 des Hohlleiterarmes 2 für 6-GHz angepaßt.
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Die dargestellten Frequenzweichen haben den Vorteil, daß sich etliche
ihrer elektrischen Eigenschaften wesentlich verbessern und ihre Herstellung erheblich
einfacher wird. Im einzelnen wird die störende H20-Anregung der Frequenzweiche nach
Fig. 1 eliminiert; dadurch entfällt die bisher notwendige H20-Sperre, und die nutzbare
Gesamtbandbreite wird bis zur E11-Grenzfrequenz des Rechteckhohlleiters erweitert.
Ferner ist es mit der Frequenzweiche nach den Fig. 2 bis 4 möglich, die querstromfreien
Flächen aller ihrer Hohlleiter in ein und dieselbe Ebene zu legen, die zugleich
Symmetrieebene dieser Anordnung ist. Wird die neue Freuqenzweiche in dieser Ebene
geteilt, so wird ihre Zusammensetzung aus nur zwei reinen NC-Frässtellen (Numerisch
controlled) möglich, die untereinander spiegelbildlich gleich sind und die in je
einer Einspannung vollständig fräsbar sind.
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Es entfällt also die Funkenerosion, mit der die Hohlleiterdurchbrüche
der bisherigen Frequenzweichen (Fig. 1) hergestellt werden. Durch die querstromfreie
Teilung aller Hohlleiter der beschriebenen Frequenzweiche werden die kleinstmöglichen
Durchgangsdämpfuñgen erreicht.
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Die hier beschriebene Frequenzweiche eignet sich weiterhin zur direkten
Kombination mit Polarisationsweichen
Insbesondere können zwei gleiche
Frequenzweichen obiger Art mit einer phasensymmetrischen Polarisationsweiche direkt
kombiniert werden. Solche Schaltungen stellen phasensymmetrische Systemweichen dar,
deren technische Bedeutung darin zu sehen ist, daß sie mit einfachen Mitteln auf
den Betrieb mit Zirkularpolarisation erweiterbar sind. Auch ist die Erweiterung
solcher Systemweichen durch 3-dB-Koppler-Phasenschieberkombination zu adaptiv optimal
regelbaren Sende-Empfangsweichen für beliebige Sende- bzv. Empfangspolarisationen
möglich.
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8 Patentansprüche 4 Figuren