DE3208029C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Frequenzweiche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Frequenzweichen der vorgenannten Art sind dem Grundkonzept nach bereits durch die DE-PS 27 47 654 bekannt geworden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung solcher Frequenzweichen ist in dem hierzugehörigen 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. 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-Grenzfrequenz im 4 GHz-Seitenarm, also in demjenigen Seitenarm, der das untere Frequenzband führt, eingeengt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gesamten Frequenzeindeutigkeitsbereich erheblich zu vergrößern, d. h. 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.

Ausgehend von der einleitend genannten Frequenzweiche wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

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.

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 beschrieben 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. 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.

Der Hohlleiterarm 3 (4 GHz) in Fig. 1 links ist u.a. 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.

Die Symmetrieebene der vorbekannten Frequenzweiche nach Fig. 1 liegt horizontal im gedachten Fall, die 6-GHz- Hohlleitersperre sei nicht auch nach oben abgewinkelt. 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.

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.

Im speziellen ist in Fig. 2 folgendes zu erkennen.

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 (8 a) und eine rechte (8 b) Hälfte (letztere - 8 b - ist in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet) geteilt. Fig. 2 zeigt von der linken Hälfte (8 a) 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. Bei der neuen zweidimensionalen Frequenzweiche nach Fig. 2 ist die Herstellung aus nur zwei spiegelbildlich gleiche Hälften möglich, die jeweils in nur einer Aufspannung vollständig fräsbar sind. Sämtliche Innenkonturen sind bezüglich der Trennebene 8 (TE) exakt symmetrisch. 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 Durchgangsdämpfungen erreicht werden.

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

Beispielsweise hat der 4/6-GHz-Rechteckhohlleiter mit a = 45,4 mm, b = 22,7 mm und f _{kH 10} = 3,3 GHz die E₁₁-Grenzfrequenz f _{kE 11} = 7,38 GHz. Dies entspricht einem gesamten Eindeutigkeitsbereich der E-Verzweigung von f _{kE 11}/f _{kH 10} = 2,23. Dagegen wird in der H-Verzweigung der bisherigen Frequenzweiche (Fig. 1) als erste Störwelle die H₂₀-Welle angeregt mit g _{kH 20} = a und f _{kH 20} = 6,6 GHz beim obigen Hohlleiter; der gesamte Eindeutigkeitsbereich ist dann nur 2,0 = f _{kH 20}/f _{kH 10}. Da die H₂₀-Grenzwellenlänge λ _{kH 20} = 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 E₁₁-Grenzfrequenz des 4-GHz-Sperrenhohlleiters auf f _{kE 11} = 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 b _s = 12 mm reduziert ist (bei unverändertem a = 45,4 mm mit f _{kH 20} = 6,6 GHz) zwecks Kompensation der Sperrkreisreflexion im unteren Frequenzband.

Die E-Verzweigung 5 der Frequenzweiche nach Fig. 2 ist ferner so ausgeführt, daß der Hohlleiterarm 3, d. h. der 4-GHz-Durchgang, geradlinig veläuft und der Hohlleiterarm 2, d. h. der 6-GHz-Durchgang, um 90° 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 für 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 g _{kH 10} = 2 a₆) über der höchsten Frequenz des unteren Frequenzbandes zu liegen kommt; somit wird das untere Frequenzband in diesem Arm aperiodisch gedämpft. Die Feldwellenwiderstände 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.

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 ±90° 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 180° 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.

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 45° geneigte Eckenabflachung 9, deren Kathetenmaß x _E 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 Stärke Δ sowie durch Wahl der Hohlleitermaße a₆ und b₆ des Hohlleiterarmes 2 für 6-GHz angepaßt.

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 Frequenzweiche 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. 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 Durchgangsdämpfungen erreicht.

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- bzw. Empfangspolarisationen möglich.

Claims (7)

1. Frequenzweiche zum Trennen zweier Frequenzbänder unterschiedlicher Frequenzlage, bestehend aus einem ersten Hohlleiter (1), in dem beide Frequenzbänder existent sind, aus einem zweiten Hohlleiter (2), in dem nur das obere Frequenzband existent ist, und aus einer Hohlleitersperre (4), die das obere Frequenzband selektiv sperrt und das untere Frequenzband durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Hohlleitern (1, 2) und der Hohlleitersperre (4) durch eine E-Verzweigung (5) mit drei Reckteckhohlleiterarmen (1, 2, 3) hergestellt ist, von denen zwei Rechteckhohlleiterarme (1, 3) gleiche Breitseiten (a₁ = a₃) haben und von denen der dritte Rechteckhohlleiterarm (2) eine Breitseite (a₂) hat, die kleiner ist als die Breitseiten (a₁, a₃) der ersten beiden Rechteckhohlleiter (1, 3) (Fig. 2).

2. Frequenzweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Mitte zwischen den beiden schmalen Wänden aller ihrer Rechteckhohlleiter in einer Ebene (8, Fig. 2) parallel zu diesen Wänden in zwei spiegelbildlich gleiche Hälften geteilt ist.

3. Frequenzweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterarme (1, 2, 3) unter beliebigen Winkeln zueinander liegen (Fig. 3, 4).

4. Frequenzweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest in Teilbereichen als Rechteck-Hohlleiter mit reduzierter Hohlleiterhöhe nach Art der Schmalprofilhohlleiter ausgebildet ist.

5. Frequenzweiche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseite dieses Hohlleiters derart reduziert ist, daß Wellenwiderstandsanpassung zwischen den beide Frequenzbändern (1) und dem das obere Frequenzband führenden Hohlleiter (2) besteht.

6. Frequenzweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der E-Verzweigung (5) ein kapazitiv wirkendes Mittel, z. B. ein metallischer Keil (7), angeordnet ist.

7. Frequenzweiche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wiederkehrebene des Kurzschlusses der das obere Frequenzband reflektierenden Hohlleitersperre (4) in den Bereich des kapazitiv wirkenden Mittels (7) gelegt ist.