DE3345689A1 - Breitband-polarisationsweiche - Google Patents
Breitband-polarisationsweicheInfo
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Description
16 = 12.1983 El/hl
9491 Breitband-Polarisationsv/eiche
Die Erfindung betrifft eine Breitband-Polarisationsweiche
für die Trennung von orthogonal linear polarisierten elektromagnetischen Wellen„ xtfie sie im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 näher beschrieben ist.
Eine derartige Breitband-Polarisationsweiche ist aus der DE-OS 26 51 935 bekannt» Diese besteht aus einem
eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt quadratischen Querschnitts, in dem bevorzugt H1Q- sowie HQ^-Wellen
geführt werden sollen., Diese sind bezüglich ihrer
Feldstärkevektoren linear und orthogonal zueinander polarisiert» Um beide Polarisationen voneinander
trennen zu können, sind in zwei einander gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschnittes rechteckige
Koppelfenster eingelassen, deren Länge der Seitenlänge
des quadratischen Hohlleiterquerschnitts entspricht und deren Breite die Hälfte davon beträgt» Von diesen Koppelfenstern
zweigt jextfeils ein Hohlleiterarm desselben
rechteckigen Querschnitts ab, und zwar unter einem rechten Winkel gegen die durch die Längsachse des Hohlleiterabschnittes
gegebene Hauptrichtung, wobei sich diese beiden seitlich abzx-reigenden Hohlleiterarme dann
nach Zwischenschaltung von Krümmern in einer gemeinsamen Breitbandverzweigung vereinigen» Bei den Krümmern
handelt es sich um je einen 180°- und einen 90°-Krümmer, die in zwei senkrecht aufeinanderstellenden Ebenen gekrümmt
sind- Damit verläuft der Weg der beiden ausgekoppelten Wellen zunächst in einer zu der erwähnten
Hauptrichtung senkrechten Ebene„ um dann mittels der
beiden 90"-Krümmer in eine zur Hauptrichtung parallele
Richtung umgelenkt zu werden» Hinter den Koppelfenstern setzt sich der quadratische Hohlleiterabschnitt als
durchlaufender Hohlleiterarm fort, und zwar unter
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Patentabteilung
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Verminderung seines zunächst quadratischen Querschnitts auf einen Rechteckquerschnitt der halben Querschnittsfläche, wobei eine Seitenlänge beibehalten wird. Zu
Beginn dieses durchlaufenden Hohlleiterarmes, d.h.
hinter den Koppelfenstern, ist in dessen Innerem eine Trennstruktur angeordnet, die im wesentlichen aus einem
dünnen, ebenen Blech besteht und senkrecht zu den die Koppelfenster aufweisenden Hohlleiterwänden orientiert
ist. Dieses Blech läuft in Richtung zum eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt hin in einer Spitze aus und dient
als Sperre für die in die seitlichen Hohlleiterarme einzukoppelnden Polarisationsanteile. Die Querschnittsfläche der seitlichen Hohlleiterarme entspricht zunächst
der Hälfte der quadratischen Querschnittsfläche des eingangsseitigen Hohlleiterabschnitts. Im Anschluß an
die beiden 90"-Krümmer entsteht durch Vereinigung der
beiden Hohlleiterarme zunächst wieder ein quadratischer Querschnitt, der dann mittels eines reflexionsarmen
Übergangs auf den ursprünglichen Rechteckquerschnitt des einzelnen Hohlleiterarms vermindert wird.
Mit der bekannten Breitband-Polarisationsweiche ist es möglich, beispielsweise die beiden orthogonalen Grundwellen
vom Typ H10 bzw. HQ1 sauber voneinander zu tren-
nen, und zwar über einen breiten Frequenzbereich. Ein wichtiger Anwendungsbereich derartiger Breitband-Polarisationsweichen
stellt der Nachrichtenverkehr über Satelliten dar. Nach wie vor kommt es bei von Satelliten
mitzuführenden Teilen darauf an, daß diese möglichst
platzsparend und leicht ausgeführt werden, so auch im vorliegenden Falle bei den Speisesystemen für Satelliten-Mikrowellenantennen.
In dieser Hinsicht stellt die bekannte Breitband-Polarisationsweiche noch nicht das
Optimum dar. Insbesondere durch die seitlich relativ weit ausladenden, von den Koppelfenstern abzweigenden
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Hohl le it er arme wird die Gesaratanordnung sperrig und vom Raumbedarf her aufwendig« Der Krümmungsradius der 180°-
Krümmer kann naturgemäß nicht beliebig verringert werden und die senkrecht zur Längsachse des eingangsseitigen
Hohlleiterabschnittes von den abzweigenden Hohlleiterarmen beanspruchte Fläche beträgt ein Vielfaches des
eingangsseitigen quadratischen Querschnittes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Breitband-Polarisationsweiche der eingangs genannten Art
bereitzustellen„ die kompakter gebaut ist und daher
einen geringeren Raumbedarf aufweist# ohne daß dadurch
die elektrischen Eigenschaften verschlechtert wurden.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die seitlichen Hohlleiterarme jeweils von dem Hohlleiterabschnitt unter einem spitzen Winkel abzweigen,
nach Einschaltung eines E-Ebenen=Krümmers zu der durch
die Längsachse des Hohlleiterabschnittes gegebenen Hauptrichtung in etwa parallel geführt sind und nach Einschaltung
eines weiteren, S-förmigen E-Ebenen-Krümmers in der Breitbandverzweigung zusammenlaufen, und daß der
durchlaufende Hohlleiterarm vor der Breitbandverzweigung mittels eines S-förmigen E-Ebenen-Krümmers gegenüber der
Hauptrichtung parallel versetzt ist«
Im Gegensatz zu der durch die bekannte Breitband-Polarisationsweiche
gegebenen Anordnung sind nunmehr der eingangsseitige Hohlleiterabschnitt sowie die von diesem
seitlich abzweigenden beiden Hohlleiterarme bis einschließlich zu deren Vereinigung in der Breitbandverzweigung
in derselben Ebene geführt. Hierdurch und aufgrund der Tatsache» daß die beiden Hohlleiterarme
nunmehr unter einem spitzen Winkel gegenüber der erwähnten Hauptrichtung abzweigen^ wird erreicht, daß die
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Gesamtanordnung wesentlich schlanker ausfällt und der
Flächenbedarf senkrecht zur Hauptrichtung erheblich vermindert ist. Lediglich der durchlaufende Hohlleiterarm
muß, da er direkt auf die Breitbandverzweigung, in der die beiden seitlich abgezweigten Hohlleiterarme
zusammenlaufen, zuläuft, vor Erreichen derselben mit Hilfe eines S-förmigen E-Ebenen-Krümmers aus der erwähnten
Ebene heraus- und an der Breitbandverzweigung vorbeigeführt werden.
10
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die rechteckige Querschnittsfläche der seitlich
abzweigenden Hohlleiterarme über ihre Länge hin mit reflexionsarmen Übergängen auf ein Viertel der Quer-Schnittsfläche
des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes zu vermindern. Durch die Zusammenführung der beiden
Hohlleiterarme in der Breitbandverzweigung entsteht dann ein Rechteckquerschnitt, der der halbierten quadratischen
Querschnittsfläche des Hohlleiterabschnittes gleichkommt und gleichzeitig einen Normhohlleiterquerschnitt
darstellt. Analog hierzu wird vorgeschlagen, den Querschnitt des durchlaufenden Hohlleiterarms
mittels eines reflexionsarmen Übergangs in einen Rechteckquerschnitt
überzuführen, der der halbierten Querschnittsfläche des quadratischen Hohlleiterabschnitts
entspricht. Ausgangsseitig liegen dann zwei Hohlleiterausgänge vor, die beide denselben rechteckigen Querschnitt,
nämlich die Hälfte des ursprünglichen quadratischen Querschnitts, aufweisen, jedoch um 90° gegeneinander
verdreht sind.
Der gesamte Raumbedarf der vorgeschlagenen Anordnung ist ersichtlich wesentlich geringer als der der bekannten
Anordnung, womit jedoch keinerlei Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften verbunden ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert., Es zeigen in schematischer Weise:
Fig.1a eine Breitband-Polarisationsweiche gemäß der Erfindung in Draufsicht,
Fig.1b die Breitband-Polarisationsweiche der
Fig.1a in Seitenansicht^
Fig.2 eine Trennstruktur in dem durchlaufenden
Hohlleiterarmο
Die in den Fig.1a und 1b in Drauf- bzw, Seitenansicht
gezeigte Breitband-Polarisationsweiche 1 v/eist einen eingangssextigen Hohlleiterabschnitt 4 auf, dessen
quadratischer Querschnitt in Fig.1b links angedeutet ist (Seitenlänge a). In diesem Hohlleiterabschnitt sind
beispielsweise die Grundwellen vom Typ E,Q sowie HQ1,
die zueinander orthogonal linear polarisiert sind, ausbreitungsfähig
(in Fig.1b links angedeutet). Um diese beiden Wellen sauber,, d.h. mit vollständiger Entkopplung
voneinander zu trennen, sind in zwei einander gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschnitts 4 rechteckige
Koppelfenster 11 eingelassen. Diese nehmen die gesamte
Höhe a der Hohlleiterwand ein. Von jedem dieser Koppelfenster zweigt seitlich unter einem Winkel <X gegen die
durch die Längsachse des Hohlleiterabschnitts 4 gegebene Richtung ein im Querschnitt rechteckförmiger Hohlleiterarm
2 bsw. 3 ab. Dieser soll vorzugsweise die Breite b = a/2 besitzen, woraus sich für die Breite eines Koppelfensters
der Wert b/sinO^ ergibt. Kurz nach der Abzweigung der seitlichen Hohlleiterarme 2„ 3 münden
diese jeweils in einen E-Ebenen-Krüttmer 5 ein, durch den
die Abweichung um den Winkel CX gegenüber der Längsachse
6 des Hohlleiterabschnittes 4 wieder rückgängig
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gemacht wird. Die seitlichen Hohlleiterarme 2 bzw. 3 verlaufen danach annähernd parallel zur Richtung der
Längsachse 6. Gleichzeitig wird ihr Querschnitt durch reflexionsarme Übergänge, beispielsweise Exponential-
oder Stufenübergänge, unter Beibehaltung der Höhe a halbiert, und zwar auf die Breite b/2. Schließlich gehen
beide seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 in S-förmige E-Ebenen-Krümmer
über und vereinigen sich in einer Breitbandverzweigung 8, wodurch ein Ausgangsquerschnitt für die
eine Polarisation gegeben ist, der gleich der Hälfte des eingangsseitigen quadratischen Querschnittes ist
(Normhohlleiterquerschnitt).
Wie schon aus Fig.1a ersichtlich, wird der eingangsseitige
Hohlleiterabschnitt 4 hinter den Koppelfenstern 11 als durchgehender Hohlleiterarm 9 weitergeführt.
Ohne Richtungsänderung würde letzterer direkt auf die Breitbandverzweigung 8 treffen, die mit den beiden
seitlichen Hohlleiterarmen 2, 3 sowie dem eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt in derselben Ebene liegt,
und zwar bezüglich der jeweiligen Mittelachsen. Wie aus Fig.Ib zu entnehmen ist, wird der durchlaufende
Hohlleiterarm 9 zunächst durch einen reflexionsarmen
Übergang vom quadratischen Querschnitt des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes 4 unter Beibehaltung
einer Seite a in einen Rechteckquerschnitt mit der anderen Seite b = a/2 überführt. Es schließt sich ein
S-förmiger^j^Smmer 10 an, durch den der durchlaufende
Hohlleiterarm 9 aus der oben erwähnten Ebene herausgeführt, d.h. praktisch bezüglich der durch die Längsachse
6 gegebenen Hauptrichtung parallel versetzt wird. Rechts in Fig.1b sind die beiden ausgangsseitigen Rechteckquerschnitte
für die beiden nunmehr getrennten, orthogonal polarisierten Wellen dargestellt. Diese
beiden Ausgangsquerschnitte bilden jeweils die halbe
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Querschnittsfläche des eingangsseitigen quadratischen
Querschnitts und sind um 90° gegeneinander verdreht. Der Abstand c zwischen den beiden Ausgängen kann selbstverständlich
gegenüber der in Fig«1b dargestellten Dimensionierung durch Wahl eines flacheren S-förmigen
Krümmers 10 erheblich verringert werden. Auch die durch die seitlich ausladenden Hohlleiterarme 2 und 3 gegebene
Gesamtbreite der Polarisationsweiche kann im Vergleich zu der Darstellung der Fig.1a noch verringert werden,
und zwar dadurch, daß die E-Ebenen-Krümmer 5 unmittelbar hinter dem jeweiligen Koppelfenster 11 ansetzen.
Aus dem zuvor Geschilderten wird im Zusammenhang mit den Figuren 1a, 1b deutlich, daß die Breitband-Polarisationsweiche
gemäß der Erfindung eine geometrisch sehr schlanke Anordnung darstellt und daher bezüglich des Raumbedarfes
wesentlich günstiger gestaltet ist als die eingangs geschilderte, bekannte Anordnung der DE-OS
26 51 935. Dabei ist hervorzuheben, daß dies mit keiner
Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften erkauft wirdο Vielmehr wird neben der kompakten und platzsparenden
Geometrie eine breitbandige Trennung orthogonaler, linear polarisierter Wellen bei guter Anpassung
ermöglicht»
Der Winkel OL., unter dem die seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 abzweigen, ist von vornherein prinzipiell nicht
festgelegt, sondern kann in Grenzen bei jeder Auslegung den Erfordernissen angepaßt werden. In den Koppelfenstern
11 können in bekannter Weise leitende Stifte angeordnet sein, und zwar parallel zum Ε-Vektor der
durchlaufenden Welle, wobei durch deren Lage und Dimensionierung die Anpassung der durchlaufenden Welle
beeinflußt wird. Weiterhin vermindern diese Stifte die Entstehung höherer Wellentypen in diesem Hohlleiterbereich.
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-] Wie in Fig. 2 gezeigt, kann in der Mittelebene des
durchlaufenden Hohlleiterarmes 9 direkt hinter den Koppelfenstern 11 eine senkrecht zum Ε-Vektor der durchlaufenden
Welle orientierte, flächenhafte Trennstruktur 12 in Form eines dünnen Bleches angeordnet sein, welche
für die seitlich durch die Koppelfenster ausgekoppelte Welle Sperrfunktion besitzt. Anstelle eines Bleches
können auch mehrere symmetrisch übereinander angeordnete Bleche vorgesehen sein. Diese Bleche sind wegen ihrer
geringen Dicke für die durchlaufende Welle nahezu ohne
Einfluß. Für die erfindungsgemäße Polarisationsweiche erweist es sich als besonders zweckmäßig, die eingangsseitigen
Enden der Trennstruktur 12 mit gestuft keilförmiger
Spitze auszubilden, und zwar mit dem Keilwinkel 2 & , wie in Fig.2 dargestellt. Durch diese
gestufte Spitzenform wird eine besonders gute breitbandige Anpassung der seitlich ausgekoppelten Welle
erreicht.
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•44- - Leerseite -
Claims (4)
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Breitband-Polarisationsweiche
Patentansprüche
Breitband-Polarisationsx-reiche für die Trennung
von orthogonal linear polarisierten elektromagnetischen Wellen, mit einem eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt
rechteckigen oder quadratischen Querschnitts, an zwei
gegenüberliegenden Stellen in dessen Wänden quer zu seiner Längsachse eingebrachten, rechteckigen Koppelfenstern
, von letzteren jeweils seitlich abzweigenden Hohlleiterarmen rechteckigen Querschnitts, welche unter
Einschaltung von Krümmern in eine gemeinsame Breitbandverzxireigung
einmünden, wobei der eingangsseitige Hohl™ leiterabschnitt sich hinter den Koppelfenstern in
axialer Richtung als ein durchlaufender Hohlleiterarm fortsetzt, in dessen Innerem eine hinter den Koppelfenstern
beginnende und quer zu diesen orientierte, flächenhafte Trennstruktur angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die seitlichen Hohlleiterarme
(2, 3) jeweils von dem Holilleiterabschnitt (4) unter einem spitzen Winkel ( @i } abzweigen, nach
Einschaltung eines E-Ebenen-Krümmers (5) zu der durch
die Längsachse (6) des Hohlleiterabschnittes (4) gegebenen Hauptrichtung in etwa parallel geführt sind und
nach Einschaltung eines x-ieiteren, S-förmigen E-Ebenen-Krümmers
(7) in der Breitbandverzweigung (8) zusammenlaufen
, und daß der durchlaufende Hohlleiterarm (9) vor der Breitbandverzweigung (8) mittels eines S-förmigen
E-Ebenen-Krümmers (10) gegenüber der Hauptrichtung parallel versetzt ist.
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2. Breitband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rechteckquerschnitte
der seitlichen Hohlleiterarme (2, 3) über ihre Länge hin mit reflexionsarmen Übergängen auf
ca. ein Viertel der Querschnittsfläche des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes (4) vermindert sind.
3. Breitband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der quadratische
Querschnitt des eingangsseitigen Hohlleiterabschnitts (4) im durchlaufenden Hohlleiterarm (9) vor
dem S-förmigen Ε-Ebenen-Krümmer (10) mittels eines
reflexionsarmen Übergangs in einen Rechteckquerschnitt halbierter Querschnittsfläche übergeht.
4. Breitband-Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstruktur (12) aus einem
oder mehreren parallel zueinander angeordneten Blechen besteht, die zum Hohlleiterabschnitt (4) hin jeweils in
einer gestuft keilförmigen Spitze auslaufen.
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