DE3345689C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Breitband-Polarisations­ weiche für die Trennung von orthogonal linear polari­ sierten elektromagnetischen Wellen, wie sie im Ober­ begriff 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 H₁₀- sowie H₀₁-Wellen geführt werden sollen. Diese sind bezüglich ihrer Feldstärkevektoren linear und orthogonal zueinander polarisiert. Um beide Polarisationen vonein­ ander trennen zu können, sind in zwei einander gegenüber­ liegenden Wänden des Hohlleiterabschnittes rechteckige Koppelfenster eingelassen, deren Länge der Seitenlänge des quadratischen Hohlleiterquerschnitts entspricht und deren Breite die Hälfte davon beträgt. Von diesen Koppel­ fenstern zweigt jeweils ein Hohlleiterarm desselben rechteckigen Querschnitts ab, und zwar unter einem rechten Winkel gegen die durch die Längsachse des Hohl­ leiterabschnittes gegebene Hauptrichtung, wobei sich diese beiden seitlich abzweigenden Hohlleiterarme dann nach Zwischenschaltung von Krümmern in einer gemein­ samen Breitbandverzweigung vereinigen. Bei den Krümmern handelt es sich um je einen 180°- und einen 90°-Krümmer, die in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen ge­ krümmt sind. Damit verläuft der Weg der beiden ausge­ koppelten 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 Verminderung seines zunächst quadratischen Querschnitts auf einen Rechteckquerschnitt der halben Querschnitts­ fläche, 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 Querschnitts­ fläche 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 Rechteckquer­ schnitt des einzelnen Hohlleiterarms vermindert wird.

Mit der bekannten Breitband-Polarisationsweiche ist es möglich, beispielsweise die beiden orthogonalen Grund­ wellen vom Typ H₁₀ bzw. H₀₁ 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 be­ kannte Breitband-Polarisationsweiche noch nicht das Optimum dar. Insbesondere durch die seitlich relativ weit ausladenden, von den Koppelfenstern abzweigenden Hohlleiterarme wird die Gesamtanordnung 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 Hohlleiter­ armen 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 würden.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die seitlichen Hohlleiterarme jeweils von dem Hohl­ leiterabschnitt unter einem spitzen Winkel abzweigen, nach Einschaltung eines E-Ebenen-Krümmers zu der durch die Längsachse des Hohlleiterabschnittes gegebenen Haupt­ richtung in etwa parallel geführt sind und nach Ein­ schaltung 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 ein­ schließlich zu deren Vereinigung in der Breitband­ verzweigung in derselben Ebene geführt. Hierdurch und aufgrund der Tatsache, daß die beiden Hohlleiterarme nunmehr unter einem spitzen Winkel gegenüber der er­ wähnten Hauptrichtung abzweigen, wird erreicht, daß die Gesamtanordnung wesentlich schlanker ausfällt und der Flächenbedarf senkrecht zur Hauptrichtung erheblich vermindert ist. Lediglich der durchlaufende Hohlleiter­ arm 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 erwähn­ ten Ebene heraus- und an der Breitbandverzweigung vor­ beigeführt werden.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vor­ gesehen, die rechteckige Querschnittsfläche der seit­ lich 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 quadrati­ schen Querschnittsfläche des Hohlleiterabschnittes gleichkommt und gleichzeitig einen Normhohlleiterquer­ schnitt darstellt. Analog hierzu wird vorgeschlagen, den Querschnitt des durchlaufenden Hohlleiterarms mittels eines reflexionsarmen Übergangs in einen Recht­ eckquerschnitt überzuführen, der der halbierten Quer­ schnittsfläche des quadratischen Hohlleiterabschnitts entspricht. Ausgangsseitig liegen dann zwei Hohlleiter­ ausgänge vor, die beide denselben rechteckigen Quer­ schnitt, nämlich die Hälfte des ursprünglichen quadra­ tischen Querschnitts, aufweisen, jedoch um 90° gegen­ einander 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.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigt 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 Hohlleiterarm.

Die in den Fig. 1a und b in Drauf- bzw. Seitenansicht gezeigte Breitband-Polarisationsweiche 1 weist einen eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt 4 auf, dessen quadratischer Querschnitt in Fig. 1b links angedeutet ist (Seitenlänge a). In diesem Hohlleiterabschnitt sind beispielsweise die Grundwellen von Typ H₁₀ sowie H₀₁, die zueinander orthogonal linear polarisiert sind, aus­ breitungsfähig (in Fig. 1b links angedeutet). Um diese beiden Wellen sauber, d. h. mit vollständiger Entkopplung voneinander zu trennen, sind in zwei einander gegenüber­ liegenden Wänden des Hohlleiterabschnitts 4 rechteckige Koppelfenster 11 eingelassen. Diese nehmen die gesamte Höhe a der Hohlleiterwand ein. Von jedem dieser Koppel­ fenster zweigt seitlich unter einem Winkel α gegen die durch die Längsachse des Hohlleiterabschnitts 4 gegebene Richtung ein im Querschnitt rechteckförmiger Hohlleiter­ arm 2 bzw. 3 ab. Dieser soll vorzugsweise die Breite b = a/2 besitzen, woraus sich für die Breite eines Koppel­ fensters der Wert b/sin α ergibt. Kurz nach der Ab­ zweigung der seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 münden diese jeweils in einen E-Ebenen-Krümmer 5 ein, durch den die Abweichung um den Winkel α gegenüber der Längs­ achse 6 des Hohlleiterabschnittes 4 wieder rückgängig 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 7 über und vereinigen sich in einer Breitband­ verzweigung 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 eingangs­ seitige 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 eingangs­ seitigen Hohlleiterabschnitt in derselben Ebene liegt, und zwar bezüglich der jeweiligen Mittelachsen. Wie aus Fig. 1b zu entnehmen ist, wird der durchlaufende Hohlleiterarm 9 zunächst durch einen reflexionsarmen Übergang vom quadratischen Querschnitt des eingangs­ seitigen Hohlleiterabschnittes 4 unter Beibehaltung eine Seite a in einen Rechteckquerschnitt mit der anderen Seite b = a/2 überführt. Es schließt sich ein S-förmiger E-Ebenen-Krümmer 10 an, durch den der durchlaufende Hohlleiterarm 9 aus der obenerwähnten Ebene heraus­ geführt, d. h. praktisch bezüglich der durch die Längs­ achse 6 gegebenen Hauptrichtung parallel versetzt wird. Rechts in Fig. 1b sind die beiden ausgangsseitigen Recht­ eckquerschnitte für die beiden nunmehr getrennten, orthogonal polarisierten Wellen dargestellt. Diese beiden Ausgangsquerschnitte bilden jeweils die halbe Querschnittsfläche des eingangsseitigen quadratischen Querschnitts und sind um 90° gegeneinander verdreht. Der Abstand c zwischen den beiden Ausgängen kann selbst­ verständlich 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 Fig. 1a, 1b deutlich, daß die Breitband-Polarisations­ weiche gemäß der Erfindung eine geometrisch sehr schlan­ ke Anordnung darstellt und daher bezüglich des Raum­ bedarfs 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 wird. Vielmehr wird neben der kompakten und platz­ sparenden Geometrie eine breitbandige Trennung ortho­ gonaler, linear polarisierter Wellen bei guter Anpassung ermöglicht.

Der Winkel a, 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 Koppel­ fenstern 11 können in bekannter Weise leitende Stifte angeordnet sein, und zwar parallel zum E-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.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann in der Mittelebene des durchlaufenden Hohlleiterarmes 9 direkt hinter den Koppelfenstern 11 eine senkrecht zum E-Vektor der durch­ laufenden 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 eingangs­ seitigen Enden der Trennstruktur 12 mit gestuft keil­ förmiger Spitze auszubilden, und zwar mit dem Keil­ winkel 2 α, wie in Fig. 2 dargestellt. Durch diese gestufte Spitzenform wird eine besonders gute breit­ bandige Anpassung der seitlich ausgekoppelten Welle erreicht.

Claims (4)

1. Breitband-Polarisationsweiche 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 Koppel­ fenstern, von letzteren jeweils seitlich abzweigenden Hohlleiterarmen rechteckigen Querschnitts, welche unter Einschaltung von Krümmern in eine gemeinsame Breitband­ verzweigung einmünden, wobei der eingangsseitige Hohl­ leiterabschnitt sich hinter den Koppelfenstern in axialer Richtung als ein durchlaufender Hohlleiterarm fortsetzt, in dessen Innerem eine hinter den Koppel­ fenstern beginnende und quer zu diesen orientierte, flächenhafte Trennstruktur angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Hohl­ leiterarme (2, 3) jeweils von dem Hohlleiterabschnitt (4) unter einem spitzen Winkel (α) abzweigen, nach Einschaltung eines E-Ebenen-Krümmers (5) zu der durch die Längsachse (6) des Hohlleiterabschnittes (4) ge­ gebenen Hauptrichtung in etwa parallel geführt sind und nach Einschaltung eines weiteren S-förmigen E-Ebenen- Krümmers (7) in der Breitbandverzweigung (8) zusammen­ laufen, und daß der durchlaufende Hohlleiterarm (9) vor der Breitbandverzweigung (8) mittels eines S-förmigen E-Ebenen-Krümmers (10) gegenüber der Hauptrichtung parallel versetzt ist.

2. Breitband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recht­ eckquerschnitte der seitlichen Hohlleiterarme (2, 3) über ihre Länge hin mit reflexionsarmen Übergängen auf ca. ein Viertel der Querschnittsfläche des eingangs­ seitigen Hohlleiterabschnittes (4) vermindert wird.

3. Breitband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der quadra­ tische Querschnitt des eingangsseitigen Hohlleiter­ abschnitts (4) im durchlaufenden Hohlleiterarm (9) vor dem S-förmigen E-Ebenen-Krümmer (10) mittels eines reflexionsarmen Übergangs in einen Rechteckquerschnitt halbierter Querschnittsfläche übergeht.

4. Breitband-Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, 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.