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Beschreibung: Die Erfindung geht aus von einer Septum-Polarisations
weiche mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine
derartige Polarisationsweiche ist aus der US-PS 3 955 202 und aus der US-PS 4 122
406 bekannt.
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Die bekannten Polarisationsweichen bestehen aus einem im Querschnitt
runden oder rechteckigen, insbesondere quadratischen Hohlleiter, welcher durch eine
Scheidewand, welche auch als Septum bezeichnet wird, in zwei spiegelbildlich gleiche
Hohl leiter mit entsprechend kleinerem Querschnitt längs unterteilt ist. Das Septum
ist also eine den beiden kleineren Hohlleitern gemeinsame Wand.
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Das Septum erstreckt sich auf einem Teil seiner Länge von Wand zu
Wand und in einem daran anschließenden Abschnitt ist der eine Längsrand des Septums
abgeschrägt oder abgestuft ausgebildet; es ist dieses der Übergangsbereich zwischen
den beiden kleineren Hohlleitern und dem größeren Hohl leiter; dieser übergangsbereich
wird auch als der Weichenbereich bezeichnet. Im Weichenbereich oder daran anschließend
kann der größere Hohlleiter, wie es die US-PS 3 955 202 zeigt, in ein Horn übergehen.
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Die bekannten Vorrichtungen dienen als Hohlleiter-Polarisatoren: Eine
linear polarisierte Welle, welche durch einen der kleineren Hohlleiter hindurch-wandert,
wird
im abgestuften bzw. abgeschrägten Bereich des Septums in eine zirkular-polarisierte
Welle umgewandelt, wobei die aus dem einen kleineren Hohl leiter kommende Welle
eine links-zirkularpolarisierte Welle, die aus dem anderen kleineren Hohileiter
kommende Welle hingegen eine rechts-zirkularpolarisierte Welle ergibt. Durch besondere
Formgebung des abgeschrägten bzw. abgestuften Bereiches des Septums und Anpassung
der Hohlleiterquerschnitte kann man dabei erreichen, dass die zirkular polarisierten
Wellen einen möglichst kleinen elliptischen Anteil enthalten.
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Umgekehrt wird beim Empfang von zirkular-polarisierten Mikrowellen
eine links-polarisierte Welle im Weichen-Bereich in eine linear-polarisierte Welle
umgewandelt und in den einen der beiden kleineren Hohl leiter eingeschleust, wohingegen
eine rechts-polarisierte Welle im Weichenbereich in eine linear-polarisierte Welle
umgewandelt und in den anderen der beiden kleineren Hohlleiter eingeschleust wird.
Auf diese Weise lassen sich linksdrehend und rechtsdrehend zirkular-polarisierte
Signale, wie sie zum Beispiel von Direkt-Rundfunksatelliten abgestrahlt werden,
von einander trennen. Im allgemeinen werden die getrennten Signale nach dem Weichenbereich
auf möglichst kurzem Wege entweder mittels Hohlleiter-Flansch-Übergängen oder mittels
Hohlleiter-Koaxial-Übergängen einer nachgeschalteten Umsetzerbaugruppe zugeführt.
Dabei ist das Einfügen eines Hohlleiter-
Bandpassfilters zur Spiegelfrequenzselektion,
Unterdrückung von Oszillatorsignalen und Verbesserung der Aussenbereichs-Störfestigkeit
erforderlich.
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Das Einfügen dieser Hohlleiterfilter macht bislang zusätzliche Übergänge
erforderlich und verursacht erhebliche zusätzliche Kosten; ausserdem bringt ein
jeder Übergang unerwünschte Störungen in das Mikrowellensignal hinein und belegt
im Umsetzer einen gewissen Platz für seine Unterbringung und Montage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Anordnung der Hohlleiterfilter
eine möglichst einfache, preiswerte, kompakte und möglichst wenig Störungen verursachende
Lösung zu finden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Polarisationsweiche mit den im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Durch die Erfindung werden zwei Hohlleiterfilter in eine Septum-Polarisationsweiche
integriert, und zwar in die beiden darin vorgesehenen kleineren Hohlleiter, die
das Septum als gemeinsame Wand besitzen. Die Erfindung hat den Vorteil, dass man
zum Einfügen der Hohlleiterfilter keinerlei Leitungsübergänge benötigt, und zwar
weder einen Hohlleiter-Hohlleiterübergang (Hohl leiterflansch) noch einen Hohlleiter-Koaxialübergang.
Der Aufwand für das
Einfügen der Hohlleiterfilter ist deshalb im
Vergleich zum Stand der Technik ausserordentlich gering. Ein weiterer Vorteil liegt
darin, dass die Hohlleiterfilter ohne zusätzlichen Platz zu benötigen in einer Septum-Polarisationsweiche
mit üblichen Abmessungen untergebracht werden können. Jener Bereich des Septums,
welcher an den abgeschrägten bzw. abgestuften Bereich des Septums anschließt und
in dem großen Hohl leiter von Wand zu Wand reicht, sollte ohnehin eine Länge aufweisen,
die ungefähr gleich der Wellenlänge oder größer als die Wellenlänge 3e ist, die
zu der Betriebsfrequenz gehört, für welche die Polarisationsweiche bestimmt ist.
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Auf diesem Hohlleiterabschnitt mit der Länge von wenigstens können
störende Wellenformen (Störmoden) welche nach dem Passieren des Weichenbereiches
im Mikrowellensignal noch enthalten sind, weitgehend abklingen. Für eine typische
Betriebsfrequenz von 12 GHz beträgt die zugehörige Wellenlänge 3 cm, und auf dieser
Länge kann man im Hohl leiter ohne weiteres die zur Ausbildung eines Hohlleiterfilters
dienenden Filterelemente anordnen.
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Die Störmoden von Weichenbereich und Filter müssen bei der Dimensionierung
berücksichtigt werden, da sie sich gegenseitig beeinflussen. Zusammen mit den integrierten
Hohlleiterfiltern bildet die erfindungsgemäße Polarisationsweiche mithin eine ausserordentlich
kompakte Baueinheit.
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Die Filter bestehen aus Resonator- und Blendenelementen.
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Welcher Art die Filterelemente sind, aus denen Hohlleiterfilter aufgebaut
werden, und in welcher Weise diese Filterelemente in einem Hohl leiter angeordnet
werden, ist dem Fachmann bekannt und muss in dieser Patentanmeldung nicht im Detail
beschrieben werden. Hinsichtlich des Aufbaus
und der Berechnung
der infrage kommenden Hohlleiterfilter verweisen wir auf die nachstehenden Veröffentlichungen:
1. RE. Collin: Foundations for microwave engineering Mc GrawHill Kogakusha, 1966,
S. 429 ff.
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2. Matthaei, Young, Jones: Microwave Filters, Impedance-Matching
Networks, and Coupling Structures, Artech-House Book, Dedham, MA, 1980 3. H.M. Müller:
"Dielektrische Resonatoren und ihre Anwendungen als Mikrowellenfilter" Z. angew.
Physik, Bd. 24, Heft 3, 1968.
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Vorzugsweise werden die Filterelemente am Septum selbst angebracht,
sie können jedoch auch an der Innenwand des unterteilten Hohlleiters angebracht
sein.
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Durch die Anordnung der Blendenelemente im Hohl leiter
entstehen
Resonatoren, deren Eigenfrequenz in an sich bekannter Weise durch Abstimmelemente,
z.B. durch Schrauben, die in die Hohlleiterwandung gedreht sind und mit einstellbarer
Länge in den Hohl leiter hineinragen, abstimmbar ist. Die Filterelemente können
beispielsweise Irisblenden sein, welche im rechten Winkel zur Längsrichtung des
Hohl leiters mit Abstand hintereinander angeordnet sind; derartige Irisblenden eignen
sich insbesondere zur Befestigung an der Innenwand des unterteilten Hohl leiters.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Filterelemente in Form von Zylindern
auszubilden, deren Längsachse senkrecht auf dem Septum steht und die ebenfalls in
Längsrichtung des Hohl leiters mit Abstand hintereinander angeordnet sind. Solche
zylinderförmigen Filterelemente eignen sich besonders zur Befestigung auf dem Septum.
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Schließlich besteht die Möglichkeit,die Filterelemente in Form von
Finline-Elementen zu realisieren.
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Wie viele Filterelemente hintereinander angeordnet werden, hängt von
den Selektionsforderungen ab. In der Regel werden es wenigstens 3 Filterelemente
hintereinander sein. Um die Baulänge der Polarisationsweiche mit integrierten Hohileiterfiltern
so kurz wie möglich zu halten, wird angestrebt, auch die Filter so kurz wie möglich
auszubilden. Aus diesem Grunde ist es auch von Vorteil, Filterelemente aus einem
dielektrischen (elektrisch nicht leitenden) Werkstoff zu verwenden, und zwar
insbesondere
zylindrische Filterelemente, welche z.B.
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versetzt zueinander in den Hohl leitern angeordnet werden.
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Schon mit drei in dieser Weise versetzt angeordneten dielektrischen
Filterelementen kann man Hohlleiterfilter mit hoher Selektivität herstellen. Ergänzend
wird darauf hingewiesen, dass drei solche im Abstand von knapp der Hälfte der Wellenlänge
# # angeordnete Filterelemente die Polarisationsweiche im Vergleich zum Stand der
Technik praktisch nicht verlängern.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Polarisationsweiche und die Anordnung
des Septums darin gestalten sich dann besonders einfach und kostengünstig, wenn
der Hohlleiter, welcher durch das Septum längs unterteilt wird, selbst längsgeteilt
ist und aus zwei übereinstimmenden Hälften besteht, die beide mit demselben Werkzeug
hergestellt werden können. Das Septum kann dann zur Montage in eine der beiden Hälften
des Hohlleiters lose eingelegt werden und wird im Hohlleiter unverlierbar gehalten
und fixiert, wenn die beiden Hälften des Hohl leiters zusammengefügt und miteinander
verbunden, insbesondere miteinander verschraubt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt.
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Figur 1 zeigt eine erste Polarisationsweiche in Explosionsdarstellung,
Figur 2 zeigt eine zweite Polarisationsweiche in Explosionsdarstellung, und Figur
3 zeigt eine dritte Polarisationsweiche in Explosionsdarstellung.
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Übereinstimmende oder einander entsprechende Elemente in den verschiedenen
Ausführungsbeispielen sind mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.
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Die in Fig. 1 dargestellte Polarisationsweiche besteht aus einem Hohl
leiter 1 mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Querschnitt, und ist aus zwei
übereinstimmenden Hälften la und Ib zusammengefügt. Zwischen die beiden Hohlleiterhälften
1a und Ib ist ein größenordnungsmässig 1 mm dickes Septum 2 lose eingefügt, dessen
Höhe h auf einem Teil seiner Länge mit der lichten Weite des Hohl leiters 1 übereinstimmt.
In diesem Bereich trägt das Septum 2 zu beiden Seiten dünne zylindrische Filterelemente
13 (im gezeichneten
Ausführungsbeispiel sind es beispielsweise
auf jeder Seite drei Blenden als Filterelemente, es könnten jedoch auch mehr als
drei Filterelemente sein), welche in Längsrichtung des Hohl leiters 1 mit Abstand
hintereinander angeordnet sind und senkrecht auf der Ebene des Septums 2 stehen.
Der Abstand benachbarter Filterelemente 13 beträgt knapp die Hälfte der Länge für
welche die Polarisationsweiche bestimmt ist, bei einer Betriebsfrequenz von 12 GHz
also knapp 1,5 cm. Der Bereich, in welchem die Filterelemente 13 angeordnet sind
und in welchem das Septum 2 sich im Hohl leiter 1 von der einen Hohlleiterwand 15
zur gegenüberliegenden Hohlleiterwand 16 erstreckt, wird auch als der Selektionsbereich
17 bezeichnet.
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In diesem Bereich 17 unterteilt das Septum 2 den Hohl leiter 1 in
zwei kleinere Hohlleiter 3 und 4 mit entsprechend verringertem rechteckigen Querschnitt.
An den Selektionsbereich schließt sich der Weichenbereich 11 an, in welchem das
Septum abgestuft ausgebildet ist. Wie die Zahl der Stufen und ihre Gestalt zu wählen
ist, ist dem Fachmann bekannt und muss hier nicht erläutert werden.
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Wenn die Polarisationsweiche zusammengebaut ist, liegen
die
Enden der Filterelemente 13 in längs verlaufenden Nuten der Hohlleiterhälften 1a
und 1b, wodurch das Septum exakt in der Längsmittelebene des Hohl leiters 1 zu liegen
kommt.
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Die Polarisationsweiche besitzt drei Tore 8, 9 und 10, welche in Fig.
1 bis Fig. 3 als Hohileiterflansche ausgebildet sind. Der Hohlleiterflansch 5 erstreckt
sich quer zur Längsrichtung des Hohl leiters 1 an dessen einem Ende und umschließt
die den beiden kleineren Hohlleitern 3 und 4 gemeinsam zugeordnete Hohlleiteröffnung
8. Die beiden übrigen Hohlleiterflansche 6 und 7 befinden sich im rechten Winkel
zum Hohlleiterflansch 5 am gegenüberliegenden Ende des Hohlleiters 1, und zwar einer
auf der Aussenseite der einen Hohlleiterhälfte la und der andere auf der gegenüberliegenden
Aussenseite der Hohlleiterhälfte 1b. Die beiden Flansche 6 und 7 sind übereinstimmend
ausgebildet und erlauben es, durch die einander gegenüberliegenden Öffnungen 9 und
10 mit rechteckigem Querschnitt aus den Hohl leitern 3 und 4 die Mikrowellensignale
in entgegengesetzte Richtungen herauszuführen.
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Die beiden Hohlleiterflansche 6 und 7 könnten auch durch Hohileiter-Koaxialübergänge
ersetzt werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Polarisationsweiche unterscheidet sich
von der in Fig. 1 dargestellten nur darin, dass die Filterelemente nicht auf dem
Septum 2 angebracht sind, sondern an den beiden Hohlleiterhälften la und 1b. Bei
den Filterelementen handelt es sich im vorliegenden Fall um metallische Irisblenden
12, welche im rechten Winkel zur Längsrichtung des Hohl leiters 1 angeordnet und
ebenfalls einen Abstand von knapp der Hälfte der Wellenlänge # # besitzen, für welche
die Polarisationsweiche bestimmt ist. Im gezeichneten Beispiel sind jeweils drei
Blenden hintereinander angeordnet, es könnten jedoch auch mehr als drei Blenden
sein. Dabei sind in jeder Hohlleiterhälfte 1a und Ib drei Blendenpaare mit Abstand
hintereinander angeordnet, wobei die beiden Blenden eines jeden Paares in derselben
Ebene liegen und von gegenüberliegenden Wänden 15 und 16 der Hohlleiterhälften la
bzw. Ib ausgehen.
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Die in Fig. 3 dargestellte Polarisationsweiche unterscheidet sich
von den in Fig. 1 und 2 gezeigten Versionen dadurch, dass Blenden und Resonatoren
in Finline-Technik ausgeführt sind.
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Die erfindungsgemäßen Pollarisationswei chen können in beiden Richtungen
(also sowohl zum Senden als auch
zum Empfang von Mikrowellen) verwendet
werden, wobei sie für den Empfang von Mikrowellen besonders geeignet sind. An den
Hohlleiterflansch 5 wird sich in der Regel ein Horn anschließen.
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