DE3632545A1

DE3632545A1 - Polarisationsdrehglied fuer hohlleiter

Info

Publication number: DE3632545A1
Application number: DE19863632545
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Geiger; Stefan Dipl Ing Rust
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-03-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Polarisationsdrehglied nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Polarisationsdrehglieder werden benötigt für Schaltungen mit Rechteckhohlleitern mit unterschiedlicher Winkellage der Querschnittsebenen zueinander, z. B. bei Empfängern für horizontale und vertikale Polarisation, bei Crossbar- oder Coplanar-Holleiter-Mischern.

Im Zuge der Miniaturisierung von Schaltungen verlieren bewährte Hohlleiterkomponenten immer mehr an Bedeutung, da sie aus Konstruktionsgründen nur beschränkt einsatzfähig sind. So hat der bekannte Hohlleiter-Twist nahezu die gleichen elektrischen Eigenschaften wie ein geradegeführter Hohlleiter, ist jedoch bei integrierten Schaltungen, z. B. in Fräsblock-Technik, selten einsetzbar, da aufgrund der notwendigen Schraubverbindungen zumindest im mm-Wellenbereich ein Einsatz konstruktionsbedingt nicht möglich ist. Man verwendet stattdessen Polarisationsblenden, deren Blendenöffnungen entweder in die Hohlleiterwand eingeätzt, Fig. 2, oder in der Ausführung als planare Schaltung auf geeignetem Trägermaterial in die Hohlleiterschaltung eingelötet oder eingeklebt werden, Fig. 1.

Eine Polarisationsblende muß dem Anwendungsfall entsprechend einen mehr oder weniger großen Anteil der in einem Rechteckhohlleiter geführten Leistung in einen anderen Hohlleiter, dessen Querschnittsebene in bezug zu der beiden gemeinsamen Längsachse gedreht ist, überführen. Bei einer Resonanzblende, Fig. 2, ist der Anteil der in den jeweils anderen Hohlleiter überführten Leistung hoch, jedoch die Bandbreite entsprechend der Güte der Resonanzblende klein. Bei einer nicht resonanzfähigen Polarisationsblende, Fig. 3, wird etwa 50% der zugeführten Leistung in den anderen Hohlleiter übergeführt. Sie hat ihre Anwendung, wenn eine Leistungsteilung erforderlich ist, wenn z. B. im leistungszuführenden Hohlleiter ca. 50% der Leistung für einen Mischer benötigt werden und dessen Eingangsreaktanz mit einem Anteil der an der Blende reflektierten Leistung und entsprechender Hohlleiterlänge kompensiert werden muß. Die Bandbreite ist groß und beträgt nahezu das gesamte Hohlleiterband.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Polarisationsdrehglied der eingangs genannten Art anzugeben, das bei kleiner Durchlaßdämpfung eine hohe Bandbreite aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Das erfindungsgemäße Polarisationsdrehglied bezieht zur Steigerung des Wirkungsgrads das Umfeld der beiden Hohlleitern gemeinsamen Fläche mit ein. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird ein Teil der aus dem Hohlleiter II einlaufenden Leistung von der Blende reflektiert mit einer Phase ϕ _B, ein anderer Teil wird reflektiert vom Umfeld der Blende an der Hohlleiterstirnwand, mit einer Phase ϕ _R. Fig. 5 zeigt die Winkellage der Hohlleiter I und II zueinander. In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polarisationsdrehglieds dargestellt. Die Blende bildet einen Resonanzkreis unterhalb des Arbeitsbereichs der Hohlleiter. Sie ist so dimensioniert, daß sich die reflektierten Anteile mit der Phase ϕ _B und die reflektierten Anteile mit der Phase ϕ _R gegenseitig auslöschen.

Ändert man die Frequenz der zugeführten Leistung am unteren Ende des Hohlleiterbandes beginnend, so ändert sich die Phase des von der Blende reflektierten Anteils ϕ _B beim Durchlaufen der Resonanz der Blende zusätzlich um 180°, während die anderweitig reflektierten Anteile ϕ _R nur eine frequenzabhängige Phase aufweisen, Fig. 8. Der Phasengang von ϕ _R kann geringfügig mit dem Abstand a des Trägers, Fig. 4, der von ϕ _B durch Dimensionierung der Planarschaltung (Blende) beeinflußt werden. Bei entsprechender Dimensionierung kann ein breitbandig gleichmäßiger Verlauf der Phasendifferenz erreicht werden, durch welche die reflektierten Anteile bei gleicher Amplitude sich gegenseitig auslöschen und der Wirkungsgrad des Polarisationsdrehglieds gesteigert wird. Fig. 7 zeigt die Frequenzcharakteristik eines erfindungsgemäßen Polarisationsdrehglieds im Vergleich zu einer einfachen Resonanzblende mit gleicher Resonanzfrequenz.

Die Wirkungsweise der Drehung der Polarisation ist aus Fig. 6 erkennbar. Die schrägen Anteile der Blende bewirken die Erzeugung von vertikalen und horizontalen E-Feld-Komponenten. Der Vektor E 1 ist z. B. aufzuspalten in die vertikale Komponente E 1 _V und die horizontale Komponente E 1 _H. Entsprechend E 4. Die Dimensionierung der Blende in ihren schrägen (E 1, E 4) und ihren zur Hohlleiterwand parallelen Teilen (E 2, E 3) erfolgt nun so, daß für die Bilanz der vertikalen E-Feld-Vektoren gilt:

Σ E _R+ E 2+ E 3+ E 1 _V+ E 4 _V=0.

Dabei sind E _R die im Umfeld der Blende reflektierten Komponenten.

Durch weitere Unterteilung der E 4 und E 1 erzeugenden schrägen Blendenrandung und Änderung der Schräglage dieser unterteilten Kantenbereiche kann der frequenzabhängige Phasengang beeinflußt und damit die nutzbare Bandbreite vergrößert werden. Aus den typischen Verläufen der Transmissionsverluste und Reflexionsdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz sind die geschilderten Vorgänge ersichtlich. Während unterhalb der Blendenresonanz aufgrund gleicher Phasenlage, Fig. 8, die reflektierten Anteile sich addieren und damit die Transmissionsverluste erhöhen, Fig. 7, ist oberhalb der Resonanz nur die Differenz der Anteile wirksam, und die Transmissionsverluste verringern sich entsprechend. Typische Werte, z. B. im W-Band (85-110 GHz) sind

Transmissionsverluste:< 0.5 dB Bandbreite:∼20 GHz.

Claims

1. Polarisationsdrehglied für Rechteckhohlleiter mit einer Blende auf einem Träger an der Nahtstelle zweier um 90° gegeneinander gedrehter Hohlleiter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Blende bildet einen Resonanzkreis unterhalb des Betriebs-Frequenzbereiches;
- die Blende ist punktsymmetrisch bezüglich der Hohlleiterachse und unterteilt in zur Hohlleiterwand schräge und parallele Bereiche;
- die Blende ist derart dimensioniert, daß sich die von der Blende und die von der restlichen Hohlleiterstirnwand reflektierten Wellenanteile bezüglich Phasenlage und Amplitude gegenseitig auslöschen.

2. Polarisationsdrehglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende um einen Abstand a von der Hohlleiterstirnwand entfernt ist.

3. Polarisationsdrehglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Bereiche der Blende weiter unterteilt sind in Unterbereiche von unterschiedlicher Schräge.