DE3824150A1 - Hohlleiter-twist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter-Twist nach dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Der gerade Hohlleiter ist das Grundelement in der Hohllei­ tertechnik. Zur Richtungsänderung von Hohlleitungen wer­ den beispielsweise Leitungskrümmer und Leitungswinkel ver­ wendet. Bei Winkelstücken wird die Ecke abgeschrägt zur Verringerung des Anpassungsfehlers. Meist werden Krümmer verwendet mit kontinuierlich verlaufender Krümmung und gleichbleibendem Querschnitt. Die Krümmung, meist 90°, läßt sich in Richtung der elektrischen Feldlinien (E-Krüm­ mer), also bei der Rechteckhohlleitung über die Breitseite, oder in Richtung der magnetischen Feldlinien (H-Krümmer) , also bei Rechteckhohlleitung in Richtung der Schmalseite vor­ nehmen.

Soll beispielsweise in Ausbreitrichtung die Polarisationsebene um einen geringen Winkel verdreht werden, so können zwei zu verbindende Rechteckhohlleitungen bei gering bleibendem Anpassungsfehler um diesen kleinen Winkel gegeneinander verdreht werden, wobei natürlich keine Öffnung entstehen darf. Bei größerem erforderlichen Verdrehungswinkel zur Drehung der Polarisationsrichtung, meist 90°, verwendet man stetig um ihre Achse verwundene Rechteckhohlleitungen, sogenannte Hohlleiterverdrehungen. Daraus wird aber auch ersichtlich, daß derartige Hohlleiterverdrehungen natürlich eine nicht unwesentliche axiale Baulänge erfordern.

Die eingangs genannten Richtungsänderungen von Hohllei­ tern haben Bedeutung beispielsweise bei der Umsetzung einer Polarisationsweiche. Derartige Polarisationsweichen sind bei­ spielsweise aus der DE 33 45 689 A1 wie auch der DE 30 10 360 C2 bekanntgeworden. Diese Breitband-Polarisations­ weichen dienen zur Trennung von orthogonal linear polari­ sierten elektromagnetischen Wellen. So besitzt beispielsweise ein eingangsseitiger Hohlleiterabschnitt rechteckigen oder quadratischen Querschnitt mit zwei seitlich einander gegen­ überliegenden Koppelfenstern, von denen rechteckige Hohl­ leiterarme abzweigen und unter Einschaltung von Krümmern in eine gemeinsame Breitbandverzweigung einmünden.

Sofern es sich also um Polarisationsweichen handelt, die vollständig in Hohlleitertechnik ausgeführt sind, liegt ihnen im wesentlichen immer das gleiche Prinzip zugrunde. Sie bestehen aus einem runden oder quadratischen Hohlleiter, an dem zwei oder auch mehrere Hohlleiter angeschaltet sind. In dem quadratischen oder runden Hohlleiter sind zwei Haupt­ wellentypen mit senkrecht zueinanderliegenden Polarisations­ ebenen ausbreitungsfähig, die getrennt voneinander in einen oder mehreren nur einer Polarisation zugeordneten Rechteck­ hohlleiter verkoppelt werden.

Dieses Funktionsprinzip kann in einfacher Ausführung bei einer Polarisationsweiche dahingehend umgesetzt werden, daß zur Übertragung zweier Wellen mit senkrecht zueinander aus­ gerichteten Polarisationsebenen ein im Querschnitt quadrati­ scher Hohlleiter vorgesehen ist. Zur Auskopplung der einen Polarisationsebene ist in ihm ein querverlaufender Kurzschluß und auf der gegenüberliegenden Seite des zum Querschnitt quadratischen Hohlleiterabschnittes ein in Längsrichtung, d.h. in Ausbreitrichtung verlaufendes rechteckförmiges Koppelfenster angeordnet, in welchem die elektromagneti­ sche Welle mit der in der Ebene des Koppelfensters liegenden Polarisationsebene ausgekoppelt wird. Über einen hier an­ gesetzten Krümmer bzw. einen Winkel kann diese elektro­ magnetische Welle nurmehr um 90° so umgelenkt werden, daß die Ausbreitrichtung der beiden nunmehr auf jeweils einen Hohlleiterzweig getrennten Wellen parallel zueinander erfolgt. Eine entsprechende Hohlleiterpolarisationsweiche umfaßt des­ halb an einer Anschlußseite die übereinanderliegenden bei­ den Polarisationstore für die beiden Hohlleiterzweige. in denen die beiden getrennten elektromagnetischen Wellen über­ tragen werden. Auch wenn also durch Anordnung eines H-Krüm­ mers nach dem Koppelfenster die Ausbreitrichtung der beiden ausgekoppelten Wellen in Übereinstimmung gebracht werden und die Anschlüsse der beiden Weichenausgänge in einer Ebene liegen können, so bleibt gleichwohl festzustellen, daß die Orientierung der beiden Anschlußhohlleiter senkrecht zueinander liegen. Es breiten sich also durch die Art und Weise der Ankopplung die beiden Polarisationen getrennt vonein­ ander in verschiedenen Hohlleitern in derselben Richtung aus, ihre Orientierung aber im Raum ist immer noch senkrecht zueinander. Sollen hier beispielsweise wie in der Satelliten­ technik erforderlich Mikrowellenkonverter nachgeschaltet werden, so müssen auch diese in entsprechender Anpassung an die senkrecht zueinander liegende Polarisation ausgerich­ tet werden, was bautechnisch immer dann nicht erwünscht ist, wenn auch die Mikrowellenkonverter im Querschnitt Recht­ eckform aufweisen und damit größeren Raum beanspruchen. Es wäre aber auch grundsätzlich denkbar, daß zumindest bei einem der beiden Hohlleiterzweige ein sogenannter "Twist" d.h. also eine sogenannte "Hohlleiterverdrehung" nachgeord­ net ist. Dies würde aber zu einer axialen Verlängerung des erforderlichen Bauraumes führen, da dann beispielsweise ein Mikrowellenkonverter erst um die Baulänge des sogenann­ ten "Twist" versetzt angebaut werden könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen Hohlleiter-Twist insbesondere für eine Hohlleiter-Polarisations­ weiche zu schaffen, um bei geringstem beanspruchten Bauraum die Möglichkeit einer Polarisationsebenen-Verdrehung um 90° zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird in der Tat auf ver­ blüffende Art und Weise bei geringstem Bauraum die Mög­ lichkeit einer Polarisationsebenen-Verdrehung um beispiels­ weise 90° ermöglicht. Dies wird durch die Art und Weise der Ankopplung eines Hohlleiterzweiges an den anderen er­ möglicht, so daß die elektromagnetischen Wellen in der einen Polarisationsebene durch Drehung ihrer Polarisationsebene um 90° in den anderen Hohlleiterzweig überkoppelt werden.

Bei Anwendung des Prinzips auf eine Hohlleiter-Polarisations­ weiche führt dies dazu, daß beispielsweise ein Hohlleiterab­ schnitt zur Übertragung zweier Hauptwellentypen H ₁₀ und H ₀₁ mit zwei senkrecht zueinander liegenden Polarisationsebenen mit einem rechteckförmigen Koppelfenster versehen ist, so daß nach Überkopplung der einen Polarisationsebene in einen nachfolgenden Hohlleiterzweig die überkoppelte Pola­ risationsebene um 90° so gedreht wird, daß die Polarisations­ ebene in dem dem Koppelfenster nachgeordneten sowie dem Kurzschluß nachgeordneten Hohlleiterzweig parallel zueinan­ derliegen.

Das erfindungsgemäße Prinzip kann nicht nur bei den Wellen­ typen H ₁₀ und H ₀₁, also bei im Querschnitt quadratischen bzw. rechteckförmigen Hohlleitern, sondern auch bei im Quer­ schnitt runden Hohlleitern mit den Wellentypen H ₁₁ und H ₁₁ verwendet werden.

Zum Zweck der Anpassung können die Hohlleiter schließlich auch noch mit Diskontinuitäten versehen werden.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt im einzel­ nen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eines Hohlleiter-Polarisationsdrehers in schematischer per­ spektivischer Darstellung; und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung im Falle einer Hohllei­ ter-Polarisationsweiche.

Fig. 3 eine rückwärtige Ansicht der Darstellung gem. Fig. 2.

Fig. 4 und 5 eine Querschnittsdarstellung und eine rückwär­ tige Ansicht einer abgewandelten Polarisations­ weiche.

In Fig. 1 ist ein rechteckförmiger erster Hohlleiter 1 beispiels­ weise zur Übertragung einer linear polarisierten elektromagne­ tischen Welle vom Typ H ₁₀ gezeigt. Am Ende des Hohlleiters 1 mittig in Längsrichtung auf der Schmalseite 3 verlaufend ist ein Koppelfenster 5 vorgesehen, dessen Höhe in der Regel der Breitseite des Hohlleiters 1 entspricht. In der Praxis wird aber die Höhe des Koppelfensters 5 in der Regel bis etwa 10% gerin­ ger als die Breitseite des Hohlleiters 1 ausfallen. Die Schmal­ seite des Koppelfensters 5 ist etwa nur halb so groß wie dessen Länge. Vor dem Hohlleiter 1 ist in Fig. 1 im Prinzip ein Bei­ spiel für die magnetische Feldlinie 7 gezeigt.

Über einen am Ende des Hohlleiters 1 angeordneten Hohllei­ ter-Winkel 9 wird ohne Veränderung der Polarisationsebene die Ausbreitrichtung um 90° zur Vertikalen verändert.

Über dem ersten Hohlleiter 1 ist ein zweiter Hohlleiter 13 an­ geordnet. Der zweite Hohlleiter 13 liegt in Parallellage zum Hohlleiter 1, und zwar so, daß die beiden Koppelfenster 5 in Deckung aufeinanderliegen. Allerdings ist das Koppelfenster 5 im zweiten Hohlleiter 13 z3war auch in dessen Längsrichtung, aber zur Längsachse außermittig angeordnet. Zudem sind die Längs- bzw. Breitseiten des Hohlleiters 13 zum ersten Hohllei­ ter 1 um 90° vertauscht, so daß im Hohlleiter 13 beispiels­ weise eine elektromagnetische Welle des Typs H ₁₀ angeregt wer­ den kann.

Durch diese Anordnung werden die in Fig. 1 gezeigten elek­ tromagnetischen Feldlinien 7 so auf den zweiten Hohllei­ ter 13 über das Koppelfenster 5 überkoppelt, daß dort mag­ netische Feldlinien 15 angeregt werden. Dies wird nur durch die außermittige Anordnung des Koppelfensters 5 bezüglich des zweiten Hohlleiters 13 realisiert. Denn im Koppelfenster 5 sind die magnetischen Feldlinien gleichgerichtet, so daß hierüber im zweiten Hohlleiter 13 auf Grund der spezifischen Geometrie eine elektromagnetische Welle angeregt wird, deren Polarisationsebene 90° zur einlaufenden elektromagnetischen Welle im ersten Hohlleiter 1 verdreht ist. Dieses Grundprinzip kann auch bei einer Hohlleiter-Polarisationseiche wie schema­ tisch in Fig. 2 erläutert umgesetzt werden.

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, daß anstelle des ersten Hohlleiters 1 ein Hohlleiter mit quadratischem Querschnitt zur Übertragung zweier elektromagnetischer Haupt­ wellen mit senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisa­ tionsebenen, d.h. beispielsweise Übertragung einer H ₁₀ und H ₀₁-Welle verwandt wird. Unterhalb des auch in diesem Aus­ führungsbeispiel in Längsrichtung verlaufenden mittig ange­ ordneten Koppelfensters 5 ist anstelle eines H-Winkels oder H-Krümmers ein Kurzschluß 9′ angeordnet. Die Funktion die­ ses Kurzschlusses 9′ ist aber die gleiche, denn hierüber soll die elektromagnetische Welle mit der in vertikaler Längs­ richtung zur Ebene des Koppelfensters 5 verlaufenden Po­ larisationsebene, im gezeigten Ausführungsbeispiel also die H ₀₁-Welle über das Koppelfenster 5 in den oberen Hohllei­ terabschnitt 13 unter Drehung der Polarisationsebene um 90° wie in Fig. 1 erläutert überkoppelt werden.

Hinter dem Kurzschluß 9′, der im ersten Hohlleiter 1 etwa mittig aber gegenüberliegend zum Koppelfenster angeordnet ist, wird lediglich die elektromagnetische Welle mit Parallel­ ausrichtung zum Kurzschluß, im gezeigten Ausführungsbei­ spiel also die H ₁₀-Welle in den nachfolgenden Hohlleiterzweig 17 übertragen.

Auf Grund dieser Anordnung sind nunmehr die in dem ersten Hohlleiter 1 übertragenen linear polarisierten, senkrecht aufeinanderstehenden elektromagnetischen Wellen auf die beiden Hohlleiterzweige 13 und 17 aufgespalten worden, und zwar derart, daß die beiden Polarisationsebenen parallel zueinander liegen. Dem Koppelfenster nachgeordnet ist auf der gleichen oberen Seite des Hohlleiterzweiges 17 meist noch eine obere Kurzschlußbrücke 9′′, um eine bessere Entkopplung zu erzielen.

In der Praxis hat dies zur Folge, daß an der Hohlleiter-Po­ larisationsweiche ausgangsseitig übereinanderliegend zwei Polarisationstore 19 und 21 in einer gemeinsamen Ebene 23 liegend gebildet werden, an denen beispielsweise nunmehr jeweils ein Mikrowellenkonverter mit gleicher Baulänge und gleicher paralleler Ausrichtung zueinander angebaut werden kann. Beide Polarisationstore sind nur leicht seitlich versetzt.

Die Erfindung ist unter anderem für eine Hohlleiter-Pola­ risationsweiche anhand eines quadratischen Hohlleiters mit zwei Rechteckhohlleiteranschlüssen erläutert worden. Das Funktionsprinzip gilt allgemein aber auch bei einem runden Hohlleiter, an den zwei oder auch mehrere Rechteckhohlleiter angeschaltet sind. In einem quadratischen oder runden Hohl­ leiter sind zwei Hauptwellentypen mit senkrecht zueinander­ liegenden Polarisationsebenen ausbreitungsfähig, die getrennt voneinander in einen oder mehrere nur eine Polarisation zugeordneten Rechteckhohlleiter überkoppelt werden können.

Durch Ersetzung eines quadratischen Hohlleiters durch einen runden Hohlleiter können die Wellentypen H ₁₁ und H ₁₁ über­ tragen werden.

Schließlich wird noch angemerkt, daß die Hohlleiter mit Diskontinuitäten zum Zwecke der Anpassung versehen wer­ den können, die auch in den Seitenwänden quer zum Koppel­ fenster ausgebildet sein können.

Nachfolgend wird noch auf ein abgewandeltes Ausführungsbei­ spiel einer Polarisationsweiche gemäß den Fig. 4 und 5 Bezug genommen.

Bei dieser Polarisationsweiche ist der erste Hohlleiter 1 eben­ falls quadratisch ausgebildet. Der eine linear polarisierte Hohlleiter-Wellentyp breitet sich aber im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 nicht in verlängerter Axialrichtung zum Hohlleiter 1 aus, sondern wird über ein separates Auskoppelfenster 5′ ausgekoppelt, welches mittig in Längsrichtung verlaufend an der in Fig. 4 gezeigten linken Seitenwand des Hohlleiters 1 eingebracht ist. Daran schließt sich zur Richtungsumkehrung ein Winkel 27 an.

Die erfindungsgemäße Auskopplung des zweiten linear pola­ risierten und senkrecht zum ersten Wellentyp stehenden Wel­ lentyps erfolgt über das in Fig. 4 auf der gegenüberliegen­ den rechten Seite des Hohlleiters 1 eingebrachte Koppelfenster 5, welches dort außermittig im Hohlleiter 1 angebracht ist, wie dies insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist. Dort wird unter Verdrehung der Polarisationsebene der zweite Hohlleiterwellen­ typ ausgekoppelt und ebenfalls durch einen nachfolgenden Win­ kel 25 in der Richtung umgekehrt. Jeweils gegenüberliegend zum Auskoppelfenster 5′ bzw. zum Koppelfenster 5 ist ein Kurz­ schluß 9′ angebracht. Am Ende der Ausbreitrichtung zum Hohl­ leiter 1 ist ein Hohlleiterabschluß 31 vorgesehen.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 sind die vom Hohlleiter 1 an den Koppel- bzw. Aus­ koppelfenster 5 bzw. 5′ ausgehenden Rechteckhohlleiter mit ihrer Schmalseite jeweils aufeinanderzuliegend ausgerichtet, wohingegen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 die nach dem Koppelfenster 5 weiterverlaufenden Hohlleiterzweige 13 und 17 mit ihrer Breitseite aufeinander zu ausgerichtet sind. Aber auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 können die beiden zu den beiden Hohlleiterzweigen 13 und 17 gehörenden Polarisationstore 19 und 21 in einer gemeinsa­ men Ebene liegen.

Claims (14)

1. Hohlleiter-Twist gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Hohlleiter (1, 13) die sich im Koppelbereich überdecken, wobei das Koppelfenster (5) in einer Ebene parallel zu den E- Feldlinien der H ₁₀-Welle des ersten Hohlleiters (1) liegt und sich zudem außermittig in der Fläche parallel zur H-Ebene des zwei­ ten Hohlleiters zur Erzielung einer Verkopplung der in ihrer Orientierung um 90° gedrehten Wellen angeordnet ist.

2. Hohlleiter-Twist nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Hohlleiter (1, 13) zwei Rechteckhohl­ leiter sind, wobei das Koppelfenster (5) am ersten Rechteck­ hohlleiter mittig an dessen Schmalseite und am zweiten Hohl­ leiter (13) außermittig an dessen Breitseite angeordnet ist.

3. Hohlleiter-Twist nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Koppelfenster (5) in dem zweiten Hohlleiter (13) unmittelbar am Rand der Breitseite des Hohlleiters (13) sitzt.

4. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des ersten Hohlleiters (1) nach dem Koppelfenster (5) ein H-Krümmer-, H-Winkelstück bzw. ein Kurzschluß angeordnet ist.

5. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil einer Polarisationsweiche ist und dazu der erste Hohlleiter (1) zur Übertragung zweier linear polarisierter Hauptwellentypen mit senkrecht zueinander ausge­ richteten Polarisationsebenen ausgebildet ist, daß in diesem Hohlleiter (1) zu dem mittig und parallel zur Ausbreitrichtung der Wellen eingebrachten Koppelfenster (5) gegenüberliegend ein Kurzschluß (9′) zur weiteren Übertragung lediglich des einen Hauptwellentyps mit einer zur Ebene des Koppelfensters (5) parallelen Polarisationsebene und zur Überkoppelung des wei­ teren Hauptwellentyps mit senkrecht zum ersten und zur Ebene des Koppelfensters (5) stehenden Polarisationsebene in den zwei­ ten Hohlleiter (13) derart vorgesehen ist, daß die Polarisations­ ebenen wie auch die Ausbreitrichtungen der beiden linear po­ larisierten Wellen in den beiden Hohlleiterzweigen (13, 17) je­ weils parallel zueinander liegen.

6. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil einer Polarisationsweiche ist und dazu der erste Hohlleiter (1) zur Übertragung zweier li­ near polarisierter Hauptwellentypen mit senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsebenen ausgebildet ist, wobei an diesem ersten Hohlleiter das Koppelfenster (5) zur Auskopplung des einen linear polarisierten Hauptwellentyps in Ausbreitrich­ tung außermittig und an der gegenüberliegenden Seite zum ersten Hohlleiter (1) aber in Ausbreitrichtung versetzt liegen ein zweites Auskoppelfenster (5′) mittig zur weiteren Übertragung lediglich des anderen Hauptwellentyps angebracht ist, welches ebenfalls in Längsrichtung des ersten Hohlleiters (1) derart verläuft, daß die Polarisationsebenen der beiden linear po­ larisierten Wellen in den beiden am Koppelfenster bzw. Aus­ koppelfenster (5, 5′) jeweils mittig angekoppelten Hohlleiter­ zweigen (13, 17) jeweils parallel zueinander liegen.

7. Hohlleiter-Twist nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Koppel- bzw. Auskoppelfenster (5, 5′) für die beiden Hohlleiterzweige (13, 17) jeweils ein die Ausbreitrich­ tung der Wellen umgekehrende Krümmer bzw. Winkel (25, 27) anschließen.

8. Hohlleiter-Twist nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Koppelfenster (5) zur Verkopplung der in ihrer Orientierung um 90° gedrehten Wellen dem gegenüberlie­ genden Auskoppelfenster (5′) in Ausbreitrichtung des ersten Hohlleiters (1) nachgeordnet ist.

9. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils gegenüberliegend zum Koppel- bzw. Auskoppelfenster (5, 5′) ein den weiteren quer dazu verlaufen­ den Querschnitt durch den ersten Hohlleiter (1) verengender Kurzschluß (9′) noch vor einem den ersten Hohlleiter (1) ab­ schließenden Hohlleiterverschluß (31) vorgesehen ist.

10. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlleiter (1) einen quadratischen Querschnitt zur Übertragung einer H ₁₀- und H ₀₁-Welle aufweist.

11. Hohlleiter-Twist nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlleiterzweige (13, 17), die dem Koppelfen­ ster (5) bzw. dem Kurzschluß (9′) nachgeordnet sind, jeweils aus einem Rechteckhohlleiter bestehen, deren Längs- bzw. Breitseiten gleich ausgerichtet liegen.

12. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlleiterzweige (13, 17) mit jeweils einem Polarisationstor (19, 21) in Verbindung stehen, welche in einer gemeinsamen Anschlußebene (23) an der Polarisationsweiche liegen.

13. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlleiter (1) einen runden Querschnitt zur Übertragung der Wellentypen H ₁₁ und H ₁₁ aufweist.

14. Hohlleiter-Twist nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hohlleiter (1, 13, 17) zum Zweck der Anpassung mit Diskontinuitäten versehen sind.