DE3920563A1 - Erreger- bzw. speisesystem fuer eine parabolantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Erreger- bzw. Speisesystem, insbesondere für eine Parabolantenne, zum Empfangen bzw. Senden von linear und/oder zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen in zwei oder mehreren Frequenzbereichen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Seit Jahren ist die Möglichkeit bekannt, zum Beispiel mit einer sogenannten Polarmountdrehanlage, mehrere geostationäre Satelliten, die im gleichen Frequenzband, z. B. dem Ku-Band 10,95-11,75 GHz, senden, zu empfangen.

Mit einem mechanischen Erreger- bzw. Speisesystemwechsler besteht auch die Möglichkeit mehrere Frequenzbereiche zu empfangen. Dabei wird auf einer von einem Stellmotor bewegten Drehachse eine Halterung befestigt, an der für jeden Frequenzbereich ein komplettes Erreger- bzw. Speisesystem bestehend aus Feedhorn, Polarizer und Konverter oder Feedhorn, Polarisationsweiche und für jede Polarisation ein Konverter angebracht ist.

Es wird dann das jeweilige Erreger- bzw. Speisesystem für den zu empfangenden Frequenzbereich mit dem Stellmotor und entsprechender Steuerelektronik genau in den Brennpunkt des Spiegels geschwenkt. Der Bau- und Kostenaufwand für ein derartiges Wechselsystem ist jedoch erheblich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sehr viel einfacher aufgebautes und sehr viel einfacher zu montierendes Erreger- bzw. Speisesystem zu schaffen, mit dem zwei oder mehrere Frequenzbereiche empfangen werden können.

Die Aufgabe wird entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Erweiterungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ermöglicht auf einfache Art und Weise den Empfang von orthogonal linear und/oder gegensinnig zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen mit nur einem Erreger- bzw. Speisesystem und je einem Konverter für jeden Frequenzbereich, die an einer Polarisationsweiche montiert werden. Dabei wird erfindungsgemäß lediglich der Polarizer, der zum Beispiel als dielektrisches 180 Grad- Phasenschieberplättchen ausgebildet sein kann, in bestimmte Winkellagen bewegt, um die verschiedenen orthogonal linearen Polarisationen und Frequenzen zu empfangen.

Angenommen die Polarisationsweiche und das 180 Grad-Plättchen sind senkrecht oder parallel zum einfallenden E-Vektor ausgerichtet, so erfährt der E-Vektor keine räumliche Drehung und am Ausgang vertikal der Polarisationsweiche stehen beispielsweise die vertikal polarisierten elektromagnetischen Wellen der Frequenzbereiche 10,95-11,75 GHz und 12,5-12,75 GHz an, so kann ein 10,95-11,75 GHz Konverter an diesem Ausgang die vertikale Polarisation seines Frequenzbereichs aufnehmen und analog hierzu kann ein 12,5-12,75 GHz Konverter am Ausgang horizontal der Polarisationsweiche, an dem die horizontal polarisierten Wellen der Frequenzbereiche 10,95-11,75 GHz anstehen, die horizontale Polarisation seines Frequenzbereichs aufnehmen.

Um mit den beiden Konvertern die jeweils andere Polarisation aufzunehmen, genügt es das 180 Grad-Plättchen um 45 Grad zu drehen, was zu einer Drehung des E-Vektors um 90 Grad führt, so daß am Ausgang vertikal der Polarisationsweiche die ursprünglich horizontale Polarisation ansteht, und am Ausgang horizontal der Polarisationsweiche die ursprünglich vertikale Polarisation.

Von jedem Konverter können also beide Polarisationen seines jeweiligen Frequenzbereichs aufgenommen werden.

Bei Verwendung eines Faraday-Polarisationsdrehers nach Anspruch 5 wird der Magnetisierungsstrom im ersten Fall so eingestellt, daß der E-Vektor keine räumliche Drehung bzw. eine Drehung von n*180 Grad erfährt und im zweiten Fall so eingestellt, daß der E-Vektor eine räumliche Drehung von 90 Grad bzw. (2n-1)*90 Grad erfährt.

Zum Empfang auch der gegensinnig zirkularen Polarisationen wird ein 90 Grad-Phasenschieber als Depolarisator, wie in Unteranspruch 6 angegeben, zusätzlich vorgesehen. Das 90 Grad- Phasenschieberplättchen wird orthogonal oder parallel zum einfallenden E-Vektor der linear polarisierten Welle ausgerichtet und hat auf die räumliche Ausrichtung deren E- Vektor keinen Einfluß. Es bewirkt nur eine Phasenverschiebung des E-Vektors. Auf eine zirkular polarisierte Welle wirkt es als Depolarisator, d. h. die zirkular polarisierte Welle wird in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren E-Vektor je nach Drehsinn der zirkular polarisierten Welle um + oder - 45 Grad zur Orientierung des Plättchens gedreht ist. Der Polarizer dreht diesen E-Vektor dann um 45 Grad in eine Lage parallel oder orthogonal zur Auskoppelrichtung der Polarisationsweiche, so daß dieser von dem entsprechenden Konverter aufgenommen werden kann.

Die Aufgabe wird ebenso entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Erweiterungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Polarisationsweiche sowie die daran angeschlossenen Konverter werden zum Empfang der orthogonal linearen Polarisationen von einem mechanischen Dreher als Polarizer aus der Grundausrichtung des Erreger- bzw. Speisesystems, parallel oder orthogonal zum einfallenden E-Vektor der linear polarisierten Welle, um einen Winkel von 90 Grad gedreht.

Zum Empfang auch der gegensinnig zirkularen Polarisationen wird ein feststehender, vom Polarizer nicht mitdrehbarer, 90 Grad-Phasenschieber als Depolarisator, wie in Unteranspruch 13 angegeben, zusätzlich vorgesehen. Das 90 Grad- Phasenschieberplättchen wird orthogonal oder parallel zum einfallenden E-Vektor der linear polarisierten Welle ausgerichtet und hat auf die räumliche Ausrichtung deren E- Vektor keinen Einfluß. Es bewirkt nur eine Phasenverschiebung des E-Vektors. Auf eine zirkular polarisierte Welle wirkt es als Depolarisator, d. h. die zirkular polarisierte Welle wird in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren E-Vektor je nach Drehsinn der zirkular polarisierten Welle um + oder - 45 Grad zur Orientierung des Plättchens gedreht ist.

Der mechanische Dreher dreht die Polarisationsweiche um 45 Grad in eine Lage parallel oder orthogonal zur Ausrichtung des E-Vektors nach dem 90 Grad-Phasenschieber, so daß der E-Vektor von dem entsprechenden Konverter aufgenommen werden kann.

Selbstverständlich sind sowohl Polarizer, als auch Polarisationsweichen und Phasenschieber nach dem Stand der Technik bekannt. Die Kombination eines Polarizers mit einer Polarisationsweiche und zwei Konvertern für verschiedene Frequenzbereiche zum Aufbau eines derartig einfachen und kostengünstig aufzubauenden Erreger- bzw. Speisesystems zum Empfang verschiedener Frequenzbänder ist aber bisher nicht bekanntgeworden und lag auch nicht nahe.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Erreger- bzw. Speisesystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fig. 2 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Erreger- bzw. Speisesystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Fig. 3a bis 3d zeigen unterschiedliche Beispiele und Stellungen des 180 Grad-Plättchens zum Empfang der linearen Polarisationen in den Frequenzbändern 10,95-11,75 GHz und 12,5-12,75 GHz mit den Konvertern 10,95-11,75 GHz am Ausgang vertikal und 12,5-12,75 GHz am Ausgang horizontal. Die Stellungen des 180 Grad-Plättchens sind jeweils in Axialansicht dargestellt.

Fig. 4a bis 4d zeigen für das um 90 Grad gedrehte Erreger- bzw. Speisesystem der Fig. 3a bis 3d unterschiedliche Beispiele und Stellungen des 180 Grad-Plättchens zum Empfang der linearen Polarisationen in den Frequenzbändern 10,95- 11,75 GHz und 12,5-12,75 GHz mit den Konvertern 10,95-11,75 GHz am Ausgang horizontal und 12,5-12,75 GHz am Ausgang vertikal. Die Stellungen des 180 Grad-Plättchens sind jeweils in Axialansicht dargestellt.

In Fig. 1 ist ein übliches sogenanntes Horn 1 gezeigt, welches nach Art eines Hohlleiterstrahlers aufgebaut ist. Nach dem vorderen zum Beispiel trichterförmigen Feedhorn 2 folgt ein Hohlleiter 3, an den sich eine Polarisationsweiche 5 mit den Ausgängen 6 und 7 anschließt an denen zwei nicht näher dargestellte Konverter für die verschiedenen zu empfangenden Frequenzbänder angeschlossen werden.

In Empfangsrichtung nach dem trichterförmigen Feedhorn 2 und vor der Polarisationsweiche 5 schließt sich ein Polarizer 4 an, der beispielsweise nach Anspruch 2 als dielektrisches 180 Grad-Plättchen ausgeführt ist und im Frequenzbereich 10,95- 12,75 GHz eine 180 Grad-Phasenverschiebung für den E-Vektor bewirkt. Dieses elektrische Plättchen 4 ist zumindest in einem Winkelbereich von 45 Grad, zum Beispiel durch einen nicht näher gezeigten elektromotorischen Antrieb, um seine Längsachse 8 drehbar.

Nachfolgend wird der Empfang der unterschiedlichen Frequenzbänder und Polarisationen am Ausführungsbeispiel des dielektrischen 180 Grad-Plättchens 4 als Polarizer näher erläutert. Beispielsweise ist am Ausgang 6 der Polarisationsweiche 5 ein Konverter für den Frequenzbereich 10,95-11,75 GHz und am Ausgang 7 ein Konverter für den Frequenzbereich 12,5-12,75 GHz angeschlossen. In Fig. 3a ist eine vertikale lineare Polarisation im Frequenzbereich 10,95- 11,75 GHz durch einen vertikal ausgerichteten E-Vektor 10 dargestellt. Da der E-Vektor 10 parallel zum 180 Grad- Plättchen 4 steht, bleibt die Lage des E-Vektors 10′ nach dem 180 Grad-Plättchen 4 unverändert ausgerichtet. Die vertikale Polarisation kann in Fig. 3a am Ausgang 6 vertikal der Polarisationsweiche 5 von dem dort angeschlossenen Konverter 10,95-11,75z aufgenommen werden. In Fig. 3b ist eine horizontale lineare Polarisation im Frequenzbereich 12,5- 12,75 GHz dargestellt. Da der E-Vektor 10 orthogonal zum 180- Grad-Plättchen 4 steht, bleibt die Lage des E-Vektors 10′ nach dem 180-Grad-Plättchen 4 unverändert ausgerichtet. Dieser kann in Fig. 3a am Ausgang 7 horizontal der Polarisationsweiche 5 von dem dort angeschlossenen Konverter 12,5-12,75 GHz aufgenommen werden.

In Fig. 3c ist eine horizontale lineare Polarisation im Frequenzbereich 10,95-11,75 GHz dargestellt. Das unter einem Winkel von 45 Grad zum E-Vektor ausgerichtete 180-Grad- Plättchen 4 bewirkt eine Drehung des E-Vektors in die vertikale Lage, so daß die ursprünglich horizontale Polarisation am Ausgang 6 vertikal vom Konverter 10,95-11,75 GHz aufgenommen werden kann.

In Fig. 3d ist eine vertikale lineare Polarisation im Frequenzbereich 12,5-12,75 GHz dargestellt. Das unter einem Winkel von 45 Grad zum E-Vektor ausgerichtete 180-Grad- Plättchen 4 bewirkt eine Drehung des E-Vektors in die horizontale Lage, so daß die ursprünglich vertikale Polarisation am Ausgang 7 horizontal vom Konverter 12,5- 12,75 GHz aufgenommen werden kann.

In Fig. 4a bis 4d sind die Lagen der E-Vektoren und des 180- Grad-Plättchens 4 für den Fall dargestellt, daß das ganze Erreger- bzw. Speisesystem um 90 Grad gedreht wird.

Die Stellung des 180-Grad-Plättchens kann natürlich auch um 90 Grad zur jeweils dargestellten Lage gedreht sein.

Bei Verwendung des zusätzlichen 90-Grad-Phasenschiebers, muß das dielektrische 90-Grad-Plättchen parallel zur Horizontal- oder Vertikalausrichtung der linear polarisierten Wellen ausgerichtet sein. Es hat so keine Auswirkung auf die räumliche Ausrichtung der linear polarisierten Wellen. Es bewirkt nur eine Phasenverschiebung deren E-Vektor. Auf eine zirkular polarisierte Welle wirkt es als Depolarisator, d. h. die zirkular polarisierte Welle wird in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren E-Vektor je nach Drehsinn der zirkular polarisierten Welle um + oder -45 Grad zur Orientierung des Plättchens gedreht ist. Das 180 Grad- Plättchen wird unter einem Winkel von + oder -22,5 Grad zum 90 Grad-Plättchen eingestellt und dreht den E-Vektor wieder in die horizontale bzw. vertikale Lage, so daß der E-Vektor von dem entsprechenden Konverter aufgenommen werden kann.

Bei Aufbau des Erreger- bzw. Speisesystems nach Anspruch 12 wird die Polarisationsweiche 5 sowie die an ihren Ausgängen 6 und 7 angeschlossenen Konverter zum Empfang der orthogonal linearen Polarisationen von einem mechanischen Dreher als Polarizer aus der Grundausrichtung des Erreger- bzw. Speisesystems, parallel oder orthogonal zum einfallenden E- Vektor der linear polarisierten Welle, um einen Winkel von 90 Grad um die Drehachse 11 gedreht.

Zum Empfang auch der gegensinnig zirkularen Polarisationen wird ein feststehender vom Polarizer nicht mitdrehbarer, 90 Grad-Phasenschieber als Depolarisator, wie in Unteranspruch 13 angegeben, zusätzlich vorgesehen. Das 90 Grad- Phasenschieberplättchen wird orthogonal oder parallel zum einfallenden E-Vektor der linear polarisierten Welle ausgerichtet und hat auf die räumliche Ausrichtung deren E- Vektor keinen Einfluß. Es bewirkt nur eine Phasenverschiebung deren E-Vektor. Auf eine zirkular polarisierte Welle wirkt es als Depolarisator, d. h., die zirkular polarisierte Welle wird in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren E-Vektor je nach Drehsinn der zirkular polarisierten Welle um + oder - 45 Grad zur Orientierung des Plättchens gedreht ist. Der mechanische Dreher dreht die Polarisationsweiche um 45 Grad in eine Lage parallel oder orthogonal zur Ausrichtung des E- Vektors nach dem 90 Grad-Phasenschieber, so daß der E-Vektor von dem entsprechenden Konverter aufgenommen werden kann.

Für den Empfang eines weiteren Frequenzbereichs kann ein zusätzlicher Hohlleiterzweifachverteiler an einem der Ausgänge der Polarisationsweiche vorgesehen werden. An den Ausgängen des Hohlleiterzweifachverteilers werden zwei Konverter für verschiedene Frequenzbereiche angeschlossen. Diese Frequenzbereiche sind dann allerdings nur mit, je nach Ausführung des Hohlleiterzweifachverteilers, z. B. jeweils 3 dB Dämpfung empfangbar. Dies ist also vor allem für zwei Frequenzbereiche geeignet, in denen Satelliten hoher Leistung senden.

Claims (17)

1. Erreger- bzw. Speisesystem, insbesondere für eine Parabolantenne, zum Empfangen bzw. Senden von orthogonal linear und/oder orthogonal zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen in zwei Frequenzbereichen, insbesondere der Frequenzbereiche 10,95-11,75 GHz und 12,5- 12,75 GHz oder 10,95-11,75 GHz und 11,7-12,5 GHz oder 12,5 -12,75 GHz und 11,7-12,5 GHz oder 12,5-12,75 GHz und 10,95-12,5 GHz, mit einem Polarizer, einer Polarisationsweiche und je einem Konverter für jeden Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, daß das in Empfangsrichtung erste Bauelement der Polarizer und das sich hieran in Empfangsrichtung anschließende zweite Bauelement die Polarisationsweiche ist, an deren zwei Ausgängen die zwei Konverter für die verschiedenen zu empfangenden Frequenzbereiche angeschlossen sind.

2. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarizer als 180 Grad bzw. (2n-1)*180 Grad-Phasenschieber ausgeführt ist.

3. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarizer als dielektrisches 180 Grad bzw. (2n-1)*180 Grad-Plättchen ausgeführt ist, welches um einen Winkelbereich von mindestens 45 Grad um die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen drehbar ist.

4. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarizer als Einengung des Hohlleiterquerschnitts ausgeführt ist.

5. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarizer als Faraday-Polarisationsdreher ausgeführt ist.

6. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Empfangsrichtung vor dem Polarizer zusätzlich ein 90 Grad bzw. (2n-1)*90 Grad-Phasenschieber vorgesehen ist.

7. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad-Phasenschieber als dielektrisches 90-Grad-Plättchen ausgeführt ist.

8. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad-Phasenschieber als Einengung des Hohlleiterquerschnitts ausgeführt ist.

9. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Empfangsrichtung nach der Polarisationsweiche an einem ihrer Ausgänge ein Hohlleiterzweifachverteiler vorgesehen ist, an dem zwei verschiedene Konverter, insbesondere für die Frequenzbereiche 12,5-12,75 GHz und 11,7-12,5 GHz, angeschlossen sind.

10. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarizer für einen Frequenzbereich von 10,95-12,75 GHz ausgelegt ist.

11. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad- Phasenschieber für einen Frequenzbereich von 11,7-12,5 GHz ausgelegt ist.

12. Erreger- bzw. Speisesystem, insbesondere für eine Parabolantenne, zum Empfangen bzw. Senden von orthogonal linear und/oder orthogonal zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen in zwei Frequenzbereichen, insbesondere der Frequenzbereiche 10,95-11,75 GHz und 12,5- 12,75 Ghz oder 10,95-11,75 GHz und 11,7-12,5 GHz oder 12,5 -12,75 GHz und 11,7-12,5 GHz oder 12,5-12,75 GHz und 10,95-12,5 GHz, mit einem Polarizer, einer Polarisationsweiche und je einem Konverter für jeden Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, daß das in Empfangsrichtung erste Bauelement die Polarisationsweiche ist, an deren zwei Ausgängen die zwei Konverter für die verschiedenen zu empfangenden Frequenzbereiche angeschlossen sind, und der Polarizer als mechanischer Dreher für das ganze Erreger- bzw. Speisesystem um einen Winkelbereich von mindestens 90 Grad ausgeführt ist.

13. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Empfangsrichtung vor der Polarisationsweiche zusätzlich ein feststehender 90 Grad bzw. (2n-1)*90 Grad-Phasenschieber vorgesehen ist.

14. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad-Phasenschieber als dielektrisches 90-Grad-Plättchen ausgeführt ist.

15. Erreger- bzw. Speisesystem nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad-Phasenschieber als Einengung des Hohlleiterquerschnitts ausgeführt ist.

16. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in Empfangsrichtung nach der Polarisationsweiche an einem ihrer Ausgänge ein Hohlleiterzweifachverteiler vorgesehen ist, an dem zwei verschiedene Konverter, insbesondere für die Frequenzbereiche 12,5-12,75 GHz und 11,7-12,5 GHz, angeschlossen sind.

17. Erreger- bzw. Speisesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der 90 Grad- Phasenschieber für einen Frequenzbereich von 11,7-12,5 GHz ausgelegt ist.