DE4212871A1

DE4212871A1 - Anordnung zum Ein- oder Auskoppeln von Wellen in ein oder aus einem Koaxialleitungssystem

Info

Publication number: DE4212871A1
Application number: DE4212871A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Metzger
Original assignee: Hirschmann Richard Co GmbH
Current assignee: Hirschmann Richard Co GmbH
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-10-21

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ein- oder Auskoppeln wenigstens einer Welle in ein oder aus einem Koaxialleitungs system, das wenigstens zwei ineinander geschachtelte Koaxial leitungen mit wenigstens einer äußeren und wenigstens einer inneren Koaxialleitung aufweist.

Derartige Anordnungen sind beispielsweise aus der DE 28 04 132 A1 und der EP O 113 901 A2 bekannt.

In Fig. 1 ist ein Koaxialleitersystem mit einer äußeren und einer inneren Koaxialleitung 2, 3 dargestellt. Der Innenleiter einer äußeren Koaxialleitung 2 bildet dabei den Außenleiter der inneren Koaxialleitung 3, die einen Innenleiter 4 aufweist.

In Fig. 2 ist ein bekanntes Koaxialleitungssystem, wie es beispielsweise in der DE 28 04 132 A1 beschrieben ist, dar gestellt, welches in der Antennentechnik angewendet wird. Die Antennen, beispielsweise Rundhohlleiterhorn-Strahler sind dabei koaxial aufgebaut. Der Anschluß für die innere Koaxialleitung 5 ist bei dieser bekannten Anordnung radial als Steg 6 durch einen äußeren Wellenleiter 7 herausgeführt. Damit die Feldverteilung des äußeren Wellenleiters 7 nicht gestört wird, und um einen mechanisch stabilen Aufbau der Anordnung sicherzustellen, sind weitere Stege 8, 9, 10 vorgesehen. Sowohl hinsichtlich des mechanischen Aufbaus als auch hinsichtlich des Fertigungs aufwands ist eine derartige Anordnung sehr aufwendig. Darüber hinaus stellen die radialen Stege 8, 9, 10 Störstellen dar, die die elektrischen Eigenschaften der Antenne negativ beeinflussen können.

Ausgehend von der eingangs genannten Anordnung liegt der Erfin dung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Ein- oder Aus koppeln wenigstens einer Welle in ein oder aus einem Koaxial leitungssystem mit wenigstens zwei ineinander geschachtelten Koaxialleitungen zu schaffen, die einfach ausgebildet ist und auf einfache und zuverlässige Weise die Aus- bzw. die Einkopp lung von Wellen ermöglicht, die in einem, beliebig viele inein ander geschachtelte Koaxialleitungen aufweisenden Koaxialleiter system in wenigstens einem Wellenleiter ermöglicht, und umge kehrt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweils äußere Koaxialleitung zum Ein- bzw. Auskoppeln wenigstens einer Welle in einen bzw. aus einem Wellenleiter an einer Koppelstelle an diesen angeschlossen ist, und daß die jeweils innere(n) Koaxialleitung(en) an der Koppelstelle vorbei geführt ist bzw. sind. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können Wellen beliebig vieler ineinander geschachtelter Koaxial leitungen an einen oder mehrere Wellenleiter auf einfache Weise ausgekoppelt werden. Der mechanische, fertigungstechnische und Montageaufwand läßt sich auf diese Weise auch bei umfangreichen Koaxialleitungssystemen sehr klein halten. Der Fertigungs- und Montageaufwand der gesamten Anordnung erhöht sich mit der Anzahl der ineinander geschachtelten Koaxialleitungen allenfalls linear.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine der jeweils inneren Koaxialleitungen an wenigstens einem weiteren Wellenleiter zum Ein- oder Auskoppeln einer weiteren Welle angeschlossen.

Alternativ ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch möglich, daß wenigstens eine der jeweils inneren Koaxialleitungen an wenigstens einem Wellenleiter gekoppelt bzw. angeschlossen ist, der mit wenigstens einem der jeweils äußeren Koaxialleitungen verbunden ist. Dadurch können beim erfindungs gemäßen Wellentypwandler mehrere Koaxialleitungen an einen Wellenleiter oder ein Wellenleitersystem ankoppeln.

Die jeweiligen Koaxialleitungen weisen an der Koppelstelle entsprechend der den vorliegenden Umständen geeignete Quer schnittsformen und -verläufe auf.

Vorzugsweise ist wenigstens einer der an wenigstens eine Koxialleitung des Koaxialleitungssystems angeschlossene Wellenleiter ein Hohlleiters oder auch ein planarer Wellen leiter, die der Anwendung entsprechend vorteilhafte Ausgestaltungen aufweisen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine der in das Koaxialleitungssystem einge koppelte bzw. aus ihm ausgekoppelte Welle auf ein Ein- und/oder Mehrleitungssystem aus bzw. in es einkoppelbar.

Vorzugsweise ist vor, hinter und/oder an wenigstens einer Koppelstelle des Koaxialleitungssystems wenigstens ein Symmetrier- und/oder Abstimmelement, oder ein Kompensations element vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anordnung als Wellentypwandler, als Wellentypweiche, insbesondere Polari sationsweiche, als Wellenleiterkoppler, als Strahlschwenk ungseinrichtung bei einer Antenne und/oder als Drehkopplung verwendbar.

Die Ein- bzw. Auskopplung der Welle oder Wellen ist vorzugsweise im Zeitmultiplex- und/oder Frequenzmultiplex-Betrieb einsetzbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sowie Vorteile derselben werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein herkömmliches Koaxialleitungssystem mit zwei Koaxial leitungen in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine herkömmliche Wellentypweiche für eine koaxial aufge baute Antenne mit einer inneren und einer äußeren Koaxialleitung in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße An ordnung mit einem Koaxialleitungssystem und einem Hohlleiter;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Koaxialleitungssystem und zwei Hohlleitern;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem schräg angeordneten Koaxialleitungssystem und einem Hohlleiter in schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem schräg angeordneten Koaxialleitungssystem und zwei Hohlleitern in schematischer Darstellung;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in Zusammenhang mit einer Mehrmoden-Hohlleiteraus kopplung in schematischer Darstellung;

Fig. 8 die erfindungsgemäße Anordnung am Beispiel eines planaren Wellenleiters in schematischer Darstellung;

Fig. 9 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung am Beispiel von zwei planaren Wellenleitern, in schematischer Darstellung, und

Fig. 10 die erfindungsgemäße Anordnung am Beispiel einer koplanaren Streifenleitung.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sehr einfache und damit kostengünstige Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die äußere Koxialleitung 31 des Koaxialleitungssystems 32 senkrecht an einen Hohlleiter 33 koppelt, der im dargestellten Ausführungs beispiel einen Flansch 34 aufweist. Die innere Koaxialleitung 35 ist senkrecht durch den Hohlleiter 33 geführt.

Der Hohlleiter 33 kann beispielsweise kostengünstig als Gußteil gefertigt sein, wobei gegebenenfalls erforderliche oder ge wünschte Kompensationselemente derart in die Gußform integriert sein können, daß breitbandig gute und für die Ansprüche der Konsumtechnik ausreichend gute elektrische Eigenschaften erzielt werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 lediglich dadurch, daß ein weiterer Hohlleiter 41 vorgesehen ist, der mit der inneren Koaxialleitung 35 verbunden ist. Derartige Hohlleiter-Koppel elemente 33, 41 lassen sich unter Verwendung gleicher Guß elemente beliebig kaskadieren, wobei lediglich die Durchführ ungslöcher der Hohleitergußelemente nachträglich aufgebohrt werden müssen.

Während bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungs beispielen eine rechtwinklige Durchführung und Anbringung der Koaxialleitungen 31 bzw. 35 realisiert ist, zeigen die Fig. 5 und 6 Ausführungsbeispiele, bei denen die Koaxialleitungen 51, 52 schräg durch den bzw. die Hohlleiter 53, 54 hindurchgeführt sind. Die äußere Koaxialleitung 51 koppelt an den Hohlleiter 53 an, und die innere Koaxialleitung 52 geht durch den Hohlleiter 53 hindurch. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 koppelt die innere Koaxialleitung 52 des Koaxialleitungssystems 32 an einen weiteren Hohlleiter 54 kaskadenartig an. Die Kaskadierung läßt sich beliebig erweitern, ohne daß sich dadurch der mechanische Aufwand für die einzelnen Koppelstellen erhöht. Die innere Koaxialleitung 52 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 als Bestandteil einer Stegeinkopplung im Hohlleiter 53 bzw. 54 ausgebildet.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen An ordnung für eine Mehrmoden-Hohlleiter-Aus- bzw. Einkopplung, wobei wiederum wenigstens zwei Koaxialleitungen 71, 72 des Koaxialleitungssystems 32 angekoppelt sind. Hierbei zeigt Fig. 7a eine Schnittdarstellung entlang der in Fig. 7b eingezeich neten Schnittlinie I-I.

Die beiden Koaxialleitungen 71, 72 koppeln hierbei ihre unter schiedlichen Wellentypen in einen Hohlleiter 72, indem die innere Koaxialleitung 72 in der in Fig. 7b dargestellten Schnittebene um 90° gebogen ist. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist beispielsweise vorteilhaft als Bestandteil einer Polarisationsweiche für linear oder zirkular polarisierte Wellen oder als Speiseelement zur elektronischen Strahlschwenkung verwendbar. Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, bei denen die Koaxialleitungen 71, 72 jeweils Wellen unterschiedlicher Frequenzbereiche führen. Derartige Ausführ ungsformen sind beispielsweise in der Satellitenempfangs- und Sendetechnik sehr wirtschaftlich einsetzbar.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Beispiele der erfindungsgemäßen Anordnung unter Verwendung von planaren Wellenleitern.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein planarer Wellenleiter 81 in Form einer Mikrostreifenleitung dargestellt. Die äußere Koaxialleitung 82 ist dabei an den planaren Wellenleiter angekoppelt, während die innere Koaxial leitung 83 des Koaxialleitungssystems 31 durch den planaren Wellenleiter 81, im vorliegenden Beispiel durch das Substrat material 84 der Streifenleitung, hindurchgeführt ist.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich ein weiterer planarer Wellenleiter 91 ebenfalls in Form einer Mikrostreifenleitung parallel zum anderen planaren Wellenleiter 81 angeordnet. Die innere Koaxialleitung 19 ist mit dem weiteren planaren Wellenleiter 91 verbunden. Dadurch ist die kaskaden mäßige Aus- oder Einkopplung in zwei planare Wellenleitern oder aus zwei planaren Wellenleitern 81, 91 möglich.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform ist ein Symmetriertopf 92 vorgesehen, der die Anregung unerwünschter Feldtypen unterbindet, die Kopplungen zwischen beiden planaren Wellenleitern 91, 92 hervorrufen könnten. Bei bestimmten An wendungsfallen ist eine solche Verkopplung jedoch auch durchaus erwünscht.

Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung einer koplanaren Streifenleitung 101. Die äußere Koaxialleitung 102 ist in diesem Falle an die koplanare Streifenleitung 101 an gekoppelt, wobei die innere Koaxialleitung 103 durch das Sub stratmaterial 104 der koplanaren Streifenleitung 101 hindurch geführt ist.

Claims

1. Anordnung zum Ein- oder Auskoppeln wenigstens einer Welle in ein oder aus einem Koaxialleitungssystem, das wenigstens zwei ineinander geschachtelte Koaxialleitungen mit wenigstens einer äußeren und wenigstens einer inneren Koaxialleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußere Koaxialleitung (31, 51, 71, 82, 102) zum Ein- bzw. Auskoppeln wenigstens einer Welle in einen bzw. aus einem Wellenleiter (33, 53, 73, 81, 101) an einer Koppelstelle an diesen angekoppelt ist, und die jeweils innere(n) Koaxialleitung(en) (35, 52, 72, 83, 103) an der Koppelstelle vorbeigeführt ist bzw. sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der jeweils inneren Koaxialleitungen (35, 52, 72, 83, 103) an wenigstens einen weiteren Wellenleiter (41, 54, 91) zum Ein- oder Auskoppeln einer weiteren Welle angekoppelt ist (Fig. 4, 6, 9).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der jeweils inneren Koaxialleitungen (35, 52, 72, 83, 103) an wenigstens einen Wellenleiter angekoppelt ist, der mit wenigstens einem der jeweils äußeren Koaxialleitungen (31, 51, 71, 82, 102) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine innere Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103) an der Koppelstelle eine gestufte, runde, qua dratische, elliptische und/oder exzentrische Querschnittsform aufweist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine innere Koaxialleitungen (35, 52, 72, 83, 103) vor, hinter und/oder an der Koppelstelle wenig stens teilweise gebogen, verdreht, gewinkelt, gestuft und/oder konisch geformt ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils innere(n) Koaxialleitung(en) (35, 52, 72, 83, 103) an der Koppelstelle aus dielektrischem, metallischem und/oder supraleitendem Material besteht bzw. bestehen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine innere Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103) des Koaxialleitungssystems (32) wenigstens teilweise ein Einleitersystem ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine innere Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103) des Koaxialleitungssystems (32) ein Rundhohl leiter und/oder ein Lichtwellenleiter ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleitungssystems (32) zur Führung eines einzigen Wellentyps vorgesehen ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleitungssystems (32) zur Führung einer Kombination aus mehreren Wellentypen vorge sehen ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleitungssystems (32) wenigstens teilweise galvanisch getrennt ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der an eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleiters systems (32) angeschlossenen Wellenleiter (33, 41, 53, 54, 73) ein Hohlleiter ist (Fig. 3, 4, 5, 6, 7).

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (33, 41, 53, 54, 73) ein Rund-, Rechteckig-, Steg-, Koaxial-, und/oder elliptischer Hohlleiter ist.

14. Anordnung nach Anspruch 12, oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (33, 41, 53, 54, 73) in Längsrichtung konus-, radial- und/oder segmentförmig ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der an eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleitungs systems (32) angeschlossene Wellenleiter ein planarer Wellenleiter (81, 91, 101) ist (Fig. 8, 9, 10).

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Wellenleiter (81, 91, 101) eine Mikrostreifenleitung, eine koplanare Leitung, eine Finleitung eine offene Schlitz leitung und/oder eine Kombination aus Hohl- und Planar- Wellenleiter ist.

17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der an eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103) des Koaxialleitungssystems (32) ange schlossene Wellenleiter (33, 41, 53, 54, 73, 81, 91, 101) eine Kombination aus wenigstens einem Hohlleiter und wenigstens einem planaren Wellenleiter ist.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der an eine Koaxialleitung (35, 52, 72, 83, 103; 31, 51, 71, 82, 102) des Koaxialleitungs systems (32) angeschlossene Wellenleiter (33, 41, 53, 54, 73, 81, 91, 101) eine Zweidrahtleitung ist.

19. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (33, 41, 53, 54, 73, 81, 91, 101) aus Messing, Kupfer, Aluminium, einem dielektrischen und/oder einem supraleitenden Material besteht.

20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in das Koaxialleitungs system (32) eingekoppelten bzw. aus ihm ausgekoppelten Welle auf ein Ein- und/oder Mehrleitersystem aus- bzw. in es einkoppelbar ist.

21. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in das Koaxialleitungs system (32) eingekoppelten bzw. aus ihm ausgekoppelten Welle eine Kombination unterschiedlicher Wellentypen ist oder eine Welle in einem System unterschiedlicher Wellentypen ist.

22. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in das Koaxialleitungs system (32) eingekoppelten bzw. aus ihm ausgekoppelten Welle im Zeitmultiplexbetrieb ein- bzw. auskoppelbar ist.

23. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in das Koaxialleitungs system (32) eingekoppelten bzw. aus ihm ausgekoppelten Welle in Frequenzmultiplexsystem ein- bzw auskoppelbar ist.

24. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor, hinter und/oder an wenigstens einer Koppelstelle des Koaxialleitungssystems (32) wenigstens ein Symmetrier- und/oder Abstimmelement vorgesehen ist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Symmetrier- und/oder Abstimmelement ein Symmetriertopf, eine Symmetrierschleife, ein kapazitives und/oder ein induktives Element ist bzw. sind.

26. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor, hinter und/oder an wenigstens einer Koppelstelle des Koaxialleitungssystems (32) wenigstens ein Kompensationselement vorgesehen ist.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement ein induktives Element, ein kapazitives Element und/oder eine Stichleitung ist.

28. Anordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor, hinter und/oder an wenigstens einer Koppelstelle des Koaxialleitungssystems (32) wenigstens ein Anpaßelement vorgesehen ist.

29. Anordnung nach Anspruch 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpaß- bzw. Kompensationselement ein Resonator und/oder ein Leitungstransformator ist.

30. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die Verwendung als Wellentypwandler.

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellentypwandler wenigstens teilweise Bestandteil einer Ein richtung zur wenigstens teilweisen Trennung wenigstens eines Wellentyps in wenigstens einem Wellenleiter ist.

32. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die Verwendung als Wellentypweiche.

33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellentypweiche eine Polarisationsweiche ist.

34. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die Verwendung als elektronischer Strahl schwenker einer Antenne.

35. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die Verwendung als Wellenleiterkoppler.

36. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die Verwendung als Drehkupplung.