DE4322992A1 - Sende und/oder Empfangssystem mit optimierter Polarisationswandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sende- und/oder Empfangssystem zum Senden und/oder Empfangen von Mikrowellen sowie einen Polarisationswandler, wie sie in der Satellitenempfangs­ technik verwendet werden. Ein derartiges Sende- und/oder Empfangssystem umfaßt ein Feed, das im Falle des Empfangs die Mikrowellen einkoppelt und mindestens einen Konverter oder beliebige andere Komponenten, der bzw. die die em­ pfangenen Mikrowellen, die ihm über einen Wellenleiter zugeführt werden, in elektrische Signale umwandelt bzw. umwandeln.

In der Satellitenempfangstechnik, die unter anderem Fre­ quenzbereiche von 10,95 GHz bis 12,75 GHz umfaßt, wird sowohl mit linearer als auch mit zirkularer Polarisation gesendet, wobei der Anteil von Transpondern mit zirkula­ rer Polarisation momentan eher vernachlässigt werden kann. An bedeutenden Satelliten, die zur Zeit im Fre­ quenzbereich von 11,7 GHz bis 12,5 GHz in zirkularer Po­ larisation senden, gibt es TV-SAT2, Olympus und TDF. Dies wird sich jedoch in naher Zukunft durch den Einsatz des europäischen Satellitensystems EUROPSAT ändern. Auch für ASTRA 1D ist eine Belegung im DBS-Bereich geplant. Es werden 18 Kanäle im Bereich von 11,7 GHz bis 12,07 GHz angeboten, wobei es dann eine dichte Belegung des Fre­ quenzbandes durch eine große Anzahl von Transpondern ge­ ben wird. Daher wird an die Entkopplung der zirkularen Signale vor und nach einer Polarisationswandlung bedingt durch den geringen Frequenzabstand der Transponder und den geringen Orbitabstand der Satelliten eine hohe Anfor­ derung gestellt.

Polarisationswandler zum Wandeln von linearen Signalen in zirkulare Signale und umgekehrt, wie sie bei bekannten Sende- und Empfangssystemen verwendet werden, sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. So gibt es beispiels­ weise das λ/4-Plättchen, gyromagnetische Medien, ellipti­ sche Hohlleiter und den Septumpolarizer. Vielfach werden diese Wandler in der Satellitenempfangstechnik einge­ setzt. Die Wirkungsweise des bekannten λ/4-Plättchens ist die, daß eine Phasenverschiebung von π/2 zwischen den beiden Polarisationskomponenten erfolgt. Aus dieser Pha­ senverschiebung läßt sich die Länge des Plättchens er­ rechnen. Dabei trifft diese Länge nur für eine bestimmte Frequenz zu, so daß ein derartiger Polarisator immer schmalbandig ist. Will man nun einen schon verhandenen Polarisationswandler, z. B. ein Feed mit eingebautem λ/4- Plättchen, für einen etwas anderen Frequenzbereich nutzen oder man braucht für eine bestimmte Frequenz eine bessere Entkopplung, so mußte man bisher auf anders dimensionier­ te Polsarisationswandler ausweichen. Dies ist jedoch nicht immer möglich bzw. der Aufwand würde in keinem Ver­ hältnis zum Nutzen stehen.

Beim Einsatz von Polarisationswandlern, z. B. von λ/4- Plättchen, kommt es bedingt durch die schlechte Anpassung der angeschlossenen Komponenten wie beispielsweise Kon­ verter, Polarisationsweichen, Polarisationswandlern oder ähnlichem zu Reflexionen. Da sich bei zirkularer Polari­ sation durch Reflexion die Drehrichtung der reflektierten Welle im ungünstigsten Fall vollständig umkehrt, also aus einer rechtszirkularen Welle eine linkszirkulare wird oder umgekehrt, kann es zur unerwünschten Verschlechte­ rung der Entkopplung kommen. Bei symmetrischen Antennen ist auch noch mit stärkeren Reflexionen direkt aus der Antenne zu rechnen, welche ebenfalls ihren Beitrag zur Kreuzpolarisation liefern.

Ein weiteres Problem einer Sende- und Empfangsanlage sind die Konverter selbst. Diese müssen im Zuge immer kleiner werdender Antennen immer bessere Rauschwerte haben. Durch die optimale Rauschanpassung ist jedoch die Leistungsan­ passung sehr gering. Dies bedeutet, daß ein erheblicher Teil der Energie der einfallenden Welle am Konverter re­ flektiert wird. Zur Zeit liegt die reflektierte Leistung typischerweise zwischen 20% und 60%, so daß teilweise mehr als die Hälfte der ankommenden Leistung reflektiert wird. Die reflektierte Welle kann nun ihrerseits an an­ derer Stelle wieder reflektiert werden und gelangt somit wiederum an den Konverter. Dabei kann sich die Polarisa­ tionseigenschaft der Welle derart verändert haben, daß diese einen nicht unwesentlichen Beitrag zur Kreuzpola­ risation leistet, im ungünstigsten Falle trägt sie voll zur kreuzpolaren Komponente bei. Dies vermindert wiederum die Trennschärfe und die Entkopplungseigenschaft, d. h. die Güte, der Sende- und Empfangsanlage.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Sende- und/oder Empfangssystem zu optimieren, so daß die­ ses eine hohe Entkopplung der Signale aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 4, 10, 13, 14 und 18 gelöst.

Erfindungsgemäß wird zur Unterdrückung der Reflexion vor dem Konverter mindestens ein Isolator angeordnet. Ein derartiger Isolator, der auch als eine Einwegleitung be­ zeichnet wird, hat die Eigenschaft, daß er wie eine Diode arbeitet, d. h. eine Welle nur in eine Richtung passieren läßt. Somit wird die am Konverter reflektierte Welle im Isolator fast vollständig unterdrückt, so daß sie keinen Beitrag zur Kreuzpolarisation mehr leisten kann. Die An­ ordnung des Isolators vor dem Konverter ist dabei belie­ big, d. h. er kann an beliebiger Stelle innerhalb des Sende- und Empfangssystems angeordnet sein. Bevorzugter­ weise wird die Anordnung des Isolators jedoch unmittelbar vor dem Konverter sein, um überhaupt jegliche Möglichkeit der Kreuzpolarisation der reflektierten Welle aus zu­ schließen und die beste Entkopplung zu erreichen.

Das Sende- und/oder Empfangssystem kann dabei weitere Komponenten, wie beispielsweise Polarisationsweichen, mehrere Konverter oder Polarisatoren, aufweisen. Bevor­ zugt werden Isolatoren dann eingesetzt, falls eine hohe Anforderung an die Polarisationsreinheit bzw. Entkopplung der Signale gestellt wird.

Weist das Sende- und Empfangssystem einen Polarisations­ wandler auf, so tritt eine vollständige Polarisations­ wandlung nur für eine bestimmte Frequenz auf. Ab einem bestimmten Frequenzabstand links und rechts dieser Mit­ tenfrequenz ist die Polarisationswandlung unvollständig. Das Einbringen eines dielektrischen und/oder metallischen Materials in das Strahlungsfeld des Feed oder an den Wellenleiter bewirkt eine Verschiebung dieser Mittenfre­ quenz des Polarisationswandlers, so daß die Polarisations­ handlung nun für eine andere als die ursprüngliche Mitten­ frequenz optimal ist. Vorteilhafterweise kann somit eine Anpassung des Sende- und Empfangssystems an eine andere Frequenz erreicht werden, bei der eine optimale Entkopp­ lung der Signale erreicht werden soll, ohne daß das Sende- und Empfangssystem mit einem anderen Polarisaionswandler ausgestattet werden muß. Das dielektrische und/oder me­ tallische Material kann in beliebiger Form und Anzahl in das Strahlungsfeld des Feed oder in den Wellenleiter ein­ gebracht werden. Dabei ist die Form und die Anzahl von der gewünschten Verschiebung der Mittenfrequenz abhängig. Bevorzugterweise wird das dielektrische und/oder metal­ lische Material durch einen metallischen Draht oder eine Aluminiumfolie realisiert. Dieser Draht bzw. diese Alu­ miniumfolie wird im einfachsten Fall quer über die Ein­ trittsöffnung des Feed, z. B. über das Radom, gespannt. Zum Einsatz kommt auch eine Aluminiumfolie, die einseitig mit einem Klebestreifen beschichtet ist, so daß die über die Eintrittsöffnung des Feed gespannte Folie durch den Klebestreifen gehalten wird.

Zur Verbesserung der Polarisationseigenschaften eines in dem Sende- und Empfangssystems vorhandenen Polarisations­ wandlers, welches damit auch zur Verbesserung der Entkop­ peleigenschaften beiträgt, ist es möglich, zusätzlich Nu­ ten in den Wellenleiter bzw. den Polarisationswandler einzubringen. Ein Wellenleiter mit Nuten kann auch als eigenständiger Polarisationswandler dienen. Vorteilhaf­ terweise können diese Nuten auch im Feed angebracht sein, um die Polarisationseigenschaften eines im Feed inte­ grierten Polarisationswandlers zu verändern oder zu ver­ bessern. Durch Variation von Länge, Breite, Tiefe und Form (quadratisch, rechteckig, oval, rund etc.) der Nuten wird die Polarisationseigenschaft auf die erforderlichen Verhältnisse hin optimiert. Bevorzugterweise beträgt der Winkel der optimalerweise zwei Nuten +/- 45° zur Auskopp­ lung, je nach gewünschter Polarisationsrichtung. Die Nu­ ten können auch nachträglich in ein fertiges System ein­ gebracht werden.

Weiterhin kann ein Polarisator auch durch ein dielektri­ sches und/oder metallisches Material gebildet werden, das im Wellenfeld einer Komponente, wie des Feeds, Hohllei­ ters oder Wellenleiters, eingebracht ist. Besagtes, als Polarisator wirkendes dielektrisches und/oder metalli­ sches Material kann die Form eines Drahtes haben oder auch ein Aluminiumstreifen sein, der zusätzlich eine Kle­ befläche aufweisen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist selbstverständlicherweise möglich, die verschie­ denen Arten der Optimierung, die da sind, Einbringen ei­ nes dielektrischen und/oder metallischen Materials in das Strahlungsfeld des Feed oder in einen Wellenleiter, Ver­ wendung eines Isolators und Anbringen von Nuten in der Wellenleitung zur Veränderung des Polarisationsverhal­ tens, gleichzeitig in einem Sende- und Empfangssystem zu realisieren.

Die Erfindung sowie deren Vorteile wird im folgenden an­ hand dreier bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Empfangssystems,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Feed mit eingebrachter Aluminiumfolie,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einkoppelöffnung eines Feed mit eingebrachter Aluminiumfolie,

Fig. 4a einen Querschnitt eines Hohlleiters mit Nuten,

Fig. 4b einen Längsschnitt durch besagten Hohlleiter,

Fig. 5a einen Längsschnitt durch Empfangssystem mit ei­ nem Hohlleiter, und

Fig. 5b einen Querschnitt durch ein System nach Fig. 5a.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sende- und Empfangssy­ stem, bestehend aus einem Feed 1, welches einen inte­ grierten Polarisationswandler aufweist, einer sich daran anschließenden Polarisationsweiche 2 und den Konvertern 3 und 4 zur Transformation der Mikrowellen. Vor den Konver­ tern 3 und 4 sind Isolatoren 5 und 6 angeordnet, die zur Unterdrückung der an den Konvertern 3 und 4 reflektierten Leistung dienen. Die einzelnen Komponenten des Sende- und Empfangssystems sind durch Flansche 7 miteinander verbun­ den. Anstelle der Polarisarionsweiche 2 kann je nach An­ wendungsfall z. B. auch eine Frequenzweiche eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Feed 1, welches unter der Bezeichnung Hirschmann CSA 850 A im Handel er­ hältlich ist. Ein derartiges Feed 1 weist eine kegelför­ mige Einkoppelöffnung 8 auf, der sich ein Wellenleiter 9 anschließt. An den dem Einkoppelkegel 8 entgegengesetzten Ende weist das Feed 1 einen Flansch 7 zur Verbindung mit weiteren Komponenten auf. Die Einkoppelöffnung 10 des Feed 1 ist mit einer Feedabdeckung 11 versehen, auf der ein Aluminiumstreifen 12 aufgebracht ist. Bevorzugter­ weise ist der Aluminiumstreifen 12 aus einer einseitig mit einer Klebeschicht beschichteten Aluminiumfolie her­ gestellt, so daß sich der Aluminiumstreifen 12 auf die Feedabdeckung 11 aufkleben läßt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Einkoppelkegel 8 des Feed 1, der mit der Feedabdeckung 11 abgedeckt ist. Auf dieser Feedabdeckung 11 befindet in einem Winkel von 45° (je nach Anwendungsfall) der Aluminiumstreifen 12, der bevorzugterweise als eine selbstklebende Aluminiumfolie ausgebildet ist. Der Einkoppelkegel 8 des Feed 1 verjüngt sich kegelartig zu dem Hohlleiter 9 des Feed 1.

Fig. 4a zeigt einen Querschnitt durch einen Hohlleiter, der durch darin angebrachte Nuten die Eigenschaften eines Polarisationswandlers aufweist. Dabei ist der Rundhohl­ leiter 13 der Fig. 4a ohne Flansche 7 dargestellt. Im In­ neren des Hohlleiters 13 befinden sich eingefräste Nuten 14 und 15. Dabei sind die Nuten 14 und 15 diametral ge­ genüber angeordnet und weisen einen Winkel von 45° zu den Auskoppelebenen 16 und 17 auf. In den bevorzugten Aus­ führungsformen sind die Nuten 1 mm tief, 2 mm breit und 50 mm lang. Diese Maßangaben sind unter anderem von der Frequenz und der gewollten Entkopplung abhängig, sowie auch davon, ob bereits ein Polarisationswandler in dem Sende- und Empfangssystem vorhanden ist.

Fig. 4b zeigt den erfindungsgemäßen Hohlleiter 13 im Längsschnitt. An seinen beiden Enden weist der Hohlleiter 13 Flansche 7 auf, sowie in seinem Inneren die Nuten 14 und 15. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten durchgängig, welches jedoch nicht zwangsläufig sein muß. Dies hängt von den gewünschten Polarisationseigenschaften ab.

Fig. 5a zeigt einen Längsschnitt durch die Montage eines erfindungsgemäßen Empfangssystems, bestehend aus einem Feed 1, einem sich daran anschließenden Hohlleiter 13 mit Nuten, dem ein Konverter 3 folgt. Die einzelnen Komponen­ ten Feed 1, Hohlleiter mit Nuten 13 und Konverter 3 sind mittels Flansche 7 miteinander verbunden. Erfindungsgemäß kann noch ein Isolator 5, 6 zur Verbesserung der Polari­ sationseigenschaften eingebracht werden.

Fig. 5b schließlich zeigt einen Blick in axialer Richtung vom Hohlleiter 13 auf den Konverter 3 Dargestellt ist der Hohlleiterflansch 7, der Befestigungslöcher 18 zur Halterung des Konverters 3 aufweist. Der Hohlleiter mit Nuten 13 hat Nuten 14 und 15, die einen Winkel von 45° zu den Auskoppelebenen 17 und 16 haben. Die ankommende Hohl­ leiterwelle wird schließlich über eine Einkoppelöffnung 19 des Konverters in den Konverter 3 eingekoppelt.

Claims (18)

1. Sende- und/oder Empfangssystem mit mindestens einem Feed (1) und mindestens einem Konverter oder belie­ bigen anderen Komponenten (3, 4), dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor mindestens einem Konverter oder beliebigen anderen Komponenten (3, 4) mindestens ein Isolator (5, 6) angeordnet ist.

2. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Polarisati­ onswandler vor dem Konverter angeordnet ist.

3. Sende- und/oder Empfangsystem nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Anord­ nung von den Isolatoren (5, 6) und den Polarisations­ wandlern beliebig ist.

4. Sende- und/oder Empfangssystem mit mindestens einem Feed (1), mindestens einem Polarisator und minde­ stens einem Konverter oder beliebigen anderen Kompo­ nenten (3, 4), dadurch gekennzeichnet, daß ein di­ elektrisches und/oder metallisches Material in be­ liebiger Form und Anzahl in das Wellenfeld einer der Komponenten der Anordnung eingebracht ist.

5. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder metallische Material in das Strahlungsfeld des Feed (1) eingebracht ist.

6. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder metallische Material über der Eintrittsöffnung des Feed (1) angeordnet ist.

7. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder metallische Material über das Radom des Feed ange­ ordnet ist.

8. Sende- und/oder Empfangsystem nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder metallische Material ein Draht ist.

9. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder metallische Material ein Alustreifen (12) ist.

10. Sende- und/oder Empfangssystem mit mindestens einem Feed (1) und mindestens einem Konverter oder belie­ bigen anderen Komponenten (3, 4), dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Nut (15, 14) in einen Abschnitt der Wellenleitung eingebracht ist.

11. Sende- und/oder Empfangssystem nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Nut (15, 14) in einem Feed (1) angebracht ist.

12. Sende- und/oder Empfangssystem nach einem der An­ sprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Polarisator in der Wellenleitung (13) angeordnet ist.

13. Sende- und/oder Empfangssystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Isolator vor oder hin­ ter einem Polarisationswandler angebracht ist.

14. Polarisationssystem mit einem Polarisator, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Polari­ sator dem System zugefügt wird.

15. Polarisationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Polarisator ein di­ elektrisches und/oder metallisches Material ist, welches in das Wellenfeld einer Komponente der Sende- und/oder Empfangsanlage eingebracht wird.

16. Polarisationssystem nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder me­ tallische Material ein Draht ist.

17. Polarisationssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische und/oder me­ tallische Material ein Aluminiumstreifen ist.

18. Polarisationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens ein Nut in einen Wellenleiter oder eine der Komponenten eines Sende- und/oder Empfangssy­ stems eingebracht wird, so daß der Wellenleiter oder die Komponente als Polarisator wirkt.