DE4331044A1

DE4331044A1 - Linearpolarisierter Orthomode-Hohlleiterkoppler mit Koppelfenster in Gitterausführung

Info

Publication number: DE4331044A1
Application number: DE19934331044
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Zocher; Hans-Ferdi Eul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2013-09-14
Also published as: DE4331044C2

Description

Im letzten Jahrzehnt erlangte im Mikrowellenbereich die Polarisation elektromagne tischer Wellen zunehmend an Bedeutung. Man nutzte immer mehr die allgemeine Eigen schaft der Polarisation, sie durch zwei entkoppelte Komponenten realisieren zu können - mathematisch formuliert: durch zwei orthogonal polarisierte Komponenten. In der Kommunikationstechnik werden heute z. B. auf stark besetzten Frequenzbändern durch Anwendung orthogonaler Polarisationen die doppelte Zahl von Übertragungs kanälen untergebracht. Ebenso brachte die Verarbeitung zweier orthogonal polari sierter Feldkomponenten der Radartechnik beachtliche Vorteile, als die von Zielen zurückgestreuten Wellen nach Polarisationen getrennt ausgewertet werden konnten.

Zur Trennung zweier orthogonal polarisierter Feldkomponenten wird ein Orthomode- Hohlleiterkoppler verwendet; hierunter versteht man ein Bauteil, das am Eingang Wellen mit beliebiger Polarisation aufnimmt, diese in zwei Wellen mit orthogonalen Polarisationen aufspaltet und getrennt separaten Ausgängen zuführt. Abb. 1 zeigt die Skizze eines ausgeführten Orthomode-Hohlleiterkopplers für zwei orthogonal linearpolarisierte Wellen; deshalb nennt man ihn auch einfach Linearpolarisierter Orthomode-Hohlleiterkoppler.

Die Funktion dieses Kopplers läßt sich am besten durch ein lineares Gleichungs system in Matrizenform mit einer Streumatrix S beschreiben, deren komplexe Koeffi zienten s_ik den Zusammenhang der an den Toren vorhandenen ein- und auslaufenden Wellen herstellen.

a_k = einlaufende Welle am Tor k

s_ik = b_i/a_k

b_i = auslaufende Welle am Tor i.

Der dargestellte Orthomode-Hohlleiterkoppler besitzt 5 Tore; das sind zwei Doppel tore, nämlich Tor 1, 2 und Tor 3, 4 sowie das Einzeltor 5. Die Polarisationen der den Toren zugeordneten Wellen sind in Abb. 1 durch Pfeile gekennzeichnet.

Die Streumatrix S für den Orthomode-Koppler mit 5 Toren hat 5 × 5 = 25 Streukoef fizienten. Diese Anzahl läßt sich jedoch beträchtlich reduzieren in einer Nähe rungslösung durch "Nullsetzen" kleiner Streukoeffizienten, die aus je zwei ortho gonal polarisierten Wellen mit hohen Entkopplungswerten ermittelt werben. Eben falls ergeben sich sehr kleine Streukoeffizienten für auslaufende Wellen, deren Polarisation sich in der Ebene der Kurzschlußplatte befindet.

Mit diesen Vereinfachungen ergibt sich ein Gleichungssystem, übersichtlich geschrieben in der Art eines Matrix-Schemas:

Die am Tor 4 auslaufende Welle b₄ kommt nur durch die Reflexion der am gleichen Tor eingespeisten Welle, s₄₄a₄, zustande, da die Wellen, die an den Toren 2 oder 5 einlaufen, durch die Wirkung der Kurzschlußplatte nicht zum Tor 4 übertragen werden können (bei k = i sind die Streukoeffizienten s_ii Reflexionsfaktoren der Tore i). Das Tor 4 ist eigentlich überflüssig; nur aus konstruktiven Gründen wird ein durchgehender gleichförmiger Basishohlleiter verwendet.

Aus dem Gleichungssystem geht hervor, daß jeweils 2 × 2 Gleichungen (das sind Nr. 1 und Nr. 3, Nr. 2 und Nr. 5) zwei voneinander unabhängige Teilsysteme bilden und separate Bauteile mit jeweils 2 Toren darstellen. Die Prüfung der Eigenschaften ihrer beiden Streumatrizen unter Bedingungen der angenommenen Verlustlosigkeit und Orthogonalität beweisen die Unitarität dieser Teilmatrizen. Die Ergebnisse sind:

Entsprechend gilt:

Diese angegebenen Beziehungen gelten streng nur für einen idealen Ortho mode-Koppler. Je besser die elektrischen Eigenschaften eines realisierten Ortho mode-Kopplers sind, umso genauer werden diese Beziehungen erfüllt. Eine erhebliche Verbesserung wird durch den im folgenden beschriebenen Erfindungsgegenstand er reicht.

Die Erfindung bezieht sich auf das Koppelfenster mit speziellen Einsätzen; es ist gekennzeichnet durch eine stärkere Polarisations-Selektivität im Vergleich zu einfachen Koppelfenstern mit vergleichbaren äußeren Formen und Abmessungen, aber ohne Einsätze. Ein Ausführungsbeispiel dieses Fensters erfolgte mit mehreren, möglichst dünnen, genau parallel verlaufenden Stegen (s. Abb. 2: Hohlleiter- Koppelfenster in Gitterausführung). Zur Erzielung einer möglichst großen Entkopp lung der orthogonal polarisierten Komponenten und geringer Durchlaßdämpfung ist bei einer großen, relativen Bandbreite eine Optimierung hinsichtlich der Anzahl der Stege, der Gesamtgröße und der Position des Fensters im Querschnitt des ange koppelten Hohlleiters, sowie Größe und Positionierung der Kurzschlußplatte mit Bezug auf das Fenster erforderlich. Als weiterer Vorteil kann eine möglichst kurze Baulänge, maximal 2-3 Wellenlängen, genannt werden.

Claims

1. Orthomode-Hohlleiterkoppler minimaler Durchgangsdämpfung bei großer Band breite mit speziellem Koppelfenster, dadurch gekennzeichnet, daß dieses dünne Einsatzwände in der Form von dünnen Stegen, Drähten oder Profilen aus Metall oder anderem Material besitzt.

2. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Fensters sowie die Anzahl der Stege mit Bezug auf Entkopp lung (Polarisations-Selektivität), Durchgangsdämpfung und Bandbreite opti miert werden.

3. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Kurzschlußplatte verwendet und hinsichtlich Position, Größe und Form mit Bezug auf das Koppelfenster optimiert wird.

4. Orthomode-Koppler mit Koppelfensternach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umgebung des Fensters durch weitere Anpassungsmaßnahmen optimiert wird.

5. Orthomode-Koppler mit Koppelfensternach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Eigenschaften des Fensters durch Benutzung von Dielektrika zwischen den Stegen optimiert werden.

6. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Fenster noch andere Funktionen erhält, gegebenenfalls durch zusätzlichen Einbau von Ferriten oder auch durch Halbleiter bzw. Halb leiter-Chips zwischen den Stegen zur Verstärkung der Entkopplung.

7. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß verschiedene Hohlleiterformen, wie runde und quadratische, regelmäßig polygonale Hohlleiter, sowie in diesen Formen mit Rillen ver sehene Hohlleiter als Basiswellenleiter verwendet werden.

8. Orthomode-Koppler nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auskopplung einer der beiden orthogonal polarisierten Wellenkomponenten ein in seinem Querschnitt veränderter Basishohlleiter, der hinsichtlich der Polarisation der nicht ausgekoppelten Wellenkomponente eindeutige Übertra gungseigenschaften besitzt, verwendet wird.

9. Orthomode-Koppler mit Basishohlleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß anstelle der Fortsetzung des Basishohlleiters mit verändertem Quer schnitt auch ein anderer Wellenleitertyp, z. B. Microstrip-, Stripline-, dielektrischer oder ähnlicher Wellenleiter verwendet wird.

10. Orthomode-Koppler mit Basishohlleiter nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Fortsetzung des Basishohlleiters mit geänderter Form oder Art des Wellenleiters der erforderliche Wellenleiterübergang an stelle der Kurzschlußplatte in seiner Position, Größe und Form mit Bezug auf das Koppelfenster optimiert wird.

11. Orthomode-Koppler nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Koppelhohlleiters (Rechteckhohlleiter) mit einer eindeutigen Polarisation ein anderer Wellenleiter, wie z. B. Microstrip-, Stripline-, dielektrischer oder ähnlicher Wellenleiter verwendet wird.

12. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere derartige Koppelfenster in geeigneter Weise in Längsrichtung des Basishohlleiters eine Fenstergruppe bilden, die eine wei tere Verbesserung der geschilderten Eigenschaften, insbesondere der Orthogo nalität, möglich macht.

13. Orthomode-Koppler mit Koppelfenster nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere derartige Koppelfenster in geeigneter Weise auf dem Umfang des Basishohlleiters in einem oder mehreren Querschnitten eine Fenstergruppe bilden, die eine Anregung erwünschter Hohlleiterwellentypen erlaubt.