DE4331044C2

DE4331044C2 - Linearpolarisierter Orthomode-Hohlleiterkoppler mit Koppelfenster in Gitterausführung

Info

Publication number: DE4331044C2
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: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2013-09-14
Also published as: DE4331044A1

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.

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 werden. 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:

7. | s₁₃ | = | s₃₁ |

| s₁₁ | = | s₃₃ |

Diese angegebenen Beziehungen gelten streng nur für einen idealen Orthomode-Koppler. Je besser die elektrischen Eigenschaften eines realisierten Orthomode-Kopplers sind, umso genauer werden diese Beziehungen erfüllt.

Aus der DE 40 37 695 A1 eine Antenne bekannt, die eine Anzahl von Wellenleitern hinter der Empfangsschüssel aufweist, die die beiden Polarisationskomponenten gleichzeitig empfangener horizontal und vertikal polarisierter Wellen voneinander trennen. Dabei ist in dem die Wellen führenden Hohlleiter ein zusätzlich eingefügter Polarisationsfilter mit einer Mehrzahl parallel zueinander und horizontal ausgerichteter Schlitze vorgesehen. Dadurch kann eine der Polarisationskomponenten ausgefiltert werden. Die andere Polarisationskomponente wird in einem abzweigenden Hohlleiter abgeführt.

Die JP 1-138801 (A) zeigt einen Orthomode-Hohlleiterkoppler, der an einer Seite des Hohlleiters einen abzweigenden Hohlleiter aufweist. Zur Trennung der Polarisationskomponenten ist an der Verbindungsstelle ein Gitter von Drähten vorgesehen, die quer zur Ausbreitungsrichtung der einlaufenden Wellen ausgerichtet sind.

Die DE 32 41 890 A1 zeigt eine Polarisationsweiche, bei der in dem die einlaufenden Wellen führenden Hohlleiter ein schmales Fenster zur Trennung der Polarisationskomponenten vorgesehen ist. Dieses Fenster ist längs der Ausbreitungsrichtung der Wellen ausgerichtet und mündet in einen abzweigenden Hohlleiter.

Die vorbekannten Orthomode-Hohlleiterkoppler weisen verschiedene Nachteile auf. So ist die zuverlässige Trennung der Polarisationskomponenten nicht gewährleistet, da diese durch die verwendeten Polarisationsweichen nur unvollständig getrennt werden, da die jeweils auszufilternde Komponente in den jeweils anderen Zweig einstreut. Auch ist die Dämpfung der auszufilternden Komponenten hoch und unerwünschte Reflexionen an den Trennstellen beeinflussen die Qualität der getrennten, orthogonal zueinander stehenden Wellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Orthomode-Hohlleiterkoppler hinsichtlich der Polarisations selektivität, der Dämpfung, der Streuung und der Reflexionen zu verbessern, also insbesondere hinsichtlich der Qualität der getrennten orthogonalen Komponenten.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung angegeben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Außenansicht des Orthomode- Hohlleiterkopplers;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Koppelfensters.

Die Erfindung bezieht sich auf das zum abgezweigten Hohlleiter führende Koppelfenster 4 mit spezieller Ausbildung; 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 erfolgt durch ein Gitter 6 mit mehreren, möglichst dünnen, zur Wellenfortpflanzungs richtung z im Hohlleiter 1 genau parallel verlaufenden Stegen 7 (s. Abb. 2: Hohlleiter-Koppelfenster in Gitterausführung). Zur Erzielung einer möglichst großen Entkopplung der orthogonal polarisierten Komponenten und geringer Durchlaßdämpfung ist bei einer großen relativen Bandbreite eine Optimierung hinsichtlich der Anzahl der Stege 7, der Gesamtgröße und der Position des Fensters 4 im Querschnitt des angekoppelten Hohlleiters 2, sowie Größe und Positionierung der Kurzschlußplatte 5 mit Bezug auf das Fenster 4 wünschenswert. Als weiterer Vorteil kann eine möglichst kurze Baulänge, maximal 2-3 Wellenlängen, genannt werden.

Claims

1. Orthomode-Hohlleiterkoppler zur Trennung von elektromagne tischen Wellen mit beliebigen Polarisationen in orthogonale lineare Wellenkomponenten in einem Hohlleiter (1), mit einem Koppelfenster (4) an einer Seite des Hohlleiters (1) zum Auskoppeln einer der beiden Wellen, das mit einem Gitter aus Leitern versehen ist, die senkrecht zum elektrischen Feldvektor der dort ausgekoppelten Welle gerichtet sind, und mit einem davon getrennten weiteren Ausgang für die andere Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter längs zur Ausbreitungsrichtung (z) der eingekoppelten elektromagnetischen Wellen gerichtet in der Form von dünnen Stegen (7) aus der Wand des Hohlleiters (1) herausgearbeitet sind.

2. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohlleiters (1) kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder regelmäßig polygonal ist, wobei der Hohlleiter (1) wahlweise mit Rillen versehen ist.

3. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelfenster (4) unterschiedliche Größen aufweist und durch eine Kombination mit einer unterschiedlichen Anzahl von Stegen (7) jeweils auf die zu trennenden elektromagnetischen Wellen bezüglich der Polarisationsselektivität, der Durchgangsdämpfung und der Bandbreite jeweils individuell abgestimmt ist.

4. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basishohlleiter (1) eine Kurzschlußplatte (5) innerhalb dieses Basishohlleiters (1) aufweist.

5. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stegen (7) Dielektrika, Ferrite und/oder Halbleiter oder Halbleiterchips zur Verbesserung der Polarisationsselektivität und zur Verstärkung der Entkopplung eingesetzt sind.

6. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsetzung des Hohlleiters (1) und/oder des weiteren, die ausge koppelten Wellen führender Hohlleiter (2) als Microstrip-, Stripline-, dielektrische oder ähnlicher Wellenleiter ausgebildet ist.

7. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Hohlleiter (2) rechteckig geformt ist.

8. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (1) hinter dem Koppelfenster (4) in einen gegenüber dem Hohlleiter (1) in seinem Querschnitt veränderten Hohlleiter übergeht.

9. Orthomode-Hohlleiterkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Koppelfenster (4) längs des Hohlleiters (1) auf dessen Umfang verteilt sind.