EP0251085A2 - Anordnung zur Auskopplung zweier orthogonal linear polarisierter Wellen aus einem Hohlleiter - Google Patents

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EP0251085A2
EP0251085A2 EP87108852A EP87108852A EP0251085A2 EP 0251085 A2 EP0251085 A2 EP 0251085A2 EP 87108852 A EP87108852 A EP 87108852A EP 87108852 A EP87108852 A EP 87108852A EP 0251085 A2 EP0251085 A2 EP 0251085A2
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EP
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short
waveguide
circuit element
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coupling pin
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Martin Dipl.-Ing. Koch
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Hans Kolbe and Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer

Definitions

  • the invention relates to an arrangement described in the preamble of claim 1 and made known by EP-PS 0 059 927.
  • This known arrangement shows a feed waveguide with a circular cross section, which at the end remote from the exciter stands at right angles on a ground surface of a microstrip line substrate carrying a converter circuit and is in contact with it the ground surface opposite side of the substrate are connected.
  • the four coupling pins are positioned and designed to couple the signals of both linear polarization directions. Coupling is suppressed by symmetrically decoupling the waveguide fundamental with two coaxial lines in each polarization direction.
  • the invention has for its object to simplify the arrangement of the type mentioned with low transmission loss and low polarization coupling. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.
  • the lateral arrangement of the coupling pins that the waveguide Penetrating walls in isolation enables a simple, space-saving and reliable design. Only one coupling pin and thus only one coaxial line is required for forwarding the signals per polarization direction.
  • the coupling pins which are arranged at right angles to one another and serve as coupling antennas for the two polarization directions, enable reliable coupling out of both orthogonally linearly polarized waves from the waveguide.
  • the short-circuit element serves to decouple the waves with the fullest possible power.
  • ⁇ g means the wavelength of the wave guided by the waveguide at the center frequency.
  • both coupling pins are provided in a common transverse plane, a short-circuit element being provided, the distance from the transverse plane being approximately 1/4 of the wavelength ⁇ g of the wave guided in the waveguide.
  • Both coupling pins that is to say both coupling antennas, are thus in the first maximum of the electrical field. It results minimal through loss and maximum decoupling.
  • the arrangement of both coupling pins in one plane causes a relatively large coupling.
  • each coupling pin lies in a separate transverse plane, that the two transverse planes have a mutual spacing that corresponds to half the wavelength and that a short-circuit element is provided, the spacing of which from the neighboring transverse plane with the closest coupling pin is approximately 1/4 the wavelength of the wave guided in the waveguide.
  • the one antenna, measured from the short-circuit element is at the first maximum, ie at ⁇ g / 4, and the second antenna at the second maximum, that is at 3/4 ⁇ g .
  • the antenna which is in the second field maximum (3/4 ⁇ g - distance from the short-circuit element), has a narrow band in the area of this antenna. This is because, depending on the frequency, the position of the second maximum varies more than that of the first maximum. The frequencies lying on both sides of the center frequency can thus be more or less effectively decoupled from the coupling pin (coupling antenna) located in the second maximum of the electrical field.
  • each coupling pin lies in a separate transverse plane of the waveguide, that each coupling pin is assigned its own short-circuit element, and that the distance between the transverse planes containing the two coupling pins and the associated short-circuit element is equal to 1/4 the wavelength of the wave guided in the waveguide. Because each coupling pin is now assigned its own short-circuit element, the above-mentioned disadvantage of the narrow band in the area of the one coupling pin is eliminated. Both coupling pins have the same and equally good bandwidths.
  • the distance between each coupling pin and the short-circuit element assigned to it is approximately ⁇ g / 4 or less.
  • the two coupling pins it is no longer necessary for the two coupling pins to have a fixed spacing of 1/2 ⁇ g , so that the overall length of the waveguide can be reduced.
  • the waveguide which has a square cross section, is designated by 10 and has two on two side walls 11 and 12 Coupling pins 13, 14 arranged at right angles to one another and at right angles to the side walls 11 and 12, which dip into the waveguide.
  • the direction of incidence for two orthogonally linearly polarized waves is denoted by 15.
  • the waveguide 10 is terminated with a short-circuit plate 16 at the end remote from the exciter. 1 and 2, both coupling pins, which serve as coupling antennas, lie in a single transverse plane 17.
  • the distance 18 between transverse plane 17 and short-circuit element 16 is approximately equal to ⁇ g / 4 or smaller, where ⁇ g is the wavelength of the center frequency of the waveguide 10 guided shaft is.
  • Both antennas or coupling pins 13, 14 lie in the first maximum of the electrical field. This design shows a relatively large coupling between the waves of the two polarization directions, which is undesirable in most applications.
  • the coupling pin 14 is arranged in a separate transverse plane 19, the distance 20 from the transverse plane 17 is approximately ⁇ g / 2.
  • the first coupling pin 13 is again at the first field maximum, namely at a distance 18 from the short-circuit element 16, while the second coupling pin 14 is now at the second maximum of the electrical field, namely at a distance 21 from the short-circuit element 16.
  • This distance 21 is approximately less than or equal to 3/4 ⁇ g .
  • the position of the second maximum in the area of the coupling pin 14 varies more than that of the first masimum in the area of the coupling pin 13. This results in unfavorable coupling values in the area of the coupling pin 14 at the edges of the frequency band.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6 yields considerably better values, according to which the coupling pin 14 is now also assigned its own short-circuit element 22, as shown in particular by the cross section according to FIG. 6.
  • the distance 23 between the two coupling pins 13, 14 no longer needs to be ⁇ g / 2, as shown in FIG. 3, but can be variable.
  • the short-circuit element 22 must be permeable, for example rod-shaped, while the short-circuit element 16 can be designed as a plate or rod-shaped at the end of the waveguide. If the last short-circuit element 16 is in the form of a rod, the risk of a resonance chamber being formed is reduced.
  • 25 and 26 denote the two polarization directions.
  • Fig. 7 shows a one-piece short-circuit element 22 with rods 22 a, which are integrally connected to a yoke 22 b.
  • this comb-like structure can be inserted with the rods 22 a into pre-formed openings in the waveguide 10 and then bent at a bending line 22 c. This results in simple assembly.
  • the openings for the coupling pins 13, 14 are denoted by 27 and the openings for the short-circuit element 22 by 28.

Abstract

Bei einer Anordnung zur Auskopplung von zwei orthogonal linear polarisierten Wellen aus einem Hohlleiter ist für jede Polarisationsrichtung ein von einer Seitenwand aus in den Hohlleiter ragender Koppelstift (13, 14) vorgesehen, wobei beide Koppelstifte rechtwinklig zueinander angeordnet sind und mindestens ein Kurzschlußelement (16, 22) vorgesehen ist, das von der dem nächstliegenden Koppelstift enthaltenden Querebene (17, 19) einen bestimmten Abstand (18, 24) aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebene und durch die EP-PS 0 059 927 bekannt gewordene An­ordnung. Diese bekannte Anordnung zeigt einen Speisehohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt, der am erregerfernen Ende rechtwinklig auf einer Massefläche eines eine Umsetzerschaltung tragenden Mikrostreifenleitersubstrats steht und mit dieser kontaktiert ist Dabei ragen vier Koppelstifte durch das Mikrostreifenleiter­substrat in den Speisehohlleiter hinein, wobei die Fußpunkte der Koppelstifte mit Mikrostreifenleitern auf der der Masse­fläche gegenüberliegenden Seite des Substrats verbunden sind. Die vier Koppelstifte sind so positioniert und ausgebildet, daß sie die Signale beider linearer Polarisationsrichtungen ankoppeln. Durch symmetrische Auskopplung der Hohlleitergrund­welle mit zwei Koaxialleitungen je Polarisationsrichtung wird dabei eine Verkoppelung unterdrückt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der ein­gangs genannten Art bei geringer Durchgangsdämpfung und geringer Polarisationsverkopplung zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die seitliche Anordnung der Koppelstifte, die die Hohlleiter­ wandungen isoliert durchdringen, ermöglicht eine einfache, raumsparende und zuverlässige Bauart. Je Polarisationsrichtung ist nur ein Koppelstift und damit jeweils nur eine Koaxialleitung zur Fortleitung der Signale erforderlich. Die rechtwinklig zu­einander angeordneten Koppelstife, die als Auskoppelantennen für die beiden Polarisationsrichtungen dienen, ermöglichen eine zuverlässige Auskopplung beider orthogonal linear polarisierten Wellen aus dem Hohlleiter. Das Kurzschlußelement dient dazu, die Wellen mit möglichst voller Leistung auszukoppeln. Zur Er­zielung einer geringen Reflexionsdämpfung besteht ein bestimmter Abstand zwischen dem Kurzschlußelement und einer Querebene, die den nächstliegenden Koppelstift enthält. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise ca. 1/4 der Wellenlänge λ g der im Hohlleiter geführten Welle oder weniger. Dabei bedeutet λ g die Wellenlänge der bei Mittenfrequenz von dem Hohl­leiter geführten Welle.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind beide Koppelstifte in einer gemeinsamen Querebene vorgesehen, wobei ein Kurzschluß­element vorgesehen ist, dessen Abstand zur Querebene etwa 1/4 der Wellenlänge λ g der im Hohlleiter geführten Welle ist. Damit liegen beide Koppelstifte, das heißt beide Ankoppel­antennen, im ersten Maximum des elektrischen Feldes. Es ergibt sich eine minimale Durchgangsdämpfung und eine maximale Auskopp­lung. Die Anordnung beider Koppelstifte in einer Ebene bewirkt je­doch eine verhältnismäßig große Verkopplung. Daher wird in einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, daß jeder Koppelstift in ei­ner gesonderten Querebene liegt, daß beide Querebenen einen gegen­seitigen Abstand aufweisen, der der halben Wellenlänge entspricht und daß ein Kurzschlußelement vorgesehen ist, dessen Abstand zur benachbarten Querebene mit dem nächstliegenden Koppelstift etwa 1/4 der Wellenlänge der im Hohlleiter geführten Welle beträgt. Bei einer derartigen Bauart liegt die eine Antenne, gemessen vom Kurz­schlußelement aus, im ersten Maximum, d. h. bei λ g /4, und die zweite Antenne im zweiten Maximum, das heißt bei 3/4 λ g. Diese Bauart ermöglicht zwar eine erhebliche Verringerung der Verkopplung gegenüber der vorgenannten Bauart, jedoch ergibt sich bei der Antenne, die im zweiten Feldmaximum liegt (3/4 λ g- Abstand vom Kurzschlußelement), eine Schmalbandigkeit im Bereich dieser Antenne. Dies liegt daran, daß, in Abhängigkeit von der Frequenz, die Lage des zweiten Maximums stärker variiert als die des ersten Maximums. Somit können die Frequenzen, die beiderseits der Mittenfrequenz liegen, von dem im zweiten Maximum des elektrischen Feldes liegenden Koppel­stift (Koppelantenne) mehr oder weniger gut ausgekoppelt werden.
  • Zur optimalen Auskopplung wird daher gemäß einem weiteren Aus­führungsbeispiel vorgeschlagen, daß jeder Koppelstift in einer gesonderten Querebene des Hohlleiters liegt, daß jedem Koppel­stift ein eigenes Kurzschlußelement zugeordnet ist und daß der Abstand zwischen den die beiden Koppelstifte enthaltenden Querebenen und dem zugehörigen Kurzschlußelement jeweils gleich 1/4 der Wellenlänge der im Hohlleiter geführten Welle beträgt. Dadurch, daß nunmehr jedem Koppelstift ein eigenes Kurzschlußelement zugeordnet ist, entfällt der obengennante Nachteil der Schmalbandigkeit im Bereich des einen Koppel­stiftes. Beide Koppelstifte besitzen gleiche und gleich gute Bandbreiten. Der Abstand eines jeden Koppelstiftes zu dem ihm zugeordneten Kurzschlußelement beträgt ca. λ g/4 oder weniger. Ferner ist nicht mehr erforderlich, daß beide Koppelstifte einen festen Abstand von 1/2 λ g besitzen, so daß die Baulänge des Hohlleiters verringert werden kann. Es ist lediglich ein bestimmter Mindestabstand zwischen dem in Einfallsrichtung der Wellen ersten Kurzschlußelement und dem zweiten Koppelstift vorgesehen, der sich aus dem Wunsch nach einer geringen Reflexionsdämpfung ergibt. Dieser Abstand ist variabel und wurde experimentel zu mindestens λ g/8 Polarisationsentkopplung.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­sprüchen.
  • In der Zeichnung sind in den Figuren 1 bis 7 Ausführungsbei­spiele des Gegenstandes gemäß der Erfindung schematisch darge­stellt.
    • Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Hohlleiters mit zwei Koppelstiften in einer Querebene und mit einem Kurzschluß­element,
    • Fig. 2 zeigt einen Schnitt I-I gemäß Fig. 1
    • Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Hohlleiters mit zwei Koppel­stiften in zwei Querebenen und mit einem Kurzschlußelement,
    • Fig. 4 zeigt einen Schnitt III-III gemäß Fig. 3,
    • Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines Hohlleiters mit zwei Koppelstiften in zwei Ebenen und mit zwei Kurzschlußelementen.
    • Fig. 6 zeigt einen Schnitt V-V gemäß Fig. 5 und
    • Fig. 7 zeigt eine Einzelheit.
  • Der einen quadratischen Querschnitt aufweisende Hohlleiter ist mit 10 bezeichnet und besitzt an zwei Seitenwandungen 11 und 12 zwei rechtwinklig zueinander angeordnete und rechtwinklig zu den Seitenwandungen 11 und 12 in den Hohlleiter eintauchende Koppel­stifte 13, 14. Die Einfallsrichtung für zwei orthogonal linear polarisierte Welle ist mit 15 bezeichnet. Der Hohlleiter 10 ist am erregerfernen Ende mit einer Kurzschlußplatte 16 abgeschlossen. Gemäß Fig. 1 und 2 liegen beide Koppelstifte, die als Ankoppel­antennen dienen, in einer einzigen Querebene 17. Der Abstand 18 zwischen Querebene 17 und Kurzschlußelement 16 ist etwa gleich λ g/4 oder kleiner, wobei λ g die Wellenlänge der bei Mitten­frequenz vom Hohlleiter 10 geführten Welle ist. Beide Antennen bzw. Koppelstifte 13, 14 liegen im ersten Maximum des elektrischen Feldes. Diese Bauart zeigt eine relativ große Verkopplung zwischen den Wellen der beiden Polarisationsrichtungen, die bei den meisten Anwendungen unerwünscht ist.
  • Gemäß Fig. 2 ist der Koppelstift 14 in einer gesonderten Querebene 19 angeordnet, deren Abstand 20 zur Querebene 17 etwa λ g/2 beträgt. Bei dieser Bauart liegt der erste Koppelstift 13 wiederum im ersten Feldmaximum, und zwar im Abstand 18 vom Kurzschluß­element 16, während der zweite Koppelstift 14 nunmehr im zweiten Maximum des elektrischen Feldes liegt, und zwar in einem Abstand 21 vom Kurzschlußelement 16.
  • Dieser Abstand 21 ist etwa kleiner gleich 3/4 λ g. In Abhängkeit von der Frequenz variiert die Lage des zweiten Maximums im Bereich des Koppelstiftes 14 stärker als die des ersten Masimums im Bereich des Koppelstiftes 13. Dies ergibt un­günstige Ankoppelwerte im Bereich des Koppelstiftes 14 an den Kanten des Frequenzbandes.
  • Erheblich bessere Werte ergibt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6, wonach nunmehr auch dem Koppelstift 14 ein eigenes Kurzschlußelement 22 zugeordnet ist, wie insbesondere der Quer­schnitt gemäß Fig. 6 zeigt. Der Abstand 23 zwischen den beiden Koppelstiften 13, 14 braucht jetzt nicht mehr λ g/2 zu betragen, wie gemäß Fig. 3, sondern kann variabel sein.
  • Erforderlich ist lediglich ein Mindestabstand 24 zwischen dem Kurzschlußelement 22 und dem Koppelstift 13, der sich aus der For­derung nach geringer Reflexionsdämpfung ergibt und etwa λ g/8 beträgt. Das Kurzschlußelement 22 muß durchlässig, zum Beispiel stabförmig sein, während das Kurzschlußelement 16 am Ende des Hohlleiters als Platte oder stabförmig ausgebildet sein kann. Bei stabförmiger Ausbildung des letzten Kurzschlußelementes 16 wird die Gefahr vermindert, daß sich eine Resonanzkammer bildet. Mit 25 und 26 sind die beiden Polarisationsrichtungen bezeichnet.
  • Fig. 7 zeigt ein einteiliges Kurzschlußelement 22 mit Stäben 22 a, die einteilig mit einem Joch 22 b verbunden sind. Zur einfachen Montage kann dieses kammartige Gebilde mit den Stäben 22 a in vorgeformte Öffnungen des Hohlleiters 10 einge­führt und danach an einer Biegelinie 22 c abgebogen werden. Somit ergibt sich eine einfache Montage. Die Öffnungen für die Koppelstifte 13,14 sind mit 27 und die Öffnungen für das Kurz­schlußelement 22 mit 28 bezeichnet.

Claims (13)

1. Anordnung zur Auskopplung von zwei orthogonal linear polari­sierten Wellen aus einem Hohlleiter mittels in den Hohlleiter eintauchender, isoliert gegenüber der Hohlleiterwandung geführter Koppelstifte, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Polarisationsrichtung (25,26) ein von einer Seitenwand (11,12) aus in den Hohlleiter (10) ragender Koppelstift (13,14) vorgesehen ist, daß beide Koppel­stifte (13,14) rechtwinklig zueinander angeordnet sind und daß mindestens ein Kurzschlußelement (16) vorgesehen ist, daß von der dem nächstliegenden Koppelstift (13) enthaltenden Querebene (17) einen Abstand (18) von etwa λ g/4 aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Koppelstifte (13,14) in einer gemeinsamen Querebene (17) liegen und daß ein Kurzschlußelement (16) vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Koppelstift (13,14) in einer gesonderten Querebene (17,19) liegt, daß die beiden, je einen Koppelstift (13,14) enthal­tenden Querebenen (17/19) einen Abstand (20) von etwa λ g/2 aufweisen und daß ein Kurzschlußelement (16) vorge­sehen ist, das einen Abstand (18) von etwa λ g/4 zur benachbarten Querebene (17) aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Koppelstift (13,14) in einer gesonderten Querebene (17,19) liegt, daß jedem Koppelstift (13,14) ein eigenes Kurzschluß­element (16,22) zugeordnet ist und daß der Abstand (18) zwischen jeder einen Koppelstift (13,14) enthaltenden Quer­eben (17,19) und dem zugehörigen Kurschlußelement (16,22) jeweils etwa λ g/4 beträgt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, in Einfallsrichtung (15) der Wellen gesehen, zwischen dem Kurz­schlußelement (22) des ersten Koppelstiftes (14) und dem zweiten Koppelstift (13) ein Mindestabstand (24) vorgesehen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestsicherheitsabstand einen Wert von etwa λ g/2 aufweist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß das in Einfallsrichtung (15) erste Kurzschluß­element (22) stabförmig und das zweite Kurzschlußelement (16) als Platte ausgebildet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß beide Kurzschlußelemente (22,16) stabförmig ge­staltet sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß ein Kurzschlußelement (22) kammartig ausgebildet ist mit einem außerhalb des Hohlleiters(10) liegenden gemein­samen Joch (22 b) und mit in den Hohlleiter 10 ragenden, als Zinken ausgebildeten Stäben (22 a).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Hohlleiter (10) mit vorgeformten Öffnungen (27,28) in den Seitenwandungen (11,12) zur Aufnahme der Kop­pelstifte (13,14) und des Kurzschlußelementes (22) versehen ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Kurzschlußelement (22) in den Öffnungen (28) des Hohlleiters (10) selbsthaltend angeordnet ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß als Koppelstifte (13,14) Leiterenden von Koaxialleitungen vorgesehen sind, deren Außenanschlüsse am Hohlleitergehäuse leitend befestigt sind.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Hohlleiter (10) einen quadratischen Quer­schnitt hat.
EP87108852A 1986-07-02 1987-06-20 Anordnung zur Auskopplung zweier orthogonal linear polarisierter Wellen aus einem Hohlleiter Withdrawn EP0251085A3 (de)

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