EP0374720A2 - Wellentypwandler - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- 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 present invention relates to an arrangement for converting a wave of the H11 mode in a circular waveguide into a wave from the basic mode for a rectangular or elliptical waveguide and vice versa, wherein a coupling opening is arranged in the wall of the circular waveguide so that the magnetic plane of one connected rectangular or elliptical waveguide coincides with the magnetic plane of the shaft of the H11 mode in the circular waveguide, the coupling opening has an inductively and / or capacitively acting diaphragm and a separating plate is inserted in the circular waveguide in the direction of the electrical plane of the H11 shaft, that begins in the area of the coupling opening and extends in the circular waveguide into the area where said H11 wave is to be prevented from spreading.
- Wave type converters or polarization switches realized with them belong to the assemblies of microwave technology, the production of which is associated with great effort due to the high precision required.
- the invention is based on the object of specifying a shaft type converter of the type mentioned at the outset, which can be produced with as little effort as possible, for example by machining processes.
- the wave type converter does not require any tuning elements in order to adapt the rectangular or elliptical input or output waveguide to the central circular waveguide over a broad band.
- the central circular waveguide does not need to be equipped with an input or output waveguide section which is intended to accommodate adjustment elements.
- a wave type converter of the type according to the invention can thus be manufactured with little effort from a hollow body with a round inner cross-section, which forms the central circular waveguide, by machining, in the wall of the hollow body, a coupling opening with an aperture for a rectangular or elliptical waveguide to be connected and around this Coupling opening around a flange level is milled directly to the hollow body.
- the partition plate required for the shaft type converter on which the invention is based leaves can be easily manufactured by punching or etching and then inserted into the circular waveguide. Grooves embedded in the inner wall of the hollow conductor are helpful for introducing and fastening the separating plate in the round hollow conductor. These grooves are arranged exactly in the polarization plane of the shaft (H11) which is spreading in the circular waveguide and is to be converted into another type of shaft (e.g.
- FIGS. 1 and 2 show two views of a polarization switch formed from two wave type converters.
- the central element of this polarization switch is a hollow body with a round inner cross section, which serves as a round waveguide RH.
- the round waveguide RH is provided with means such that for the application of the polarization switch two orthogonally polarized waves of the H11 mode in the round waveguide RH into two separate ones Waves of the H10 or H01 mode for rectangular waveguides or the corresponding basic mode for elliptical waveguides can be converted.
- the polarization switch is a reciprocally operable microwave component
- two basic mode waves orthogonally oriented to one another and fed in via rectangular or elliptical waveguides are converted into two H11 waves polarized orthogonally to one another.
- two rectangular or elliptical coupling openings K1 and K2 are milled in the wall of the circular waveguide RH in the axial direction and offset radially by 90 °.
- each of the coupling openings K1, K2 is arranged in such a way that the magnetic planes of a rectangular or elliptical waveguide connected to them coincide with the magnetic planes of the H11 wave assigned to them in the circular waveguide RH.
- a flange plane FE1, FE2 is milled on the outside of the circular waveguide RH. It enables the rectangular or elliptical waveguide to be coupled to be flanged directly to the hollow body serving as a round waveguide RH without any adaptation devices.
- Such adapting devices for example tuning pins, which are usually arranged in waveguide sections branching off from the coupling openings, to which the further waveguides are flanged, are unnecessary due to the following easy-to-implement means.
- a separating plate TB1, TB2 is inserted in the circular waveguide RH, which lies in the electrical plane of the H11 shaft that is to be coupled to the coupling opening K1, K2 associated with it.
- the partition plate TB1, TB2 causes the desired H11 shaft to be deflected to the coupling opening and thereby converted into the basic mode for the rectangular or elliptical waveguide.
- the separating plate TB1, TB2 begins in the area of the coupling opening K1, K2 with a narrow width and expands continuously or step-wise to the internal dimensions of the round waveguide RH adjusted width.
- the shape with which the separator plate TB1, TB2 widens in width has an influence on the frequency range in which a low-reflection transition takes place.
- the partition plate TB1, TB2 partially extends into the area of the circular waveguide RH, where the wave to be deflected by this partition plate is to be prevented from spreading. In this area, the partition plate TB1, TB2 is provided with several slots S1, S2. They suppress resonances caused by the partition plate TB1, TB2.
- a tongue-like extension V1, V2 present at the opposite narrow end of the separating plate TB1, TB2 also serves the same purpose. It is very well suited for holding a compensation element KE, for example in the form of a short pencil.
- the interference compensation by the KE pin is so good that for the second wave type converter connected downstream to generate a polarization filter, its geometry is identical to that of the first wave type converter, in terms of amount, the same reflection factor is achieved as if it were operated as the sole wave type converter - without another wave type converter connected upstream of it.
- the second wave type converter of a polarizing filter does not have to be the same as the first. It can also be replaced by another waveguide or coaxial transition that excites an H11 shaft in the circular waveguide.
- the two separating plates TB1 and TB2 are inserted in grooves N11, N12 and N21, N22, which are milled into the inner wall of the circular waveguide RH. That is, for each partition plate TB1 and TB2 there are a pair of grooves N11, N12 and N21, N22 running in the axial direction of the circular waveguide. The position of the grooves is exactly based on the polarization planes of the H11 waves, so that the separating plates TB1, TB2 used in the grooves N11, N12 and N21, N22 are aligned precisely with the polarization planes.
- the coupling openings K1 and K2 have capacitively and / or inductively acting diaphragms B1 and B2, which can be produced together with the coupling openings in a milling process.
- the dimensions of these diaphragms B1, B2 and the shape and position of the separating plates TB1, TB2 relative to the coupling opening are decisive for the adaptation of the circular waveguide RH to the coupled rectangular or elliptical waveguide.
- FIG. 3 shows a reflection diagram in which several locus curves of a wave type converter of the type described here are drawn in different positions A, B, C, D with respect to the real axis Re and the imaginary axis Im.
- ⁇ the center frequency
- o the lower and with x the upper frequency of the frequency band for which the wave type converter is adapted
- the position of the center frequency of this frequency band can be determined solely by the angle ⁇ (see FIG. 1) with which the separating plate expands.
- the center frequency can be varied in a frequency range of f c (1.1 ... 1.25), where f c is the cut-off frequency of the H11 mode.
- the real part of the reflection factor of the wave type converter can be freely selected by moving the separating plate TB1 or TB2 in the direction of the longitudinal axis z of the circular waveguide RH. As indicated in FIG. 3, this measure can be used to shift the locus curve in parallel in the direction of the real axis Re of the reflection factor diagram from position B via A to C and vice versa.
- An independent shift of the locus in the direction of the imaginary axis Im from position D via A to E and vice versa can be carried out by appropriately dimensioning the broad side of the diaphragm B1 or B2.
- a suitable dimensioning of the diaphragms B1, B2 and the separating plates TB1, TB2 for example in the frequency range 10.75 GHz ⁇ 12.5 GHz, an adaptation with a reflection factor of r ⁇ 0.015 with a relative one can be made for each polarization Achieve a bandwidth of approximately 0.15.
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Umwandeln einer Welle des H11-Mode in einem Rundhohlleiter in eine Welle vom Grundmode für einen rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter und umgekehrt, wobei in der Wand des Rundhohlleiters eine Koppelöffnung so angeordnet ist, daß die magnetische Ebene eines daran angeschlossenen rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiters mit der magnetischen Ebene der Welle des H11-Mode im Rundhohlleiter zusammenfällt, die Koppelöffnung eine induktiv und/oder kapazitiv wirkende Blende aufweist und in den Rundhohlleiter ein in Richtung der elektrischen Ebene der H11-Welle liegendes Trennblech eingesetzt ist, das im Bereich der Koppelöffnung beginnt und sich im Rundhohlleiter in den Bereich hinein erstreckt, wo eine Ausbreitung der besagten H11-Welle verhindert werden soll.
- Eine derartige Anordnung, die Teil einer Polarisationsweiche ist, geht aus der DE 32 41 890 A1 hervor. Wellentypwandler bzw. damit realisierte Polarisationsweichen gehören zu den Baugruppen der Mikrowellentechnik, deren Herstellung aufgrund der geforderten hohen Präzision mit großem Aufwand verbunden sind.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Wellentypwandler der eingangs genannten Art anzugeben, der mit möglichst geringem Aufwand z.B. durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren herstellbar ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst, und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Wellentypwandler keinerlei Abstimmelemente benötigt, um den rechteck- oder ellipsenförmigen Ein- bzw. Ausgangshohlleiter an den zentralen Rundhohlleiter breitbandig anzupassen. Vor allem erweist es sich als günstig, daß auch im Ein- bzw. Ausgangshohlleiter keine Abgleichelemente erforderlich sind, um in einem recht breiten Frequenzband (z.B. 10,75 - 12,5 GHZ) eine reflexionsarme (r ≦ 0,015) Welleneinkopplung bzw. -auskopplung zu ermöglichen. Aus diesem Grund braucht der zentrale Rundhohlleiter nicht mit einem für die Aufnahme von Abgleichelementen bestimmten Eingang- bzw. Ausgangshohlleiterabschnitt bestückt zu werden. D.h. an dem Rundhohlleiter muß lediglich eine Flanschebene vorgesehen werden, woran ein üblicher z.B. zu einem Sender oder einem Empfänger führender rechteck- oder ellipsenförmiger Hohlleiter angeflanscht werden kann. Ein Wellentypwandler der erfindungsgemäßen Art kann also mit geringem Aufwand aus einem Hohlkörper mit rundem Innenquerschnitt, der den zentralen Rundhohlleiter bildet, durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden, indem in die Wand des Hohlkörpers eine Koppelöffnung mit Blende für einen anzuschließenden rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter und um diese Koppelöffnung herum direkt an den Hohlkörper eine Flanschebene gefräst wird. Es braucht somit weder ein vom Rundhohlleiter abzweigender rechteck- oder ellipsenförmiger Hohlleiterabschnitt in einem aufwendigen Verfahren aus der Hohlkörperwand herausgefräst zu werden, noch muß ein solcher Hohlleiterabschnitt nachträglich an den Rundhohlleiter angelötet werden. Das für den der Erfindung zugrundeliegenden Wellentypwandler benötigte Trennblech läßt sich auf einfache Weise durch Stanzen oder Ätzen herstellen und dann in den Rundhohlleiter einsetzen. Hilfreich für das Einbringen und Befestigen des Trennblechs in dem Rundhohlleiter sind in die Hohlleiterinnenwand eingelassene Nuten. Diese Nuten sind exakt in der Polarisationsebene der sich im Rundhohlleiter ausbreitenden und in einen anderen Wellentyp (z.B. H10 bzw. H01) zu wandelnden Welle (H11) angeordnet, so daß ein in die Nuten eingesetztes Trennblech sofort die richtige Orientierung zu der ein- bzw. auszukoppelnden Welle hat. Da der erfundene Wellentypwandler keinerlei Abstimmelemente benötigt und damit jegliche Abgleichmaßnahmen entfallen, ist er hoch reproduzierbar. Außerdem kommt man bei diesem Wellentypwandler mit einer kurzen Baulänge aus, was den Anforderungen an eine möglichst geringe Dämpfung entgegenkommt.
- Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
- Fig. 1 zeigt eine teilweise längsgeschnittene, aus zwei Wellentypwandlern gebildete Polarisationsweiche.
- Fig. 2 zeigt einen Querschnitt A-A durch die Polarisationsweiche und
- Fig. 3 ein Reflexionsfaktordiagramm.
- Den Figuren 1 und 2 sind zwei Ansichten einer aus zwei Wellentypwandlern gebildeten Polarisationsweiche zu entnehmen. Zentrales Element dieser Polarisationsweiche ist ein als Rundhohlleiter RH dienender Hohlkörper mit rundem Innenquerschnitt. Der Rundhohlleiter RH ist mit solchen Mitteln versehen, daß für den Anwendungsfall der Polarisationsweiche zwei orthogonal zueinander polarisierte Wellen des H11-Mode im Rundhohlleiter RH in zwei getrennte Wellen des H10- bzw. H01-Mode für rechteckförmige Hohlleiter oder des entsprechenden Grundmodes für ellipsenförmige Hohlleiter umgewandelt werden. Da die Polarisationsweiche ein reziprok betreibbares Mikrowellenbauteil ist, werden darin umgekehrt auch zwei über rechteck- oder ellipsenförmige Hohlleiter eingespeiste, orthogonal zueinander orientierte Grundmode-Wellen in zwei orthogonal zueinander polarisierte H11-Wellen umgewandelt. In der Wand des Rundhohlleiters RH sind zu diesem Zweck zwei in axialer Richtung und um 90° radial gegeneinander versetzte rechteck- oder ellipsenförmige Koppelöffnungen K1 und K2 eingefräst. Und zwar ist jede der Koppelöffnungen K1, K2 so angeordnet, daß die magnetischen Ebenen eines daran angeschlossenen rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiters mit den magnetischen Ebenen der ihm zugeordneten H11-Welle im Rundhohlleiter RH zusammenfällt. Um jede Koppelöffnung K1, K2 herum ist außen am Rundhohlleiter RH eine Flanschebene FE1, FE2 angefräst. Sie ermöglicht es, den anzukoppelnden rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter direkt ohne irgendwelche Anpassvorrichtungen an den als Rundhohlleiter RH dienenden Hohlkörper anzuflanschen. Solche Anpassvorrichtungen, z.B. Abstimmstifte, die üblicherweise in eigens von den Koppelöffnungen abzweigenden Hohlleiterabschnitten angeordnet sind, woran die weiterführenden Hohlleiter angeflanscht werden, erübrigen sich aufgrund folgender einfach zu realisierender Mittel.
- Bei einer jeden Koppelöffnung K1, K2 ist im Rundhohlleiter RH ein Trennblech TB1, TB2 eingesetzt, das in der elektrischen Ebene derjenigen H11-Welle liegt, die an der ihm zugehörigen Koppelöffnung K1, K2 angekoppelt werden soll. Das Trennblech TB1, TB2 bewirkt, daß die gewünschte H11- Welle zur Koppelöffnung umgelenkt und dabei in den Grundmode für den rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter umgewandelt wird. Um einen reflexionsarmen Übergang für die H11-Welle auf die Grundmode-Welle im rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter oder umgekehrt zu erreichen, beginnt das Trennblech TB1, TB2 im Bereich der Koppelöffnung K1, K2 mit einer schmalen Breite und erweitert sich stetig oder stufenförmig auf eine an die Innenabmessungen des Rundhohlleiters RH angepaßte Breite. Die Form, mit der sich das Trennblech TB1, TB2 in seiner Breite aufweitet, hat Einfluß auf den Frequenzbereich, in dem ein reflexionsarmer Übergang erfolgt. Das Trennblech TB1, TB2 erstreckt sich teilweise in den Bereich des Rundhohlleiters RH hinein, wo eine Ausbreitung der von eben diesem Trennblech umzulenkenden Welle verhindert werden soll. In diesem Bereich ist das Trennblech TB1, TB2 mit mehreren Schlitzen S1, S2 versehen. Sie unterdrücken durch das Trennblech TB1, TB2 verursachte Resonanzen. Dem gleichen Zweck dient auch eine an dem gegenüberliegenden schmalen Ende des Trennblechs TB1, TB2 vorhandene zungenartige Verlängerung V1, V2. Sie eignet sich sehr gut zur Aufnahme eines Kompensationselementes KE, z.B. in Gestalt eines kurzen Stiftes. Allerdings braucht im Falle zweier hintereinander angeordneter Wellentypwandler, die zusammen eine Polarisationsweiche bilden, nur dasjenige Trennblech TB1 mit einem solchen Kompensationselement KE versehen zu werden, dessen zugehörige Koppelöffnung K1 für die hier nicht anzukoppelnde H11-Welle eine gewisse Störung darstellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfährt eine H11-Welle, die mit ihrer Polarisationsrichtung dem Trennblech TB2 und der zugehörigen Koppelöffnung K2 zugeordnet ist, durch die davor liegende Koppelöffnung K1 eine Störung. Diese Störung wird durch einen sich in der E-Ebene der gestörten H11-Welle erstreckenden, auf der zungenartigen Verlängerung V1 des Trennblechs TB1 angeordneten Stift KE kompensiert. Die Störungskompensation durch den Stift KE ist so gut, daß man für den zur Erzeugung einer Polarisationsweiche nachgeschalteten zweiten Wellentypwandler, dessen Geometrie mit der des ersten Wellentypwandlers identisch ist, betragsmäßig den gleichen Reflexionsfaktor erreicht, als wenn er als alleiniger Wellentypwandler - ohne einen weiteren ihm vorgeschalteten Wellentypwandler - betrieben würde.
- Der zweite Wellentypwandler einer Polarisationsweiche muß nicht dem ersten gleichgestaltet sein. Er kann auch durch einen anderen Hohlleiter- oder Koaxialübergang, der eine H11-Welle im Rundhohlleiter anregt, ersetzt werden.
- Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, sind die beiden Trennbleche TB1 und TB2 in Nuten N11, N12 und N21, N22 eingesetzt, die in die Innenwand des Rundhohlleiters RH eingefräst sind. D.h. für jedes Trennblech TB1 und TB2 ist ein Paar in axialer Richtung des Rundhohlleiters verlaufender Nuten N11, N12 und N21, N22 vorhanden. Dabei orientiert sich die Lage der Nuten exakt an den Polarisationsebenen der H11-Wellen, so daß die in die Nuten N11, N12 und N21, N22 eingesetzten Trennbleche TB1, TB2 genau auf die Polarisationsebenen ausgerichtet sind. Die Koppelöffnungen K1 und K2 weisen kapazitiv und/oder induktiv wirkende Blenden B1 und B2 auf, welche zusammen mit den Koppelöffnungen in einem Fräsvorgang hergestellt werden können. Die Dimensionierung dieser Blenden B1, B2 und die Form und Lage der Trennbleche TB1, TB2 relativ zur Koppelöffnung sind maßgebend für die Anpassung des Rundhohlleiters RH an die angekoppelten rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter. Im einzelnen sei nun noch einmal dargelegt, durch welche drei einfache, sehr gut reproduzierbare Maßnahmen, die Abstimmelemente und jeden Prüffeldabgleich überflüssig machen, eine optimale Anpassung des Rundhohlleiters an den (die) rechteck- oder ellipsenförmigen Hohlleiter ermöglichen.
- Die Fig. 3 zeigt ein Reflexionsdiagramm, in der mehrere Ortskurven eines Wellentypwandlers der hier beschriebenen Art in verschiedenen Lagen A, B, C, D bezüglich der reellen Achse Re und der imaginären Achse Im eingezeichnet sind. Mit · ist die Mittenfrequenz, mit o die untere und mit x die obere Frequenz des Frequenzbandes, für den der Wellentypwandler angepaßt ist, gekennzeichnet. Die Lage der Mittenfrequenz dieses Frequenzbandes läßt sich allein durch den Winkel α (s. Fig. 1), mit der sich das Trennblech aufweitet, festlegen. Für einen Winkel α im Bereich von 110° ... 130° kann die Mittenfrequenz in einem Frequenzbereich von fc (1,1 ... 1,25) variiert werden, wobei fc die Grenzfrequenz des H11-Mode ist.
- Unabhängig von der Einstellung der Mittenfrequenz läßt sich der Realteil des Reflexionsfaktors des Wellentypwandlers frei wählen und zwar durch Verschieben des Trennblechs TB1 bzw. TB2 in Richtung der Längsachse z des Rundhohlleiters RH. Wie in der Fig. 3 angedeutet, kann durch diese Maßnahme die Ortskurve parallel in Richtung der reellen Achse Re des Reflexionsfaktordiagramms aus der Lage B über A nach C und umgekehrt verschoben werden. Eine hiervon unabhängige Verschiebung der Ortskurve in Richtung der imaginären Achse Im aus der Lage D über A nach E und umgekehrt kann durch entsprechende Dimensionierung der Breitseite der Blende B1 bzw. B2 vorgenommen werden.
- Bei einer geeigneten Dimensionierung der Blenden B1, B2 und der Trennbleche TB1, TB2 läßt sich z.B. im Frequenzbereich 10,75 GHz ÷ 12,5 GHz für jede Polarisation eine Anpassung mit einem Reflexionsfaktor von r ≈ 0,015 bei einer relativen Bandbreite von etwa 0,15 erzielen. Eine solche Polarisationsweiche weist eine Polarisationsentkopplung von mehr als 50 dB auf, und ihre maximale Dämpfung beträgt je nach Betriebsfrequenz f = fc · (1,1 ... 1,25) (fc = Grenzfrequenz des H11-Mode) höchstens 0,01 ... 0,04 dB.
Claims (6)
daß das Trennblech (TB1, TB2) an seinem im Bereich der Koppelöffnung (K1, K2) liegenden Ende mit einer schmalen Breite beginnt und sich zum anderen Ende hin auf eine an die Innenabmessungen des Rundhohlleiters (RH) angepaßte Breite aufweitet und daß in das Trennblech (TB1, TB2) mehrere Schlitze (S1, S2) eingelassen sind, die so angeordnet und dimensioniert sind, daß durch das Trennblech (TB1, TB2) hervorgerufene Störresonanzen unterdrückt werden.
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