EP0391184A2 - Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a polarization filter for two different frequency bands for illuminating an antenna with a parabolic reflector, consisting of a tube with a circular light cross section, in which two perpendicular, linearly polarized waves are guided per frequency band, for each of the four waves there is a separate coupling point in the form of an opening in the wall of the tube and in which the two openings assigned to a frequency band are each offset axially and by 90 ° in the circumferential direction from one another (GB-OS 2,117,980)
- Polarization switches are used, for example, for the illumination of antennas with a parabolic reflector for directional radio, satellite radio or radio location. They can be used to illuminate the reflector directly or to illuminate it via a subreflector (Cassegrain principle). "Illumination” is intended to encompass both directions of transmission of the electromagnetic waves, that is to say both waves to be emitted and waves to be received.
- Such a polarization switch is known, for example, from US Pat. No. 3,864,688. It is used to decouple two linearly polarized electromagnetic waves that are guided over connected waveguides so that they separate do not disturb each other.
- a circular cylindrical piece of pipe is used, into which two waveguides open side by side at a distance in the axial direction.
- the decoupling of the two shafts is achieved by a number of staggered pins or a twisted sheet metal strip, which are arranged in the pipe section between the connection points of the two waveguides. This causes a rotation of one shaft by 90 ° so that both shafts are perpendicular to one another.
- the polarization switch according to GB-OS 2,117,980 mentioned at the outset consists of two sections with different inner diameters arranged directly behind one another in the axial direction. Two waveguides each are connected to one of these sections. The section with the larger inside diameter also has two different inside diameters, the two waveguides of this section opening into areas with different inside diameters.
- This polarization switch can only be produced with great effort, in particular because the two differently dimensioned sections have to be joined individually and with the tightest tolerances.
- the polarization switch is also relatively long and can therefore only be attached to the reflector of an antenna with some effort.
- the invention has for its object to provide a polarization filter for two frequency bands, which is simple and has a small footprint.
- a polarizing switch of the type described at the outset in accordance with the invention in that that two openings for waves of different frequency bands are arranged diametrically opposite one another in the tube, - That between the two opposing openings at least one short-circuit element is attached in the tube and - That a waveguide equipped with filter elements with a rectangular cross-section is connected to the tube at the openings.
- the openings for the coupling and decoupling of the waves of two different frequency bands are not made in two axially successive sections of the tube, but in pairs in the same radial plane.
- the individual shafts are properly decoupled by the short-circuit elements in the tube on the one hand and by the filter elements in the waveguides on the other.
- the decoupling of the waves is provided by the feed via the waveguide, which is offset by 90 ° in the circumferential direction, and the short-circuit elements in the tube.
- the polarization switch can be made very short and compact due to the structure with openings lying in pairs at the same axial location. Accordingly, it can be mounted on the reflector of an antenna with little effort.
- the structure of the polarization switch is considerably simplified if it is composed of two identical parts, each consisting of a piece of the tube to which two waveguides bent by 90 ° with filter elements are connected.
- the shorter word “crossover” is used instead of the word polarization crossover.
- the crossover can be used both for waves to be radiated by an antenna and for waves to be received up to 11.7 GHz on the one hand and the 12.5 to 12.75 GHz frequency band on the other hand.
- the one with the lower frequencies is referred to below as the “lower band” and the one with the higher frequencies as the "upper band”.
- the parabolic reflector of an antenna system is designated, which is attached for example on the top of a mast.
- a switch W is attached, which is designed as a tube 2 with a circular clear cross section.
- a feed horn 3 can be attached to the tube 2.
- Four waveguides 5, 6, 7 and 8 are connected to the tube 2. Assembly and arrangement of the individual parts of the antenna system are known prior art. It is therefore not discussed in more detail.
- the switch W serves in the exemplary embodiment according to FIG. 1 for the direct illumination of the reflector 1. In principle, however, it is it is also possible to use the W switch for an antenna system with a sub-reflector.
- the waveguides 5, 6, 7 and 8 are all bent through 90 °. You therefore meet at right angles on the tube 2, which has 5 to 8 openings 9 at the connection points of the waveguide. Such an opening 9 is shown in the drawings only for the waveguides 5 and 8. However, all waveguides 5 to 8 are connected to the tube 2 via openings 9 of this type, which are also referred to as diaphragms. In this embodiment, the free ends of the waveguides 5 to 8 run parallel to the axis of the tube 2. The switch W thus has a very compact shape. In principle, the waveguides 5 to 8 could also run in a straight line or other than bent by 90 °.
- the waveguide 5 and 7 are firmly connected to the tube 2. Their free ends run parallel to the axis of the tube 2. They can be equipped with flanges 11. Further waveguides can be connected to the flanges 11, or coaxial lines can also be connected via converters 12. 2, a converter 12 is indicated by dashed lines.
- the short-circuit element 13 serves to reflect the waves guided in the tube 2 and to block the one polarization plane.
- the waveguide 5 is provided, for example, for the lower band to be transmitted, while the waveguide 7 in this case guides a shaft of the upper band.
- the waveguides 5 and 7 are attached in pairs at the same axial location, their openings 9 being diametrically opposite one another in the tube 2.
- the same structure and the same mode of operation apply to the waveguide 6 and 8, which are also attached to the tube 2.
- the waveguides 6 and 8 are offset from the waveguides 5 and 7 in the axial direction and also rotated by 90 ° in the circumferential direction.
- the waveguides 6 and 8 are also connected to the tube 2 via openings 9, which are diametrically opposite one another. Between the two openings 9 of the waveguide 6 and 8 at least one short-circuit element 14 is also attached here.
- the waveguides 6 and 8 are also equipped with filter elements 10, through which they act as band passes.
- the waveguide 6 is provided for the lower band, while the waveguide 8 serves to guide a shaft of the upper band.
- the waves entering the switch W or the tube 2, for example in the direction of the arrow P, are divided between the individual waveguides 5 to 8.
- a wave of the lower band, from which two linearly polarized waves perpendicular to one another are guided in the tube 2 is reflected by the short-circuit element 13 and guided into the waveguide 5.
- the wave of the same frequency band vibrating perpendicular to this wave is then coupled into the waveguide 6.
- the switch W or the tube 2 can be designed as desired at the end facing away from the antenna. A special degree is not necessary. However, the tube 2 is appropriately closed in order to prevent the entry of foreign bodies or contamination.
- FIGS. 4 shows a plan view of the complete switch W, in which no further lines are connected to the waveguides 5 to 8.
- the free ends of the waveguides 5 to 8 are connected in pairs by means of plates 15 and 16, by means of which the switch W is stabilized overall.
- the plate 16 can lie at the level of the end of the tube 2 and close the same at the same time.
- the plates 15 and 16 are shown in dashed lines in FIGS. 2 and 3.
- the switch W can be constructed from two identically designed parts in accordance with the schematic illustration in FIG. 5. These parts each consist of a pipe section 17 which is closed at both ends by flanges 18 and 19.
- the waveguides 5 and 7 or 6 and 8 are connected to each pipe section 17 on two diametrically opposite sides via corresponding openings 9. Between the two associated waveguides 5 to 8, the short-circuit elements 13 and 14 are attached in the pipe section 17.
- the two pipe sections 17 are connected to one another via their flanges 18 and 19, one pipe section 17 being rotated by 90 ° in the circumferential direction relative to the other pipe section.
- An end plate 20 can be attached to one end of the switch W, while the feed horn 3 can be arranged at the other end.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder zur Ausleuchtung einer Antenne mit parabolischem Reflektor, bestehend aus einem Rohr mit kreisförmigem lichtem Querschnitt, in welchem pro Frequenzband zwei senkrecht aufeinander stehende, linear polarisierte Wellen geführt sind, bei welcher für jede der vier Wellen eine eigene Koppelstelle in Form einer in der Wandung des Rohres angebrachten Öffnung vorhanden ist und bei welcher die beiden, einem Frequenzband zugeordneten Öffnungen jeweils axial und um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind (GB-OS 2,117,980)
- Polarisationsweichen werden beispielsweise für die Ausleuchtung von Antennen mit parabolischem Reflektor für Richtfunk, Satellitenfunk oder Funkortung verwendet. Sie können dabei zur direkten Ausleuchtung des Reflektors oder auch zur Ausleuchtung desselben über einen Subreflektor (Cassegrainprinzip) eingesetzt werden. "Ausleuchtung" soll dabei beide Übertragungsrichtungen der elektromagnetischen Wellen umfassen, also sowohl abzustrahlende als auch zu empfangende Wellen.
- Eine solche Polarisationsweiche ist beispielsweise durch die US-PS 3,864,688 bekannt. Sie dient dazu, zwei über angeschlossene Hohlleiter geführte, linear polarisierte elektromagnetische Wellen so zu entkoppeln, daß sie sich gegenseitig nicht stören. Bei dieser bekannten Polarisationsweiche wird dazu ein kreiszylindrisches Rohrstück verwendet, in das zwei Hohlleiter mit Abstand in axialer Richtung nebeneinander einmünden. Die Entkopplung der beiden Wellen wird durch eine Anzahl von gegeneinander versetzten Stiften oder einen verdrehten Blechstreifen erreicht, die im Rohrstück zwischen den Anschlußstellen der beiden Hohlleiter angeordnet sind. Es wird dadurch eine Drehung der einen Welle um 90° bewirkt, so daß beide Wellen senkrecht aufeinander stehen.
- Die Polarisationsweiche nach der eingangs erwähnten GB-OS 2,117,980 besteht aus zwei in axialer Richtung direkt hintereinander angeordneten Abschnitten mit unterschiedlichen Innendurchmessern. Je zwei Hohlleiter sind an je einen dieser Abschnitte angeschlossen. Der Abschnitt mit dem größeren Innendurchmesser hat in sich außerdem auch noch zwei unterschiedliche Innendurchmesser, wobei die beiden Hohlleiter dieses Abschnitts in Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmesser einmünden. Diese Polarisationsweiche ist nur mit großem Aufwand herstellbar, und zwar insbesondere deswegen, weil die beiden unterschiedlich bemessenen Abschnitte einzeln und unter Einhaltung engster Toleranzen zusammengefügt werden müssen. Die Polarisationsweiche ist außerdem relativ lang und daher nur mit einigem Aufwand am Reflektor einer Antenne zu befestigen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Polarisationsweiche für zwei Frequenzbänder anzugeben, die einfach aufgebaut ist und einen geringen Platzbedarf hat.
- Diese Aufgabe wird mit einer Polarisationsweiche der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- daß je zwei für Wellen unterschiedlicher Frequenzbänder bestimmte Öffnungen einander diametral gegenüber liegend im Rohr angebracht sind,
- daß zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Öffnungen jeweils mindestens ein Kurzschlußelement im Rohr angebracht ist und
- daß an den Öffnungen je ein mit Filterelementen ausgerüsteter Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt an das Rohr angeschlossen ist. - Bei dieser Polarisationsweiche sind die Öffnungen für die Ein- bzw. Auskopplung der Wellen zweier unterschiedlicher Frequenzbänder nicht in zwei axial hintereinander liegenden Abschnitten des Rohres angebracht, sondern paarweise in der gleichen radialen Ebene. Die einzelnen Wellen werden im Empfangsfall durch die Kurzschlußelemente im Rohr einerseits und durch die Filterelemente in den Hohlleitern andererseits einwandfrei entkoppelt. Im Sendefall ist die Entkopplung der Wellen durch die Zuführung über die jeweils um 90° in Umfangsrichtung versetzten Hohlleiter und die Kurzschlußelemente im Rohr gegeben. Die Polarisationsweiche kann durch den Aufbau mit paarweise am gleichen axialen Ort liegenden Öffnungen sehr kurz und kompakt ausgeführt werden. Sie ist dementsprechend mit wenig Aufwand am Reflektor einer Antenne zu montieren.
- Wesentlich vereinfacht wird der Aufbau der Polarisationsweiche dann, wenn sie aus zwei identischen Teilen zusammengesetzt wird, die jeweils aus einem Stück des Rohres bestehen, an das zwei um 90° gebogene Hohlleiter mit Filterelementen angeschlossen sind.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
- Es zeigen:
- Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Antenne mit Polarisationsweiche.
- Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Ansichten der Polarisationsweiche nach der Erfindung.
- Fig. 4 eine Ansicht einer Polarisationsweiche auf der der Antenne abgewandten Seite.
- Fig. 5 eine Ausgestaltung der Polarisationsweiche nach den Fig. 2 und 3.
- Im folgenden wird der Einfachheit halber statt des Wortes Polarisationsweiche" das kürzere Wort "Weiche" verwendet. Die Weiche kann sowohl für von einer Antenne abzustrahlende als auch für zu empfangende Wellen verwendet werden. Sie ist beispielsweise zur getrennten Führung von Wellen des Frequenzbandes 10,95 bis 11,7 GHz einerseits und des Frequenzbandes 12,5 bis 12,75 GHz andererseits geeignet. Von den beiden unterschiedlichen Frequenzbändern wird im folgenden das mit den niedrigeren Frequenzen als "Unterband" und das mit den höheren Frequenzen als "Oberband" bezeichnet.
- Mit 1 ist der parabolische Reflektor einer Antennenanlage bezeichnet, der beispielsweise auf der Spitze eines Mastes befestigt ist. Im Brennpunkt des Reflektors 1 ist eine Weiche W angebracht, die als Rohr 2 mit einem kreisförmigen lichten Querschnitt ausgebildet ist. Auf der dem Reflektor 1 zugewandten Seite kann an dem Rohr 2 ein Speisehorn 3 angebracht sein. An das Rohr 2 sind vier Hohlleiter 5, 6, 7 und 8 angeschlossen. Montage und Anordnung der Einzelteile der Antennenanlage sind bekannter Stand der Technik. Es wird daher nicht genauer darauf eingegangen. Die Weiche W dient im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der direkten Ausleuchtung des Reflektors 1. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Weiche W für eine Antennenanlage mit Subreflektor zu verwenden.
- Die Hohlleiter 5, 6, 7 und 8 sind in bevorzugter Ausführungsform alle um 90° gebogen. Sie treffen daher rechtwinklig auf das Rohr 2 auf, welches an den Anschlußstellen der Hohlleiter 5 bis 8 Öffnungen 9 aufweist. In den Zeichnungen ist nur für die Hohlleiter 5 und 8 eine solche Öffnung 9 eingezeichnet. Es sind jedoch alle Hohlleiter 5 bis 8 über derartige Öffnungen 9, die auch als Blenden bezeichnet werden, an das Rohr 2 angeschlossen. Die freien Enden der Hohlleiter 5 bis 8 verlaufen bei dieser Ausführungsform parallel zur Achse des Rohres 2. Die Weiche W hat dadurch eine sehr kompakte Form. Prinzipiell könnten die Hohlleiter 5 bis 8 auch geradlinig oder anders als um 90° gebogen verlaufen.
- Aus Fig. 2 sind die beiden Hohlleiter 5 und 7 ersichtlich, die in ihrem Verlauf mit Filterelementen 10 bestückt sind. Sie stellen dadurch sogenannte Bandpässe dar, die je nach Ausbildung der Filterelemente 10 nur das jeweils gewünschte Frequenzband durchlassen. Als Filterelemente 10 können Stifte oder auch Blenden in Form von Blechen verwendet werden. Die Hohlleiter 5 und 7 sind fest mit dem Rohr 2 verbunden. Ihre freien Enden verlaufen parallel zur Achse des Rohres 2. Sie können mit Flanschen 11 ausgerüstet sein. An die Flansche 11 können weiterführende Hohlleiter oder über Konverter 12 auch Koaxialleitungen angeschlossen werden. In Fig. 2 ist ein Konverter 12 gestrichelt angedeutet.
- Zwischen den Öffnungen 9 der Hohlleiter 5 und 7 ist im Rohr 2 mindestens ein Kurzschlußelement 13 angebracht, das beispielsweise aus Stiften besteht. Das Kurzschlußelement 13 dient der Reflexion der im Rohr 2 geführten Wellen und zur Sperrung der einen Polarisationsebene.
- Der Hohlleiter 5 ist beispielsweise für das zu übertragende Unterband vorgesehen, während der Hohlleiter 7 in diesem Fall eine Welle des Oberbandes führt. Die Hohlleiter 5 und 7 sind paarweise am gleichen axialen Ort angebracht, wobei ihre Öffnungen 9 einander diametral im Rohr 2 gegenüberliegen.
- Der gleiche Aufbau und die gleiche Funktionsweise gelten für die Hohlleiter 6 und 8, die ebenfalls am Rohr 2 angebracht sind. Die Hohlleiter 6 und 8 sind gegenüber den Hohlleitern 5 und 7 in axialer Richtung versetzt und außerdem um 90° in Umfangsrichtung gedreht. Auch die Hohlleiter 6 und 8 sind über Öffnungen 9 mit dem Rohr 2 verbunden, die einander diametral gegenüberliegen. Zwischen den beiden Öffnungen 9 der Hohlleiter 6 und 8 ist auch hier mindestens ein Kurzschlußelement 14 angebracht. Die Hohlleiter 6 und 8 sind ebenfalls mit Filterelemente 10 ausgerüstet, durch welche sie als Bandpässe wirken. Der Hohlleiter 6 ist für das Unterband vorgesehen, während der Hohlleiter 8 zur Führung einer Welle des Oberbandes dient.
- Die beispielsweise in Richtung des Pfeiles P in die Weiche W bzw. das Rohr 2 eintretenden Wellen werden auf die einzelnen Hohlleiter 5 bis 8 aufgeteilt. So wird beispielsweise eine Welle des Unterbandes, von dem zwei linear polarisierte und senkrecht aufeinander zugehende Wellen im Rohr 2 geführt werden, durch das Kurzschlußelement 13 reflektiert und in den Hohlleiter 5 geführt. Die senkrecht zu dieser Welle schwingende Welle des gleichen Frequenzbandes wird anschließend in den Hohlleiter 6 eingekoppelt. Das gleiche gilt für die beiden senkrecht aufeinander stehenden, linear palarisierten Wellen des Oberbandes, die durch das Kurzschlußelement 14 in den Hohlleiter 7 einerseits und den Hohlleiter 8 andererseits eingekoppelt werden.
- Die Weiche W bzw. das Rohr 2 kann am der Antenne abgewandten Ende beliebig gestaltet sein. Ein besonderer Abschluß ist nicht erforderlich. Das Rohr 2 wird jedoch zweckmäßig verschlossen, um das Eindringen von Fremdkörpern bzw. ein Verschmutzen zu verhindern.
- Aus Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die komplette Weiche W dargestellt, bei welcher an die Hohlleiter 5 bis 8 keine weiterführenden Leitungen angeschlossen sind. Die freien Enden der Hohlleiter 5 bis 8 sind in dieser Darstellung paarweise mittels Platten 15 und 16 verbunden, durch welche die Weiche W insgesamt stabilisiert wird. Die Platte 16 kann in Höhe des Endes des Rohres 2 liegen und dasselbe gleichzeitig verschließen. Die Platten 15 und 16 sind in den Fig. 2 und 3 gestrichelt eingezeichnet.
- Zur weiteren Vereinfachung der Weiche W kann dieselbe entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 5 aus zwei identisch ausgeführten Teilen aufgebaut werden. Diese Teile bestehen jeweils aus einem Rohrstück 17, das an beiden Enden durch Flansche 18 bzw. 19 abgeschlossen ist. An jedes Rohrstück 17 sind auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten über entsprechende Öffnungen 9 die Hohlleiter 5 und 7 bzw. 6 und 8 angeschlossen. Jeweils zwischen den beiden zugehörigen Hohlleitern 5 bis 8 sind im Rohrstück 17 die Kurzschlußelemente 13 bzw. 14 angebracht. Für den Zusammenbau der Weiche W werden die beiden Rohrstücke 17 über ihre Flansche 18 und 19 miteinander verbunden, wobei das eine Rohrstück 17 gegenüber dem anderen Rohrstück um 90° in Umfangsrichtung gedreht ist. Am einen Ende der Weiche W kann eine Abschlußplatte 20 angebracht sein, während am anderen Ende das Speisehorn 3 angeordnet sein kann.
Claims (4)
- daß je zwei für Wellen unterschiedlicher Frequenzbänder bestimmte Öffnungen (9) einander diametral gegenüber liegend im Rohr (2) angebracht sind,
- daß zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Öffnungen (9) jeweils mindestens ein Kurzschlußelement (13,14) im Rohr (2) angebracht ist und
- daß an den Öffnungen (9) je ein mit Filterelementen (10) ausgerüsteter Hohlleiter (5-8) mit rechteckigem Querschnitt an das Rohr (2) angeschlossen ist.
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EP0391184A3 EP0391184A3 (de) | 1991-09-25 |
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