EP0419892A2 - Mikrowellen-Polarisationsweiche - Google Patents

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EP0419892A2
EP0419892A2 EP90116913A EP90116913A EP0419892A2 EP 0419892 A2 EP0419892 A2 EP 0419892A2 EP 90116913 A EP90116913 A EP 90116913A EP 90116913 A EP90116913 A EP 90116913A EP 0419892 A2 EP0419892 A2 EP 0419892A2
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EP
European Patent Office
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waveguide
angle
bend
double
switch
Prior art date
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Application number
EP90116913A
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English (en)
French (fr)
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EP0419892A3 (en
EP0419892B1 (de
Inventor
Eberhard Dr. Ing. Schuegraf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0419892A2 publication Critical patent/EP0419892A2/de
Publication of EP0419892A3 publication Critical patent/EP0419892A3/de
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Publication of EP0419892B1 publication Critical patent/EP0419892B1/de
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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 a microwave polarization filter according to the preamble of patent claim 1.
  • Polarization switches which consist of an electrically symmetrical double branch and two mutually identical, intrinsically symmetrical series branches and in which the double branch and the two series branches are interconnected via four mutually identical connections, are known, for example, from DE-OS 27 03 878.
  • An essential area of application of such polarization switches is satellite radio, in which the available transmission and reception frequency bands are occupied by right and left rotating circular polarization and can thus be used twice with the same bandwidth.
  • such polarization switches are required that their two passageways in the transmit and receive bands should be as low-reflection as possible and in exact phase synchronization.
  • coaxial lines are still used in this known polarization switch in order to achieve the exact phase symmetry.
  • difficulties are to be expected because waveguide-coaxial junctions and coaxial lines cannot be subjected to high power.
  • phase-symmetrical polarization switches are also known, in which the phase symmetry is achieved only approximately by a mostly relatively difficult phase adjustment.
  • a polarization switch which can be phase-symmetrized by such an adjustment process is, for example known from DE-OS 27 08 271, but also from DE-PS 28 42 576, which describes the symmetrical double branch in detail.
  • DE-PS 30 10 360 discloses the only polarization switch whose two passageways are exactly phase-symmetrical in a wide frequency range and which, moreover, can also be loaded with a high microwave power, that is to say does not require coaxial line transitions.
  • This polarization switch has four spatially oblique EH offsets, which, however, cannot disadvantageously be milled with numerically controlled machine tools.
  • Such a millable, initially not phase-symmetrical polarization switch is known from European patent application 0 196 065.
  • a round or square waveguide running in the axial direction is branched by means of a double branch into two pairs of rectangular waveguides which are respectively opposite one another.
  • the first pair consisting of two opposing rectangular waveguides, is fed by a symmetrical waveguide fork with straight arms.
  • the second pair which consists of the two other rectangular waveguides lying opposite one another, is fed by a second, electrically-symmetrical waveguide fork with partial arms bent over their broad sides (E-bends).
  • E-bends electrically-symmetrical waveguide fork with partial arms bent over their broad sides
  • the object of the invention is to provide an exactly phase-symmetrical broadband polarization switch, which consists exclusively of waveguides and which can be produced entirely in cost-effective machine tool-controlled milling technology.
  • This task is in a broadband generic Microwave polarization filter solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
  • the starting point in FIG. 1 is a waveguide arrangement with an E offset, which is used in the case of polarization switches which are not phase-symmetrical, as are known from European patent application 0 196 065.
  • This E-offset resulting in an offset distance consists of two E-bends E21 and E22, the waveguide axis running obliquely upwards after the E-bend E21 with the axis extended vertically upwards in FIG. 1 in front of the bend E21 which is clockwise positive counted kink angle + ⁇ and the waveguide axis running vertically upwards after the E-Kink E22 the axis elongated in FIG. 1 in front of the kink E22 forms the kink angle - ⁇ (directed counterclockwise).
  • the E bends E21 and E22 thus have mutually opposing bend angles and are connected by an obliquely extending, straight rectangular waveguide section H9.
  • a first step towards the invention now consists in that the intermediate line formed by the rectangular waveguide section H9 in FIG. 1 is separated in the middle of its length by a cut S1.
  • a short rectangular waveguide section B13 with a vertical axis direction is then introduced at this interface, as shown in FIG. 2.
  • a further E-Knick E23 or E24 is connected to both sides of it, again with the opposite direction of buckling and at the same buckling angle as in Fig. 1.
  • the E-Knick E23 thus has a buckling angle - ⁇ and the E-Knick E24 has a buckling angle + ⁇ .
  • the oblique waveguide section H9 from FIG. 1 consists of two half as long rectangular waveguide sections H10 and H11. This results in the double-E waveguide offset according to FIG. 2 with the same offset distance v as in FIG. 1 and with a somewhat greater height.
  • the length of the short rectangular waveguide section B13 is L s .
  • the outer E-bends are designated E25 and E26 and the rectangular waveguide sections between the bends E25 and E27 or E26 and E28 with H12 or H13.
  • the length L s of the vertical line sections B13 and B14 must be so large that the E11 interference fields of the adjacent E-bends E23, E24 and E27, E28 do not interlock.
  • the criterion for the strength of the decay of the E11 interference fields in the rectangular waveguide is its aperiodic E11 attenuation:
  • ⁇ KE 11 is the cut-off wavelength of the E 1 1 wave in the rectangular waveguide with the broad side dimension a and the narrow side dimension b and ⁇ o the operating wavelength.
  • a polarization switch which is not phase-symmetrical per se and which, with the foregoing prior knowledge, is particularly suitable for expanding to exact phase symmetry, is known from European patent application 0 196 065. It consists of a straight mirror image symmetrical and a rectangular waveguide fork, which runs obliquely to the side and is not mirror image symmetrical, which fit into each other without penetration. These two forks feed a double branching switch head described in more detail in DE-PS 28 42 576, whereby e.g. in a circular waveguide two mutually perpendicular polarized H11 waves E01 and H21 are excited without interference waves.
  • a polarization switch can be created which, in contrast to the switch described in patent application 0 196 065, is exactly phase-symmetrical with regard to the switch arm pairs and thus the entire polarization switch.
  • FIG. 4 and 5 show two mutually perpendicular cross-sectional side views through this new, through the invention polarization switch achieved
  • FIG. 4 shows a section through the switch arm pair which is not formed with mirror image symmetry
  • FIG. 5 shows a section through the switch arm pair of the switch switch which is designed with mirror image symmetry.
  • the polarization switch according to the invention has a symmetrically constructed five-armed double branch D, which contains an arm lying in the double branch longitudinal axis direction L for connecting a further waveguide with a round or square cross section and four identically designed partial arm connections with a rectangular cross section, which are each offset by 90 ° and offset run at the same angle with respect to the double branching longitudinal axis L in the opposite direction to the connecting arm of the further waveguide.
  • Two opposite arm connections of the double branch D each have the same length, each forming a pair of switch arm sections A1, A2 (FIG. 4) and A3, A4 (FIG. 5) with the two arm T1, T2 (FIG. 4) and T3 , T4 (FIG. 5) each one of two identically designed, symmetrical series connections SV1 (FIG. 4) or SV2 (FIG. 5) with their connecting flanges in one and the same plane.
  • the pair of switch arm sections A1 and A2 shown in FIG. 4, which does not have a mirror image symmetry with respect to the double branching longitudinal axis L, has, starting from the double branching D, initially in each switch arm section A1 or A2 a short waveguide section B1 or B2 running parallel to the double branching longitudinal axis L.
  • the two short waveguide pieces B1 and B2 are followed by a longer waveguide piece H1 or H2 via an E-bend E1 or E2 with an angle + ⁇ .
  • the longer waveguide sections H1 and H2 in the two switch arm sections A1 and A2 are followed by a short waveguide section B3 and B4 running parallel to the double branching longitudinal axis L via an E-bend E3 and E4, each with an angle ⁇ relative to the direction of the double branching longitudinal axis L. .
  • a longer waveguide section H3 or H4 is connected to the short waveguide sections B3 and B4 via a further E-bend E5 or E6, each with an angle + ⁇ .
  • the switch arm sections A1 and A2 then continue via bends E7 and E8 with an angle - ⁇ in short waveguide sections B5 and B6 running parallel to the double branching longitudinal axis L.
  • the short waveguide sections B9 and B10 run parallel to the double branching longitudinal axis L.
  • a longer waveguide section H7 follows in the switch arm section A3 via an E-bend E15 with an angle + ⁇ and a longer waveguide section in the switch arm section A4 via an E-bend with an angle - ⁇ H8.
  • All longer waveguide sections H1 to H8 have the same length in the switch arm sections A1 to A4 of the two pairs of forks.
  • the short waveguide pieces B1, B2, B7 and B8 with the length L s ⁇ , the short waveguide pieces B3, B4, B9 and B10 with the length L s and the short waveguide pieces B5, B6, B11 and B12 are also dimensioned with each other with the same length the length L s '.
  • All short waveguide pieces B1 to B12 of the four switch arm sections A1 to A4 are dimensioned at least so long that there is sufficient E11 interference field attenuation at the highest operating frequency.
  • two parallel double-E offsets of FIG. 2 which are placed in parallel next to one another, are interconnected with a broadband rectangular waveguide series branch SV1 known from European patent application 0 196 065 to form the new fork, which is not mirror-symmetrical.
  • the lateral offset distance v must be somewhat larger than the broad side a of all rectangular waveguides used, so that both pairs A1, A2 and A3, A4 of the switch arm sections fit into one another without penetration.
  • the pair of switch arm sections A1 and A2 shown in Fig. 4 is symmetrical in itself, for which the lengths L s ' and L s ⁇ must meet the same, already quantified requirements as the length L s .
  • the series branches SV1 and SV2 are designed with the correct wave resistance, the partial arms T1 to T4 having an aspect ratio between the broad side a and the narrow side b of approximately 4: 1.
  • the waveguide feed access Z1 and Z2 of the two series branches SV1 and SV2 has an aspect ratio between the broad side a and the narrow side b o of approximately 2: 1.
  • All E-bends E1 to E20 are provided with a symmetrical corner flattening F on the outer broad side bend of the waveguide.
  • the clear width w between the switch arm sections A3 and A4 of the mirror-symmetrically designed switch arm pair in Fig. 5 must be dimensioned somewhat larger than the broad side a of all rectangular waveguides, so that the switch arm section pair shown in Fig. 4 between the switch arm sections A3 and A4 of the one shown in Fig. 5 Arrangement has space.
  • the width w is also adopted for the switch arm sections A1 and A2 of the arrangement shown in FIG. 4. Since all switch arm components are mutually exactly phase-symmetrical, this also applies to the complete switch arm pairs under the conditions mentioned above. Then the interconnection with the double branching D, which is likewise exactly symmetrical, represents an exactly phase-symmetrical polarization switch.
  • a major advantage of the polarization switch according to the invention is that the two pairs (Gabein) of the switch arm sections A1, A2 and A3, A4 can be completely milled.
  • each of the two forks is divided by a plane that cuts all rectangular waveguides of the respective fork along the center lines of their broad sides - that is to say without cross current and therefore without loss.
  • the two division levels are perpendicular to each other and divide the fork block into four quadrants.
  • all waveguide walls are exactly cylindrical and can therefore be produced inexpensively and with very small tolerances using a two-dimensionally numerically controlled milling machine. This is compared to the previous enormous galvanoplastic manufacturing technology achieved an enormous cost reduction.
  • One crossover each can be connected to the waveguide feed access Z1 and Z2 of the two series branches SV1 and SV2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine breitbandige Polarisationsweiche mit symmetrischer Doppelverzweigung (D), an die jeweils über ein Paar von Weichenarmabschnitten (A1,A2;A3,A4) zwei gleich aufgebaute, symmetrische Serienverzweigungen (SV1,SV2) angeschlossen sind. Die ausschließlich E-Knicke (E1-E10;E11-E20) aufweisenden Weichenarmabschnitte sind so angeordnet und ausgelegt, daß sich zum einen genaue Phasensymmetrie zwischen und innerhalb den beiden Paaren ergibt und zum anderen eine vollständige Herstellung der Weiche in numerisch gesteuerter Frästechnik möglich ist. Die Polarisationsweiche nach der Erfindung läßt sich bei der Speisung von Richtfunk- und Satellitenfunk-Reflektorantennen verwenden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Polarisations­weiche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Polarisationsweichen, die aus einer elektrisch symmetrischen Doppelverzweigung und zwei untereinander gleich ausgebildeten, in sich elektrisch symmetrischen Serienverzweigungen bestehen und bei denen die Doppelverzweigung und die beiden Serienver­zweigungen über vier untereinander gleiche Verbindungen zusam­mengeschaltet werden, sind beispielsweise aus der DE-OS 27 03 878 bekannt. Ein wesentliches Anwendungsgebiet solcher Polarisationsweichen ist der Satellitenfunk, bei dem die verfügbaren Sende- und Empfangsfrequenzbänder mit rechts-und linksdrehender Zirkularpolarisation belegt sind und so bei gleicher Bandbreite zweifach genutzt werden können. Beispiels­weise zur Realisierung von Antennenspeisesystemen wird von solchen Polarisationsweichen gefordert, daß ihre beiden Durch­gangswege im Sende- und im Empfangsband möglichst reflexionsarm und möglichst im genauen Phasengleichlauf sein sollen. Bei der praktischen Realisierung sind jedoch bei dieser bekannten Polarisationsweiche noch Koaxialleitungen verwendet, um die exakte Phasensymmetrie zu erzielen. Wenn aber die Übertragung großer Mikrowellenleistungen über solche Polarisationsweichen durchgeführt wird, ist mit Schwierigkeiten zu rechnen, weil Hohlleiterkoaxialübergänge und Koaxialleitungen nicht mit einer hohen Leistung belastbar sind.
  • Es sind auch sogenannte phasensymmetrierte Polarisationsweichen bekannt, bei denen die Phasensymmetrie durch einen meist ver­hältnismäßig schwierigen Phasenabgleich nur angenähert erreicht wird. Die Erzeugung reiner Zirkularpolarisation erfordert jedoch den exakten Phasengleichlauf beider Durchgänge der Polarisationsweiche. Eine durch einen solchen Abgleichvorgang phasensymmetrierbare Polarisationsweiche ist beispielsweise aus der DE-OS 27 08 271, aber auch aus der die symmetrische Doppelverzweigung im einzelnen beschreibenden DE-PS 28 42 576 bekannt.
  • Die einzige Polarisationsweiche, deren beide Durchgangswege in einem breiten Frequenzbereich exakt phasensymmetrisch sind und die darüberhinaus auch mit einer hohen Mikrowellenleistung be­lastbar ist, also ohne Koaxialleitungsübergänge auskommt, ist aus der DE-PS 30 10 360 bekannt. Diese Polarisationsweiche weist vier räumlich schräg verlaufende EH-Versätze auf, die jedoch in nachteiliger Weise nicht mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen fräsbar sind.
  • Eine derart fräsbare, zunächst nicht phasensymmetrische Pola­risationsweiche ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 196 065 bekannt. Bei dieser Weiche wird ein in Achsrichtung verlaufender, runder oder quadratischer Hohlleiter mittels einer Doppelverzweigung in zwei Paare von einander jeweils gegenüberliegenden Rechteckhohlleitern verzweigt. Das erste, aus zwei einander gegenüberliegenden Rechteckhohlleitern bestehende Paar wird dabei durch eine in sich symmetrische Hohlleitergabel mit geraden Teilarmen gespeist. Das zweite Paar, das aus den beiden weiteren einander gegenüberliegenden Rechteckhohlleitern besteht, wird durch eine zweite, in sich elektrisch-symmetrische Hohlleitergabel mit über ihre Breit­seiten geknickten (E-Knicke) Teilarmen gespeist. Von der aus dieser europäischen Patentanmeldung bekannten Polarisationswei­che, die allerdings nicht phasensymmetrisch ausgebildet ist, wird im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine exakt phasensymmetrische Breitband-Polarisationsweiche anzugeben, die ausschließlich aus Hohlleitern besteht und die vollständig in kostengünstiger werkzeugmaschinengesteuerter Frästechnik hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen breitbandigen Mikrowellen-Polarisationsweiche durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbil­dungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Seitenansicht auf einen einfachen, zwei E-Knicke aufweisenden E-Hohlleiterversatz,
    • Fig. 2 die Seitenansicht auf einen vier E-Knicke aufweisenden Doppel-E-Hohlleiterversatz mit der gleichen Versatz­strecke wie bei der Anordnung nach Fig. 1,
    • Fig. 3 die Seitenansicht auf eine streckenlängenmäßige Nachbildung der Hohlleiteranordnung nach Fig. 2, aber ohne seitlichen Versatz,
    • Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Polarisationsweiche nach der Erfindung durch das nicht spiegelbildsymmetrisch zur Doppelverzweigungslängsachse verlaufende Paar der Weichenarmabschnitte,
    • Fig. 5 eine darauf senkrecht stehende Querschnittsansicht durch die Polarisationsweiche nach der Erfindung und zwar durch das spiegelbildsymmetrisch zur Doppelverzweigungslängs­achse verlaufende Paar der Weichenarmabschnitte.
  • Ausgegangen wird in Fig. 1 von einer Hohlleiteranordnung mit einem E-Versatz, der bei nicht phasensymmetrischen Polarisa­tionsweichen, wie sie aus der europäischen Patentanmeldung 0 196 065 bekannt sind, verwendet wird. Dieser eine Versatz­strecke v ergebende E-Versatz besteht aus zwei E-Knicken E21 und E22, wobei die schräg nach oben verlaufende Hohlleiterachse nach dem E-Knick E21 mit der in Fig. 1 senkrecht nach oben verlängerten Achse vor dem Knick E21 den im Uhrzeigersinn positiv gezählten Knickwinkel + α bildet und die nach dem E-Knick E22 senkrecht nach oben verlaufende Hohlleiterachse mit der in Fig. 1 schräg nach oben verlängerten Achse vor dem Knick E22 den Knickwinkel - α (entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet) bildet. Die E-Knicke E21 und E22 haben also untereinander entgegengesetzt gerichtete Knickwinkel und werden durch einen schräg verlaufenden, geraden Rechteckhohlleiterabschnitt H9 verbunden. Für große Bandbreiten der Reflexionsarmut sind Winkelstücke und Zwischenleitungen mit Seitenverhältnis sen a = 4b besonders günstig, wobei a die Breitseitenabmessung und b die Schmalseitenabmessung darstellt. Ein erster Schritt in Richtung zur Erfindung besteht nunmehr darin, daß die durch den Recht­eckhohlleiterabschnitt H9 gebildete Zwischenleitung in Fig. 1 in der Mitte ihrer Länge durch einen Schnitt S1 getrennt wird. An dieser Schnittstelle wird sodann, wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein kurzer Rechteckhohlleiterabschnitt B13 mit senkrechter Achsrichtung eingeführt. Daran wird beidseitig je ein weiterer E-Knick E23 bzw. E24 angeschlossen bei wiederum untereinander entgegengesetzter Knickrichtung und bei gleichem Knickwinkel wie in Fig. 1. Der E-Knick E23 hat somit einen Knickwinkel - α und der E-Knick E24 einen Knickwinkel + α. Der schräge Hohlleiter­abschnitt H9 von Fig. 1 besteht in der Anordnung nach Fig. 2 aus zwei halb so langen Rechteckhohlleiterabschnitten H10 und H11. Es entsteht so der Doppel-E-Hohlleiterversatz nach Fig. 2 mit gleicher Versatzstrecke v wie in Fig. 1 und mit etwas größerer Höhe. Die Länge des kurzen Rechteckhohlleiterabschnitts B13 beträgt Ls.
  • Als weiterer Schritt in Richtung zur Erfindung folgt nun ein waagerechter Schnitt S2 in der Hohlleiteranordnung nach Fig. 2 und zwar im Bereich des neuen, senkrecht verlaufenden kurzen Rechteckhohlleiterabschnitts B13 und eine 180°-Drehung des ober­halb oder unterhalb des Schnitts S2 liegenden Leitungszuges um die Hohlleiterachse Y. Dadurch entsteht die in Fig. 3 darge­stellte Leitungsstruktur. Sie unterscheidet sich geometrisch vom Doppel-E-Versatz nach Fig. 2 dadurch, daß die Achsen X1 und X2 ihrer Zugänge nicht mehr versetzt sind (v = 0). Trotz dieses Unterschiedes erfüllt die Leitungsstruktur in Fig. 3, verglichen mit derjenigen nach Fig. 2, die Forderung, daß sie an genau gleichen Leitungsorten stets die gleichen Elemente enthält. Diese Forderung reicht jedoch für die angestrebte exakte Phasen­symmetrie der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Leitungsstruk­turen nicht aus; denn in dem unbrauchbaren Fall, daß die Länge Ls des kurzen Rechteckhohlleiterabschnitts B13 zu klein, z.B. Ls = 0 gemacht wird, geht der in Fig. 2 dargestellte Doppelversatz in den einfachen Versatz nach Fig. 1 über. Die nachgebildete Leitungsstruktur nach Fig. 3 enthält für den Fall, daß der kurze Rechteckhohlleiterabschnitt B14 eine Länge Ls = 0 auf­weist, einen zusätzlichen E-Knick mit dem Knickwinkel -2 α , weil sich die beiden mittleren E-Knicke E27 und E28 für die Länge Ls = 0 des kurzen Rechteckhohlleiterabschnitts B14 in Fig. 3 mit ihren Knickwinkeln addieren. Demnach sind dann die Leitungszüge der Hohlleiteranordnungen nach Fig. 1 und Fig. 3 (letzteres mit Ls = 0) trotz gleich langer Mittelbahnen grob phasenverschieden.
  • In der nachgebildeten Hohlleiterstruktur nach Fig. 3 sind die äußeren E-Knicke mit E25 und E26 und die Rechteckhohlleiterab­schnitte zwischen den Knicken E25 und E27 bzw. E26 und E28 mit H12 bzw. H13 bezeichnet.
  • Für die angestrebte exakte Phasensymmetrie der Leitungszüge, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, muß folgende weitere Bedingung erfüllt sein. Die Länge Ls der senkrechten Leitungs­abschnitte B13 bzw. B14 muß so groß sein, daß die E₁₁ Störfel­der der benachbarten E-Knicke E23,E24 bzw. E27,E28 nicht inein­ander greifen. Kriterium für die Stärke des Abklingens der E₁₁-Störfelder im Rechteckhohlleiter ist seine aperiodische E₁₁-Dämpfung:
    Figure imgb0001
  • In diesen Gleichungen ist λKE 11 die Grenzwellenlänge der E₁₁-Welle im Rechteckhohlleiter mit der Breitseitenabmessung a und der Schmalseitenabmessung b und λo die Betriebswellen­länge.
  • Hierbei ist immer die höchste Betriebsfrequenz maßgebend; es genügen hier relativ kleine Längen Ls ≈ b (≈ a/4) für ausrei­chend hohe E₁₁-Dämpfungswerte um 25 dB.
  • Die hinreichenden Bedingungen dafür, daß der Doppel-E-Versatz nach Fig. 2 und der Leitungszug nach Fig. 3 exakt und breitban­dig phasensymmetrisch sind, d.h. daß der Leitungszug in Fig. 3 eine exakte elektrische Nachbildung des Doppel-E-Versatzes nach Fig. 2 bezüglich exakt gleicher Phase und Reflexion ist, sind nunmehr klargestellt und können auch leicht realisiert werden. Diese Leitungszüge sind damit wie folgt anwendbar.
  • Eine an sich nicht phasensymmetrische Polarisationsweiche, die sich mit den vorstehenden Vorkenntnissen zur Erweiterung auf exakte Phasensymmetrie besonders gut eignet, ist aus der euro­päischen Patentanmeldung 0 196 065 bekannt. Sie besteht aus einer geraden spiegelbildsymmetrischen und einer schräg zur Seite verlaufenden, nicht spiegelbildsymmetrischen Rechteckhohl­leitergabel, die durchdringungsfrei ineinander passen. Diese beiden Gabeln speisen einen in der DE-PS 28 42 576 näher beschriebenen Doppelverzweigungs-Weichenkopf, wodurch z.B. in einem Rundhohlleiter zwei aufeinander senkrecht polarisierte H₁₁-Wellen E₀₁ und H₂₁ störwellenfrei angeregt werden.
  • Mit Hilfe des Doppel-E-Versatzes in Fig. 2 und seiner Nachbil­dung in Fig. 3 läßt sich eine Polarisationsweiche schaffen, die im Gegensatz zu der in der Patentanmeldung 0 196 065 beschrie­benen Weiche exakt phasensymmetrisch hinsichtlich der Weichen­armpaare und somit der gesamten Polarisationsweiche ist.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei aufeinander senkrechte Quer­schnittsseitenansichten durch diese neue, durch die Erfindung erreichte Polarisationsweiche, wobei Fig. 4 einen Schnitt durch das nicht spiegelbildsymmetrisch ausgebildete Weichenarmpaar und Fig. 5 einen Schnitt durch das spiegelbildsymmetrisch ausgebil­dete Weichenarmpaar der Weiche zeigt. Die Polarisationsweiche nach der Erfindung weist eine symmetrisch aufgebaute fünfarmige Doppelverzweigung D auf, die einen in Doppelverzweigungslängs­achsrichtung L liegenden Arm zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder auch quadratischen Querschnitts und vier gleichartig ausgebildete Teilarmanaschlüsse rechteckigen Querschnitts enthält, die um jeweils 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber der Doppelverzweigungslängsachse L in zum Anschlußarm des weiterfüh­renden Hohlleiters entgegenesetzter Richtung verlaufen. Jeweils zwei gegenüberliegende Teilarmanschlüsse der Doppelverzweigung D sind über untereinander gleich lange, jeweils ein Paar bildende Weichenarmabschnitte A1,A2 (Fig. 4) und A3,A4 (Fig. 5) mit den zwei Teilarmen T1,T2 (Fig. 4) bzw. T3,T4 (Fig. 5) jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten, symmetrischen und mit ihren Anschlußflanschen in ein und derselben Ebene liegenden Serien­verzweigungen SV1 (Fig. 4) bzw. SV2 (Fig. 5) verbunden.
  • Das in Fig. 4 dargestellte, nicht spiegelbildsymmetrisch zur Doppelverzweigungslängsachse L verlaufende Paar der Weichenarm­abschnitte A1 und A2 weist ausgehend von der Doppelverzweigung D zunächst in jedem Weichenarmabschnitt A1 bzw. A2 ein parallel zur Doppelverzweigungslängsachse L verlaufendes kurzes Hohllei­terstück B1 bzw. B2 auf. An die beiden kurzen Hohlleiterstücke B1 und B2 folgt über einen E-Knick E1 bzw. E2 mit einem Winkel + α ein längeres Hohlleiterstück H1 bzw. H2. Über einen E-Knick E3 bzw. E4 jeweils mit einem Winkel - α gegenüber der Richtung der Doppelverzweigungslängsachse L folgt den längeren Hohllei­terstücken H1 bzw. H2 in den beiden Weichenarmabschnitten A1 bzw. A2 ein parallel zur Doppelverzweigungslängsachse L verlau­fendes, kurzes Hohlleiterstück B3 bzw. B4. Über einen weiteren E-Knick E5 bzw. E6 jeweils mit einem Winkel + α ist an die kurzen Hohlleiterstücke B3 und B4 ein längeres Hohlleiterstück H3 bzw. H4 angeschlossen. Die Weichenarmabschnitte A1 und A2 setzen sich danach über Knicke E7 bzw. E8 jeweils mit einem Winkel -α in zur Doppelverzweigungslängsachse L parallel verlaufende kurze Hohlleiterstücke B5 bzw. B6 fort. An das kurze Hohlleiterstück B5 schließt sich über einen E-Knick E9 mit einem Winkel + α′ = + α der eine Teilarm T1 der Serienverzweigung SV1 an, wogegen der andere Teilarm T2 dieser Serienverzweigung SV1 über einem E-Knick E10 vom Winkel -α′ = -α mit dem kurzen Hohlleiterstück B6 verbunden ist.
  • Das in Fig. 5 dargestellte, spiegelbildsymmetrisch zur Doppel­verzweigungslängsachse L verlaufende Paar der Weichenarmab­schnitte A3 und A4 weist ausgehend von der Doppelverzweigung D zunächst in jedem Weichenarmabschnitt A3 bzw. A4 ebenfalls ein zur Doppelverzweigungslängsachse L parallel verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück B7 bzw. B8 auf. Danach folgt im Weichenarmab­schnitt A3 über einen E-Knick E11 mit einem Winkel -α gegenüber der Richtung der Achse L ein längeres Hohlleiterstück H5 und im Weichenarmabschnitt A4 über einen E-Knick E12 mit einem Winkel + α gegenüber der Achse L ebenfalls ein längeres Hohlleiterstück H6. Danach schließt sich im Weichenarmabschnitt A3 über einen E-Knick E13 mit dem Winkel +α ein kurzes Hohlleiterstück B9 und im Weichenarmabschnitt A4 über einen E-Knick E14 mit dem Winkel -α ebenfalls ein kurzes Hohlleiterstück B10 an. Die kurzen Hohlleiterstücke B9 und B10 verlaufen parallel zur Doppelver­zweigungslängsachse L. Danach folgt im Weichenarmabschnitt A3 über einen E-Knick E15 mit einem Winkel +α ein längeres Hohllei­terstück H7 und im Weichenarmabschnitt A4 über einen E-Knick mit einem Winkel -α ebenfalls ein längeres Hohlleiterstück H8. Im Anschluß daran folgt im Weichenarmabschnitt A3 über einen E-­Knick E17 mit einem Winkel -α ein kurzes Hohlleiterstück B11 und im Weichenarmabschnitt A4 über einen E-Knick E18 mit einem Winkel +α ebenfalls ein kurzes Hohlleiterstück B12. Die beiden kurzen Hohlleiterstücke B11 und B12 verlaufen parallel zur Dop­pelverzweigungslängsachse L. Danach schließt sich im Weichenarm­abschnitt über einen E-Knick E19 mit einem Winkel + α′ = +α der eine Teilarm T3 der Serienverzweigung SV2 an, wogegen im anderen Weichenarmabschnitt A4 über einen E-Knick E20 mit einem Winkel - α′ = -α der Teilarm T4 der Serienverzweigung SV2 folgt.
  • Alle längeren Hohlleiterstücke H1 bis H8 sind in den Weichen­armabschnitten A1 bis A4 der beiden Gabelpaare gleich lang be­messen. Untereinander gleich lang bemessen sind ebenfalls die kurzen Hohlleiterstücke B1, B2 ,B7 und B8 mit der Länge Ls˝, die kurzen Hohlleiterstücke B3, B4, B9 und B10 mit der Länge Ls und die kurzen Hohlleiterstücke B5, B6, B11 und B12 mit der Länge Ls′. Sämtliche kurzen Hohlleiterstücke B1 bis B12 der vier Weichenarmabschnitte A1 bis A4 sind zumindest so lang bemessen, daß sich eine ausreichende E₁₁-Störfelddämpfung bei der höchsten Betriebsfrequenz ergibt.
  • In der Querschnittsansicht von Fig. 4 werden somit zwei parallel nebeneinander gelegte Doppel-E-Versätze von Fig. 2 mit einer aus der europäischen Patentanmeldung 0 196 065 bekannten, breitban­digen Rechteckhohlleiterserienverzweigung SV1 zur neuen nicht spiegelbildsymmetrischen Gabel zusammengeschaltet. Die Seiten­versatzstrecke v muß etwas größer sein als die Breitseite a aller verwendeten Rechteckhohlleiter, damit beide Paare A1, A2 und A3, A4 der Weichenarmabschnitte durchdringungsfrei ineinan­der passen. Das in Fig. 4 dargestellte Paar von Weichenarmab­schnitten A1 und A2 ist in sich symmetrisch, wozu die Längen Ls′ und Ls˝ die gleichen, bereits quantifizierten Forderungen erfüllen müssen wie die Länge Ls.
  • Die Serienverzweigungen SV1 und SV2 sind wellenwiderstandsrich­tig ausgebildet, wobei die Teilarme T1 bis T4 ein Seitenverhält­nis zwischen der Breitseite a und der Schmalseite b von etwa 4:1 aufweisen. Der Hohlleiterspeisezugang Z1 bzw. Z2 der beiden Serienverzweigungen SV1 und SV2 weist ein Seitenverhältnis zwi­schen der Breitseite a und der Schmalseite bo von etwa 2:1 auf.
  • Sämtliche E-Knicke E1 bis E20 sind mit einer symmetrischen Eckenabflachung F an der äußeren Breitseitenabknickung des Hohlleiters versehen.
  • Die lichte Weite w zwischen den Weichenarmabschnitten A3 und A4 des spiegelbildsymmetrisch ausgebildeten Weichenarmpaares in Fig. 5 muß etwas größer bemessen sein als die Breitseite a aller Rechteckhohlleiter, damit das in Fig. 4 dargestellte Weichenarm­abschnittspaar zwischen den Weichenarmabschnitten A3 und A4 der in Fig. 5 dargestellten Anordnung Platz hat. Aus Gründen gleich langer Teilarme T1 und T2 bzw. T3 und T4 der Serienverzweigungen SV1 und SV2 wird die Weite w auch für die Weichenarmabschnitte A1 und A2 der in Fig. 4 dargestellten Anordnung übernommen. Da alle Weichenarmkomponenten wechselseitig exakt phasensymme­trisch sind, gilt dies unter den oben genannten Bedingungen auch für die kompletten Weichenarmpaare untereinander. Sodann stellt die Zusammenschaltung mit der ebenfalls exakt symmetrisch ausge­bildeten Doppelverzweigung D eine exakt phasensymmetrische Polarisationsweiche dar.
  • Der restliche Phasenfehler Δφ dieser Polarisationsweiche hängt nur noch von den Maßtoleranzen ab; je genauer die elektrisch wichtigen Abmessungen eingehalten werden, um so besser wird die Annäherung an den Idealfall Δφ = 0. Bei hinreichend kleinen Maßtoleranzen entfällt jeglicher Abgleichaufwand sowohl bei den Serienprodukten als auch von Beginn der Entwicklung an, wie bereits erläutert wurde.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Polarisationsweiche nach der Erfin­dung besteht darin, daß die beiden Paare (Gabein) der Weichen­armabschnitte A1,A2 und A3,A4 vollständig gefräst werden können. Dazu wird jede der beiden Gabeln von einer Ebene geteilt, die sämtliche Rechteckhohlleiter der jeweiligen Gabel entlang den Mittellinien ihrer Breitseiten - also querstromfrei und daher verlustfrei - schneidet. Die beiden Teilungsebenen stehen auf­einander senkrecht und teilen den Gabelblock in vier Quadranten. Bezüglich dieser Teilungsebenen sind alle Hohlleiterwände genau zylindrisch und können daher mit einem zweidimensional numerisch gesteuerten Fräsautomaten kostengünstig und mit sehr kleinen Toleranzen hergestellt werden. Dadurch wird gegenüber der bishe­ rigen galvanoplastischen Herstellungstechnik eine enorme Kosten­senkung erreicht.
  • An die Hohlleiterspeisezugänge Z1 und Z2 der beiden Serienver­zweigungen SV1 und SV2 läßt sich je eine Frequenzweiche an­schließen.

Claims (8)

1. Mikrowellen-Polarisationsweiche mit einer symmetrisch aufge­bauten fünfarmigen Doppelverzweigung, die einen in Doppelver­zweigungslängsachsrichtung liegenden Arm zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder quadratischen Quer­schnitts und vier gleichartig ausgebildete Teilarmanschlüsse rechteckigen Querschnitts enthält, die um jeweils 90° gegenein­ander versetzt angeordnet sind und unter jeweils gleichem Win­kel gegenüber der Doppelverzweigungslängsachse in zum Anschluß­arm des weiterführenden Hohlleiters entgegengesetzter Richtung verlaufen und von denen jeweils zwei gegenüberliegende Teilarm­anschlüsse über untereinander gleich lange, jeweils ein Paar bildende und ausschließlich mit Knicken über die Hohlleiter­breitseiten (E-Knicke) versehene Weichenarmabschnitte mit den zwei Teilarmen jeweils einer von zwei gleichartig ausgebilde­ten, symmetrischen und mit ihren Anschlußflanschen in ein und derselben Ebene liegenden Serienverzweigungen verbunden sind, wobei das eine Paar der Weichenarmabschnitte ausschließlich entgegengesetzt verlaufende E-Knicke gleicher Lage aufweist, die einen spiegelsymmetrischen Verlauf dieses Paares zur Dop­pelverzweigungslängsachse ergeben, und wobei das andere, nicht spiegelsymmetrisch zur Doppelverzweigungslängsachse verlaufende Paar der Weichenarmabschnitte parallel verlaufende E-Knicke gleicher Lage aufweist, die einen Versatz der zugeordneten Serienverzweigung in Bezug zur Doppelverzweigungslängsachse von zumindest solcher Länge ergibt, daß ein durchdringungsfreies Ineinandergreifen beider Paare der Weichenarmabschnitte er­möglicht ist,
dadurch gekennzeichnet
daß das nicht spiegelbildsymmetrisch zur Doppelverzweigungs­längsachse (L) verlaufende Paar der Weichenarmabschnitte (A1,A2) ausgehend von der Doppelverzweigung (D) zunächst in jedem Weichenarmabschnitt ein parallel zur Doppelverzweigungs­längsachse verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück (B1,B2) und daran der Reihe nach anschließend jeweils einen E-Knick (E1,E2) mit einem Winkel + α (+ α ist der im Uhrzeigersinn gerichtete und - α oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn gerichtete Winkel zwischen der verlängerten Hohlleiterachse vor dem je­weiligen E-Knick und der Hohlleiterachse nach diesem E-Knick), ein längeres Hohlleiterstück (H1,H2), einen E-Knick (E3,E4) mit einem Winkel -α, ein weiteres parallel zur Doppelverzweigungs­längsachse verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück (B3,B4), einen E-Knick (E5,E6) mit einem Winkel + α, ein weiteres längeres Hohlleiterstück (H3,H4), einen E-Knick (E7,E8) mit einem Winkel - α und ein weiteres zur Doppelverzweigungslängsachse parallel verlaufendes kurzes Hohlleiterstück (B5,B6) aufweist, an das sich über einen E-Knick (E9,E10) mit einem Winkel +α′ bzw. -α′ (Richtungsdefinition von α gilt auch für α′) jeweils ein Teilarm (T1,T2) der zugeordneten Serienverzweigung (SV1) anschließt, daß das spiegelbildsymmetrisch zur Doppelver­zweigungslängsachse verlaufende Paar der Weichenarmabschnitte (A3,A4) ausgehend von der Doppelverzweigung zunächst in jedem Weichenarmabschnitt ebenfalls ein zur Doppelverzweigungslängs­achse parallel verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück (B7,B8) und danach der Reihe nach folgend die beiden Weichenarmabschnitte auseinanderspreizende E-Knicke (E11,E12) mit einem Winkel -α bzw.+α, ein längeres Hohlleiterstück (H5,H6), einen E-Knick (E13,E14) mit einem Winkel+ α bzw. -α, ein weiteres zur Doppelverzweigungslängsachse parallel verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück (B9,B10), einen E-Knick (E15,E16) mit einem Winkel + α bzw. -α, ein weiteres längeres Hohlleiterstück (H7,H8), einen E-Knick (E17,E18) mit einem Winkel -α bzw. +α und ein weiteres zur Doppelverzweigungslängsachse parallel verlaufendes, kurzes Hohlleiterstück (B11,B12) aufweist, an das sich über einen E-Knick (E19,E20) mit einem Winkel +α ′ bzw. -α′ jeweils ein Teilarm (T3,T4) der zugeordneten Serienver­zweigung (SV2) anschließt, daß die längeren Hohlleiterstücke (H1 bis H8) in beiden Weichenarmabschnittpaaren gleich lang bemessen sind und zwar so, daß sich im nichtspiegelsymmetrisch ausgebildeten Weichenarmabschnittpaar eine Seitenversatzstrecke (v) ergibt, die etwas größer als die Breitseite (a) der verwen­deten Rechteckhohlleiter ist, und daß die kurzen Hohlleiter­stücke (B1 bis B12) zumindest so lang sind, daß sich eine ausreichende E₁₁-Störfelddämpfung bei der höchsten Betriebsfre­quenz ergibt, wobei zumindest alle diejenigen kurzen Hohllei­terstücke untereinander gleich lang bemessen sind, die jeweils gleichen Versatzabstand zur Doppelverzweigung aufweisen.
2. Polarisationsweiche nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Seitenverhältnis zwischen der Breitseite (a) und der Schmalseite (b) der rechteckförmigen Hohlleiter der Weichenarm­abschnitte (A1 bis A4) etwa 4:1 beträgt.
3. Polarisationsweiche nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Serienverzweigungen (SV1, SV2) wellenwiderstandsrichtig ausgebildet sind mit Teilarmen (T1 bis T4) des Seitenverhält­nisses zwischen der Breitseite (a) und der Schmalseite (b) von etwa 4:1, ausgehend von einem Hohlleiterspeisezugang (Z1,Z2) mit einem Seitenverhältnis von etwa 2:1 zwischen der Breitseite (a) und der Schmalseite (bo).
4. Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die E-Knicke (E1 bis E20) mit einer symmetrischen Eckenab­flachung (F) an der jeweils äußeren Breitseitenabknickung ver­sehen sind.
5. Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet
durch eine Ausführung in vorzugsweise numerisch werkzeuggesteu­erter Frästechnik.
6. Polarisationsweiche nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der beiden Weichenarmabschnittpaare (A1,A2; A3,A4) von einer Ebene geteilt ist, die sämtliche Rechteckhohlleiter des jeweiligen Paares entlang den Mittellinien ihrer Breitsei­ten schneidet, so daß die beiden Teilungsebenen senkrecht auf­einander stehen und den gesamten Weichenblock in vier Quadran­ ten teilen, und daß die bezüglich dieser Teilungsebenen genau zylindrisch verlaufenden Hohlleiterwände mittels eines zwei­dimensional numerisch gesteuerten Fräsautomaten hergestellt sind.
7. Polarisationsweichse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß der Winkel α ′ mit dem Winkel α übereinstimmt.
8. Polarisationsweichen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet
daß an die Hohlleiterspeisezugänge (Z1,Z2) der beiden Serien­verzweigungen (SV1,SV2) je eine Frequenzweiche angeschlos­sen ist.
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