EP0419892A2 - Microwave polarisation filter - 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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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Polarisationsweiche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a microwave polarization filter according to the preamble of
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.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. For the implementation of antenna feed systems, for example, 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. In practical implementation, however, coaxial lines are still used in this known polarization switch in order to achieve the exact phase symmetry. However, if the transmission of large microwave powers is carried out via such polarization switches, difficulties are to be expected because waveguide-coaxial junctions and coaxial lines cannot be subjected to high power.
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.So-called phase-symmetrical polarization switches are also known, in which the phase symmetry is achieved only approximately by a mostly relatively difficult phase adjustment. However, the generation of pure circular polarization requires the exact phase synchronization of both passes of the polarization switch. 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.
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.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.
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.Such a millable, initially not phase-symmetrical polarization switch is known from
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.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.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen breitbandigen Mikrowellen-Polarisationsweiche durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is in a broadband generic Microwave polarization filter solved by the features specified in the characterizing part of
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Appropriate and advantageous refinements and developments are specified in the subclaims.
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.
- 1 is a side view of a simple, two E-bend E-waveguide offset,
- 2 shows the side view of a double E waveguide offset with four E-bends with the same offset distance as in the arrangement according to FIG. 1,
- 3 shows the side view of a path length simulation of the waveguide arrangement according to FIG. 2, but without lateral offset,
- 4 shows a cross-sectional view of the polarization switch according to the invention through the pair of switch arm sections that do not run in mirror image symmetry with respect to the double branching longitudinal axis,
- 5 is a cross-sectional view perpendicular to it through the polarization switch according to the invention, namely through the pair of switch arm sections running symmetrically to the double branching longitudinal axis.
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.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
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.As a further step in the direction of the invention, there follows a horizontal section S2 in the waveguide arrangement according to FIG. 2, namely in the area of the new, perpendicular, short rectangular waveguide section B13 and a 180 ° rotation of the cable run above or below the section S2 about the waveguide axis Y. This creates the line structure shown in FIG. 3. It differs geometrically from the double E offset according to FIG. 2 in that the axes X1 and X2 of their accesses are no longer offset (v = 0). Despite this difference, the line structure in Fig. 3, compared to that of Fig. 2, meets the requirement that it be accurate same line locations always contains the same elements. However, this requirement is not sufficient for the desired exact phase symmetry of the line structures shown in FIGS. 2 and 3; because in the unusable case that the length L s of the short rectangular waveguide section B13 is made too small, for example L s = 0, the double offset shown in FIG. 2 changes into the single offset according to FIG. 1. 3 contains an additional E-bend with the bend angle -2 α because the two middle E-bends E27 and E28 for the case that the short rectangular waveguide section B14 has a length L s = 0 Add length L s = 0 of the short rectangular waveguide section B14 in FIG. 3 with their articulation angles. Accordingly, the lines of the waveguide arrangements according to FIG. 1 and FIG. 3 (the latter with L s = 0) are roughly different in phase despite the middle paths having the same length.
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.In the reproduced waveguide structure according to FIG. 3, 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.
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:
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.In these equations, λ KE 11 is the cut-off wavelength of the
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.The highest operating frequency is always decisive here; relatively small lengths L s ≈ b (≈ a / 4) are sufficient for sufficiently high E₁₁ attenuation values around 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.The sufficient conditions for the double E offset according to FIG. 2 and the cable pull according to FIG. 3 to be phase-symmetrical exactly and broadband, i.e. 3 that an exact electrical replica of the double E offset according to FIG. 2 with respect to exactly the same phase and reflection is now clarified and can also be easily implemented. These cables can therefore be used as follows.
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.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
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.With the help of the double E offset in FIG. 2 and its replica in FIG. 3, a polarization switch can be created which, in contrast to the switch described in
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.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 and 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.
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.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 + α. 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 α 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 + α. The switch arm sections A1 and A2 then continue via bends E7 and E8 with an angle -α in short waveguide sections B5 and B6 running parallel to the double branching longitudinal axis L. The short waveguide section B5 is connected via an E-bend E9 with an angle + α ′ = + α to one arm T1 of the series branch SV1, whereas the other arm T2 of this series branch SV1 is connected via an E-bend E10 from the angle -α ′ = -α is connected to the short waveguide section B6.
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.The pair of switch arm sections A3 and A4 shown in FIG. 5, mirror image symmetrical to the double branching longitudinal axis L, has a short waveguide section B7 and B8 running parallel to the double branching longitudinal axis L, starting from the double branching D in each switch arm section A3 or A4. This is followed by a longer waveguide section H5 in the switch arm section A3 via an E-bend E11 with an angle -α relative to the direction of the axis L and in the switch arm section A4 via an E-bend E12 with an angle + α relative to the axis L also a longer waveguide section H6 . This is followed by a short waveguide section B9 in the switch arm section A3 via an E-bend E13 with the angle + α and in the switch arm section A4 via an E-bend E14 with the angle -α also a short waveguide section B10. The short waveguide sections B9 and B10 run parallel to the double branching longitudinal axis L. Then a longer waveguide section H7 follows in the switch arm section A3 via an E-bend E15 with an angle + α and a longer waveguide section in the switch arm section A4 via an E-bend with an angle -α H8. This is followed by a short waveguide section B11 in the switch arm section A3 via an E-bend E17 with an angle -α and in the switch arm section A4 via an E-bend E18 with an angle + α also a short waveguide section B12. The two short waveguide sections B11 and B12 run parallel to the double branching longitudinal axis L. Then, in the switch arm section via an E-bend E19 with an angle + α ′ = + α, one arm T3 of the series branch SV2 is connected, while in the other switch arm section A4 via an E. -Kink E20 with one Angle - α ′ = -α the arm T4 follows the series branch SV2.
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.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.
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.In the cross-sectional view of FIG. 4, 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
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.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.
Sämtliche E-Knicke E1 bis E20 sind mit einer symmetrischen Eckenabflachung F an der äußeren Breitseitenabknickung des Hohlleiters versehen.All E-bends E1 to E20 are provided with a symmetrical corner flattening F on the outer broad side bend of the waveguide.
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.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. For reasons of the same length of partial arms T1 and T2 or T3 and T4 of the series branches SV1 and SV2, 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.
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.The remaining phase error Δφ of this polarization filter depends only on the dimensional tolerances; the more precisely the important electrical dimensions are adhered to, the better the approximation to the ideal case Δφ = 0. With sufficiently small dimensional tolerances, there is no need for adjustment, both for the series products and from the start of development, as has already been explained.
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.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. For this purpose, 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. With regard to these parting planes, 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.
An die Hohlleiterspeisezugänge Z1 und Z2 der beiden Serienverzweigungen SV1 und SV2 läßt sich je eine Frequenzweiche anschließen.One crossover each can be connected to the waveguide feed access Z1 and Z2 of the two series branches SV1 and SV2.
Claims (8)
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.1.Microwave polarization switch with a symmetrically constructed five-armed double branch, which contains an arm lying in the longitudinal direction of the double branch 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 offset by 90 ° from each other and at the same angle run opposite to the double branching longitudinal axis in the opposite direction to the connecting arm of the further waveguide and of which two opposing partial arm connections each have the same length, each forming a pair and provided exclusively with kinks over the waveguide broad sides (E-kinks), with the two partial arms one of two identically designed, symmetrical and connected with their connecting flanges in one and the same plane series branches, wherein one pair of switch arm sections has only opposite E-bends of the same position, which result in a mirror-symmetrical course of this pair to the double branching longitudinal axis, and wherein the other pair of switch arm sections, which are not mirror-symmetrical to the double branching longitudinal axis, have E-bends of the same position running parallel, which are offset the associated series branch with respect to the double branch longitudinal axis of at least such length that a non-penetrating intermeshing of both pairs of the switch arm sections is made possible,
characterized
that the pair of switch arm sections (A1, A2), which is not mirror symmetrical to the double branching longitudinal axis (L), starting from the double branching (D), first in each switch arm section a short waveguide section (B1, B2) running parallel to the double branching longitudinal axis and then one after the other E-bend (E1, E2) with an angle + α (+ α is the clockwise direction and - α or counterclockwise angle between the elongated waveguide axis before the respective E-bend and the waveguide axis after this E-bend), a longer waveguide section (H1, H2), an E-bend (E3, E4) with an angle -α, another short waveguide section (B3, B4) running parallel to the double branching longitudinal axis, an E-bend (E5, E6) with an angle + α, another longer waveguide section (H3, H4), an E-bend (E7, E8) with an angle - α and a further short waveguide section (B5, B6) running parallel to the double branching longitudinal axis, to which an E-bend (E9, E10) with an angle + α ′ or -α ′ (definition of direction from α also applies to α ′) a partial arm (T1, T2) of the associated series branch (SV1) adjoins that the pair of switch arm sections (A3, A4) extending symmetrically to the longitudinal axis of the double branch, starting from the double branch, first into each In the turnout arm section also a short waveguide section (B7, B8) running parallel to the double branching longitudinal axis and then in succession the two switch arm sections expanding E-bends (E11, E12) with an angle -α or + α, a longer waveguide section (H5, H6), an E-bend (E13, E14) with an angle + α or -α, another short waveguide section (B9, B10) running parallel to the double branching longitudinal axis, an E-bend (E15, E16) with an angle + α or -α, another longer waveguide section (H7, H8), an E-bend (E17, E18) with an angle -α or + α and another short waveguide section (B11, B12) running parallel to the double branching longitudinal axis, to which is connected via an E-bend (E19, E20) with an angle + α 'or -α' each arm (T3, T4) of the associated series branch (SV2) that the longer waveguide pieces (H1 to H8) in both switch arm section pairs have the same length ssen are such that there is a lateral offset distance (v) in the non-mirror-symmetrically designed pair of switch arms that is slightly larger than the broad side (a) of the rectangular waveguide used, and that the short waveguide sections (B1 to B12) are at least so long that a Sufficient E₁₁ interference field attenuation at the highest operating frequency results, with at least all those short waveguide pieces are dimensioned to be of equal length, each having the same offset distance to the double branch.
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.2. polarizing switch according to claim 1,
characterized,
that the aspect ratio between the broad side (a) and the narrow side (b) of the rectangular waveguide of the switch arm sections (A1 to A4) is approximately 4: 1.
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).3. polarizing switch according to claim 1 or 2,
characterized,
that the series branches (SV1, SV2) are designed with correct wave resistance with partial arms (T1 to T4) of the aspect ratio between the broad side (a) and the narrow side (b) of approximately 4: 1, starting from a waveguide feed access (Z1, Z2) with an aspect ratio of about 2: 1 between the broad side (a) and the narrow side (b o ).
dadurch gekennzeichnet,
daß die E-Knicke (E1 bis E20) mit einer symmetrischen Eckenabflachung (F) an der jeweils äußeren Breitseitenabknickung versehen sind.4. polarizing switch according to one of the preceding claims,
characterized,
that the E-bends (E1 to E20) are provided with a symmetrical corner flattening (F) on the outer broad side bend.
gekennzeichnet
durch eine Ausführung in vorzugsweise numerisch werkzeuggesteuerter Frästechnik.5. polarizing switch according to one of the preceding claims,
featured
through an execution in preferably numerically tool-controlled milling technology.
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.6. polarizing switch according to claim 5,
characterized,
that each of the two pairs of switch arms (A1, A2; A3, A4) is divided by a plane that intersects all the rectangular waveguides of the respective pair along the center lines of their broad sides, so that the two parting planes are perpendicular to one another and the entire switch block in four quadrants ten parts, and that the waveguide walls running exactly cylindrical with respect to these parting planes are produced by means of a two-dimensionally numerically controlled milling machine.
dadurch gekennzeichnet
daß der Winkel α ′ mit dem Winkel α übereinstimmt.7. polarization switch according to one of the preceding claims,
characterized
that the angle α 'coincides with the angle α.
dadurch gekennzeichnet
daß an die Hohlleiterspeisezugänge (Z1,Z2) der beiden Serienverzweigungen (SV1,SV2) je eine Frequenzweiche angeschlossen ist.8. polarizing switch according to one of the preceding claims,
characterized
that a crossover is connected to the waveguide feed access (Z1, Z2) of the two series branches (SV1, SV2).
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