EP0575788A1 - XPD-optimierter Mehrmodenwinkeldiversityerreger - Google Patents

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EP0575788A1
EP0575788A1 EP93108855A EP93108855A EP0575788A1 EP 0575788 A1 EP0575788 A1 EP 0575788A1 EP 93108855 A EP93108855 A EP 93108855A EP 93108855 A EP93108855 A EP 93108855A EP 0575788 A1 EP0575788 A1 EP 0575788A1
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rectangular waveguide
multimode
angle diversity
square
waveguide
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EP93108855A
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Eberhard Dipl.-Ing. Tauscheck
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/04—Multimode antennas
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an XPD-optimized double-polarized broadband angle diversity exciter according to the multi-mode principle with a square horn with transition to rectangular waveguide and a multi-type waveguide branching with a rectangular waveguide and two square waveguides separated from one another by a separating web.
  • angular diversity antennas based on the sum difference diagram principle ensures transmission security to effectively improve directional radio links with disruptive multipath propagation.
  • the usual double-polarized exciter of a mirror antenna is replaced by an angular diversity exciter, which simultaneously emits two received signals recorded with different digram characteristics for each polarization.
  • Figure 1 shows the switching principle of the angle diversity with combiner.
  • the exciter 1 of an antenna arrangement having a main reflector 2 and a subreflector 3 has the connections vertical polarization (sum output V S and difference output V D ) and horizontal polarization (sum output H S and difference output H D ).
  • the outputs V S and H S correspond to the connections of a conventional double-polarized directional radio antenna.
  • a difference diagram of the elevation level is assigned to the outputs V D and H D , the diversity outputs.
  • V S and V D as well as H S and H D are each via a maximum power combiner K V and K H , in each of which the channel branches 5 and converters 6 connected to a carrier supply 7 are connected upstream, the resulting output signals u H and u V of the combiners 4 in the case of large phase errors of the multipath field in the area of the receiving antenna aperture, better useful signal-to-noise ratio than comparable directional radio antenna signals without an angle diversity circuit. Since sum and difference signals are constantly combined into a received signal via the combiners, the interference levels of the assigned cross-polarization of both outputs are always "on line". For this reason, with dual orthogonal-polarized links it is necessary to maintain very good cross-polarization decoupling values for the V S , H S outputs and also the diversity outputs V D , H D of the angle diversity antennas.
  • the cause of this disturbance can be seen in the following: To set the linearly polarized H11E11 wave in the rectangular waveguide R exact relations of the amplitude and phase values of the primarily excited individual modes E11 and H11 in the excitation zone are required. If this balance is disturbed, the resulting aperture field of the exciter contains cross-polarization components of the typical distribution of E11 or H11 waves. In the spatial far field diagram of E11 or H11 waves. In the spatial Frenfeld diagram of the angle diversity antenna, this causes a too narrow azimuth width of the solid angle with sufficient cross-polarization attenuation for the V D output.
  • the invention has for its object to provide a solution for an arrangement of the type described above, with which these faults can be eliminated in a simple manner.
  • This object is achieved according to the invention in such a way that when the H01, H10, H20 and H11E11 modes are excited by the two square waveguides in a multimode rectangular waveguide, the volume regions in the transition region of the square waveguide to the rectangular waveguide in the corners are filled on both sides of the separator with highly damping, strictly localized ferromagnetic damping material.
  • a material with the desired properties can be produced, for example, by mixing carbonyl iron and various synthetic resins.
  • FIG. 3 the transition region of the two square waveguides Q1, Q2 to the multimode rectangular waveguide R is shown in a partial representation, the waveguides being drawn in broken lines. Between the two square waveguides Q1, Q2 there is a separator S. The volume areas in the corners of the separator S in the transition area of the two square waveguides Q1, Q2 to the rectangular waveguide R are labeled V1, V2 and identified by circles. In these corners V1, V2, interference currents i Sl , i Sn occur which run in the longitudinal and transverse directions of the waveguide and in the direction of the crossbar (cf. the arrows shown in FIG. 3).
  • Figure 4 shows a partial view with the same perspective as Figure 3, the transition region between the square waveguides Q1, Q2 and the rectangular waveguide R, in which a damping element D is arranged encompassing the crosspiece S in the corner regions.
  • the damping element D is designed as a flat plate of U-shaped shape, and lies with a flat side on the broad side of the rectangular waveguide R and on the adjacent sides of the two square waveguides Q1, Q2.
  • the central recess is formed so that the two legs of the U-shape thereby formed enclose the crossbar S in its end region.
  • the damping element fills a small volume of the excitation zone in the area of the corners V1 and V2 so that it extends into the two square waveguides Q1, Q2, encloses part of the tear-off edge of the separating web S and protrudes slightly into the rectangular waveguide R.
  • the resulting U-shaped molded part consists of highly damping ferromagnetic material. In the figure, only one, in the area of the corner V1 damping element is shown. A correspondingly designed damping element is arranged opposite in the area of the corner V2.
  • the multimode rectangular waveguide R can have a constant, stepped or continuously expanding cross-section to the horn. It can be very short or, if necessary, can be omitted entirely.
  • the ferromagnetic damping material then protrudes into the space in front of the aperture.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Bei der Anregung der H01-, H10-, H20- und H11E11-Moden durch zwei mittels eines Trennsteges (S) voneinander getrennten quadratischen Hohlleitern (Q1,Q2) in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter mit sich anschließendem Horn sind die Volumenbereiche (V1,V2) im Übergangsbereich der Hohlleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, ferromagnetischem Dämpfungsmaterial (D) ausgefüllt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen XPD-optimierten doppeltpolarisierten Breitbandwinkeldiversityerreger nach dem Mehrmodenprinzip mit einem quadratischen Horn mit Übergang auf Rechteckhohlleiter und einer Mehrtyp-Wellenleiterverzweigung mit einem Rechteckhohlleiter und zwei durch einen Trennsteg voneinander getrennten Quadrathohlleitern.
  • Das Mehrmodenprinzip der Anordnung ist in der Radartechnik zur Messung von Summen- und Differenzdiagrammen bekannt (vgl. hierzu das Radar-Handbuch von Skolnik, 1970 Mc Graw-Hill, Inc.) In dem Aufsatz "Doppelreflektor-Muschelantenne für Winkeldiversitybetrieb in zwei orthogonalen Polarisationen" von G. Mörz, K.-H. Mierzwiak, U. Mahr, erschienen im ITG Fachbericht Antennen 1990 Wiesbaden, VDE-Verlag Berlin, Seite 205 bis 209 ist z.B. eine Anwendung für Winkeldiversityantennen angegeben. Darin wird eine Muschelantenne mit Speisesystem beschrieben, die zum Winkeldiversity-Betrieb von Richtfunkstrecken geeignet ist und die neben den duallinearpolarisierten Summenkeulen noch zwei ebenfalls dual linearpolarisierte Diversitykeulen besitzt, die mit Hilfe von höheren Hohlleitermoden im Speisesystem erzeugt werden. Das Prinzip geht von einer korrigierenden Wirkung eines zentralen Stiftes im Bereich der Anregungszone eines Mehrmodenrechteckerregers aus. Dabei werden die Grenzfrequenzen verändert, wodurch sich eine Verbesserung der H₁₁E₁₁-Überlagerung zum linearpolarisierten Hybridmode einstellen läßt.
  • Durch den Einsatz von Winkeldiversity-Antennen nach dem Summen-Differenzdiagrammprinzip ist die Übertragungssicherheit von Richtfunkstrecken mit störender Mehrwegeausbreitung wirksam zu verbessern. Der übliche doppeltpolarisierte Erreger einer Spiegelantenne wird dabei durch einen Winkeldiversity-Erreger ersetzt, der für jede Polarisation simultan zwei mit unterschiedlicher Digrammcharakteristik aufgenommene Empfangssignale abgibt.
  • Figur 1 zeigt das Schaltprinzip der Winkeldiversity mit Kombinator. Der Erreger 1 einer einen Hauptreflektor 2 und einen Subreflektor 3 aufweisenden Antennenanordnung hat die Anschlüsse vertikale Polarisation (Summenausgang VS und Differenzausgang VD) und horizontale Polarisation (Summenausgang HS und Differenzausgang HD). Die Ausgänge VS und HS entsprechen den Anschlüssen einer üblichen doppeltpolarisierten Richtfunkantenne. Den Ausgängen VD und HD, den Diversityausgängen, ist jeweils ein Differenzdiagramm der Elevationsebene zugeordnet. Sind VS und VD sowie HS und HD jeweils über einen Maximum Power Kombinator KV und KH, denen in den einzelnen Zweigen jeweils Kanalweichen 5 und mit einer Trägerversorgung 7 verbundene Umsetzer 6 vorgeschaltet sind, so zeigen die resultierenden Ausgangssignale uH und uV der Kombinatoren 4 bei großen Phasenfehlern des Mehrwegefeldes im Bereich der Empfangsantennenapertur besseren Nutz-Störpegelabstand als vergleichbare Richtfunkantennensignale ohne Winkeldiversityschaltung. Da über die Kombinatoren ständig Summen- und Differenzsignale zu einem Empfangssignal kombiniert werden, sind auch die Störpegel der zugeordneten Kreuzpolarisation beider Ausgänge ständig "On Line". Deshalb ist es bei dual orthogonalpolarisierten Strecken erforderlich, sehr gute Kreuzpolarisationsentkopplungswerte der VS-, HS-Ausgänge und auch der Diversityausgänge VD, HD der Winkeldiversityantennen einzuhalten.
  • Die Anregung der erforderlichen linearpolarisierten Nutzmoden (H₀₁; H₁₀; H₁₁E₁₁; H₂₀) in einem gemeinsamen Rechteckhohlleiter durch zwei von einem schmalen Trennsteg getrennte Quadrathohlleiter (Figur 2a bis 2d zeigen die vier Feldzustände in den Quadrathohlleitern und danebenliegend im angrenzenden Rechteckhohlleiter) wäre bei geeigneter Querschnittsauslegung der Quadrat- und Rechteckhohlleiter mit der erforderlichen Güte möglich, wenn Sekundärstörungen vernachlässigt werden könnten.
  • Der polarisationstreuen Anregung ist jedoch eine massive Störung mit stark frequenzabhängigem Verhalten überlagert, die innerhalb erforderlicher Bandbreiten von B > 10% zu hohen Kreuzpolarisationsmaxima im räumlichen Diagramm (AZ/EL-Ebene) der Differenzausgänge führt. Besonders kritisch ist das Kreuzpolarisationsdiagramm des vertikalen Differenzausganges VD, dem die H₁₁E₁₁-Hybridwelle zugeordnet ist.
  • Die Ursache dieser Störung ist in folgendem zu sehen: Zum Einstellen der linearpolarisierten H₁₁E₁₁-Welle im Rechteckhohlleiter R sind genaue Relationen der Amplituden- und Phasenwerte der primär angeregten Einzelmoden E₁₁ und H₁₁ in der Anregungszone erforderlich. Ist diese Balance gestört, dann enthält das resultierende Aperturfeld des Erregers Kreuzpolarisationsanteile der typischen Verteilung von E₁₁- oder H₁₁-Wellen. Im räumlichen Fernfelddiagramm von E₁₁- oder H₁₁-Wellen. Im räumlichen Frenfelddiagramm der Winkeldiversityantenne bewirkt dies eine viel zu enge Azimutbreite des Raumwinkels mit ausreichender Kreuzpolarisationsdämpfung für den VD-Ausgang.
  • Da bei der Störung der linearpolarisierten Anregung der H₁₁E₁₁-Welle Leistung von Komponenten einer Polarisation auf die der orthogonalen Polarisation übertragen wird, sind als Ort der störenden Kopplungsströme Bereiche in der Geometrie der Übergangszone beteiligt, die Ströme beider Quadrat-Hohlleiter Q₁, Q₂, verkoppeln und durch Richtungswechsel der leitenden Flächen die Polarisation der verkoppelten Felder verändern. Bei der vorliegenden Anordnung sind dies in erster Linie die Ecken die das Ende der Trennwand zwischen den quadratischen Speisehohlleitern Q₁, Q₂ mit der Breitseite des Mehrmoden-Rechteckhohlleiters R verbinden. Ströme in den Ecken haben unmittelbaren Einfluß auf die Phase und Amplitude der H₁₁E₁₁-Anregung und damit auf die Güte der Balance.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art eine Lösung anzugeben, mit der diese Störungen in einfacher Weise beseitigt werden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß bei der Anregung der H₀₁-, H₁₀-, H₂₀- und H₁₁E₁₁-Moden durch die beiden quadratischen Hohlleiter in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter die Volumenbereiche im Übergangsbereich der Quadrathohlleiter auf den Rechteckhohlleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, streng lokal begrenztem ferromagnetischem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.
  • Damit wird eine hohe Dämpfung der Störströme erreicht, die nicht zu weit über die Ecken beiderseits des Trennsteges hinauswirkt, wobei der Feldwellenwiderstand des Dämpfungsmaterials nur wenig Reflexion im Hohlleiter verursacht. Störungen werden dadurch wirksam und selektiv unterdrückt, ohne daß die unvermeidbare Mitbedämpfung der Nutzmodenfelder im Rechteckhohlleiter R zu groß wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Ströme über die Dämpfung ihrer verkoppelten elektrischen und magnetischen Felder beseitigt. Ein Material mit den gewünschten Eigenschaften läßt sich z.B. durch Mischen von Karbonyleisen und verschiedenen Kunstharzen herstellen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 3
    eine schematische Darstellung des Hohlleiterübergangs mit Störströmen im Bereich der Ecken des Trennsteges und
    Figur 4
    das Dämpfungsmaterial im Bereich der Störströme.
  • In Figur 3 ist in einer Teildarstellung der Übergangsbereich der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ zum Mehrmoden-Rechteckhohlleiter R dargestellt, wobei die Hohlleiter strichliert gezeichnet sind. Zwischen den beiden Quadrathohlleitern Q₁, Q₂ befindet sich ein Trennsteg S. Die Volumenbereiche in den Ecken des Trennsteges S im Übergangsbereich der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ auf den Rechteckhohlleiter R sind mit V₁, V₂ bezeichnet und durch Kreise kenntlich gemacht. In diesen Ecken V₁, V₂ treten Störströme iSl, iSn auf, die in Längsrichtung und Querrichtung der Hohlleiter sowie in Richtung des Quersteges verlaufen (vgl. die eingezeichneten Pfeile in Figur 3).
  • Figur 4 zeigt in einer Teildarstellung mit gleicher Perspektive wie Figur 3 den Übergangsbereich zwischen den Quadrathohlleitern Q₁, Q₂ und dem Rechteckhohlleiter R, in dem ein den Quersteg S in den Eckbereichen umfassendes Dämpfungselement D angeordnet ist. Das Dämpfungselement D ist als flache Platte von U-förmiger Gestalt ausgebildet, und liegt mit einer Flachseite an der Breitseite des Rechteckhohlleiters R sowie an den angrenzenden Seiten der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ an. Die mittige Ausnehmung ist so ausgebildet, daß die beiden dadurch gebildeten Schenkel der U-Form den Quersteg S in seinem Endbereich umfassen. Das Dämpfungselement füllt jeweils ein kleines Volumen der Anregungszone im Bereich der Ecken V₁ und V₂ so aus, daß es in die beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ hineinreicht, einen Teil der Abrißkante des Trennsteges S umschließt und geringfügig in den Rechteckhohlleiter R ragt. Das sich dabei ergebende U-förmige Formteil besteht aus hochdämpfendem ferromagnetischem Material. In der Figur ist lediglich das eine, im Bereich der Ecke V₁ liegende Dämpfungselement dargestellt. Ein entsprechend ausgebildetes Dämpfungselement ist gegenüberliegend im Bereich der Ecke V₂ angeordnet. Der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter R kann dabei einen konstanten, gestuften oder stetig zum Horn sich erweiternden Querschnitt aufweisen. Er kann sehr kurz bemessen sein oder gegebenenfalls auch ganz entfallen. Das ferromagnetische Dämpfungsmaterial ragt dann in den Raum vor der Apertur hinein.

Claims (6)

  1. XPD-optimierter doppeltpolarisierter Breitbandwinkeldiversityerreger nach dem Mehrmodenprinzip mit einem quadratischen Horn mit Übergang auf Rechteckhohlleiter und einer Mehrtyp-Wellenleiterverzweigung mit einem Rechteckhohlleiter und zwei durch einen Trennsteg voneinander getrennten Quadrathohlleitern,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei der Anregung der H₀₁-, H₁₀-, H₂₀- und H₁₁E₁₁-Moden durch die beiden quadratischen Hohlleiter in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter die Volumenbereiche im Übergangsbereich der Quadrathohlleiter auf den Rechteckholleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, streng lokal begrenztem ferromagnetischem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.
  2. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Volumenbereiche in den Ecken beiderseits des Trennsteges symmetrisch so angeordnet sind, daß das Dämpfungsmaterial U-förmig die Eckenbereiche beider Quadrathohlleiter, einen geringen Teil des Mehrmoden-Rechteckholleiters sowie die Randbereiche des Trennsteges zwischen den Quadrathohlleitern einschließt.
  3. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen konstanten Querschnitt aufweist.
  4. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen sich stufenförmig zum Horn erweiternden Querschnitt aufweist.
  5. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen stetig zum Horn sich erweiternden Querschnitt aufweist.
  6. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter eine sehr geringe bis gegen Null gehende Länge aufweist und das ferromagnetische Dämpfungsmaterial dementsprechend in den Raum vor der Apertur hineinragt.
EP93108855A 1992-06-26 1993-06-02 XPD-optimierter Mehrmodenwinkeldiversityerreger Expired - Lifetime EP0575788B1 (de)

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DE4221122 1992-06-26
DE4221122 1992-06-26

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EP0575788B1 EP0575788B1 (de) 1997-03-19

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AU (1) AU659019B2 (de)
BR (1) BR9302665A (de)
DE (1) DE59305840D1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3088082A (en) * 1959-10-05 1963-04-30 Philco Corp Bandpass waveguide filter having iris and posts for resonating fundamental and vanes for absorbing harmonics
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Publication number Publication date
DE59305840D1 (de) 1997-04-24
AU659019B2 (en) 1995-05-04
BR9302665A (pt) 1994-01-11
AU4151693A (en) 1994-01-06
EP0575788B1 (de) 1997-03-19

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