EP0897197A2 - Polarisationweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder - Google Patents

Polarisationweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder Download PDF

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EP0897197A2
EP0897197A2 EP98401804A EP98401804A EP0897197A2 EP 0897197 A2 EP0897197 A2 EP 0897197A2 EP 98401804 A EP98401804 A EP 98401804A EP 98401804 A EP98401804 A EP 98401804A EP 0897197 A2 EP0897197 A2 EP 0897197A2
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waveguide
arms
frequency band
polarization
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Udo Dipl.-Ing. Seewig
Reimer Dr.-Ing. Nagel
Daniel Dr.-Ing. Wojtkowiak
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Alcatel Lucent SAS
Nokia Inc
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Alcatel SA
Nokia Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2131—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies with combining or separating polarisations

Definitions

  • the invention relates to a polarization switch for two different ones Frequency bands for illuminating an antenna with a parabolic reflector, consisting of a waveguide section in which two are perpendicular to each other per frequency band standing, linearly polarized waves are feasible, in which two per frequency band Waveguide with a rectangular cross section separated from one another and in the axial direction of the Waveguide section are offset from each other connected to the same, in which for the lower frequency band for each polarization direction directly to the waveguide Waveguide section is connected, in which each of the higher frequency band two waveguides from one connection point in two arms with the same rectangular cross-section is divided into two diametrically opposite positions in the Open waveguide section and at which the points where the arms for the two different polarization directions open into the waveguide section by 90 ° in The circumferential direction are offset from one another (EP 0 096 461 B1).
  • Polarization switches are used, for example, for the illumination of antennas Parabolic reflector used for directional radio, satellite radio or radio location. You can thereby for illuminating the reflector via a subreflector (for example Cassegrain principle) or for direct illumination of the same. "Illumination” is intended to mean both directions of transmission of the electromagnetic waves include, both waves to be emitted and to be received. In such Polarization switches become two linearly polarized, electromagnetic waves of the same Frequency band guided so that their polarization directions orthogonal to each other run. Then the two waves do not interfere. There are polarization switches for one Frequency band and known for two different frequency bands.
  • GB 2,117,980 A1 describes a polarization switch for two different ones Frequency bands It consists of two axially arranged one behind the other Sections with a circular cross-section and different inner diameters. Two each Waveguides are connected to one of these sections. The section with the larger one Inside diameter also has two different inside diameters, the two waveguides of this section in areas with different Open inside diameters. This polarization switch is only with great effort producible because the two different sized sections individually and under Compliance with the tightest tolerances must be put together.
  • the waveguides for the higher frequency band are divided into two arms from a connection point, the diametrically opposite points open into the waveguide section.
  • the connection point is designed as a T-shaped hybrid coupler and with two connections Mistake. In normal operation, one is connected to the hybrid coupler via a waveguide section connected connection of the respective waveguide coupled in phase. The other, Connection that is not in phase is covered by a short-circuit plate.
  • the structure of these Polarization switch very much in the part which concerns the higher frequency band complex. These parts also represent additional weights, so that the assembly of the Polarization switch on the reflector of an antenna is difficult.
  • the invention is based, the polarization switch described in the task to simplify their construction.
  • This polarization filter is not only in the range of the lower frequency band, but also in its part relating to the higher frequency band simply constructed. It is pro Polarization direction only one connection available for the respective waveguide, which is also the connection point. At this junction, which also functions as a The two arms are directly connected. One of the arms is in twisted its course by 180 °. It is therefore without additional material assured simple way. that the waves divided at the junction in phase in the waveguide section are fed so that they add together without interference. The The weight of this polarization switch is correspondingly low.
  • the shorter one is used instead of the word “polarization switch” Word “switch” used.
  • the switch can be used for both to be radiated by an antenna can also be used for waves to be received. For example, it is separate Guidance of waves of the frequency band 3.6 to 4.2 GHz on the one hand and the Frequency band 6.425 to 7.125 GHz on the other hand suitable. Of the two different frequency bands is the one with the lower frequencies than "Lower band” and that with the higher frequencies is referred to as "upper band”. In Fig. 1 is one Antenna shown with subreflector. The W switch can also be used for direct illumination an antenna can be used.
  • the waveguides 5 and 6 are provided for the lower band, while in the waveguides 7 and 8 the waves of the upper band are guided.
  • the four waveguides 5 to 8 have one rectangular cross section. For the sake of simplicity, they are not shown in FIG. 2.
  • the Soft W is equipped with four flanges 9, 10, 11 and 12, to each of which one of the Waveguide 5 to 8 is connected.
  • the feed horn 4 can be attached to the flange 13 become.
  • the switch W consists of an area 14 for the lower belt and an area 15 for the Upper band.
  • the area 14 is in the illustrated embodiment as a circular waveguide executed.
  • the waveguide 5 is on the flange 9 on the face of the switch W connected, while the waveguide 6 radially in the region 14 via the flange 10 flows into.
  • Circles 16 indicate short-circuiting and tuning elements which lead to interference-free propagation of the orthogonally polarized waves in the switch W is required are.
  • the area 15 of the switch W can also be designed as a circular waveguide.
  • the soft W could then be formed in one piece by a circular waveguide.
  • the region 15 has a square cross section. Between Areas 14 and 15 of the switch W are provided with a low-reflection transition 17. To the Area 15 is the waveguide 7 via the flange 11 and the waveguide 8 via the flange 12 connected.
  • the waves of the lower belt must also be guided in area 15 of the switch W, it has correspondingly large clear dimensions.
  • For the waves of the upper band is therefore a symmetrical connection is required so that no higher modes are excited.
  • Two of the connection point for the waveguide 7 formed by the flange 11 go for this Arms 18 and 19, the diametrically opposite positions in the two Open area 15 of the turnout W.
  • the arms 18 and 19 are rectangular waveguides executed. They have the same dimensions, i.e. the same cross section.
  • the arm 19 is in twisted its course by an angle of 180 °.
  • the arms 18 and 19 lie directly at their free ends with their large flat sides to each other. They are aligned with their ends that protrude into the flange 11. Of the Waveguide 7 is thus connected directly to the arms 18 and 19. Inside the flange 11 finds a power division of the waves fed via the waveguide 7 into two equally strong partial waves instead. They will perform equally well in arms 18 and 19 continued and because of the torsion of the arm 19 by 180 ° in phase in the area 15 the soft W fed. The two partial waves are added there. This Mode of operation of the two arms 18 and 19 applies analogously to the other Direction of transmission.
  • the arms 18 and 19 are designed as flat waveguides. You have preferred Embodiment the same width as the waveguide 7 to be connected to the flange 11, but only half the height of it. Both arms 18 and 19 are aligned at their end End faces flat on each other. When looking at the flange 11, this results in FIG. 3 shown image. This picture looks different if arms 18 and 19 are different Have dimensions, especially larger ones. For the arms 18 and 19 can also Flat waveguide with the dimensions of the waveguide 7 are used. In these cases adjust the transition area between the waveguide 7 and arms 18 and 19 so that none Reflections arise. In the region of the flange 11, the Arms 18 and 19 common capacitive and inductive tuning elements are attached.
  • Circles 22 and 23 are again used for interference-free propagation of the waves Voting elements indicated

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Es wird eine Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder zur Ausleuchtung einer Antenne mit parabolischem Reflektor angegeben. Sie besteht aus einem Hohlleiterabschnitt, in welchem pro Frequenzband zwei senkrecht aufeinander stehende, linear polarisierte Wellen führbar sind. Pro Frequenzband sind zwei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt getrennt voneinander und in Achsrichtung des Hohlleiterabschnitts gegeneinander versetzt an denselben angeschlossen. Für das niedrigere Frequenzband ist für jede Polarisationsrichtung jeweils ein Hohlleiter direkt an den Hohlleiterabschnitt angeschlossen, während für das höhere Frequenzband jeder der beiden Hohlhleiter ab einer Anschlußstelle (11,12) in zwei Arme (18,19,20,21) mit gleichem, rechteckigem Querschnitt aufgeteilt ist. Die Arme (18,19,20,21) münden jeweils an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Hohlleiterabschnitt ein. Diese Stellen sind für die beiden Polarisationsrichtungen um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Zur Vereinfachung des für das höhere Frequenzband vorgesehenen Teils liegen an jeder der beiden Anschlußstellen (11,12) die beiden Arme (18,19,20,21) mit ihren breiteren Flachseiten derart direkt aneinander, daß ihre stirnseitigen Enden zum Anschluß des jeweiligen Hohlleiters (7,8) miteinander fluchten. Außderdem ist jeweils einer der Arme (19,21) der beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in seinem Verlauf um einen Winkel von 180 ° tordiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder zur Ausleuchtung einer Antenne mit parabolischem Reflektor, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt, in welchem pro Frequenzband zwei senkrecht aufeinander stehende, linear polarisierte Wellen führbar sind, bei welcher pro Frequenzband zwei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt getrennt voneinander und in Achsrichtung des Hohlleiterabschnitts gegeneinander versetzt an denselben angeschlossen sind, bei welcher für das niedrigere Frequenzband für jede Polarisationsrichtung jeweils ein Hohlleiter direkt an den Hohlleiterabschnitt angeschlossen ist, bei welcher für das höhere Frequenzband jeder der beiden Hohlleiter ab einer Anschlußstelle in zwei Arme mit gleichem, rechteckigem Querschnitt aufgeteilt ist, die an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Hohlleiterabschnitt einmünden und bei welcher die Stellen, an denen die Arme für die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in den Hohlleiterabschnitt einmünden, um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind (EP 0 096 461 B1).
Polarisationsweichen werden beispielsweise für die Ausleuchtung von Antennen mit parabolischem Reflektor für Richtfunk, Satellitenfunk oder Funkortung verwendet. Sie können dabei zur Ausleuchtung des Reflektors über einen Subreflektor (beispielsweise Cassegrainprinzip) oder auch zur direkten Ausleuchtung desselben eingesetzt werden. ,,Ausleuchtung" soll dabei beide Ubertragungsrichtungen der elektromagnetischen Wellen umfassen, also sowohl abzustrahlende als auch zu empfangende Wellen. In solchen Polarisationsweichen werden zwei linear polarisierte, elektromagnetische Wellen des gleichen Frequenzbandes so geführt, daß ihre Polarisationsrichtungen orthogonal zueinander verlaufen. Die beiden Wellen stören sich dann nicht. Es sind Polarisationsweichen für ein Frequenzband und für zwei unterschiedliche Frequenzbänder bekannt.
Die GB 2,117,980 A1 beschreibt eine Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder Sie besteht aus zwei in axialer Richtung direkt hintereinander angeordneten Abschnitten mit kreisrundem Querschnitt und unterschiedlichen Innendurchmessern. Je zwei Hohlleiter sind an je einen dieser Abschnitte angeschlossen. Der Abschnitt mit dem größeren Innendurchmesser hat in sich außerdem auch noch zwei unterschiedliche Innendurchmesser, wobei die beiden Hohlleiter dieses Abschnitts in Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern einmünden. Diese Polarisationsweiche ist nur mit großem Aufwand herstellbar, weil die beiden unterschiedlich bemessenen Abschnitte einzeln und unter Einhaltung engster Toleranzen zusammengefügt werden müssen.
Bei der bekannten Polarisationsweiche nach der eingangs erwähnten EP 0 096 461 B1 sind die Hohlleiter für das höhere Frequenzband ab einer Anschlußstelle in zwei Arme aufgeteilt, die an einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Hohlleiterabschnitt einmünden. Die Anschlußstelle ist als T-förmiger Hybridkoppler ausgebildet und mit zwei Anschlüssen versehen. Im Normalbetrieb wird an den einen, über ein Hohlleiterstück mit dem Hybridkoppler verbundenen Anschluß der jeweilige Hohlleiter in Phase liegend angekoppelt. Der andere, nicht in Phase liegende Anschluß ist durch eine Kurzschlußplatte abgedeckt. Durch die beiden Hybridkoppler mit angeschlossenem Hohlleiterstück und die beiden zusätzlichen, beispielsweise durch Kurzschlußplatten abzudeckenden Anschlüsse, wird der Aufbau dieser Polarisationsweiche besonders in dem das höhere Frequenzband betreffenden Teil sehr aufwendig. Diese Teile stellen außerdem zusätzliche Gewichte dar, so daß die Montage der Polarisationsweiche am Reflektor einer Antenne erschwert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Polarisationsweiche in ihrem Aufbau zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
  • daß an jeder der beiden Anschlußstellen die beiden Arme mit ihren breiteren Flachseiten derart direkt aneinander liegen, daß ihre stirnseitigen Enden zum Anschluß des jeweiligen Hohlleiters miteinander fluchten und
  • daß jeweils einer der Arme der beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in seinem Verlauf um einen Winkel von 180° tordiert ist
Diese Polarisationsweiche ist nicht nur im Bereich des niedrigeren Frequenzbandes, sondern auch in ihrem das höhere Frequenzband betreffenden Teil einfach aufgebaut Es ist pro Polarisationsrichtung nur ein Anschluß für den jeweiligen Hohlleiter vorhanden, welcher gleichzeitig Anschlußstelle ist. An diese Anschlußstelle, die auch die Funktion eines Leistungsteilers hat sind die beiden Arme direkt angeschlossen. Jeweils einer der Arme ist in seinem Verlauf um 180° tordiert. Es ist dadurch ohne zusätzlichen Materialaufwand auf einfache Weise sichergestellt. daß die an der Anschlußstelle geteilten Wellen phasengleich in den Hohlleiterabschnitt eingespeist werden, so daß sie sich störungsfrei addieren. Das Gewicht dieser Polarisationsweiche ist entsprechend gering.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1
in schematischer Darstellung eine Antenne mit Subreflektor und Polarisationsweiche.
Fig. 2
eine perspektivische Ansicht der Polarisationsweiche nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung.
Fig. 3
eine Draufsicht auf eine Anschlußstelle der Polarisationsweiche nach Fig. 2 in weiter vergrößerter Darstellung.
Im folgenden wird der Einfacheit halber statt des Wortes ,,Polarisationsweiche" das kürzere Wort "Weiche" verwendet. Die Weiche kann sowohl für von einer Antenne abzustrahlende als auch für zu empfangende Wellen verwendet werden. Sie ist beispielweise zur getrennten Führung von Wellen des Frequenzbandes 3,6 bis 4,2 GHz einerseits und des Frequenzbandes 6,425 bis 7,125 GHz andererseits geeignet. Von den beiden unterschiedlichen Frequenzbändern wird im folgenden das mit den niedrigeren Frequenzen als ,,Unterband" und das mit den höheren Frequenzen als "Oberband" bezeichnet. In Fig. 1 ist eine Antenne mit Subreflektor dargestellt. Die Weiche W kann aber auch zur direkten Ausleuchtung einer Antenne eingesetzt werden.
Mit 1 ist der parabolische Reflektor einer Antenne bezeichnet, an dem über Haltelemente 2 ein Subreflektor 3 befestigt ist. Zentral im Reflektor 1 ist eine Weiche W angebracht, die als Hohlleiterabschnitt ausgebildet ist. Auf der dem Reflektor 1 zugewandten Seite ist an dem Hohlleiterabschnitt ein Speisehorn 4 angebracht. An den Hohlleiterabschnitt sind vier Hohlleiter 5, 6, 7 und 8 angeschlossen. Montage und Anordnung der Einzelteile der Antenne sind bekannter Stand der Technik. Es wird daher nicht genauer darauf eingegangen.
Die Hohlleiter 5 und 6 sind für das Unterband vorgesehen, während in den Hohlleitern 7 und 8 die Wellen des Oberbandes geführt werden. Die vier Hohlleiter 5 bis 8 haben einen rechteckigen Querschnitt. Sie sind in Fig. 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Weiche W ist mit vier Flanschen 9, 10, 11 und 12 ausgerüstet, an welche jeweils einer der Hohlleiter 5 bis 8 angeschlossen wird. Am Flansch 13 kann das Speisehorn 4 angebracht werden.
Die Weiche W besteht aus einem Bereich 14 für das Unterband und einem Bereich 15 für das Oberband. Der Bereich 14 ist im dargestellten Ausführungsbeipiel als Rundhohlleiter ausgeführt. Der Hohlleiter 5 ist über den Flansch 9 stirnseitig an die Weiche W angeschlossen, während der Hohlleiter 6 über den Flansch 10 radial in deren Bereich 14 einmündet. Durch Kreise 16 sind Kurzschluß- und Abstimmelemente angedeutet, die zur störungsfreien Ausbreitung der orthogonal polarisierten Wellen in der Weiche W erforderlich sind.
Der Bereich 15 der Weiche W kann ebenfalls als Rundhohlleiter ausgeführt sein. Die Weiche W könnte dann einteilig durch einen kreisrunden Hohlleiter gebildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Bereich 15 einen quadratischen Querschnitt. Zwischen den Bereichen 14 und 15 der Weiche W ist ein reflexionsarmer Übergang 17 angebracht. An den Bereich 15 sind der Hohlleiter 7 über den Flansch 11 und der Hohlleiter 8 über den Flansch 12 angeschlossen.
Da auch im Bereich 15 der Weiche W die Wellen des Unterbandes geführt werden müssen, hat derselbe entsprechend große lichte Abmessungen. Für die Wellen des Oberbandes ist daher ein symmetrischer Anschluß erforderlich, damit keine höheren Moden angeregt werden. Von der durch den Flansch 11 gebildeten Anschlußstelle für den Hohlleiter 7 gehen dafür zwei Arme 18 und 19 aus, die an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Bereich 15 der Weiche W einmünden. Die Arme 18 und 19 sind als rechteckige Hohlleiter ausgeführt. Sie haben gleiche Abmessungen, also den gleichen Querschnitt. Der Arm 19 ist in seinem Verlauf um einen Winkel von 180° tordiert.
An ihren freien Enden liegen die Arme 18 und 19 mit ihren großen Flachseiten direkt aneinander. Sie fluchten mit ihren stirnseitigen Enden, die in den Flansch 11 hineinragen. Der Hohlleiter 7 wird damit direkt an die Arme 18 und 19 angeschlossen. Innerhalb des Flansches 11 findet eine Leistungsaufteilung der über den Hohlleiter 7 zugeführten Wellen in zwei gleichstarke Teilwellen statt. Sie werden mit gleicher Leistung in den Armen 18 und 19 weitergeführt und wegen der Torsion des Armes 19 um 180° phasengleich in den Bereich 15 der Weiche W eingespeist. Dort findet eine Addition der beiden Teilwellen statt. Diese Wirkungsweise der beiden Arme 18 und 19 gilt analog auch für die andere Übertragungsrichtung.
Die Arme 18 und 19 sind als Flachhohlleiter ausgeführt. Sie haben in bevorzugter Ausführungsform die gleiche Breite wie der am Flansch 11 anzuschließende Hohlleiter 7, aber nur die halbe Höhe desselben. Beide Arme 18 und 19 liegen an ihrem Ende mit fluchtenden Stirnseiten flach aufeinander. Es ergibt sich bei einem Blick auf den Flansch 11 das in Fig. 3 dargestellte Bild. Dieses Bild sieht dann anders aus, wenn die Arme 18 und 19 andere Abmessungen haben, insbesondere größere. Für die Arme 18 und 19 können dann auch Flachhohlleiter mit den Abmessungen des Hohlleiters 7 eingesetzt werden. In diesen Fällen ist der Übergangsbereich zwischen Hohlleiter 7 und Armen 18 und 19 so anzupassen, daß keine Reflexionen entstehen. Im Bereich des Flansches 11 können in allen Ausführungsformen der Arme 18 und 19 übliche kapazitive und induktive Abstimmelemente angebracht werden.
Vom Flansch 12, an den der Hohlleiter 8 angeschlossen wird, gehen die beiden Arme 20 und 21 aus. Der Arm 21 ist in seinem Verlauf um 180° tordiert. Die Arme 20 und 21 münden an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Bereich 15 der Weiche W. Diese Stellen sind gegenüber den Stellen, an denen die Arme 18 und 19 in den Bereich 15 einmünden; in Achsrichtung der Weiche W und um 90° in Umfangsrichtung versetzt. Die Wirkungsweise der Arme 20 und 21 und ihre Anordnung im Flansch 12 sind die gleichen wie für die Arme 18 und 19 beschrieben.
Durch die Kreise 22 und 23 sind wieder der störungsfreien Ausbreitung der Wellen dienende Abstimmelemente angedeutet

Claims (3)

  1. Polarisationsweiche für zwei unterschiedliche Frequenzbänder zur Ausleuchtung einer Antenne mit parabolischem Reflektor, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt, in welchem pro Frequenzband zwei senkrecht aufeinander stehende, linear polarisierte Wellen führbar sind, bei welcher pro Frequenzband zwei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt getrennt voneinander und in Achsrichtung des Hohlleiterabschnitts gegeneinander versetzt an denselben angeschlossen sind, bei welcher für das niedrigere Frequenzband für jede Polarisationsrichtung jeweils ein Hohlleiter direkt an den Hohlleiterabschnitt angeschlossen ist, bei welcher für das höhere Frequenzband jeder der beiden Hohlhleiter ab einer Anschlußstelle in zwei Arme mit gleichem, rechteckigem Querschnitt aufgeteilt ist, die an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen in den Hohlleiterabschnitt einmünden und bei welcher die Stellen, an denen die Arme für die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in den Hohlleiterabschnitt einmünden, um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet,
    daß an jeder der beiden Anschlußstellen (11,12) die beiden Arme (18,19,20,21) mit ihren breiteren Flachseiten derart direkt aneinander liegen, daß ihre stirnseitigen Enden zum Anschluß des jeweiligen Hohlleiters (7,8) miteinander fluchten und
    daß jeweils einer der Arme (19,21) der beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in seinem Verlauf um einen Winkel von 180 ° tordiert ist.
  2. Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt durchgehend einen kreisrunden Querschnitt hat.
  3. Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt im Bereich des niedrigeren Frequenzbandes einen kreisrunden und im Bereich des höheren Frequenzbandes einen quadratischen Querschnitt hat. mit einem reflexionsarmen Übergang (17) zwischen den beiden unterschiedlichen Querschnittsformen.
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