EP2535978A1 - Orthomodenkoppler für ein Antennensystem - Google Patents

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EP2535978A1
EP2535978A1 EP12004512A EP12004512A EP2535978A1 EP 2535978 A1 EP2535978 A1 EP 2535978A1 EP 12004512 A EP12004512 A EP 12004512A EP 12004512 A EP12004512 A EP 12004512A EP 2535978 A1 EP2535978 A1 EP 2535978A1
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EP
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polarizer
axis
signal
waveguide
signal waveguide
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Helmut Wolf
Michael Dr. Schneider
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Airbus DS GmbH
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Astrium GmbH
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    • H01P1/165—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation
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    • H01P1/173—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation for producing a continuously rotating polarisation, e.g. circular polarisation using a conductive element

Definitions

  • the invention relates to a Orthomodenkoppler for an antenna system, in particular for a multifeed antenna.
  • the orthomode coupler includes a first signal waveguide for a first RF signal that can propagate in the first signal waveguide along a first axis. It includes a second signal waveguide for a second RF signal which is propagatable in the second signal waveguide along a second axis, the second axis being parallel to the first axis.
  • a Septumpolarisator open the first and the second signal waveguide.
  • a transmit and receive signal can propagate along a third axis of a common signal waveguide of the orthomode coupler, the third axis being parallel to the first and second axes, the common signal waveguide being coupled to the septum polarizer.
  • Orthomode couplers separate or combine two orthogonal, linearly polarized waves.
  • the first and the second signal waveguide which are also referred to as Suitehohlleiter, are usually perpendicular to each other.
  • the orthogonal arrangement of the feed waveguide which are usually formed as a rectangular waveguide, is due to the assignment to mutually orthogonal polarizations at the common gate (the common signal waveguide) justified.
  • Orthomodenkoppler used in a multifeed antenna system a high packing density of Orthormenkopplers is required, whereby a parallel arrangement of its feed hollow conductor is advantageous or even mandatory.
  • the problem with the parallel guidance of the feed waveguide is to ensure the polarization purity over the widest possible bandwidth.
  • Orthomodenkoppler which has parallel arranged rectangular feed hollow conductor. Due to the parallel arrangement of the feed waveguide, this orthomode coupler can be easily integrated into multifeed antenna systems.
  • a disadvantage of the Orthomodenkoppler described in the publication is its low bandwidth. Furthermore, its polarization is tilted by 45 ° with respect to the field strength vectors in the signal waveguides. This tilting by 45 ° makes the direct connection of a distribution network difficult and possibly makes the use of so-called twists necessary.
  • the invention provides a Orthomodenkoppler for an antenna system, in particular for a multifeed antenna.
  • the orthomode coupler includes: a first signal waveguide for a first RF signal that is propagatable in the first signal waveguide along a first axis; a second signal waveguide for a second RF signal which is propagatable in the second signal waveguide along a second axis, the second axis being parallel to the first axis; a Septumpolarisator, in which the first and the second signal waveguide open; and a common signal waveguide having a third axis along which a transmit and receive signal can propagate, the third axis being parallel to the first and second axes, and wherein the common signal waveguide is coupled to the septum polarizer.
  • the common signal waveguide comprises a further polarizer.
  • the orthomode coupler according to the invention thus combines a septum polarizer with a further polarizer.
  • a circularly polarized wave is first generated by the Septumpolarisator. This is done by the polarizer converted into a linearly polarized wave.
  • the polarizer In the case of reception, the polarizer generates a circularly polarized wave from a linearly polarized wave.
  • the Septumpolarisator generated from the circularly polarized wave, a linearly polarized wave. This makes it possible to arbitrarily set the direction of the polarization vector.
  • the combination achieves high cross-polarization rejection over a high bandwidth.
  • the orthomode coupler according to the invention provides a high degree of polarization purity.
  • the first RF signal in the first signal waveguide and the second RF signal in the second signal waveguide are polarized orthogonal to one another.
  • the further polarizer can optionally be designed as a groove polarizer, as a bar polarizer or as a post polarizer.
  • the cross section of the further polarizer can optionally be round or rectangular.
  • the Septumpolarisator and the further polarizer are connected to each other via a coupling element.
  • the coupling element has a round cross section, so that the Septumpolarisator and the further polarizer are rotated about its central axis against each other. By a rotation of the other polarizer about its central axis, the direction of the polarization vector can be set arbitrarily in a simple manner.
  • the Orthomodenkoppler invention is formed by the combination of the Septumpolarisators with another polarizer such that the frequency response of the Septumpolarisators is partially compensated by the frequency response of the other polarizer. Due to the mutual compensation of the frequency response of Septumpolarisator and the other polarizer are the Bandwidth and the polarization purity compared to the known from the prior art solutions significantly improved.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of a Orthomodenkopplers invention 100 for an antenna system.
  • the orthomode coupler can be used in a multifeed antenna system.
  • the Orthomodenkoppler two signal waveguides 1, 2 with mutually parallel axes and each having a rectangular cross-section along which respective orthogonal polarized RF signals can propagate.
  • the signal waveguides 1, 2 open into a Septumpolarisator 30 with also rectangular cross-section. From the cut representation in Fig. 2 shows that a septum 31 of the Septumpolarisators 30 is stepped. The septum 31 separates the housing of the Septumpolarisators 30 into two equal chambers.
  • the Septumpolarisator 30 is connected via a coupling element 20 which has a substantially rectangular cross-sectional shape, in accordance with the invention with a further polarizer 10 with a round cross-section, which opens into or forms a common signal waveguide.
  • the further polarizer 10 is round in cross-section and in this embodiment designed as a groove polarizer.
  • the further polarizer 10 could be designed as a bar polarizer or post polarizer or other polarizer having the properties below.
  • the cross section of the coupling element 20 could also be round. In this way, the Septumpolarisator and the other polarizer can be easily rotated against each other, wherein a rotation about the center axis of the other polarizer 10 takes place. As a result, a polarization vector can be set arbitrarily.
  • the orthomode coupler 100 is thus based on the combination of a septum polarizer 30 and a further polarizer 10.
  • a circularly polarized wave is first generated in the transmission case by the septum polarizer 30. This is converted by the polarizer 10 in a linearly polarized wave.
  • the polarizer 10 In the case of reception, the polarizer 10 generates a circularly polarized wave from a linearly polarized wave, wherein the septum polarizer 30 in turn generates a linearly polarized wave from the circularly polarized wave.
  • Another effect of the orthomode coupler according to the invention is that the frequency response of the septum polarizer is partially compensated by the frequency response of the other polarizer. This will be a high Cross polarization suppression achieved over a much higher bandwidth than is the case with Orthomodenkopplem with parallel signal waveguide different type.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the performance data of the orthomode coupler 100 according to the invention are shown.
  • the abscissa shows a frequency ratio f / fc.
  • the ordinate shows the scattering parameters in dB.
  • K1 denotes the cross polarization.
  • K2 indicates the isolation.
  • K3 illustrates the backscatter.

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Orthomodenkoppler (100) für ein Antennensystem, insbesondere für eine Multifeed-Antenne. Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler umfasst einen ersten Signalhohlleiter (1) für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann, sowie einen zweiten Signalhohlleiter (2) für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Orthomodenkoppler einen Septumpolarisator (30), in den der erste und der zweite Signalhohlleiter (1, 2) münden, und einen gemeinsamen Signalhohleiter (3) mit einer dritten Achse längs der sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten kann, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, und wobei der gemeinsame Signalhohlleiter (3) mit dem Septumpolarisator (30) gekoppelt ist. Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler zeichnet sich dadurch aus, dass der gemeinsame Signalhohlleiter (3) einen weiteren Polarisator (10) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Orthomodenkoppler für ein Antennensystem, insbesondere für eine Multifeed-Antenne. Der Orthomodenkoppler umfasst einen ersten Signalhohlleiter für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann. Er umfasst einen zweiten Signalhohlleiter für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist. In einen Septumpolarisator münden der erste und der zweite Signalhohlleiter. Längs einer dritten Achse eines gemeinsamen Signalhohlleiters des Orthomodenkopplers kann sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, wobei der gemeinsame Signalhohlleiter mit dem Septumpolarisator gekoppelt ist.
  • Orthomodenkoppler trennen bzw. kombinieren zwei orthogonal, linear polarisierte Wellen. Der erste und der zweite Signalhohlleiter, welche auch als Speisehohlleiter bezeichnet werden, stehen dabei üblicherweise senkrecht aufeinander. Die orthogonale Anordnung der Speisehohlleiter, welche üblicherweise als Rechteckhohlleiter ausgebildet sind, ist durch die Zuordnung zu zueinander orthogonalen Polarisationen am gemeinsamen Tor (dem gemeinsamen Signalhohlleiter) begründet.
  • Wird der Orthomodenkoppler in einem Multifeed-Antennensystem eingesetzt, ist eine hohe Packungsdichte des Orthomodenkopplers erforderlich, wodurch eine parallele Anordnung seiner Speisehohlleiter von Vorteil oder sogar zwingend ist. Problematisch bei der parallelen Führung der Speisehohlleiter ist jedoch, die Polarisationsreinheit über eine möglichst große Bandbreite sicherzustellen.
  • Aus P. Sarasa, M. Diaz-Martin, J.-C. Angevain, C. Mangenot: "New Compact OMT Based on a Septum Solution for Telecom Applications", 32nd ESA Antenna Workshop, 2010, ist ein Orthomodenkoppler bekannt, welcher parallel angeordnete rechteckige Speisehohlleiter aufweist. Aufgrund der parallelen Anordnung der Speisehohlleiter lässt sich dieser Orthomodenkoppler problemlos in Multifeed-Antennensysteme integrieren. Nachteilig an dem in der Veröffentlichung beschriebenen Orthomodenkoppler ist seine geringe Bandbreite. Ferner ist seine Polarisation um 45° gegenüber den Feldstärkevektoren in den Signalhohlleitern gekippt. Diese Kippung um 45° erschwert den direkten Anschluss eines Verteilnetzwerks und macht gegebenenfalls den Einsatz sog. Twists erforderlich.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Orthomodenkoppler anzugeben, bei dem eine hohe Bandbreite und eine hohe Polarisationsreinheit im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten erzielbar ist.
  • Die Erfindung schafft einen Orthomodenkoppler für ein Antennensystem, insbesondere für eine Multifeed-Antenne. Der Orthomodenkoppler umfasst: einen ersten Signalhohlleiter für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann; einen zweiten Signalhohlleiter für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist; einen Septumpolarisator, in den der erste und der zweite Signalhohlleiter münden; und einen gemeinsamen Signalhohlleiter mit einer dritten Achse längs der sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten kann, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, und wobei der gemeinsame Signalhohlleiter mit dem Septumpolarisator gekoppelt ist. Erfindungsgemäß umfasst der gemeinsame Signalhohlleiter einen weiteren Polarisator.
  • Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler kombiniert somit einen Septumpolarisator mit einem weiteren Polarisator. Im Sendefall wird durch den Septumpolarisator zunächst eine zirkular polarisierte Welle erzeugt. Diese wird durch den Polarisator in eine linear polarisierte Welle überführt. Im Empfangsfall erzeugt der Polarisator aus einer linear polarisierten Welle eine zirkular polarisierte Welle. Der Septumpolarisator erzeugt aus der zirkular polarisierten Welle eine linear polarisierte Welle. Hierdurch ist es möglich, die Richtung des Polarisationsvektors beliebig einzustellen. Darüber hinaus wird durch die Kombination eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über eine hohe Bandbreite erzielt. Ebenso stellt der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler eine hohe Polarisationsreinheit zur Verfügung.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste RF-Signal in dem ersten Signalhohlleiter und das zweite RF-Signal in dem zweiten Signalhohlleiter orthogonal zueinander polarisiert sind. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass den Eingängen des Septumpolarisators zueinander orthogonale Polarisationen zugeordnet sind.
  • Der weitere Polarisator kann wahlweise als Rillenpolarisator, als Stegpolarisator oder als Pfostenpolarisator ausgebildet sein. Der Querschnitt des weiteren Polarisators kann wahlweise rund oder rechteckig ausgebildet sein.
  • Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der Septumpolarisator und der weitere Polarisator über ein Koppelelement miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Koppelelement einen runden Querschnitt aufweist, so dass der Septumpolarisator und der weitere Polarisator um seine Mittelachse gegeneinander verdrehbar sind. Durch eine Drehung des weiteren Polarisators um seine Mittelachse kann die Richtung des Polarisationsvektors auf einfache Weise beliebig eingestellt werden.
  • Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler ist durch die Kombination des Septumpolarisators mit einem weiteren Polarisator derart ausgebildet, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert ist. Durch die gegenseitige Kompensation des Frequenzgangs von Septumpolarisator und dem weiteren Polarisator werden die Bandbreite und die Polarisationsreinheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erheblich verbessert.
  • Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers,
    Fig. 2
    eine geschnittene, perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers aus Fig. 1, und
    Fig. 3
    ein Diagramm, welches die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers illustriert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 für ein Antennensystem. Insbesondere kann aufgrund der kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 der Orthomodenkoppler in einem Multifeed-Antennensystem eingesetzt werden.
  • In bekannter Weise weist der Orthomodenkoppler zwei Signalhohlleiter 1, 2 mit zueinander parallel ausgerichteten Achsen und mit jeweils rechteckigem Querschnitt auf, längs denen sich jeweilige, orthogonal zueinander polarisierte RF-Signale ausbreiten können. Die Signalhohlleiter 1, 2 münden in einen Septumpolarisator 30 mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt. Aus der geschnittenen Darstellung in Fig. 2 geht hervor, dass ein Septum 31 des Septumpolarisators 30 gestuft ausgebildet ist. Das Septum 31 trennt das Gehäuse des Septumpolarisators 30 in zwei gleich große Kammern. Der Septumpolarisator 30 ist über ein Koppelelement 20, das eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist, in erfindungsgemäßer Weise mit einem weiteren Polarisator 10 mit rundem Querschnitt, welcher in einen gemeinsamen Signalhohlleiter mündet oder diesen ausbildet, gekoppelt. Der weitere Polarisator 10 ist im Querschnitt rund und in diesem Ausführungsbeispiel als Rillenpolarisator ausgebildet. Ebenso könnte der weitere Polarisator 10 als Stegpolarisator oder Pfostenpolarisator oder sonstiger Polarisator ausgeführt sein, der die unten stehenden Eigenschaften aufweist.
  • In einer ebenfalls figürlich nicht dargestellten Ausführungsvariante könnte der Querschnitt des Koppelelements 20 auch rund sein. Hierdurch können der Septumpolarisator und der weitere Polarisator auf einfache Weise gegeneinander verdreht werden, wobei eine Verdrehung um die Mittelachse des weiteren Polarisators 10 erfolgt. Hierdurch kann ein Polarisationsvektor beliebig eingestellt werden.
  • Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler 100 basiert somit auf der Kombination eines Septumpolarisators 30 und eines weiteren Polarisators 10. Durch diese Kombination wird im Sendefall durch den Septumpolarisator 30 zunächst eine zirkular polarisierte Welle erzeugt. Diese wird durch den Polarisator 10 in eine linear polarisierte Welle überführt. Im Empfangsfall erzeugt der Polarisator 10 aus einer linear polarisierten Welle eine zirkular polarisierte Welle, wobei der Septumpolarisator 30 aus der zirkular polarisierten Welle wiederum eine linear polarisierte Welle erzeugt.
  • Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass zum einen die Richtung des Polarisationsvektors beliebig eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird durch die gegenseitige Kompensation des Frequenzgangs des Septumpolarisators 30 und des weiteren Polarisators 10 die Bandbreite und die Polarisationsreinheit erheblich gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Orthomodenkopplern erhöht.
  • Ein weiterer Effekt des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers besteht darin, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert wird. Hierdurch wird eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über einer deutlich höheren Bandbreite erreicht, als dies bei Orthomodenkopplem mit parallelen Signalhohlleitem anderer Bauart der Fall ist.
  • Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 dargestellt sind. Auf der Abszisse ist ein Frequenzverhältnis f/fc dargestellt. Auf der Ordinate sind die Streuparameter in dB dargestellt. K1 bezeichnet die Kreuzpolarisation. K2 kennzeichnet die Isolation. K3 illustriert die Rückstreuung.
  • Die gegenüber bekannten Lösungen verbesserten Eigenschaften des Orthomodenkopplers bei gleichzeitig geringem Bauraum resultieren daraus, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert wird. Hierdurch wird eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über einer höheren Bandbreite im Vergleich zu dem Orthomodenkoppler nach Sarasa et al. erzielt.

Claims (7)

  1. Orthomodenkoppler für ein Antennensystem, insbesondere eine Multifeed-Antenne, umfassend
    - einen ersten Signalhohlleiter (1) für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann;
    - einen zweiten Signalhohlleiter (2) für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist;
    - einen Septumpolarisator (30), in den der erste und der zweite Signalhohlleiter(1, 2) münden;
    - einen gemeinsamen Signalhohleiter (3) mit einer dritten Achse längs der sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten kann, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, und wobei der gemeinsame Signalhohlleiter (3) mit dem Septumpolarisator (30) gekoppelt ist;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der gemeinsame Signalhohlleiter (3) einen weiteren Polarisator (10) umfasst.
  2. Orthomodenkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste RF-Signal in dem ersten Signalhohlleiter (1) und das zweite RF-Signal in dem zweiten Signalhohlleiter (1) orthogonal zueinander polarisiert sind.
  3. Orthomodenkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Polarisator (10) als Rillenpolarisator, als Stegpolarisator oder als Pfostenpolarisator ausgeführt ist.
  4. Orthomodenkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des weiteren Polarisators (10) rund oder rechteckig ist.
  5. Orthomodenkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Septumpolarisator (30) und der weitere Polarisator (10) über ein Koppelelement (20) miteinander verbunden sind.
  6. Orthomodenkoppler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20) einen runden Querschnitt aufweist, so dass der Septumpolarisator (30) und der weitere Polarisator (10) um seine Mittelachse gegeneinander verdrehbar sind.
  7. Orthomodenkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser derart ausgebildet ist, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators (30) durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators (10) teilweise kompensiert ist.
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