NL8300967A

NL8300967A - Golfgeleiderinrichting voor het scheiden van radiofrequente signalen met verschillende frequentie en polarisatie.

Info

Publication number: NL8300967A
Application number: NL8300967A
Authority: NL
Original assignee: Sip
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1983-03-17
Publication date: 1983-10-17
Also published as: JPH0147044B2; FR2524209B1; US4498062A; FR2524209A1; GB2117980B; JPS58172002A; IT1155664B; DE3310095A1; GB2117980A; IT8267377A0; CA1187568A; NL186127C; DE3310095C2; GB8306913D0

Description

Lx 61*H

Golfgeleiderinriehting voor het scheiden van radiofrequente signalen met verschillende frequentie en polarisatie·

De uitvinding heeft betrekking op mikrogolf-overdracht-stelsels, en in het bijzonder op een golfgeleiderinriehting, die geschikt is voor het scheiden van radiofrequente signalen met verschillende frequentie en polarisatie.

5 Om de capaciteit van een overdrachtkanaal tussen aardse radioverbindingsstations of aardse stations en verbindingssatellie-ten te vergroten, wordt het steeds meer gebruikelijk gelijktijdig vier radiofrequente draaggolven van punt tot punt te gebruiken. Elke draaggolf heeft een eigen frequentie en polarisatie, en wordt samen i 10 met de anderen ontvangen of uitgezonden door middel van een enkele antenne met reflector met geschikte eigenschappen.

De draaggolven worden gewoonlijk van elkaar gescheiden met behulp van golfgeleiderinrichtingen, die deel uitmaken van de antenne, waarna de overeenkomstige signalen over afzonderlijke golf-15 geleiders naar de toestellen van het station worden gezonden.

Dergelijke inrichtingen moeten gelijktijdig aan twee eisen voldoen: enerzijds moeten deze een goede overdracht van het door de antennes ontvangen radiofrequente signaal met de desbetreffende uitgang, en anderzijds een goede ontkoppeling tussen de vier aan de 20 uitgangen aanwezige signalen verzekeren.

In de nu gangbare stelsels is de draaggolfscheiding tot stand gebracht door het gebruik van twee verschillende toevoerhoorns met terugkaatsende oppervlakken van de dichroitische soort, of door het gebruik van stroomafwaarts van een enkelvoudige toevoerhoorn 25 geplaatste inrichtingen.

ïn stelsels, waarbij de scheiding stroomafwaarts van de hoorn plaatsvindt, werken de gebruikte inrichtingen, die uit golf-geleiders zijn opgebouwd, door eerst-de draaggolven met verschillende frequentie, en vervolgens die met verschillende polarisatie af 50 te scheiden of omgekeerd. De inrichting volgens de uitvinding is van de soort, waarin signalen van verschillende frequenties het eerst worden gescheiden.

Tot de bekende inrichtingen van dezelfde soort behoort die volgens ÏÏS 3 731 236, waarin frequentiescheiding wordt verkregen 35 door middel van twee cirkelvormige golfgeleiders met verschillende 8300967

V

' t - 2 - middellijn, die met vier takken van rechthoekige golfgeleiders met verminderde doorsnede zijn gekoppeld. Een andere inrichting, beschreven döor R.tf. Gruner in een artikel «Compact dual-polarized diplexers for k/6 GHz earth station applications” in Proc. IEEE 5 Symp. AP (1977) 3^1··3^, gebruikt cirkelvormige - coaxiale golfge-leiders voor het scheiden van draaggolven van verschillende golflengte, alsmede een gegolfde golfgeleidertak voor het verbeteren van de ontkoppeling.

De eerstgenoemde inrichting kan moeilijk voor toepassing 10 bij aardse radioverbindingen worden aangepast wegens het ingewikkelde golfgeleideratelsel; voorts is de vervaardiging ervan even ingewikkeld als bij de tweede inrichting, die het vervaardigen van zowel een coaxiale golfgeleider als van een gegolfde golfgeleider vereist. Deze nadelen worden overwonnen door de golfgeleiderinrichting 13 volgens de uitvinding, die is ingericht om radiofrequente signalen te scheiden, waarbij de opbouw ervan eenvoudig en gedrongen is, zodat deze geschikt wordt voor toepassing in reflectorantennes voor aardse radioverbindingen.

Daar dergelijke antennes op een enkel rooster worden op-20 gesteld, moet de omvang ervan zeer beperkt zijn.

Volgens de uitvinding wordt een golfgeleiderinrichting verschaft, die is ingericht voor het scheiden van radiofrequente signalen, waarin signalen met verschillende frequentie en polarisatie worden gescheiden door middel van omzetters voor loodrechte 25 trillingswijzen, die zijn uitgevoerd als golfgeleiders met cirkelvormige doorsnede met verschillende middellijnen, voorzien van rechthoekige koppelgleuven in onderling loodrechte vlakken door de golf geleideree; waarbij e.en eerste omzetter, ingericht voor het afnemen van signalen met lagere frequentie, aan een eerste uiteinde 30 met een toevoerhoorn is verbonden, en aan het andere uiteinde door een cirkelvormige afsluiting is afgesloten, waarbij de kóppelgleu-ven van de eerste omzetter vier metalen schotten omvatten, die twee aan twee op de breedste zijden zijn aangebracht, en een *lengte van een kwart resp. driekwart golflengte en een hoogte van een derde 35 van de kleinste hoogte bezitten. De cirkelvormige afsluiting kan zijn voorzien van een cirkelvormige asopening, waardoorheen de radiofrequente signalen, na door een of meer schermen te zijn gelopen, een tweede coaxiaal met de eerste gerichte omzetter kunnen binnentreden,.die met een cirkelvormige kortsluitplaat is afge- 8300967 r « - 3 - sloten, en geschikt is voor het afnemen Tan de hogere frequenties.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een tekening, waarin de golfgeleiderinrich-ting volgens de uitvinding in doorsnede is afgeheeld· Deze inrich-5 ting maakt deel uit van een radioverbindingsantenne, die frequentie-hergebruik toelaat in de 7»11.*7»95 GHz- en 10,7·.11»7 GHz-band, waarbij voor elke band loodrecht gepolariseerde signalen worden gebruikt.

De inrichting voor het scheiden van hoogfrequente signa- : 10 len omvat twee omzetters 1 en 2 voor loodrechte trillingswijzen, uitgevoerd als cirkelvormige golfgeleiders, die rechtstreeks zonder enige geleidelijke overgang met elkaar zijn verbonden. Twee paar gleuven 3 en ^ resp. 5 en 6, die in loodrechte vlakken door de om-zetteras zijn gelegen, zijn in de golfgeleiderwanden aangebracht.

15 De omzetter 1 is met een toevoerhoorn 7 verbonden. De middellijn van elke omzetter en de afmetingen van de gleuven, waarvan de vorm nog zal worden beschreven, zijn op bekende wijze berekend met het oog op het verkrijgen van de beste koppeling in de voornoemde fre-quéntiebanden en van een maximale ontkoppeling tussen loodrecht 20 gepolariseerde signalen.

De afstand tussen de gleuven van hetzelfde paar, de afstand van het paar 5, 6 tot do kortsluitafsluiting, en van het paar 3, k tot de schouder tussen de omzetters, zijn zodanig gekozen, dat de maximale koppeling voor elke polarisatie wordt verkregen.

25 De ontkoppeling tussen de signalen met lagere frequentie en het gleuvenplaar 5, 6, dat bij de hogere frequenties werkt, wordt verkregen door het gebruik van cirkelvormige golfgeleiders met verschillende middellijn! de middellijn van de golfgeleider van de omzetter 2 is zodanig, dat de trillingswijzen, die met de 30 signalen met lagere frequentiesovereenkomen, niet worden voortgeplant.

Een, dergelijke ontkoppeling wordt verbeterd door een cirkelvormig scherm 8 in het vlak van de overgang tussen de omzetters 1 en 2 aan te brengen. Samen met in de omzetter 2 aangebrachte 33 schermen 9 en 10 wordt aldus een impedantie-aanpassing voor deze overgang bij de hogere frequenties, en een kortsluiting voor de lagere frequenties verkregen.

In het beschouwde geval kunnen golfgeleiders met een inwendige middellijn van 0,68..0,82.λ, waarin λ de middenfrequentie 830 09 6 7

* .. V

- k - in de vrije ruimte is, met voordeel voor dergelijke omzetters worden gebruikt.

De afmetingen van de lange en korte zijden van elke gleuf, 0,71·.0,72.λ en 0,19·λ, komen niet met die van gangbare golfgelei-5 ders overeen; derhalve zijn poolovergangen 11, 12, 13 en 1½ nodig om een aanpassing aan de afmetingen van de gangbare golfgeleiders te krijgen. De gleuf 5 is op een zo gering mogelijke afstand van de cirkelvormige afsluiting van de omzetter 2 geplaatst, terwijl de gleuf 3 op een zo gering mogelijke afstand van de overgang tussen 10 de beide omzetters is gelegen.

De gleuven k en 6 liggen niet in dezelfde doorsnedevlak-ken als de gleuven 3 resp. 5j °P deze wijze kan de vereiste ontkoppeling tussen signalen met verschillende polarisatie worden verkregen. De gleuven van elk paar liggen op een onderlinge afstand 15 van tenminste X^/2, waarin de golflengte in de geleider bij de middenfrequentie van de band is. Als een gevolg daarvan kan echter een vermindering in de werkhand van de op grotere afstand van de overeenkomstige kortsluitingen gelegen gleuven, d.w.z. de gleuven 4 en 6, optreden.

20 Dit vraagstuk is opgelost door tussen de gleuven 5 en 6 een plaat 15 met verwaarloosbare dikte en een lengte van X^/2 op te stellen, die evenwijdig aan het polarisatievlak van het aan de gleuf 6 afgenomen signaal is gericht. Dit leidt tot dezelfde kort-sluitomstandigheden als bij de gleuf 5i zodat de beide gleuven de-25 zelfde bandbreedte hebben.

Een en ander kan echter niet worden gebruikt om de werking van de gleuf k te verbeteren, daar een overeenkomstige plaat ook het signaal met dezelfde polarisatie en hogere frequentie zou terugkaatsen.

30 Een overeenkomstige uitkomst wordt daarentegen verkregen door de omzetter 1 als een cirkelvormige golfgeleider met verschillende .middellijn uit te voeren, waarbij de kleinste middellijn aan het toevoereinde, en de grootste nabij de omzetter 2 is gelegen. Het doel van deze middellijnverandering is het invoeren van 35 een geschikte impedantieverandering in de golfgeleider of de omzetter 1 voor het vereffenen van faseverschuivingen tussen het rechtstreeks door de gleuf k gekoppelde signaal en het door deze gleuf gekoppelde signaal na terugkaatsing tegen de schouder, die door de overgang tussen de beide omzetters wordt gevormd.

8300967 - 5 -

Om te verhinderen, dat de signalen met hogere frequenties de bij de lagere frequenties werkende gleuven binnendringen, worden | de gleufparen 3 en 4 op een geschikte wijze uitgevoerd. Bij om- !

zetters van de onderhavige soort worden gewoonlijk rechthoekige I

5 gleuven gebruikt voor het verkrijgen van een omzetting van de grond- | trillingswijze TE^, die zich in de cirkelvoraige geleider voortplant, in de grondtriliingswijze TE^, die zich in de rechthoekige geleider voortplant·

Tijdens deze omzetting worden alle hogere trillingswijzen 10 van de soort TEao nabij de rechthoekige gleuf’voortgebracht, doch bij de frequenties, waarvoor de omzetter 1 is ontworpen, kunnen deze niet worden voortgeplant. Ook signalen met hogere frequentie worden in de cirkelvormige geleider van de omzetter 1 voortgeplant, en veroorzaken bij de gleuven 3 en 4, behalve de grondtrillingswij-15 ze, ook storende .trillingswijzen. Daaronder plant de trillingswijze zich in rechthoekige geleiders, die met de gleuven 3 en ^ zijn verbonden, voort, hetgeen tot een groot vermogensverlies bij het signaal met hogere frequentie, dat door de gleuven 3 en 6 van de omzetter 2 is gekoppeld, wordt veroorzaakt.

20 Een.dergelijke voortplanting wordt gewoonlijk verhinderd

door enige trillings wijzefilters stroomafwaarts van de gleuven 3 en I

% ; 4 op te stellen, doch daardoor wordt het vraagstuk slechts gedeeltelijk opgelost· Dergelijke hulpmiddelen leiden tot een beperkte werkbandbreedte, en verschaffen derhalve geen goede werking in een 23 frequentiegebied, dat breder is dan 10 % van de middenfrequentie, waarvoor het antennestelsel, waarin de onderhavige inrichting is opgenomen, is ontworpen. Verder zijn dergelijke filters, zowel wat het ontwerp als de uitvoering betreft, zeer ingewikkeld.

Volgens de uitvinding is de vorm van de koppelgleuven 3 30 en 4 zodanig gewijzigd, dat aanslag van de trillingswijze TE^q in de hogere frequentieband wordt vermeden, zonder dat de signaal-koppeling in de lagere frequentieband wordt gewijzigd.

De gleuven, die in de gangbare uitvoering een rechthoekige vorm hebben, worden nu gewijzigd door in de koppeldoorsnede vie» 35 aetaleü. schotten s aan te brengen, die evenwijdig aan de richting van de elektrische veldvector verlopen, en in overeenstemming met de maxima van de ongewenste trillingswijze TE^q zijn geplaatst.

Deze schotten hebben dezelfde afmetingen, en zijn ontworpen om de beste koppeling van de signalen bij de beide frequenties te ver- 8300967 .

— 6 - > · * krijgen·

In 'dit geval kunnen schotten met een hoogte, die ongeveer gelijk is aan een derde van de kleinste gleufafmeting, met voordeel worden gebruikt. Deze schotten dienen daarbij op een kwart . resp.

5 driekwart van de langste zijde te worden opgesteld·

Dezelfde koppelingshoedanigheid kan worden verkregen door slechts twee metalen schotten te gebruiken, die in de maxima van de ongewenste trillingswijze zijn geplaatst, doch de asymmetrie van deze opstelling leidt tot een depolarisatie-effect op de signa- o 10 len, die in de cirkelvormige golfgeleider lopen. Derhalve kan de gewenste ontkoppeling tussen de verschillende polarisatiesignalen niet in de beide werkhanden worden verkregen.

, V

Deze nieuwe uitvoeringen kunnen tijdens het maken van de gleuven worden verwezenlijkt, doch kunnen ook worden verkregen 15 door schroeven met een geschikte dikte als de voornoemde schotten in de koppeldoorsneden van rechthoekige gleuven aan te brengen.

Zoals gebruikelijk worden verder absorptiefilters, die op de grondtrillingswijze TE^q werken, stroomafwaarts van de gleuven 5 en 4 aangebracht voor het verbeteren van de ontkoppeling tus-20 sen de signalen door de hogere frequenties en tussen de gleuven zelf.

De voorgaande beschrijving is slechts bij wijze van voorbeeld gegeven, en dient niet in beperkende zin te worden uitgelegd. Binnen het kader van de uitvinding zijn nog vele wijzigingen mogelijk.

25 Zo kan bijvoorbeeld een omzetter met koppelgleuven, die met de gleuven 5 en 4 van de tekening overeenkomen, met voordeel worden gebruikt voor een antennestelsel, dat in een enkele band met verschillend gepolariseerde signalen werkt.

In dit geval leidt het invoeren van de schotten tot het 30 verhinderen van voortplanting van signalen met hogere frequenties, die bijvoorbeeld worden voortgebracht door intermodulatie in evenwijdige takken.

i 8300967

Claims

1. Golfgeleiderinrichting voor het scheiden van afzonderlij ke radiofrequente signalen met verschillende frequentie en polarisatie met behulp van omzetters voor loodrechte trillingswijzen, opgebouwd uit golfgeleiders met cirkelvormige doorsnede van verschil-5 lende middellijn, met koppelgleuven in onderlinge loodrechte vlak- j x ken door de golf geleideras, met het kenmerk, dat een eerste om- I zetter (1), die is ingericht voor het afnemen van signalen met lagere 'frequenties, aan een eerste uiteinde is verbonden met een toe-voerhoorn (7), en aan het andere uiteinde door een cirkelvormige 10 plaat is afgesloten, waarbij de koppelgleuven (3* *0 van de eerste omzetter (1) vier metalen schotten (s) bevatten, die twee aan twee op de langere zijden op een kwart en driekwart van de lengte ervan zijn opgesteld, en een hoogte van een derde van de kleinste gleuf-afmeting hebben.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de cirkelvormige plaat van een cirkelvormige asopening is voorzien, waardoorheen radiofrequente signalen door een of meer schermen (8, 9, 10) heen toegang tot een tweede omzetter (2) hebben, die de signalen met een tweede frequentie kunnen afnemen, die hoger is 20 dan de eerste frequentie, welke tweede omzetter coaxiaal met de eerste is opgesteld, en door een cirkelvormige kortsluitplaat is afgesloten.

3· Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste omzetter (1) uit twee delen met verschillende cirkel-25 vormige doorsnede is opgebouwd, waarbij de middellijn van het gedeelte nabij het eerste uiteinde kleiner is dan die nabij het tweede uiteinde. k» Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de metalen schotten Cs) zijn uitgevoerd als schroeven, die in 30 de zijwand van de eerste omzetter (1) zijn gedraaid. 5« Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een plaat (15) met een lengte gelijk aan de helft van de golf-geleider-golflengte tussen de koppelgleuven van de tweede omzetter (2) is aangebracht, welke plaat evenwijdig verloopt aan het polari-35 satievlak van het signaal, dat aan de gleuf (6) wordt afgenomen, die het verst van de kortsluitplaat is verwijderd. 8300967