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DE2443166A1 - Systemweiche zur trennung zweier signale, die aus je zwei doppelt polarisierten frequenzbaendern bestehen - Google Patents

Systemweiche zur trennung zweier signale, die aus je zwei doppelt polarisierten frequenzbaendern bestehen

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DE2443166A1
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DE
Germany
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system switch
frequency band
switch according
waveguide section
waveguide
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DE2443166B2 (de
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Guenter Dipl Ing Moerz
Stilianos Dipl I Tokouzbalidis
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
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    • H01P1/2131—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies with combining or separating polarisations
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Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK/Thn/ms
BE'74/61'
Systemweiche zur Trennung zweier Signale,die aus je zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern bestehen
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Systemweiche zur Trennung zweier Signale, die aus je zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern unterschiedlicher Frequenz bestehen, zusammengefügt aus einem ersten Hohlleiterabschnitt, in dem beide Frequenzbänder mit ihren doppelten Polarisationen existent sind, einem zweiten Hohlleiterabschnitt als Übergang und einem dritten Hohlleiterabschnitt.
Der Aufbau stark vermaschter Richtfunknetze und die durch örtliche Gegebenheiten begrenzte Stellfläche auf den Antennenplattformen von Riehtfunktürmen lassen es wünschenswert erscheinen, Breitbandantennen in mindestens zwei Frequenzbändern
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in zwei Polarisationen auszunutzen. Als besonders günstig erweist sich eine Breitbandantenne (z.B. Hornparabol, Cassegrain- oder Muschel-Antenne) in Verbindung mit einer entsprechend ausgebildeten Weiche. Solche Weichen wurden bisher meist mit selek tiven O-dB-Kopplern aufgebaut, deren Hauptnachteil in der grossen Baulänge, den Koppelverlusten und in der Anregung von höheren unerwünschten Wellentypen zu sehen ist.
Aus diesen genannten Nachteilen, zu grosse Baulänge, Koppelverluste in den O-dB-Kopplern und die Entstehung höherer Wellentypen, ergibt sich die Aufgabenstellung, nämlich diese Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der zweite Hohlleiterabschnitt eine kontinuierliche Querschnittsveränderung oder eine Sperrstruktur hat, die so bemessen ist, dass das erste Frequenzband stehende Wellen bildet, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt für jede Polarisation durch in den Wänden jeweils gegenüberliegende Koppelmittel aufweist und die Koppelmittel mit zugeordneten Leitungen und Selektionsmitteln als Durchlass für das erste Frequenzband verbunden sind, deren elektrisch wirksame Reflexionsebene für das zweite gesperrte Frequenzband eine Totalreflektion bewirkt und über Hybridschaltung derart miteinander verschaltet sind, dass an getrennten Ausgängen jede Polarisation einzeln verfügbar ist und dass in dem dritten Hohlleiterabschnitt nur das zweite Frequenzband
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exiatent ist, an den eine Polarisationsweiche avigeschies?en ist, an deren Ausgängen die beiden Signale der Polarisationen des zweiten Frequenzbandes verfügbar sind.
Eine solche Weiche ist ein passives Element und somit auch reziprok zu betreiben. Die in dieser Weiche verw sndetefi Koppelmittel werden zweckmässigerweise durch Längs- oüar Quer^ciil i tze, induktive Koppelmittel oder als Längsbalkenkopplimgen ausgebil det. Die erforderlichen Selektionsmittel können in Hai^i.leitertechnik, koaxialer Leitungstechnik oder auch als -S .r&i f enleitertechnik ausgeführt sein. In dem ersten Hohll.eiterob— schnitt werden vorteilhafterweise Kompensationsmittel, vorzugsweise Stifte unter einem Winkel von 45 zu den Polansationsrichtungen angeordnet, um die beiden Frequenzbänder unabhängig voneinander korrigieren oder anpassen zu könnGjrj.
Diese Systemweiche hat eine sehr kleine Ausführungsfarm, vermeidet die Koppelverluste und die Entstehung höherer Wellentypen. Ferner können diese Weichen durch andere Verschaltungsmassnahmen oder durch Einschalten eines Zirkularpolarisators zur Erzeugung von rechts- und linksdrehenden zirkulärpolarisierten Wellen (Dualpolarisation) in mehreren Frequenz-·* bändern verwendet werden. Auch ist eine Hintereinanderschaltung von mehreren Weichen dieser Art möglich. Weiter wird durch die erfindungsgemässe Massnahme das Problem gelöst, bei kleinen Reflexionsfaktoren einen Hohlleiter oder eine Antenne e/vfc-
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koppelt in zwei Polarisationsrichtungen mit mindestens zwei Frequenzbändern zu beschälten.
Die Realisierung der Erfindung erfolgt durch drei getrennte Massnahmen:
Die erste Massnähme besteht in der Erzeugung von Totalreflexion für die Wellen des unteren Frequenzbandes durch Verändern des Hohlleiterquerschnitts oder durch Einfügen von Filterelementen. Die zweite Massnahme besteht im Auskoppeln der stehenden Welle durch symmetrisch angeordnete Koppelelemente, die sowohl in Hohlleitertechnik als auch in koaxialer oder in Dünnfilmtechnik ausgeführt sein können. Die dritte Massnahme besteht darin, den Koppelelementen selbst oder den nachgeschalteten Leitungen Filtereigenschaften zu verleihen. Dadurch wird ein Auskoppeln der oberen Frequenzbänder im durchgehenden Kanal verhindert oder der ausgekoppelte Energieanteil dieser Bänder so reflektiert, dass die reflexionsmässige Rückwirkung zu einem Minimum wird.
Eindeutige Ausgänge für die ausgekoppelten Polarisationen Pl, P2, P3» P^ erhält man durch paarweises Zusammenschalten der Auskopplungen mit einem Netzwerk. Durch Verschalten der beiden, den einzelnen Polarisationen Pl, P2, P3, P^ zugeordneten Ausgänge mit einem weiteren Netzwerk werden Ausgänge für rechte- und linksdrehende Zirkularpolarisation oder für
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- 5 nachführbare Linearpolarisation gewonnen.
Anhand einiger Ausführungsbeispiele wird in den Figuren der Zeichnung der Erfindungsgedanke näher erläutert. Im einzelnen sind dargestellt
in der Figur 1 die erfindungsgemässe Systemweiche in einem
Prinzipschema,
in der Figur 2 der Längsschnitt der Systemweiche und zwar
der. Teil für das untere Frequenzband und in der Figur 3 die Ansicht der Hohlleiterabschnitte 1 und 2
von vorn, sowie schematisch das nachfolgende Netzwerk im Prinzipschaltbild.
In der Figur 1 ist schematisch die erfindungsgemässe Systemweiche für den k- und 6-GHz-Bereich dargestellt. Der erste Hohlleiterabschnitt 1 ist zur Übertragung beider Frequenzbänder bestimmt und kann für das untere Übertragungsband als eindeutiger quadratischer oder runder Hohlleiter ausgebildet sein. Er kann für den Fall der Anwendung der Systemweiche in Verbindung mit einer Hornparabol-Antenne oder einer anderen horngespeisten Antenne pyramidisch bzw. konisch sein.
Der zweite Hohlleiterabschnitt 2 bildet den Übergang vom ersten Hohlleiterabschnitt 1 zum dritten Hohlleiterabschnitt 3, in dem sich die Wellen des unteren Frequenzbandes aufgrund der Bemessung des Hohlleiterquerschnittes nicht ausbreiten
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können.
Der Steigungswinkel α des zweiten Hohlleiterabschnittes kann je nach der relativen Breite des zu übertragenden Bandes zwischen 0 und 90 gewählt werden. Je grosser die geforderte Bandbreite ist, desto grosser muss der Winkel α gewählt werden. Beispielsweise ist für eine relative Bandbreite von ein Steigungswinkel von α = 12,5 ausreichend.
Die Hochpasseigenschaft des dritten Hohlleiterabschnittes 3 bewirkt im ersten Hohlleiterabschnitt 1 und im vorderen Teil des zweiten Hohlleiterabschnittes 2 stehende Wellen im unteren Frequenzband (4GHz). Dieses wird mit vier doppelt symmetrisch angeordneten Koppelelementen Kl, K2, K3, K4 ausgekoppelt. Die doppelte Symmetrie ist erforderlich, da sonst für das obere Frequenzband höhere Hohlleiterwellentypen angeregt werden könnten. Die Koppelelemente Kl, K2, K3, Kk (vergleiche Figur 2) in dem "zweiten Hohlleiterabschnitt 2 werden vorteilhaft als Koaxialeinkopplungen ausgebildet. Jedoch sind auch Hohlleiterauskopplungen möglich, die aber in dem oberen Frequenzbereich schwieriger zu beherrschen sind. Besonders günstige Eigenschaften hat die sogenannte Längsbalkenauskopplung wegen ihrer Breitbandeigenschaft, die hier verwendet wird. Für jede der beiden 4GHz-Polarisationen Pl und P2 sind zwei gegenüberliegende Kopp el el entente Kl, K 3 und K2, Kk vorgesehen. Selbstverständlich werden auch Anteile des oberen Frequenz-
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bandes ausgekoppelt. Bei der ^-GHz-Längsbalkenauskopplung beträgt die 6-GHz-Koppeldämpfung ca. 10 dB. Dies stellt schon eine recht gute Vorselektion dar.
Die dritte Massnahme besteht darin, den Koppelelementen selbst oder den nachgeschalteten Leitungen Filtereigenschaften zu verleihen.Dadurch wird nun der ausgekoppelte höherfrequente Energieanteil zur reflexionsmässigen Kompensation der durch die Auskopplung verursachten Störung des durchgehend sn. höher frequent en Kanals herangezogen. Dies geschieht durch Einfügen von Filtern Fi, F2, F3, F^ in die den Koppelelementen nachgeschalten Leitungen Ll, L2, L3, L^. Diese Filter Fl, F2, F3, Fk müssen das obere Frequenzband sperren und das untere Frequenzband durchlassen.
Die Sperrwirkung verursacht Totalreflexion, die durch eine fiktive Kurzschlussebene nachgebildet werden kann. Die Transformationslänge zwischen Kurzschlussebene des Filters für das obere Frequenzband und zugehörigem Koppelelement lässt sich ausserordentlich wirksam als Kompensationsmittel für die Reflexion des durchgehenden Kanals verwenden. Diese Reflexion wird durch die Geometrie der Koppelelemente und des zweiten Hohlleiters hervorgerufen. Die Kompensationswirkung ist sehr ausgeprägt und wiederholt sich beim Veränderung der Kompensationslänge jeweils um λ/2. Die beste Breitbandwirkung wird bei möglichst kleiner Länge erreicht.
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Die Filter Fl, F2, F3, F4 können als Tiefpässe, Bandsperren oder als Bandpässe ausgebildet sein. Für den Fall der Verwendung von Koaxialleitungen Ll, L2, L3, Lk eignen sich besonders gut koaxiale Tiefpässe oder Radialkreissperren. Diese Filter bringen je nach Dimensionierung die gewünschte Selektion zwischen dem oberen und dem unteren Frequenzband. Die Leitungen Ll, L2, L3, ΙΛ müssen paarweise über gleiche elektrische Längen mit je einem l80 -Hybrid Hl, H2 zusammengeschaltet werden. An den Summenausgängen Σΐ, Σ2 ist dann die Energie von je einer Polarisation Pl, P2 verfügbar. Die Differenzausgänge Al» Λ2 werden mit Absorbern abgeschlossen. Die Ausgänge für horizontale und vertikale Polarisation können zusätzlich mit einem 3-dB-Koppler RK (vergleiche Figur 3) verschaltet werden. Damit lassen sich Ausgänge für den Betrieb der Weiche mit rechts- und linksdrehend zirkularpolarisierten Signalen RZ und LZ gewinnen.
Der dritte Hohlleiterabschnitt 3 für den oberen Frequenzbereich wird zur Trennung von horizontaler und vertikaler Polarisation P3 und P^ mit einer Polarisationsweiche P versehen. Soll auch dieses Band mit Zirkularpolarisation betrieben werden, so muss zwischen dem dritten Hohlleiterabschnitt 3 und der Polarisationsweiche P ein Zirkularpolarisator (nicht abgebildet) eingefügt werden. Die beiden Ausgänge der Polarisationsweiche P stellen in diesem Fall die Tore für die rechts- und linksdrehend zirkularpolarisierten Signale dar.
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Statt mit dem Polarisatior kann die Zirkularpolarisation durch Verschalten der beiden Ausgänge der Polarisationsweiche P mit einem 3-dB-Koppler (nicht dargestellt) erfolgen(vergleiche Figur 3 entsprechend dem unteren Frequenzband). Die unterschiedlichen elektrischen Längen der beiden Ausgänge können mit einem Phasenausgleich in einer Verschaltung korrigiert »erden.
Es besteht die Möglichkeit Korrekturstifte in diagonaler Anordnung im ersten oder zweiten Hohlleiterabschnitt in den Ecken, also unter k5 zu den Hohlleiterwänden anzuordnen. Dadurch kann man jeweils nur ein Frequenzband der beiden Frequenzbänder beeinflussen bzw. korrigieren hinsichtlich ihrer Anpassung. Diese Korrekturstifte müssen selbstverständlich in einer vorher bestimmten QuerSchnittsebene in doppelter Symmetrie des betreffenden Hohlleiterabschnittes angeordnet werden. Die doppelte Symmetrie ist deshalb erforderlich, weil sonst die Polarisationskopplung und die Unterdrückung der höheren Wellentypen nicht mehr gewährleistet ist. Die 4t5°~Anordnung ist deshalb notwendig, weil die Anpassung der beiden Frequenzbänder nicht gleich gut ist. Auf diese Weise ist es möglich, das in seiner Anpassung schlechtere Frequenzband unabhängig von dem besser angepassten in seiner Anpassung zu korrigieren.
Die Anordnung nach der Figur 1 ordnet dem durchgehenden Hohlleiterkanal das obere Frequenzband und den ausgekoppelten Wellen
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das untere Frequenzband zu. Es ist aber auch der umgekehrte Fall möglich bei- dem die stehenden Wellen nicht mehr mittels einer Querschnittsveränderung eines doppelt polarisierbaren zweiten Hohlleiterabschnittes erzeugt werden. Dabei muss in diesem ersten Hohlleiterabschnitt eine in zwei Polarisationen gleichartig wirksame Sperrstruktur für die oberen Frequenzbänder vorgesehen werden, die die stehenden Wellen erzeugt und die dann in ähnlicher Weise wie in dem ersten Beispiel mittels paarweise angeordneten Koppelmitteln ausgekoppelt werden. Hier bringen Hohlleiterauskopplungen Vorteile, da die Hochpasseigenschaft der Hohlleiterauskopplungen bereits die dem erfindungsgemässen Beispiel angeführten Selektionsmittel darstellen.
Eine sehr wesentliche Erweiterung der erfindungsgemässen Systemweiche ergibt sich durch die Hintereinanderschaltung von mehreren Systemweichen, insbesondere von solchen der ersten hier beschriebenen Art.
Bei der Hintereinanderschaltung von Hohlleiterabschnitten gemäss der Figur 1, die unterschiedlichen Frequenzbändern zugeordnet sind, tritt das Problem auf, dass die Längsausdehnung der Koppelelemente keine beliebig enge Nachbarschaft von zwei Frequenzbändern zulässt. Der hierdurch festgelegte Abstand der Mittenfrequenzen fml und fm2 der beiden Frequenzbänder liegt bei etwa fm2 w 1,5.fml. Diese Grenze lässt sich
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-limit der Verwendung von Rundhohlleitern umgehen, indem die Einkopplungen zweier benachbarter Frequenzbänder im ersten konischen Hohlleiterabschnitt 1 erstens axial und zweites radial um k$ zueinander versetzt angeordnet werden. Die entsprechenden Koppelelemente KIl, K12, KI3, KIk sind in dem unteren Frequenzband und die weiteren Koppelelemente K21, K22, K23, K.24 dem benachbarten oberen Frequenzband zugeordnet. Der zweite Hohlleiterabschnitt 2 ist als Übergang von konischem auf zylindrischen Hohlleiter ausgebildet und dient der Übertragung weiterer Frequenzbänder f^j>fm2. Den Auskopplungen KIl, K12, KI3, KIk sind die Radialkreissperren FIl, F12, FI3, Fl4 zugeordnet, die das Frequenzband fm2 sperren.
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Claims (1)

  1. 2U3166
    Patentansprüche
    ί 1./Systemweiche zur Trennung zweier Signale die aus je zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern unterschiedlicher Frequenz bestehen, zusammengefügt aus einem ersten Hohlleiterabschnitt, in dem beide Frequenzbänder mit ihren doppelten Polarisationen existent sind, einem zweiten Hohlleiterabschnitt als Übergang und einem dritten Hohlleiterabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hohlleiterabschnitt (2) eine kontinuierliche Querschnittsveränderung oder eine Sperrstruktur hat, die so bemessen ist, dass das erste Frequenzband (fl) stehende Wellen bildet, wobei der zweite Hohlleiterabschnitt für jede Polarisation (Pl, P2) durch in den Wänden jeweils gegenüberliegende Koppelmittel (Kl, K2, K3, Kk) aufweist und die Koppelmittel (Ll, K2, K3, Kk) mit zugeordneten Leitungen (Ll, L2, L3, Lk) und Selektionsmitteln (Fl, F2, F3, Fk) als Durchlass für das erste Frequenzband (fl) verbunden sind, deren elektrisch wirksame Reflexionsebene für das zweite gesperrte Frequenzband (f2) eine Totalreflexion bewirkt und über Hybridschaltungen (Hl, H2) derart miteinander verschaltet sind, dass an getrennten Ausgängen (Σ1,Σ2) jede Polarisation (Pl, P2) des ersten Frequenzbandes einzeln verfügbar ist und dass in dem dritten Hohlleiterabschnitt (3) nur das zweite Frequenzband (f2) existent ist, an dem eine Polarisationsweiche (P) angeschlossen ist, an deren Ausgängen (Σ3,Σ4) die beiden Signale der Polarisationen (P3, P4) des zweiten Frequenzbandes (f2) verfügbar sind.
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    2. Systemweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Frequenzband den tieferen Frequenzen zugeordnet ist.
    3· Systemweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Frequenzband den höheren Frequenzen zugeordnet ist.
    k, Systemweiche nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel (Kl, K2, K3, Kk) als Filter (Fl, F2, F3, Fk) wirksam sind.
    5. Systemweiche nach Anspruch 1-k, dadurch gekennzeichnet, dass Ein- und Ausgänge der Systemweiche reziprok sind.
    6. Systemweiche nach Anspruch 1-5« dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel (Kl, K2, K3, Kk) durch Längs- oder Querschlitze gebildet werden.
    7. Systemweiche nach Anspruch l-5t dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel (Kl, K2, K3, Kk) induktive Kopplungen sind.
    8. Systemweiche nach Anspruch 1-5« dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelmittel aus Längebalkenkopplungen bestehen.
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    - Ik -
    9· Systemweiche nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung und/oder die Selektionsmittel (Fl, F2, F3, Fk) in Hohlleitertechnik ausgeführt sind.
    10· Systemweiche nach Anspruch 1-3 und 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung und/oder die Selektionsmittel (Fl, F2, F3, Fk) in koaxialer Leitungstechnik ausgeführt sind.
    11. Systemweiche nach Anspruch 1-3 und 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung und/oder die Selektionsmittel (Fl, F2, F3, Fk) in Streifenleitertechnik ausgeführt sind.
    12. Systemweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten oder zweiten Hohlleiterabschnitt (l, 2) Kompensationsmittel,vorzugsweise Stifte (KOl, K02, K03, K04), unter einem Winkel von k5° zu den Polarisationsrichtungen angeordnet sind.
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DE2443166A 1974-09-10 1974-09-10 Systemweiche zur Trennung zweier Signale, die aus je zwei doppelt polarisierten Frequenzbändern bestehen Expired DE2443166C3 (de)

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