DE29702600U1

DE29702600U1 - Vorrichtung zum Senden und Übertragen polarisierter, elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE29702600U1
Application number: DE29702600U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2007-02-15
Also published as: US5841404A

Description

Vorrichtung zum Senden und Übertragen polarisierter, elektromagnetischer Wellen

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit hoher Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung. Bei der Anwendung in einem Abwärts-Konverter zum Empfang von Satellitenfernsehen können die Schaltungsplatine und der Wellenleiter senkrecht zueinander angeordnet werden, daher die Bezeichnung Vertikaltyp-Abwärts-Konverter. Die Form und die Abmessungen der Vorrichtung können rechnerisch bestimmt werden und in dieser Weise auf die benutzte Frequenz abgestimmt werden, so daß sich eine hohe Polarisationstrennungsgute und ein gutes Spannungs- Stehwellenverhältnis {etwa 1:1, aber nicht größer als 2:1) erreichen läßt.

Dresdner Bank AG Hamburg 04 030 448 00 (BLZ 200 800 00) Postbank Hamburg 1476 07-200 (BLZ 200 100 20)

In den letzten Jahren haben Satellitenempfänger immer mehr Verbreitung gefunden, wobei der Vertikal-Abwärts-Konverter einen deutlich wachsenden Marktanteil für sich beansprucht. Von den bekannten Abwärts-Konvertern hat ein Teil eine bloß befriedigende Güte hinsichtlich der Polarisationstrennung. Die Abwärts-Konverter, die eine bessere Polarisationstrennung haben, erreichen dies mit einem zusätzlichen Reflektor, um einen größeren Abstand zwischen den Sonden zu erzielen. Bei dieser Anordnung kann der Wellenleiter für die ankommenden Signale senkrecht zur Schaltungsplatine angeordnet sein.

Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Sende- und Übertragungsvorrichtung mit ausgezeichneter Polarisationstrennung, wobei ein einfacher Reflektor (metallischer Stab) benutzt wird, um das Senden und Übertragen zu erleichtern. Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit hoher Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung zu schaffen, wobei ein zylindrischer Wellenleiter in Reihenfolge mit einem Polarisator, einer Sonde, einem metallischen Stab und einer geschlossenen hinteren Stirnwand als leitfähige Ebene angeordnet ist. Dabei ist die Sonde senkrecht zu dem metallischen Stab angeordnet und steht in einem Winkel von 45° zu dem Polarisator. Die Mittelachse eines rechteckigen Wellenleiters, der senkrecht zu dem zylindrischen Wellenleiter angeordnet ist, ist mit der Sonde des zylindrischen Wellenleiters ausgerichtet. Der rechteckige Wellenleiter ist mit einer Sonde, die vor der als leitfähige Ebene ausgeprägten hinteren Stirnwand angeordnet ist, ausgestattet. Die in der Mittelachse des rechteckigen Wellenleiters angeordnete Sonde empfängt das reflektierte polarisierte Si-

gnal, welches parallel zu dem metallischen Stab ausgerichtet ist, d.h. es befindet sich in derselben Ebene wie die Sonde des zylindrischen Wellenleiters. Demgemäß wird die hohe Güte bei der Trennung der Polarisation und das hervorragende Eingangs-Stehwellenverhältnis erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Sende- und Übertragungsvorrichtung (ohne Polarisator bei der Anwendung mit linearer Polarisation);

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig.l; Fig. 3 eine Frontansicht der Vorrichtung nach Fig.l; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A¹ aus Fig.2; Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie B-B¹ aus Fig.2;

Fig. 6 einen Schnitt des Polarisators nach Linie B-B¹ aus Fig.2; und

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie D-D¹ aus Fig.2.

Kurze Beschreibung der Bezugszeichen:

Polarisator

leitfähige Rückwand Horn

leitfähige Rückwand

1	zylindrischer Wellenleiter	10
11	metallischer Stab	12
13	erste Sonde	14
2	rechteckiger Wellenleiter	22
23	zweite Sonde

Gemäß den Figuren 1 bis 7 umfaßt die Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit hoher Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung einen zylindrischen Wellenleiter 1, einen rechteckigen Wellenleiter 2, eine erste Sonde 13, eine zweite Sonde 23 und einen Reflektor oder metallischen Stab 11.

Der zylindrische Wellenleiter 1 ist ein Hohlkörper mit einer Öffnung an der vorderen und einer geschlossenen hinteren Stirnfläche. Die Öffnung des Wellenleiters 1 ist mit einem Horn 14 ausgestattet. Das Horn 14 ist auswärts gerichtet und mehrstufig ausgeführt, um das Rauschen aus dem hinteren Teil des Wellenleiters 1 zu vermindern. Innerhalb des Wellenleiters 1 ist ein Polarisator 10, eine erste Sonde 13, ein metallischer Stab 11 und die hintere Stirnwand als leitende Ebene 12 hintereinander angeordnet. Die erste Sonde 13 ist senkrecht zu dem metallischen Stab 11 angeordnet, beide sind gegen den Polarisator 10 um 45° geneigt. Entsprechend der Ausgestaltung des Polarisators 10 haben die Signale zwischen dem elektrischen Feld, das parallel zu dem C-C'-Schnitt ist, und dem Signal, das senkrecht zu dem C-C'-Schnitt ist, wie in Fig.3 gezeigt einen Phasenunterschied von 90°, nachdem sie den Polarisator 10 durchlaufen haben. Entsprechend wird, wenn die einfallende Welle zirkulär polarisiert ist, eine parallel zu der ersten Sonde 13 oder dem metallischen Stab 11 linear polarisierte Welle nach dem Passieren des Polarisators 10 entstehen.

Die leitfähige Rückwand 12 befindet sich etwa um X^<c) _g/4 von der ersten Sonde 13 entfernt. Da der wirkliche Abstand von &lgr;^(&ogr;) ₉/8 bis 3 &lgr;^(&ogr;) /8 des benötigten Frequenzbands betragen muß,

wird durch die leitfähige Rückwand 12 eine erhöhte Empfangsleistung der ersten Sonde 13 erreicht. Durch diese Anordnung ist das Eingangs-Stehwellenverhältnis der ersten Sonde 13 etwa 1:1. Das &lgr;^(&ogr;)<, ist die äquivalente Wellenlänge des zylindrischen Wellenleiters 1. In dem Gebiet nahe dem rechteckigen Wellenleiter 2 kann &lgr;^(&agr;) ₉ nicht mit der einfachen Formel für zylindrische Wellenleiter 1

berechnet werden. Darin ist X_cc = 3,412r die Cutoff-Wellenlänge des zylindrischen Wellenleiters 1 und r sein Radius sowie &lgr; die Wellenlänge im Vakuum. Da der rechteckige Wellenleiter 2 mit einer Öffnung versehen ist, gibt es einen äquivalenten Radius r_eff, der größer ist als der wirkliche Radius r im entsprechenden Gebiet. Für eine genaue Rechnung ist dann r durch r_e£f zu ersetzen, damit ist das sich ergebende r kleiner als das wahre X^(o) _g. Mit dieser Erkenntnis wird die Anordnung der Rückwand zur ersten Probe 13 entsprechend der Situation vorgenommen.

Der metallische Stab 11 ist hinter der ersten Sonde 13 angeordnet {etwa 5 mm entfernt), um das bereits parallel zum metallischen Stab 11 polarisierte Signal wirkungsvoll in den rechtekkigen Wellenleiter 2 reflektieren und durch die darin befindliche zweite Sonde 23 empfangen zu können. Ähnlich wird, um die Leistung zu verbessern, der Abstand zwischen dem metallischen Stab 11 und der leitfähigen Rückwand 12 zwischen &lgr;^(&agr;) ₉/8 und 3 &lgr;^<0> ₉/8 gewählt. Erfindungsgemäß beträgt der Abstand zwischen dem

metallischen Stab 11 und der leitfähigen Rückwand 12 sowie zwischen der ersten Sonde 13 und der leitfähigen Rückwand 12 zwischen &lgr;^<&ogr;) ₉/8 und 3 &lgr;^<&ogr;) ₉/8 für eine günstige Positionierung der leitfähigen Rückwand 12. Da der Wert von &lgr;^(&agr;) ₉ auch proportional zu dem Querschnitt des rechteckigen Wellenleiters 2 ist, werden die oben angestellten Überlegungen auch die Dimensionierung des Querschnitts des rechteckigen Wellenleiters 2 beeinflussen.

Der rechteckige Wellenleiter 2 ist senkrecht zu dem zylindrischen Wellenleiter 1 angeordnet, und die Mittelachse des rechteckigen Wellenleiters 2 ist ausgerichtet mit der ersten, im zylindrischen Wellenleiter 1 angeordneten Sonde 13. Der rechtekkige Wellenleiter 2 enthält eine zweite Sonde 23 und eine leitfähige Rückwand 22 als geschlossenes Ende. Die zweite Sonde 23 befindet sich auf der Mittellinie der breiteren Seitenwand des rechteckigen Wellenleiters 2 und empfängt das parallel zu dem metallischen Stab 11, also senkrecht zur ersten Sonde 13 polarisierte Signal.

Um die Empfangsleistung der zweiten Sonde 23 zu erhöhen, wird die leitfähige Rückwand 22 in einem Abstand von etwa X^(r) _g/4 von der zweiten Sonde 23 angeordnet. Damit ergibt sich ein Eingangs-Stehwellenverhältnis von etwa 1:1. Der in dem Frequenzband benötigte Abstand zwischen der zweiten Sonde 23 und der geschlossenen Rückwand ist ungefähr &lgr;^{&iacgr;&Ggr;>} ₉/4, wobei &lgr;^(&Ggr;) ₉ die Wellenlänge des rechteckigen Wellenleiters 2 ist und gemäß der folgenden Formel berechnet werden kann:

wobei &lgr;_&bgr;&Ggr; = 2a die Cut-off-Wellenlänge ist und a die Länge der breiteren Seite im Querschnitt des Wellenleiters 2 ist.

Anhand der obigen Beschreibung kann ohne weiteres ersehen werden, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit hoher Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung eine hohe Trennung der Polarisationen und gutes Spannungs-Stehwellenverhältnis von 1:1 mit Hilfe verschiedener Sende- und Übertragungseigenschaften der elektromagnetischen Wellen leicht zu erzielen ist. Zur Realisierung sind auch andere Ausfiihrungformen der vorliegenden Erfindung denkbar, z.B. daß der zylindrische Wellenleiter 1 mit einer Öffnung des rechteckigen Wellenleiters 2 versehen ist, so daß die Mittelachse des rechecktigen Wellenleiters 2 mit der ersten Sonde 13, angeordnet innerhalb des zylindrischen Wellenleiters 1, ausgerichtet ist.

Die Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden. Die Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit guter Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung weist einen zylindrischen Wellenleiter und einen rechteckigen Wellenleiter auf. Der zylindrische Wellenleiter ist ein Hohlkörper mit einer Öffnung an der vorderen und einer geschlossenen hinteren Stirnseite. Diese Öffnung ist mit einem auswärts gerichteten Horn versehen. Der zylindrische Wellenleiter enthält hintereinander einen Polarisator, eine erste Sonde, einen metallischen Stab und eine geschlossene Stirnseite als

leitfähigen Abschluß, wobei die erste Sonde senkrecht zu dem metallischen Stab angeordnet ist und diese beide zu dem Polarisator um 45° geneigt sind. Weiterhin ist der zylindrische Wellenleiter mit einer Öffnung für den rechteckigen Wellenleiter versehen, in der Art, daß die Mittelachse des rechteckigen Wellenleiters senkrecht auf der des zylindrischen Wellenleiters steht und mit der ersten Sonde des zylindrischen Wellenleiters ausgerichtet ist. Der rechteckige Wellenleiter enthält eine zweite Sonde und eine leitfähige Rückwand als geschlossenes Ende. Die zweite Sonde ist auf der Mittellinie der breiteren Seitenwand des rechteckigen Wellenleiters zum Empfang des reflektierten, parallel zu dem metallischen Stab polarisierten Signals angeordnet, welches so coplanar zu der ersten Sonde des zylindrischen Wellenleiters ist. Diese Ebene ist zugleich die Oberseite der Schaltungsplatine. Durch geeignete Auslegung der rechnerischen Form und Abmessungen kann eine hervorragende Trennung der Polarisation und ein herausragendes Stehwellenverhältnis erreicht werden.

Während im Ausführungsbeispiel nur eine mögliche Realisierungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben und gezeigt wurde, so ist offensichtlich, daß für den Fachmann zahlreiche Änderungen und Modifikationen existieren, die sich innerhalb des von dieser Anmeldung abgesteckten Rahmens und ihrem Geist bewegen. Somit wird beabsichtigt, mit den Schutzansprüchen alle die Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen, abzudecken.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Senden und Übertragen elektromagnetischer Wellen als Vertikaltyp mit hoher Polarisations- und Polarisationstrennungsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

einem zylindrischen Wellenleiter (1) als Hohlkörper mit einer Öffnung an der vorderen und einer geschlossenen hinteren Stirnwand (12), wobei die Öffnung des Wellenleiters (1) mit einem auswärts gerichteten mehrstufigen Horn (14) versehen ist, einer ersten Sonde (13), einem metallischen Stab (11) und der geschlossenen hinteren Stirnwand (12) als leitfähige Ebene, die innerhalb dieses Wellenleiters hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Sonde (13) senkrecht zu dem metallischen Stab (11) angeordnet ist;

einem rechteckigen Wellenleiter (2), der senkrecht zu dem zylindrischen Wellenleiter (1) angeordnet ist und dessen Mittelachse ausgerichtet ist mit der ersten, im zylindrischen Wellenleiter (1) befindlichen Sonde (13), wobei der rechteckige Wellenleiter (2) eine zweite Sonde (23) und eine leitfähige Rückwand (22) als geschlossenes Ende enthält, wobei die zweite Sonde (23) mit der Mittellinie der breiteren Seitenfläche des rechteckigen Wellenleiters zum Aufnehmen und Empfangen des reflektierten Signals ausgerichtet ist, welches polarisiert wurde und parallel ist zu dem metallischen Stab, mithin also coplanar zur ersten Sonde (13)

des zylindrischen Wellenleiters (1), wobei diese Ebene zugleich die Oberseite der Schaltungsplatine des Abwärts-Konverters vom Vertikaltyp darstellt; und

womit bei entsprechender Berechnung der Form und Abmessungen eine hohe Güte hinsichtlich der Trennung der Polarisation des hervorragenden Spannungs-Stehwellenverhältnis erreicht werden kann.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter (1) mit einer Öffnung mit dem rechteckigen Wellenleiter (2) verbunden ist, wobei die Achse des rechteckigen Wellenleiters (2) mit der ersten Sonde (13) des zylindrischen Wellenleiters (1) ausgerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Polarisator zum Empfang eines zirkulär polarisierten Signals aufweist, der 45° zur ersten Sonde (13) und zum metallischen Stab (11) geneigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Sonde (13), dem metallischen Stab (11) und der geschlossenen Rückwand des zylindrischen Wellenleiters (1) von &lgr;^{&iacgr;&agr;)} _?/8 und 3 X^(c) _g/8 beträgt, wobei X^(c) _g/8 die äquivalente Wellenlänge des zylindrischen Wellenleiters ist und länger ist als die Wellenlänge eines reinen zylindrischen Wellenleiters, bei dem keine rechteckige Öffnung vorhanden ist, und die äquivalente Wellenlänge kürzer ist als die Wellenlänge eines reinen zylindrischen Wellenleiters, und wobei die Länge der

Sonde etwa &lgr;^(&Ggr;) ₉ beträgt und &lgr; die Wellenlänge des benötigten Frequenzbands im Vakuum ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten Sonde (23) des rechteckigen Wellenleiters (2) etwa &lgr;/4 beträgt und der Abstand zwischen dieser Sonde (23) und der geschlossenen Rückwand etwa X^<r) _g/4 im benötigten Frequenzband beträgt, wobei

1-&lgr;²

die Wellenlänge des rechteckigen Wellenleiters (2) ist, k_cr = 2a die Cut-Off-Wellenlänge und a die Länge der größeren Seite des Querschnitts des rechteckigen Wellenleiters (2) ist.