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Polarisationsweiche
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationswei- ~ che, die aus
einer elektrisch symmetrischen Doppelverzweigung und zwei untereinander gleich ausgebildeten,
in sich elektrisch symmetrischen Serienverzweigungen besteht und bei der die Doppelverzweigung
und die beiden Serienverzweigungen über vier untereinander gleiche Verbindungen
zusammengeschaltet sind.
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Polarisationsweichen der vorgenannten Art sind beispielsweise aus
der DE-OS 27 03 878 bekannt geworden.
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Ein wesentliches Anwendungsgebiet solcher Polarisationsweichen ist
der Satellitenfunk, bei dem die verfügbaren Sende- und Empfangsfrequenzbänder mit
rechts-und linksdrehender Zirkularpolarisation belegt sind und so bei gleicher Bandbreite
zweifach genutzt werden können. Beispielsweise zur Realisierung von Antennenspeisesystemen
muß von solchen Polarisationsweichen gefordert werden, daß ihre beiden Durchgangswege
im Sende- und im Empfangsband möglichst reflexionsarm und möglichst im Phasengleichlauf
sein sollen. Bei der praktischen Realisierung obiger bekannter Polarisationsweichen
sind jedoch noch Koaxialleitungen verwendet, um die exakte Phasensymmetrie zu erzielen.
Wenn es derauf ankommt, mit solchen Polarisationsweichen große Mikrowellenleistungen
zu übertragen, dann ist deshalb mit Schwierigkeiten zu rechnen, weil Hohlleiterkoaxialübergänge
und Koaxialleitungen im allgemeinen nicht mit einer hohen Leistung belastbar sind.
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Es sind zwischenzeitlich auch sogenannte phasensymmetrierte
Polarisationsweichen
bekannt bzw. vorgeschlagen worden, wozu auf die DE-OS 27 08 271 und die deutsche
Patentanmeldung P 28 42 576.5 hingewiesen sei. Bei solchen phasensymmetrierten Polarisationsweichen
muß allerdings die Phasensymmetrie durch einen Abgleich angestrebt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Polarisationsweiche anzugeben,
deren beide Durchgangswege in einem breiten Frequenzbereich exakt phasensymmetrisch
sind und die darüberhinaus auch mit einer hohen Mikrowellenleistung belastbar sind.
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Erfindungsgemäß wird für die eingangs genannten Polarisationsweichen
diese Aufgabe dadurch gelost, daß jeder der vier Verbindungen zwischen der Doppelverzweigung
und den beiden Serienverzweigungen aus einem geraden Rechteckhohlleiterabschnitt
besteht, an den jeweils zu beiden Seiten bei untereinander entgegengesetzter Knickrichtung
je ein sowohl über die schmale als auch über die breite Rechteckhohlleiterseite
im gleichen Querschnitt abgewinkelter Rechteckhohlleiterabschnitt angeschlossen
ist, und daß die Knickwinkel über die Hohlleiterbreitseiten und über die Hohlleiterschmalseiten
gleich groß sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels wird nachstehend die Erfindung noch
näher erläutert.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen
Fig. 1 in wesentlichen
Bestandteilen ein Schema der phasensymmetri erten Polarisationsweiche nach der bereits
genannten deutschen Patentanmeldung P 28 42 576.5 und zwar zeigt Fig.1a den Aufriß,
während in Fig. 1b der hierzu gehörige Grundriß dargestellt ist.
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Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht und einer Seitenansicht schematisch
die exakt symmetrische Polarisationsweiche gemäß der Erfindung in reiner Hohlleitertechnik.
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Bei der Erfindung wird von der ueberlegung ausgegangen, Polarisationsweichen
der einleitend genannten Art nur mit Hohlleitern aufzubauen und sie dadurch führ
hohe Mikrowellen-Durchgangsleistungen geeignet zu machen.
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Die exakte Phasensymmetrie dieser Polarisationsweichen wird in der
Weise erreicht, daß ihre beiden Durchgangswege an gleichen Leitungsorten stets gleiche
Leitungselemente enthalten. Im folgenden wird anhand der Figuren 1 und 2 im einzelnen
erläutert, wie dieses Prinzip zu verwirklichen ist.
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Die phasensymmetrierte Polarisationsweiche in Fig. 1 enthält eine
exakt symmetrische Doppelverzweigung DV, die in der bereits erwähnten deutschen
Patentanmeldung P 28 42 576.5 beschrieben ist und die hier als Anwendungsbeispiel
beibehalten werden soll. In den Figuren 1 und 2 sind ferner die anzuschließenden
Serienverzweigungen SV durch punktierte Linien kenntlich gemacht. Mit EV und HV
sind sogenannte E-Versätze bzw.
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sogenannte H-Versätze im folgenden zu verstehen, was zu bedeuten hat,
daß sich an einen geraden Hohlleiter zu beiden Seiten ein E-Knick bzw. an einen
geraden Hohlleiter zu beiden Seiten ein H-Knick anschließt.
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In Fig. 2 ist entsprechend mit EHV ein sogenannter
E-H-Versatz
bezeichnet. Weiterhin ist im folgenden unter einem EH-Knick ein Rechteckhohlleiterabschnitt
zu verstehen, der sowohl über die schmale als auch über die breite Rechteckhohlleiterseite
im gleichen Querschnitt abgewinkelt ist. Der E-H-Versatz EHV besteht aus einem geraden
Hohlleiter GH (Fig. 2), an den zu beiden Seiten mit entgegengesetzter Knickrichtung
je ein E-H-Knick angeschlossen ist.
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In Fig. 1 ist nun zu erkennen, daß die vier zyklisch jeweils um 900
gegeneinander gedrehten Rechteckhohlleiterzugänge der Doppelverzweigung DV mit je
einem Paar E- und H-Versätze E-V und H-V gespeist werden.
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Damit werden zwar beide Polarisationen in sich symmetrisch - also
E01- und H21-frei - angeregt, so daß der eindeutige Frequenzbereich auf 2,08 : 1
steigt. Die E-Versätze E-V sind jedoch hinsichtlich Aufbau, Phase und Reflexion
nicht mit den H-Versätzen H-V identisch; denn in Fig. Ib sind der obere und untere
Rechteckhohlleiter im Anschluß an die Doppelverzweigung DV über die Schmalseite
abgewinkelt und bilden somit je einen H-Versatz H-V, während der rechte und linke
Hohlleiter über ihre Breitseiten abgewinkelt sind und somit E-Versätze E-V bilden.
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Die vier Rechteckhohlleiter in Fig. 1a sind in der Zeichenebene paarweise
um den Winkel α nach rechts bzw. nach links abgewinkelt. Die Endquerschnitte
H1 und H2 sowie E1 und E2 sind nach einer gewissen Länge soweit gegenseitig versetzt,
daß sie mit zwei exakt gleichen Hohlleiterverzweigungen SV (in Fig. 1b punktiert)
durchdringungsfrei zusammengefaßt werden können.
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Die bei einer Ausführung nach Fig. 1 noch vorhandene strukturelle
Unsymmetrie kann wie folgt vollständig beseitigt werden.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden alle vier Rechteckhohlleiterabschnitte
GH1, GH2, GH3 und GH4 zusätzlich nach oben (oder unten) ebenfalls um den Winkel
a abgewinkelt. Es wird also die exakte Phasensymmetrie der Polarisationsweiche in
Fig. 2 deshalb erreicht, weil dann alle vier Rechteckhohlleiterabschnitte EHV(einschließlich
Endknicken) untereinander exakt gleich sind; denn der obere und untere Hohlleiter,
die in Fig. 1 nur über ihre Schmalseite abgewinkelt sind, werden in Fig. 2 (GH1
und GH2) um den gleichen Winkel auch über ihre Breitseite abgewinkelt.
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Analog werden der in Fig. 1 nur über die Breitseiten abgewinkelte
rechte und linke Hohlleiter in Fig. 2 GH2 und GH4 auch über ihre Schmalseiten abgewinkelt.
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Der rechte Hohlleiter GH4 in Fig. 2 links verläuft in der Seitenansicht
von Fig. 2 rechts parallel und somit durchdringungsfrei zwischen dem oberen und
dem unteren Hohlleiter.
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Die gegenseitige Lage der Endquerschnitte EH1 und EH2 sowie EH3 und
EH4 in Fig. 2 ist gegenüber Fig. 1 unverändert. Diese Endquerschnitte können also
paarweise und durchdringungsfrei wieder mit zwei exakt gleichen Hohlleiterserienverzweigungen
SV (punktiert) zusammengefaßt werden. Damit sind beide Durchgangswege der Polarisationsweiche
in Fig. 2 untereinander exakt symmetrisch.
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Es entfällt daher der schwierige Phasenabgleich, mit dem bisher die
elektrischen Längen beider Durchgangswege der Weiche nach Fig. 1 mehr oder weniger
gut aneinander angeglichen wurden. Außerdem ist die Anpassungsarbeit bei der Weiche
von Fig. 2 nur noch für einen der beiden exakt gleichen Durchgangswege zu leisten.
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Jeder der vier räumlich schräg verlaufenden Rechteckhohlleiter GH1,
GH2, GH3 und GH4 in Fig. 2 links wird an seinen beiden Enden über die schmale und
breite Hohlleiterseite zugleich mit einem sogenannten E-H-Knick in Richtung parallel
zur Längsachse der Weiche abgewinkelt (E-H-Versatz E-H-V). Der einzelne E-H-Knick
stellt eine sehr vorteilhafte Kombination eines E-Knickes mit einem H-Knick im selben
Rechteckhohlleiterquerschnitt dar; denn die Parallelkapazität des H-Knickes und
die Serieninduktivität des E-Knickes kompensieren sich gegenseitig zum größten Teil.
Da die Serieninduktivität des unkompensierten E-Knickes vom Seitenverhältnis seines
Rechteckhohlleiters abhängt, die Parallelkapazität des unkompensierten H-Knickes
dagegen nicht, gibt es ein bestimmtes Seitenverhältnis, bei dem sich E- und H-Knick
- gleichen Knickwinkel α vorausgesetzt - gegenseitig vollständig kompensieren.
Dies gilt in sehr breiten Frequenzbändern vor allem bei kleineren Knickwinkeln (etwa
a < 300); weil hier die Reflexion des einzelnen E- bzw. H-Knickes nahezu frequenzunabhängig
ist. Weicht das Seitenverhältnis von dem obengenannten ab, so läßt sich die verbleibende
Reflexion mit einer zusätzlich anzubringenden Reaktanz kompensieren, deren Vorzeichen
entgegengesetzt zu demjenigen der Blindkomponente der Reflexion zu wählen ist. Es
ist auch möglich, die Restreflexionen beider E-H-Knicke eines E-H-Versatzes dadurch
zu kompensieren, daß diese E-H-Knicke im Nutzfrequenzbereich einenAbstand von #H/4
oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon erhalten. Bei zwei relativ weit voneinander
entfernten Nutzfrequenzbereichen sind Abstände von z.B. 3. #H/4 im unteren und 5.##H/4
im oberen Bereich vorteilhaft.
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Der E-H-Knick erzeugt ein E11- und ein H20-Störfeld.
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Damit diese Störfelder nicht mit denen anschließender Knicke der
Doppelverzweigung bzw. der Serienverzweigungen in Wechselwirkung treten, sind im
Ausführungsbeispiel als zweckmäßige Ausgestaltung an jeden E-H-Versatz EHV parallel
zur Weichenachse verlaufende Hohlleiterabschnitte angeschlossen, die in Fig. 2 nur
durch ihre Längsachsen 1, 2, 3, 4, 5, 6 kenntlich' gemacht sind. Ihre Lange ist
so bemessen, daß der Störwellentyp mit der niedrigsten Grenzfrequenz bei der höchsten
Betriebsfrequenz ausreichend aperiodisch gedämpft wird. Dazu genügt bei normalen
Symmetrieforderungen eine aperiodische Störwellendämpfung von 20 dB zwischen benachbarten
Knicken.
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2 Figuren 6 6 Patentansprüche
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