DE102010014864A1

DE102010014864A1 - Hohlleiterverbindung für ein Antennensystem und Antennensystem

Info

Publication number: DE102010014864A1
Application number: DE102010014864A
Authority: DE
Inventors: Harald Braubach; Dr. Herschlein Alexander; Peter Koch
Original assignee: Astrium GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: ITMI20110525A1; FR2958802A1; DE102010014864B4; FR2958802B1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Hohlleiterverbindung (1) für ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen. Die Hohlleiterverbindung umfasst ein erstes Hohlleiterelement (100), das mit einem ersten Antennenpaneel gekoppelt ist, und ein zweites Hohlleiterelement (200), das mit einem zweiten, an das erste Antennenpaneel angrenzenden Antennenpaneel gekoppelt ist. Das erste und das zweite Hohlleiterelement (100, 200) grenzen in einem entfalteten Zustand des Antennensystems ausgerichtet aneinander. Das erste Hohlleiterelement (100) umfasst eine Anzahl an ersten Drosselflanschhohlleitern (101, 102, 103), die paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Das zweite Hohlleiterelement (200) umfasst eine entsprechende Anzahl an zweiten Drosselflanschhohlleitern (201, 202, 203), die korrespondierend zu den ersten Drosselflanschhohlleitern (101, 102, 103) paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Durch ein jeweiliges Hohlleiterpaar (11, 12, 13) aus einem ersten und einem korrespondierenden zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) ist ein Signalkanal bereitgestellt. Jeder der ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) weist ein Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) auf, wobei über das Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) ein RF-Signal magnetisch in den betreffenden Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) einkoppelbar oder auskoppelbar ist. Jeder der ersten und/oder zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) weist ein Abstimmelement (141, 142, 143, 241, 242, 243) auf, über das eine Phasenabstimmung der Durchgangsphase von Antennenpaneel zu Antennenpaneel vornehmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine berührungslose, abstimmbare Hohlleiterverbindung für ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen, wobei die Hohlleiterverbindung ein erstes Hohlleiterelement, das mit einem ersten Antennenpaneel gekoppelt ist, und ein zweites Hohlleiterelement, das mit einem zweiten, an das erste Antennenpaneel angrenzenden Antennenpaneel gekoppelt ist, umfasst. Das erste und das zweite Hohlleiterelement grenzen in einem entfalteten Zustand des Antennensystems ausgerichtet aneinander. Die Erfindung betrifft ferner ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen mit einer Hohlleiterverbindung.
Bei Antennensystemen, die für Raumfahrtanwendungen gedacht sind, werden die zunächst zwecks Transports gefalteten Antennenpaneele im Orbit entfaltet. Dabei ist es notwendig, die einzelnen, aneinander grenzenden Antennenpaneele mit einer Verbindungskomponente signaltechnisch zu verbinden.
Ein Beispiel für ein derartiges Antennensystem ist das sog. „Sentinel-1 SAR Antenna Subsystem (SAS)” für die Mission Sentinel-1. Das Antennensystem ist eine planare, phasengesteuerte Antenne (sog. „Planar Active Phased Array Antenna”), die im C-Band (5,405 GHz) mit einer Frequenzbandbreite von 100 MHz arbeitet. Das Antennensystem hat im entfalteten Zustand eine Gesamtgröße von 12,3 m × 0,84 m und wird durch ein Zentral-Paneel, das an der Spitze eines Raumfahrzeugs montiert ist, und zwei seitlichen Antennenflügeln an zwei benachbarten Seiten des Raumfahrzeugs gebildet. Das Zentral-Paneel ist mit zwei sog. SAS-Platten (Tiles) ausgerüstet, wohingegen die zwei Antennenpaneele eines jeweiligen Seitenflügels jeweils drei SAS-Platten aufweisen. Insgesamt weist das Antennensystem damit 14 identische Platten auf: sechs SAS-Platten am rechten Antennenflügel, zwei SAS-Platten am Zentral-Paneel und sechs SAS-Platten am linken Seitenflügel. Jede der SAS-Platten besitzt alle notwendigen Funktionen, die für Strahlformung und -lenkung erforderlich sind.
Ein derartiges Antennensystem umfasst die folgenden, grundsätzlichen Funktionen:

– Signalausstrahlung und Empfang (WG-Assy),
– Hochleistungsverstärkung eines verteilten Sendesignals (EFEs, TAAs),
– rauscharme Verstärkung eines verteilten Empfangssignals mit LNA-Schutz (EFEs),
– Signal- und Leistungsverteilung (gemeinsame Einspeisung, Leistungswandlung) (RFDN),
– Phasen- und Amplitudensteuerung einschließlich Temperaturkompensation (EFEs über TCU),
– interne Kalibrierschleife,
– Bereitstellung eines Entfaltungsmechanismus einschließlich Niederhalter und Freigabe,
– Bereitstellung der mechanischen Antennenstruktur.

Ein Signalverteilungsnetzwerk (RF-Distribution Network, RFDN) verteilt im Sendemodus die Signale von einem SAR-Subsystem (SAR Electronic Subsystem, SES) an die Antennenplatten, d. h. zu den Eingangsanschlüssen einer Verstärkereinheit (Tile Amplifier Assembly, TAA), mit einem guten Phasenabgleich. Auf der SAS-Plattenebene verteilt das RFDN die Sendesignale von einem Ausgang der Verstärkereinheit TAA zu EFE-Modulen (Electronic Front End, EFE) mit gutem Phasenabgleich. Zum Empfang kombiniert das Signalverteilungsnetzwerk RFDN die empfangenen Signale in der umgekehrten Richtung.
Das Signalverteilungsnetzwerk RFDN ist aus folgenden Elementen gebildet:

– ein sog. Azimuth Plane Distribution Network (APDN) für die Signalverteilung auf Ebene der Antennenpaneele,
– ein sog. Elevation Plane Distribution Network (EPDN) für die Signalverteilung auf SAS-Plattenebene,
– RF Harness.

Das Signalverteilungsnetzwerk RFDN besitzt die folgenden Hauptfunktionen:

– Im Sendemodus: Verteilung des Sendesignals von dem SES über die Plattenverstärker zu den EFEs mit einer geringen Phasenvariation zwischen den Ausgangsanschlüssen.
– Im Empfangsmodus: Kombination der empfangenen Signale von den EFEs über die Platten-Verstärker (Tile Amplifier) in Richtung des SES mit einer geringen Phasenvariation zwischen den verschiedenen Empfangspfaden.
– Bandpassfilterung im Sende- und Empfangspfad.

Auf Plattenebene umfassen die EPDN des Signalverteilungsnetzwerks RFDN Koaxialkabel und Leistungsverteiler/Kombinierer. Auf Antennenpaneelebene umfasst das APDN Koaxialkabel und Leistungsverteiler-/Kombiniererkomponenten in entsprechender Weise.
Die signaltechnische Verbindung der einzelnen Antennenpaneele erfolgt unter Verwendung von Hohlleiterverbindungen. Dabei ist es notwendig, einen Phasenabgleich von Antennenpaneel zu Antennenpaneel bzw. von Signalkanal zu Signalkanal zu bewerkstelligen. Hierzu werden sog. Tuning-Schrauben verwendet, um einen Feinabgleich der Durchgangsphase, ohne jedoch die Anpassung zu verändern, vorzunehmen. Um einen ausreichend großen Abstimmbereich abzudecken, sind in der Regel mehrere Schrauben notwendig. Eine andere Möglichkeit, die Durchgangsphase abzustimmen, besteht in der Verwendung einer sog. „Posaune”. Hierbei handelt es sich um ein Leitungsstück, welches in der Länge verändert werden kann. Die Verwendung einer Posaune erfordert eine kontaktbehaftete Ausgestaltung der Hohlleiterverbindung, bei der das erste und zweite Hohlleiterelement in entsprechenden Kontakt gebracht werden. Diese Varianten sind jedoch vergleichsweise aufwendig und als Verbindungselement zwischen den Paneelen ungeeignet. Posaunen sind zudem nur innerhalb eines Paneels einsetzbar, sofern es sich um ein Hohlleiterspeisenetzwerk handelt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hohlleiterverbindung für ein Antennensystem und ein Antennensystem anzugeben, mit denen ein Phasenabgleich von Antennenpaneel zu Antennenpaneel auf einfachere Weise vornehmbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Hohlleiterverbindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Antennensystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schafft eine berührungslose, abstimmbare Hohlleiterverbindung für ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen, wobei die Hohlleiterverbindung ein erstes Hohlleiterelement, das mit einem ersten Antennenpaneel gekoppelt ist, und ein zweites Hohlleiterelement, das mit einem zweiten, an das erste Antennenpaneel angrenzenden Antennenpaneel gekoppelt ist, umfasst. Dabei grenzen das erste und das zweite Hohlleiterelement in einem entfalteten Zustand des Antennensystems ausgerichtet aneinander. Das erste Hohlleiterelement umfasst eine Anzahl an ersten Drosselflanschhohlleitern, die paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Das zweite Hohlleiterelement umfasst eine entsprechende Anzahl an zweiten Drosselflanschhohlleitern, die korrespondierend zu den ersten Drosselflanschhohlleitern paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Durch ein jeweiliges Hohlleiterpaar aus einem ersten und einem korrespondierenden zweiten Drosselflanschhohlleiter ist ein Signalkanal bereitgestellt. Jeder der ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter weist ein Speiseelement auf, wobei über das Speiseelement ein RF-Signal magnetisch in den betreffenden Drosselflanschhohlleiter einkoppelbar oder auskoppelbar ist. Jeder der ersten und/oder zweiten Drosselflanschhohlleiter weist ein Abstimmelement auf, über das eine Phasenabstimmung der Durchgangsphase von Antennenpaneel zu Antennenpaneel vornehmbar ist.
Die erfindungsgemäße Hohlleiterverbindung erlaubt den Ausgleich der Phasenunterschiede der Anzahl an Signalkanälen in einem großen Bereich, ohne dass sich Einfügungsverluste merklich ändern. Dies hat zur Folge, dass die erfindungsgemäße Hohlleiterverbindung nahezu verlustlos arbeitet. Diese funktionalen Vorteile, aber auch eine erleichterte Herstellung und Handhabung ergeben sich durch die Zusammenfassung der Drosselflanschhohlleiter in dem ersten bzw. zweiten Hohlleiterelement, wobei die Drosselflanschhohlleiter paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Die 90°-Orientierung ermöglicht hierbei eine verbesserte Signalentkopplung. Das zusätzliche Vorsehen eines Speiseelements und eines Abstimmelements in jedem der Drosselflanschhohlleiter ermöglicht eine integrale Abstimmmöglichkeit der Hohlleiterverbindung der Durchgangsphase. Durch das Verändern der Position des Abstimmelements entsteht ein kapazitiver Anteil im Speiselementbereich, welcher die Phase ändert.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung grenzen das erste und das zweite Hohlleiterelement im entfalteten Zustand des Antennensystems unter Ausbildung eines Luftspalts berührungslos und ausgerichtet aneinander. Um zu verhindern, dass der zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlleiterelement gebildete Luftspalt zur Bereitstellung einer kontaktlosen Hohlleiterverbindung zu unerwünschter Strahlung und zu Verlusten im Signalpfad führt, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die ersten Drosselflanschhohlleiter auf einer, dem Flansch des zweiten Hohlleiterelements zugewandten Seite des Flansches des ersten Hohlleiterelements mit einer Korrugation versehen sind. Korrugationen werden auch als Drosselring oder Chokering bezeichnet. Zweckmäßigerweise ist die Korrugation in Form eines Ringes ausgebildet. Vorzugsweise umgibt die Korrugation jeweils einen der ersten Drosselflanschhohlleiter.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist das Speiseelement ein erstes und ein zweites Ende auf, die beide elektrisch mit einer Hohlleiterwand eines zugeordneten Drosselflanschhohlleiters verbunden sind. Das Speiseelement bildet eine „Schleife”, deren Enden die elektrische Verbindung zu der Hohlleiterwand aufweisen. Das Speiseelement wird auch als „Feedhaken” oder „Feedprobe” bezeichnet. Die elektrische Verbindung der beiden Enden des Speiseelementes bringt EMC-Vorteile (elektromagnetische Verträglichkeit) mit sich.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung bildet ein in das Speiseelement eingespeister Strom ein Magnetfeld um dieses aus, wodurch in dem zugeordneten Drosselflanschhohlleiter eine H10-Welle anregbar ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist das Abstimmelement über dem Speiseelement angeordnet. Hierdurch ändert sich die Anpassung nicht. Es wird lediglich die Durchgangsphase über einen großen Bereich hinweg geändert. Insbesondere bleibt die durch das Speiseelement und Abstimmelement erzeugte Einfügedämpfung unverändert.
In einer weiteren Ausgestaltung sind neben dem Abstimmelement eines jeweiligen Drosselflanschhohlleiters keine weiteren Abstimmelemente vorgesehen. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Hohlleiterverbindung mit einer geringst möglichen Anzahl an Elementen ausgebildet werden. Hierdurch reduzieren sich nicht nur Fertigungskosten, sondern auch potentielle Fehlerquellen oder Phasenabgleich-Abstimmvorgänge werden vereinfacht.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Abstimmelemente eines Hohlleiterpaares in dem ersten und dem zweiten Drosselflanschhohlleiter mit jeweils vorgegebener Eindringtiefe ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Abstimmelemente eines Hohlleiterpaares in dem ersten und dem zweiten Drosselflanschhohlleiter mit jeweils gleicher Eindringtiefe ausgebildet. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht einen großen Phasenabstimmbereich der Durchgangsphase (Insertion Phase), eine geringe Degradation bezüglich der Anpassung (VSWR – Voltage Standing Wave Ratio) und der Einfügedämpfung (Insertion Loss).
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Abstimmelemente als Abstimmschrauben, insbesondere Johansson Tuning Screws, ausgebildet.
In einer konkreten Ausgestaltung ist die Anzahl an ersten und zweiten Drosselflanschhohlleitern drei. Hierdurch können die Signalkanäle TX, RX-V und RX-H in der erfindungsgemäßen Hohlleiterverbindung bereitgestellt und realisiert werden.
Zweckmäßigerweise weisen die ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter einen rechteckigen Querschnitt auf.
Die Erfindung schafft weiterhin ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen mit einer Hohlleiterverbindung. Dabei ist die Hohlleiterverbindung gemäß der obigen Beschreibung ausgestaltet. Insbesondere ist das Antennensystem für eine Verwendung im Orbit vorgesehen bzw. ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren beschrieben.
Es zeigen.
1a und 1b eine perspektivische Darstellung eines ersten Hohlleiterelements von schräg hinten und von schräg vorne,
2 eine Draufsicht auf ein erstes Hohlleiterelement, bei dem Kurzschlussplatten der drei dargestellten Drosselflanschhohlleiter entfernt sind,
3 eine vergrößerte Darstellung eines ersten Drosselflanschhohlleiters des ersten Hohlleiterelements,
4a und 4b eine perspektivische Darstellung eines zweiten Hohlleiterelements von schräg vorne und von schräg hinten,
5 eine erfindungsgemäße Hohlleiterverbindung in einer Anordnung, wie sie in einem entfalteten Zustand der Antennenpaneele eines Antennensystems wäre,
6a, 6b und 6c verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drosselflanschhohlleiters, aus der eine konkrete Realisierung ersichtlich ist.
Die 1a und 1b zeigen jeweils in einer perspektivischen Darstellung ein erstes Hohlleiterelement 100 einer erfindungsgemäßen Hohlleiterverbindung 1, welche vollständig in 5 dargestellt ist. Das in 1 dargestellte erste Hohlleiterelement 100 ist im Betrieb mit einem, in der Figur nicht dargestellten ersten Antennenpaneel eines Antennensystems aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen gekoppelt. Ein dazu korrespondierendes zweites Hohlleiterelement 200, das in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen in den 4a und 4b dargestellt ist, ist mit einem zweiten, an das erste Antennenpaneel angrenzenden Antennenpaneel im Betrieb gekoppelt. Wenn das Antennensystem sich in einem entfalteten Zustand befindet, grenzen das erste und das zweite Hohlleiterelement 100, 200 aneinander, wie dies der 5 zu entnehmen ist.
Die Antennenpaneele des Antennensystems sind während ihres Transports in den Orbit gefaltet und werden erst im Orbit entfaltet, so dass das Antennensystem seine für den Betrieb endgültige Gestalt annimmt. Die signaltechnische Verbindung der einzelnen Antennenpaneele erfolgt im Bereich der „Nahtstelle” zweier aneinander grenzender Antennenpaneele unter Verwendung der Hohlleiterverbindung 1, welche das erste und das zweite Hohlleiterelement 100, 200 umfasst.
Das erste Hohlleiterelement 100 und das zweite Hohlleiterelement 200 grenzen im entfalteten Zustand des Antennensystems unter Ausbildung eines Spalts 20 berührungslos und ausgerichtet aneinander.
Das erste Hohlleiterelement 100 weist im Ausführungsbeispiel drei erste Drosselflanschhohlleiter 101, 102, 103 auf, die paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Die Drosselflanschhohlleiter 101, 102, 103 werden als Choke Flange bezeichnet und weisen eine Hohlleiterwand 107, 108, 109 mit jeweils rechteckigem Querschnitt auf. An der einem jeweiligen Flansch 104, 105, 106 abgewandeten Seite der Hohlleiterwand 107, 108, 109 sind sog. Kurzschlussplatten angeordnet, die die Hohlleiter auf ihrer Rückseite verschließen.
Das zweite Hohlleiterelement 200 weist eine entsprechende Anzahl an zweiten Drosselflanschhohlleitern 201, 202, 203 auf, die korrespondierend zu den ersten Drosselflanschhohlleitern 101, 102, 103 ebenfalls paarweise um 90° zueinander orientiert sind. Die Hohlleiterwände der zweiten Drosselflanschhohlleiter 201, 202, 203 sind mit den Bezugszeichen 207, 208, 209 gekennzeichnet. Auch hier sind an dem jeweiligen Flansch 204, 205, 206 abgewandten Enden die Hohlleiterwände 207, 208, 209 mit Kurzschlussplatten verschlossen.
Durch ein jeweiliges Hohlleiterpaar (vgl. Bezugszeichen 11, 12, 13 in 5) aus einem ersten und einem korrespondierenden zweiten Drosselflanschhohlleiter 101 und 201 bzw. 102 und 202 bzw. 103 und 303 ist ein jeweiliger Signalkanal bereitgestellt. In der im Ausführungsbeispiel gezeigten Hohlleiterverbindung 1 werden als Signalkanäle die RF-Signalzweige TX (Hohlleiterpaar 11), RX-V (Hohlleiterpaar 12) und RX-H (Hohlleiterpaar 13) bereitgestellt.
Da sich – wie einleitend bereits beschrieben – das erste und das zweite Hohlleiterelement 100, 200 im entfalteten Zustand des Antennensystems nicht berühren, könnte durch den zwischen den beiden Hohlleiterelementen entstehenden Spalt 20 unerwünschte Strahlung und damit Verluste im Signalpfad entstehen. Um dem entgegenzuwirken, weisen die Flansche 104, 105, 106 des ersten Hohlleiterelements 100 auf der den Flanschen 204, 205, 206 des zweiten Hohlleiterelements 200 im Betrieb zugewandten Seite jeweils eine Korrugation 110, 111, 112 in Gestalt eines Ringes auf. Dieser wird daher auch als Drossel- oder Chokering bezeichnet.
Durch die Zusammenfassung der drei Drosselflanschhohlleiter 101, 102, 103 bzw. 201, 202, 203 in einem Hohlleiterelement 100 bzw. 200 und eine paarweise Anordnung um 90° zueinander erhöht sich die Signalentkopplung – zusätzlich zu den Korrugationen.
Jeder der ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter 101, 102, 103 und 201, 202, 203 weist ein Speiseelement 121, 122, 123 (vgl. 2 und 3 für das erste Hohlleiterelement 100) und 221, 222, 223 (nicht sichtbar in den Figuren für das Hohlleiterelement 200) sowie ein Abstimmelement 141, 142, 143 und 241, 242, 243 auf. Das in den perspektivischen Darstellungen der 1 und 4 nicht erkennbare Speiseelement ermöglicht die magnetische Einkopplung eines RF-Signals in den betreffenden Drosselflanschhohlleiter. Die im Inneren der zugeordneten Drosselflanschhohlleiter angeordneten Speiseelemente sind jeweils mit einer außerhalb an den Hohlleiterwänden angeordneten Signaleinspeisung 131, 132, 133 und 231, 232, 233 gekoppelt. Vermittels der Signaleinspeisungen findet ein Übergang von einem mit diesem verbundenen Koaxialspeisenetzwerk zu den Drosselflanschhohlleitern statt.
Wie besser aus der 2 hervorgeht, welche eine Draufsicht auf das erste Hohlleiterelement 100 mit entfernten Kurzschlussplatten zeigt, sind die Speiseelemente 121, 122, 123 in Gestalt einer rechtwinklig ausgebildeten Schlaufe ausgebildet.
3 zeigt die Anordnung der Elemente des Drosselflanschhohlleiters 101 in einer vergrößerten Darstellung. Deren erste und zweite Enden 124, 125 bzw. 126, 127 bzw. 128, 129 sind jeweils elektrisch mit der zugeordneten Hohlleiterwand 107, 108, 109 verbunden. Die elektrische Verbindung der beiden Enden mit der zugeordneten Hohlleiterwand verbessert die elektrischen Eigenschaften hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit (EMC – Electromagnetic Coupling). Die Speiseelemente 121, 122, 123, die auch als Feedhaken bezeichnet werden, ermöglichen eine magnetische Einkopplung des an der Signaleinspeisung anliegenden Signals. Der Strom, der über den jeweiligen Feedhaken 121, 122, 123 fließt, erzeugt ein Magnetfeld um denselben, wodurch eine H10-Welle im zugeordneten Drosselflanschhohlleiter angeregt wird.
Die Abstimmung der Durchgangsphase erfolgt über das als Schraube ausgebildete Abstimmelement 141, 142, 143, welches sich direkt über dem zugeordneten Feedhaken 121, 122, 123 befindet. An dieser Position kann ein besonders großer Abstimmbereich erzielt werden. Darüber hinaus sind zusätzliche Abstimmelemente entbehrlich. Das Vorsehen der Abstimmschrauben, welche vorzugsweise als Johansson Tuning Screw ausgebildet sind, ergibt eine integrale Abstimm-Möglichkeit, welche in den jeweiligen Drosselflanschhohlleiter implementiert ist. Dies gilt in entsprechender Weise auch für das zweite Hohlleiterelement 200.
Durch das Eindrehen der jeweiligen Abstimmschraube entsteht ein zusätzlich kapazitiver Anteil im Bereich des zugeordneten Feedhakens, welcher die Durchgangsphase ändert. Das Eindrehen beider Abstimmschrauben eines Hohlleiterpaares 11, 12, 13 sorgt dafür, dass ein großer Phasenabstimmbereich erhalten wird und die Anpassung und der Durchgangsdämpfungsverlust nicht beeinflusst werden. Durch das Eindrehen beider Abstimmschrauben eines jeweiligen Hohlleiterpaares 11, 12, 13 werden Verschlechterungen bezüglich der Anpassung und bezüglich der Einfügedämpfung verhindert. Nur die Durchgangsphase (Insertion Phase) wird beeinflusst, wobei dies der Effekt ist, der benötigt wird, um den Phasenabgleich durchzuführen.
Die 6a, 6b und 6c zeigen die relative Positionierung der Abstimmschraube 141 zu dem Feedhaken (Speiseelement) 121. Insbesondere aus den Schnittdarstellungen der 6b und 6c geht dabei hervor, dass die Abstimmschraube 141 über dem Speiseelement 121 angeordnet ist. Die Abstimmschraube 141 wird auf die gewünschte Tiefe TL eingedreht, wobei diese in der Praxis beispielsweise für die Sentinel-1 Anwendung nicht mehr als 4 mm betragen sollte. Der Abstand des Zentrums der Abstimmschraube 141 zu der in x-Richtung liegenden Hohlleiterwand 107 ist in 6c mit TD1 gekennzeichnet. Mit TD2 ist der Abstand des Zentrums der Abstimmschraube 141 von der in z-Richtung liegenden Wand der Hohlleiterwand 107 gekennzeichnet. Der Durchmesser der Abstimmschraube beträgt beispielsweise für die Sentinel-1 Anwendung vorzugsweise 4 mm. TD1 beträgt beispielsweise 4,9 mm +/– 0,1 mm. TD2 beträgt beispielsweise 19,075 mm +/– 0,2 mm. Die Hohlleiterwand 107 bildet ein Hohlleiterstück aus, dessen Länge etwas mehr als eine Hohlleiterwellenlänge ist, um parasitäre Moden abklingen zu lassen. Der Übergang vom Hohlleiter in den Koaxialleiterbereich ist realisiert durch das Speiseelement 121.
Werden die Abstimmschrauben eines jeweiligen Hohlleiterpaars 11, 12, 13 auf die gleiche Eindringtiefe gebracht, wird eine hohe Performance erreicht, d. h. ein großer Phasenabstimmbereich der Durchgangsphase (Insertion Phase), eine geringe Degradation bezüglich der Anpassung (VSWR) und der Einfügedämpfung (Insertion Loss).
Die Eindringtiefe der Abstimmschrauben 141 wird wie folgt bestimmt: Zunächst wird zumindest die Durchgangsphase eines jeden Signalpfads (Signalkanals) eines jeweiligen Hohlleiterpaars gemessen. Die Differenz der einzelnen Signalkanäle/Signalpfade ist die zu kompensierende Größe. Es wird ein Referenzkanal, auf den abgestimmt werden soll, festgelegt. Anschließend wird die Durchgangsphase eines jeden Signalkanals nochmals gemessen. Während des Messvorganges werden die Abstimmschrauben des abzustimmenden Signalkanals so tief eingedreht, bis der Signalkanal mit dem Referenzkanal übereinstimmt.
Die erfindungsgemäße Hohlleiterverbindung erlaubt die Steuerung der S₂₁-Phasenverzögerung beispielsweise für die Sentinel-1 Anwendung in einem Bereich von 0° bis 30°, wobei die Performance der S₁₁- und S₂₁-Magnitude aufrecht erhalten werden können. Bezüglich des S₁₁-Parameters erlaubt eine Eindringtiefe von 4 mm die Aufrechterhaltung des Reflexionsverlustes unterhalb –20 dB über eine Frequenz-Bandbreite von 100 MHz. Bezüglich des S₂₁-Parameters ist die Auswirkung auf die Einfügedämpfung bei einer Eindringtiefe von 4 mm vernachlässigbar klein. Ein Abstimmbereich von gewünschten 15° kann dabei mit einer Eindringtiefe des Abstimmelements von 4 mm erreicht werden.
Die Hohlleiterverbindung ermöglicht somit die Signalausbreitung zwischen zwei aneinander grenzenden Antennenpaneelen. Eine Johansson Tuning Screw ist ein raumfahrtqualifiziertes Mikrowellen-Abstimmelement.
Bezugszeichenliste

1: Hohlleiterverbindung
11: Hohlleiterpaar
12: Hohlleiterpaar
13: Hohlleiterpaar
20: Spalt
100: erstes Hohlleiterelement
101: erster Drosselflanschhohlleiter
102: erster Drosselflanschhohlleiter
103: erster Drosselflanschhohlleiter
104: Flansch
105: Flansch
106: Flansch
107: Hohlleiterwand
108: Hohlleiterwand
109: Hohlleiterwand
110: Korrugation
111: Korrugation
112: Korrugation
121: Speiseelement
122: Speiseelement
123: Speiseelement
124: erstes Ende des Speiseelements 121
125: zweites Ende des Speiseelements 121
126: erstes Ende des Speiseelements 122
127: zweites Ende des Speiseelements 122
128: erstes Ende des Speiseelements 123
129: zweites Ende des Speiseelements 123
131: Signaleinspeisung
132: Signaleinspeisung
133: Signaleinspeisung
141: Abstimmelement
142: Abstimmelement
143: Abstimmelement
200: zweites Hohlleiterelement
201: zweiter Drosselflanschhohlleiter
202: zweiter Drosselflanschhohlleiter
203: zweiter Drosselflanschhohlleiter
204: Flansch
205: Flansch
206: Flansch
207: Hohlleiterwand
208: Hohlleiterwand
209: Hohlleiterwand
221: Speiseelement
222: Speiseelement
223: Speiseelement
231: Signaleinspeisung
232: Signaleinspeisung
233: Signaleinspeisung
241: Abstimmelement
242: Abstimmelement
243: Abstimmelement
TL: Eindringtiefe des Abstimmelements
TD1: Abstand des Abstimmelements zur Hohlleiterwand
TD2: Abstand des Abstimmelements zur Hohlleiterwand

Claims

Hohlleiterverbindung (1) für ein Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen, wobei die Hohlleiterverbindung ein erstes Hohlleiterelement (100), das mit einem ersten Antennenpaneel gekoppelt ist, und ein zweites Hohlleiterelement (200), das mit einem zweiten, an das erste Antennenpaneel angrenzenden Antennenpaneel gekoppelt ist, umfasst, wobei das erste und das zweite Hohlleiterelement (100, 200) in einem entfalteten Zustand des Antennensystems ausgerichtet aneinander grenzen, wobei – das erste Hohlleiterelement (100) eine Anzahl an ersten Drosselflanschhohlleitern (101, 102, 103) umfasst, die paarweise um 90° zueinander orientiert sind, – das zweite Hohlleiterelement (200) eine entsprechende Anzahl an zweiten Drosselflanschhohlleitern (201, 202, 203) umfasst, die korrespondierend zu den ersten Drosselflanschhohlleitern (101, 102, 103) paarweise um 90° zueinander orientiert sind, – durch ein jeweiliges Hohlleiterpaar (11, 12, 13) aus einem ersten und einem korrespondierenden zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) ein Signalkanal bereitgestellt ist, – jeder der ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) ein Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) aufweist, wobei über das Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) ein RF-Signal magnetisch in den betreffenden Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) einkoppelbar oder auskoppelbar ist, und – jeder der ersten und/oder zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) ein Abstimmelement (141, 142, 143, 241, 242, 243) aufweist, über das eine Phasenabstimmung der Durchgangsphase von Antennenpaneel zu Antennenpaneel vornehmbar ist.
Hohlleiterverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Hohlleiterelement (100, 200) im entfalteten Zustand des Antennensystems unter Ausbildung eines Spalts (20) berührungslos und ausgerichtet aneinander grenzen.
Hohlleiterverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103) auf einer, dem Flansch des zweiten Hohlleiterelements (200) zugewandten Seite des Flansches des ersten Hohlleiterelements (100) mit einer Korrugation (110, 111, 112) versehen sind.
Hohlleiterverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrugation (110, 111, 112) in Form eines Ringes ausgebildet ist.
Hohlleiterverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrugation (110, 111, 112) jeweils einen der ersten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103) umgibt.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die beide elektrisch mit einer Hohlleiterwand (107, 108, 109, 207, 208, 209) eines zugeordneten Drosselflanschhohlleiters verbunden sind.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) eingespeister Strom ein Magnetfeld um dieses ausgebildet, wodurch in dem zugeordneten Drosselflanschhohlleiter eine H10-Welle anregbar ist.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (141, 142, 143, 241, 242, 243) über dem Speiseelement (121, 122, 123, 221, 222, 223) angeordnet ist.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Abstimmelement (141, 142, 143, 241, 242, 243) eines jeweiligen Drosselflanschhohlleiters keine weiteren Abstimmelemente vorgesehen sind.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmelemente eines Hohlleiterpaares in den ersten und den zweiten Drosselflanschhohlleiter mit jeweils vorgegebener Eindringtiefe ausgebildet sind.
Hohlleiterverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmelemente (141, 142, 143, 241, 242, 243) eines Hohlleiterpaares (11, 12, 13) in dem ersten und dem zweiten Drosselflanschhohlleiter mit jeweils gleicher Eindringtiefe ausgebildet sind.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmelemente (141, 142, 143, 241, 242, 243) als Abstimmschrauben, insbesondere Johansson Tuning Screws, ausgebildet sind.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an ersten und zweiten Drosselflanschhohlleitern (101, 102, 103, 201, 202, 203) drei ist.
Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Drosselflanschhohlleiter (101, 102, 103, 201, 202, 203) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Antennensystem aus mehreren zueinander beweglichen Antennenpaneelen mit einer Hohlleiterverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Antennensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für eine Verwendung im Orbit vorgesehen und/oder ausgebildet ist.