DE1115797B - Speisevorrichtung zum UEbertragen von Hochfrequenzenergie mit einstellbarer Polarisation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Speisevorrichtungen zum Übertragen von Hf-Energie zwischen zwei Punkten, wobei die Hf-Energie an dem einen Punkt in linearpolarisierter Form vorhanden ist und an dem anderen Punkt nach Wunsch linear- oder zirkularpolarisiert zur Verfügung stehen soll.

Solche Speisevorrichtungen sind bekannt und können an einem Ende eine phasenverschiebende Einrichtung enthalten, die einer der Komponenten der durchtretenden Hf-Energie eine um 90° unterschiedliche Phasenverschiebung erteilt. Der besondere Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß zwei getrennte drehbare Teile betätigt werden müssen, um die gewünschte Änderung der Polarisation herbeizuführen. Weiter ist es nicht möglich, eine solche Vorrichtung mit kurzer Baulänge und entsprechend geringem Gewicht auszuführen.

Andere bekannte Einrichtungen dieser Art weisen ebenfalls erhebliche Abmessungen, insbesondere in axialer Richtung, auf und sind deshalb gegen mechanische Beanspruchung, besonders gegen Rüttelkräfte empfänglich, die eine Beeinflussung der übertragenen Hf-Energie hervorrufen können.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Speisevorrichtung sowohl für linear- als auch für zirkularpolarisierte Hf-Energie zu schaffen, die beträchtlich kompakter und infolgedessen leichter, billiger und gegen Schwingungserscheinungen wesentlich unempfindlicher ist als die bisher für diesen Zweck bekannten Vorrichtungen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Speisevorrichtung zu schaffen, bei der zum Wechseln der Polarisationsart nur ein einziges Teil betätigt werden muß.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich eine solche Speisevorrichtung durch eine Übertragungseinrichtung, die Energie an dem einen Punkt als Wellentype TE₁₁ in ein Ende einer runden Hohlleitung einkoppelt, die aus mehreren Abschnitten besteht, von denen jeder eine Länge hat, die gleich einer ganzen Zahl von Viertelwellenlängen der Mittelfrequenz des von der Speisevorrichtung zu übertragenden Frequenzbandes ist und die jeweils eine Ausrichtvorrichtung aufweisen, wobei eine andere Übertragungseinrichtung die Energie der runden Hohlleitung als Wellentype TE₀₁ in die rechteckige Öffnung eines Speisehorns einkoppelt, wobei die Erfindung weiter gekennzeichnet ist durch eine Betätigungseinrichtung zur Drehung der Abschnitte zwischen zwei Ruhestellungen, wobei in einer Ruhestellung die Ausrichtvorrichtungen so liegen, daß der elektrische Vektor der in den Abschnitten und an dem einen Punkt bestehenden Wellen Speisevorrichtung

zum Übertragen von Hochfrequenzenergie
mit einstellbarer Polarisation

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Oktober 1958 (Nr. 767 530/58)

Alvin W. Moeller, Baltimore, Md.,

und John G. Neuberth, Timonium, Md. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

in der gleichen Ebene liegt und in der anderen Ruhestellung der elektrische Vektor des dem einen Punkt am nächsten gelegenen Abschnitts von dem elektrischen Vektor an diesem Punkt um einen Winkel von 45° dividiert durch die Anzahl der Abschnitte abweicht und in jedem folgenden Abschnitt der elektrische Vektor der darin bestehenden Wellen gegenüber dem vorhergehenden Abschnitt um den gleichen Winkelwert in gleichem Drehsinn abweicht, wobei die in die Öffnung des Speisehorns eingekoppelte Energie aus zwei Komponenten besteht, deren elektrische Vektoren aufeinander senkrecht stehen und eine an sich bekannte Phasenverschiebeeinrichtung in dem Speisehorn der Energie der beiden Komponenten eine um 90° unterschiedliche Phasenverschiebung erteilt.

In der Öffnung des Speisehorns kann eine Polarisations-Kompensations-Trennwand vorgesehen sein, die auf der Ebene senkrecht steht, die die elektrischen Vektoren der Welle in den Abschnitten enthält, wenn sie sich in der einen Ruhestellung befinden.

Vorzugsweise ist die Speisevorrichtung so aufgebaut, daß sich in der einen Ruhestellung die ausrichtenden Einrichtungen in den Abschnitten parallel und in einer Ebene senkrecht zum elektrischen

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Vektor der Welle an dem einen Punkt liegen und daß in der anderen Ruhestellung die ausrichtenden Einrichtungen in dem der Öffnung des Speisehorns am nächsten, gelegenen Abschnitt um 45° gedreht sind, wobei die ausrichtenden Einrichtungen der übrigen Abschnitte um geringere Winkelbeträge gedreht sind, so daß eine gleiche Winkeltrennung im gleichen Drehsinn zwischen ihnen vorhanden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Speisevorrichtung nach der Erfindung, dargestellt mit teilweise aufgeschnittenem Gehäuse,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, bei der die einzelnen Teile auseinandergezogen dargestellt sind,

Fig. 4 ein Schaubild der an verschiedenen Stellen der Vorrichtung vorhandenen elektrischen Feld- a° vektoren, die in der die Vorrichtung durchströmenden Energie vorhanden sind,

Fig. 5 eine Ansicht eines Teils der Scheibe 14, gesehen von deren Rückseite, und

Fig. 6 die Rückseite der Scheibe 16.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung dargestellt, die ein Gehäuse 1 mit einer vorderen Platte 2 und einer hinteren Platte 3 aufweist. Die Rückwand ist in der Mitte mit einer rechteckigen Öffnung 4 versehen.

Die Vorderplatte 2 weist eine koaxial zur Öffnung 4 in der Rückplatte liegende quadratische Öffnung 5 auf. Die Stärke der Rückplatte und der Frontplatte in den Teilen, die die Öffnung umgeben, beträgt eine Viertelwellenlänge der Mittelfrequenz des Energiebandes, das durch die Vorrichtung übertragen werden soll. An der Außenseite der Vorderplatte befindet sich ein Speisehorn 6. Die Basis des Speisehorns weist eine quadratische Öffnung auf, die der Öffnung 5 entspricht. Das Horn hat rechteckigen Querschnitt, und zwar über die gesamte Länge, und erweitert sich von dem an der Vorderplatte befestigten Teil 7 an nach außen in beiden Dimensionen. Nahe dem Teil 7 befindet sich in dem Horn eine waagerecht angeordnete dielektrische Platte 8. Die Platte ist auf zwei waagerecht liegenden Stäben 9 angebracht, deren Enden die Seiten des Speisehorns durchragen und von einem quadratischen Joch 10 getragen werden, das das Horn umgibt. Eine Einstellschraube 11 ist zur Justierung der Stellung des Joches in senkrechter Richtung in bezug auf das Speisehorn vorgesehen, mit der die Lage der Platte in dem Speisehorn eingestellt werden kann. Zwei Abstimmbolzen 12 erstrecken sich von den senkrechten Seiten des Speisehorns in der horizontalen Symmetrieebene nach innen. In der horizontalen Symmetrieebene ist außerdem im Mundstück des Horns eine Trennwand 13 angeordnet.

In dem Gehäuse 1 befinden sich zwischen der Vorder- und Rückplatte drei Scheiben oder Abschnitte 14, 15 und 16. Das Mittelstück dieser Scheiben hat eine Stärke, die gleich einer Viertelwellenlänge der Mittelfrequenz der zu übertragenden Energie ist. Werden die Scheiben zusammengesetzt, so berühren sie sich an ihrem Mittelstück und liegen an dem Mittelstück der Platten 2 und 3 an. In den Scheiben ist koaxial eine runde Öffnung vorgesehen, die insgesamt im zusammengebauten Zustand eine runde Wellenleitung bildet. Quer zur Öffnung in der Mittelebene von jeder Scheibe befindet sich ein Stab oder eine Ausrichtvorrichtung 17. An der Scheibe 15 befindet sich an jeder Seite ihres Mittelabschnittes ein Stift 18, von dem nur einer in Fig. 3 sichtbar ist. Das Ende des Stiftes greift in einen Schlitz 19 ein, der sich in der anschließenden Fläche des zentralen Teils der Scheibe 16 befindet. Das Ende des anderen Stiftes ragt in einen ähnlichen Schlitz 20, der sich in der anstoßenden Fläche des Mittelteils der Scheibe 14 befindet.

Der Umfang der der Scheibe 15 zugekehrten Fläche des zentralen Scheibenteils 14 ist mit Zähnen versehen, so daß ein Zahnrad 21 entsteht. In das Zahnrad 21 greift ein Zahnrad 22 ein, das auf einer Welle 23 sitzt, die sich durch den oberen Teil 24 des Gehäuses erstreckt, das sich über der Rückplatte 3 befindet, wobei die Welle in einen Hebel 25 ausläuft. Ein Stift 26 befindet sich an der Vorderplatte in der Nähe des Umfanges des Zahnrades 22. Zwei Stifte 27 und 28 sind innen an der Vorderplatte 2 der Vorrichtung angeordnet. Diese beiden Stifte sind gleich weit von der horizontalen Ebene entfernt, die die Achse der Welle 23 enthält. Zwischen dem Stift 27 und dem Stift 26 befindet sich ein Schenkel einer V-förmigen Wendelfeder, während sich der andere Schenkel 30 zwischen den Stiften 26 und 28 befindet.

Die Innenseite der mit einer Ringnut 31 versehenen Rückplatte 3 umgibt den Mittelteil. Von der Basis der Rückplatte aus ragen zwei im unteren Teil mit Gewinde versehenen Stifte 32 und 33 in die ringförmige Vertiefung und erstrecken sich mit ihren Gewindeteilen durch die Gewindebohrungen in der Rückplatte. Die Rückseite der Platte 16 hat in ihrer Mitte nahe am Rande zwei entgegengesetzt angeordnete Ansätze 34 und 35, gegen die die Enden der Stifte 32 und 33 anschlagen.

Beim Betrieb der vorgenannten Einrichtung soll an der freien Fläche der Rückplatte 3 eine rechteckige Standardhohlleitung befestigt werden, in der die Energie in der FormTE_?1 erregt wird. Die Öffnung der Hohlleitung ist in ihrer Lage der Öffnung in der Rückplatte angepaßt und die verbindenden Teile der Hohlleitung und der Rückplatte sind mit üblichen ringförmigen Drosselvertiefungen bzw. Ausschnitten versehen, um die Verluste zu vermindern. Die Öffnung oder Übertragungseinrichtung 4 ist entsprechend bekannter Praxis so bemessen, daß sie als Umsetzer arbeitet, der die Energie der Form TE₀₁ in der rechteckigen Hohlleitung in die Form TE₁₁ in der runden Leitung umwandelt, der aus der Öffnung in den Scheiben 14, 15 und 16 besteht. Zu diesem Zweck ist die breite Querschnittsabmessung 4 gleich derjenigen der rechteckigen Leitung, aber die schmale Querschnittsabmessung ist länger als diejenige der rechteckigen Leitung, und die Ecken der Öffnung 4 sind abgerundet.

Wenn sich die Vorrichtung in der in Fig. 3 dargestellten Lage befindet, und zwar mit dem Hebel 25 in der linken Stellung, so erstrecken sich die Stäbe oder Ausrichteinrichtungen 17 in den drei Scheiben zugleich parallel, und die Energie, die durch die mit Öffnungen versehenen Scheiben hindurchtritt, behält ihre lineare Polarisation bei, da die Stäbe parallel zu der breiteren bzw. größeren Abmessung des rechteckigen Hohlleiters liegen. Die Feder, die sich aus den Schenkeln 29 und 30 zusammensetzt, wirkt als

eine über die Mittelstellung schnappende Vorrichtung, die das Bestreben hat, den Hebel 25 in den jeweiligen Endlagen zu halten. Diese Endlagen werden durch die Anordnung der Stifte 32 und 33 bestimmt, die mit Hilfe von an den Enden angeordneten Schlitzen für Schraubenzieher einstellbar sind. Befindet sich der Hebel in der linken Stellung, so werden die Winkelstellungen der Scheiben 14, 15 und 16 durch den Stift 32 bestimmt, der den auf der Scheibe 16 befindlichen Ansatz 34 berührt. Weiter werden die Winkelstellungen auch durch das Zusammenwirken der Stifte 18 mit den Enden der Schlitze 19 und 20 in den Scheiben 14 und 16 bestimmt. Die quadratische Öffnung oder Übertragungseinrichtung 5 mit den gerundeten Ecken wirkt als Umsetzer, der die TE_n-Energie der runden Leitung in die Form TE₀₁ im Speisehorn zurückverwandelt. Da die dieelektrische Platte oder Phasenversehiebeeinrichtung 8 und die Polarisations-Kompensations-Trennwand 13 in dem Speisehorn senkrecht zu dem elektrischen Vektor der Energie stehen, wird die Welle durch sie nicht beeinträchtigt. Die Reaktanzen der durch die Trennwand gebildeten Hörner sind durch kapazitive Stifte angepaßt, um die Ausstrahlungscharakteristik nicht zu beeinflussen.

Wenn der Hebel 25 in die rechte Stellung gebracht wird, so werden die Scheiben 14, 15 und 16 gedreht und kommen in Stellungen zur Ruhe, die durch das Zusammenwirken des Endes des Stiftes 33 mit dem Ansatz 35 und der Stifte 18 mit den Schlitzen 14 und 16 bestimmt sind. Die Schlitze haben solche Abmessungen und sind so angeordnet, daß eine Drehung des Hebels in die rechte Stellung (wie aus Fig. 3 zu ersehen ist), die Scheibe 14 um 45° dreht. Wenn sich die Scheibe 15 um 15° gedreht hat, so wird die Scheibe 16 erfaßt und so lange gedreht, bis ihr Ansatz 35 das Ende des Stiftes 33 berührt.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, hat der elektrische Vektor der Energie in den Scheiben 14, 15 und 16 sich um 45, 30 bzw. 15° gedreht, da er zu den Stäben 17 senkrecht bleibt.

Dies wird durch die Diagramme 40, 41 und 42 der Fig. 4 veranschaulicht. Das Diagramm 43 zeigt die Richtung des elektrischen Vektors in der Öffnung 4 an, während das Diagramm 44 seine Richtung in der rechteckigen Hohlleitung anzeigt, die an die Rückseite der Rückplatte 3 angeschlossen ist.

Die elektrische Welle tritt nun in die quadratische Öffnung 5 der Scheibe 14 mit einem Winkel von 45° gegen die Leitungswände ein. Man kann sie als aus zwei Komponenten in der Form TE₀₁ zusammengesetzt betrachten, wobei die elektrischen Vektoren aufeinander senkrecht stehen, wie es in dem Diagramm 45 der Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Zustand wird beibehalten, wenn die Welle in das Basisteil 7 des Speisehorns eintritt. Da das Horn 6 nach außen breiter wird, erteilt es den beiden Wellen eine verschiedene Phasenverschiebung von etwa 20°. Eine zirkulär polarisierte Welle besteht aus zwei Wellen gleicher Amplitude, die um 90° zeitlich und räumlich phasenverschoben sind. Um dies zu erreichen, muß eine zusätzliche Phasenverschiebung von 70° durch die dielektrische Platte oder Phasenversehiebeeinrichtung 8 in dem quadratischen Teil des Horns erfolgen. Diese Phasenverschiebung kann durch Einstellung der senkrechten Lage der Platte 8 mit Hilfe von Schrauben 11 an einem Joch 10 erfolgen. Wird die Platte 8 zur Mitte des Wellenkanals hinbewegt, so wird die differentielle Phasenverschiebung vergrößert. Die Enden dieser Platte sind abgeschrägt, um ein Minimum an Fehlanpassung zu erhalten. Die Wirkung der Platte ist in Fig. 4 durch das Diagramm 46 dargestellt, während die zusätzliche Phasenverschiebung von 20° durch das sich verjüngende Horn 6 zu dem in dem Diagramm 47 dargestellten Ergebnis führt.

Die Winkeleinstellung der Teile 14, 15 und 16 bestimmt die Größe der horizontalen und vertikalen elektrischen Feldvektoren, die durch die Öffnung 5 gehen. Wenn das Teil 14 von der Stellung für lineare Polarisation in Stellung für Zirkularpolarisation gedreht wird, so nimmt die senkrechte elektrische Komponente ab, während die waagerechte elektrische Komponente zunimmt. Der Stift 33 kann so eingestellt werden, daß man Gleichförmigkeit zwischen den horizontalen und den vertikalen elektrischen Vektoren für die Stellung der Zirkularpolarisation erhält.

Unter Umständen kann die Anwendung einer elliptischen Polarisation erwünscht sein. Dieser Zustand kann durch Einstellung des Stiftes 33 erreicht werden, um die erforderliche relative Größe zwischen dem horizontalen und dem vertikalen elektrischen Vektor zu bekommen, während die Platte 8 so eingestellt werden kann, daß die erforderliche Phasenverschiebung zwischen ihnen entsteht.

Wenn eine Antenne zirkularpolarisiert sein soll, so sollten die Charakteristiken des Homes unbeachtet der Polarisation die gleichen sein. Dies ist mit einem üblichen Horn nicht möglich, denn bei einer vorgegebenen Öffnung wird die Strahlbreite größer sein, wenn die Öffnung in der magnetischen Ebene liegt, als wenn sie in der elektrischen Ebene liegt. Die Trennwand 13 wirkt als Polarisations-Kompensations-Einrichtung und hat, wie festgestellt wurde, praktisch keinen Einfluß auf die Energie, wenn die elektrische Welle senkrecht zur Trennwand steht. Es teilt jedoch die Trennwand 13 wegen ihrer leitenden Eigenschaft das Horn für den parallel zur Trennwand liegenden elektrischen Vektor in zwei gleiche, Seite an Seite liegende Öffnungen und macht die Horncharakteristik für die beiden Komponenten der polarisierten Energie gleich.

Übliche ringförmige Drosselverbindungsnuten befinden sich in den miteinander zusammenwirkenden Flächen der Scheiben 14, 15 und 16 und der Vorder- und Rückplatte 2 bzw. 3, um Verluste auf ein Minimum zu beschränken.

Es ist selbstverständlich, daß auch andere als die dargestellten Einrichtungen dazu verwendet werden können, die Scheiben in ihre einzelnen Stellungen zu bringen. Beispielsweise können die Einrichtungen auch von einem Motor angetrieben werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Speisevorrichtung zum Übertragen von Hf-Energie zwischen zwei Punkten, wobei die Hf-Energie an dem einen Punkt in linearpolarisierter Form vorhanden ist und an dem anderen Punkt nach Wunsch linear- oder zirkularpolarisiert zur Verfügung stehen soll, gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung (4), die Energie an dem einen Punkt als Wellentype TE₁₁ in ein Ende einer runden Hohlleitung einkoppelt, die aus mehreren Abschnitten (14, 15, 16) besteht, von

denen jeder eine Länge hat, die gleich einer ganzen Zahl von Viertelwellenlängen der Mittelfrequenz des von der Speisevorrichtung zu übertragenden Frequenzbandes ist und die jeweils eine Ausrichtvorrichtung (17) aufweisen, wobei eine andere Übertragungseinrichtung (5) die Energie der runden Hohlleitung (14, 15, 16) als Wellentype TE₀₁ in die rechteckige Öffnung (7) eines Speisehorns (6) einkoppelt, weiter gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung (21 bis 29) zur Drehung der Abschnitte zwischen zwei Ruhestellungen, wobei in einer Ruhestellung die Ausrichtvorrichtungen (17) so liegen, daß der elektrische Vektor der in den Abschnitten (14, 15, 16) und an dem einen Punkt bestehenden Wellen in der gleichen Ebene liegt und in der anderen Ruhestellung der elektrische Vektor des dem einen Punkt am nächsten gelegenen Abschnitts von dem elektrischen Vektor an diesem Punkt um einen Winkel von 45° dividiert durch die Anzahl der Abschnitte abweicht und in jedem folgenden Abschnitt (14, 15) der elektrische Vektor der darin bestehenden Wellen gegenüber dem vorhergehenden Abschnitt um den gleichen Winkelwert im gleichen Drehsinn abweicht, wobei die in die Öffnung (7) des Speisehorns (6) eingekoppelte Energie aus zwei Komponenten besteht, deren elektrische Vektoren aufeinander senkrecht stehen und eine an sich bekannte Phasenverschiebeeinrichtung (8) in dem Speisehorn (6) der Energie der beiden Komponenten eine um 90° unterschiedliche Phasenverschiebung erteilt.

2. Speisevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polarisations-Kompensations-Trennwand (13) in der Öffnung des Speisehornes (6) vorgesehen ist, wobei die Trennwand (13) auf der Ebene senkrecht steht, die die elektrischen Vektoren der Welle in den Abschnitten (14, 15, 16) enthält, wenn sie sich in der einen Ruhestellung befinden.

3. Speisevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Ruhestellung der Abschnitte (14, 15, 16) sich die ausrichtenden Einrichtungen (17) in den Abschnitten (14, 15, 16) praktisch parallel und in einer Ebene senkrecht zu dem elektrischen Vektor der Welle an dem einen Punkt liegen.

4. Speisevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichter (17) in dem der Öffnung (7) des Speisehorns (6) am nächsten gelegenen Abschnitt (14) in der anderen Ruhestellung um 45° gedreht werden, wobei die Ausrichter (17) in den übrigen Abschnitten (15,16) um einen geringeren Betrag gedreht werden, so daß eine gleiche Winkeltrennung im gleichen Drehsinn zwischen ihnen vorhanden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 750 062;
A.E.Ü, Bd. 12, 1958, Heft 8, S. 371 bis 379.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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