DE2459045B2 - Ankopplungs-Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ankopplung zweier gleicher, nur wechselweise betriebener und in diesem Betriebszustand gegenseitig entkoppelter Gruppen von je mindestens zwei auf verschiedenen Frequenzen arbeitenden Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgeräten an einen gemeinsamen Mikrowellen-Übertragungsweg.

Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in den Endstufen von Fernsehrundfunk-Satelliten bestimmt Dabei werden, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, zwei Träger Cl und C2 über den Nachrichtensatelliten als Zwischensender übertragen. Der Träger Cl gehört zu einem breitbandigen Fernsehsignal, das sich von der Frequenz /1 bis zur Frequenz f2 erstreckt Der Träger C 2 ist einem anderen breitbandigen Fernsehsignal im Band zwischen *>o den Frequenzen /3 und /4 zugeordnet. Wie in der Fig.2 dargestellt ist, sind die Frequenzen /2 und /3 durch ein spezielles Sicherheitsband voneinander getrennt dessen Breite typischerweise in der Größenordnung der Bandbreite des Fernsehsignals (z. B. MHz) liegt. Der Träger Cl wird an einem Anschluß 1 zugeführt während der Träger C2 an einem weiteren Anschluß 2 anliegt. Für den Fall, daß der eine oder der andere der für die Träger Cl und C2 jeweils vorgesehenen Kanäle ausfällt ist jedem Kanal ein Reserve- oder Bereitschaftskanal zugeordnet Der Bereitschaftskanal für den Träger Cl ist mit einem Anschluß 1' verbunden, während der Bereitschaftskanal für den Träger C2 am Anschluß ΐ liegt Die Anschlüsse 1 und 1' sind über jeweils einen Verstärker 3 bzw. 3' mk den beiden Eingangspolen eines Umschalters 4 verbunden, der in der gezeigten Normalstellung den Träger C1 am Anschluß 1 mit einem Eingang eines Diplexers 5 verbindet

Die Anschlüsse 2 und 2' sind über jeweils einen Verstärker 5 und 5' mit den beiden Eingangspolen eines weiteren Umschalters 6 verbunden, der in seiner gezeigten Normalstellung den am Anschluß 2 zugeführten Träger C2 auf einen zweiten Eingang des Diplexers 5 gibt Der Ausgang des Diplexers 5 hat das in der F i g. 2 dargestellte Spektrum, und die im Multiplex zusammengefaßten Ausgangssignale werden einer gemeinsamen Ausgangsklemme 7 zur Weitersendung zugeführt

Es hat sich gezeigt, daß eine Vorrichtung der in F i g. 1 dargestellten Art mehrere schwerwiegende praktische Schwierigkeiten mit sich bringt Bei Leistungen in einer Größenordnung, wie sie in Fernseh-Übertragungssystemen mit Zwischensendern auftreten, sind die durch die Schalter 4 bzw. 6 und den Diplexer 5 verursachten Gesamtverluste nämlich ganz beträchtlich. Gewöhnlich muß man mit einem Gesamtverlust von mehr als 1 dB rechnen. Dieser Verlust läßt sich zwar durch Verwendung eines relativ verlustarmen Diplexers herabsetzen, jedoch sind solche Diplexer ziemlich groß und schwer, so daß ihr Einsatz insbesondere in einem Nachrichten-Satelliten unvorteilhaft ist. Ferner muß man bei den Schaltern 4 und 6 wegen der auftretenden Leistungen auf mechanische Bauformen zurückgreifen, und da diese Schalter normalerweise über längere Zeit in ein und derselben Stellung gehalten werden, ist es nicht vollständig sicher, ob sie im Bedarfsfalle wirklich ansprechen. Zudem ist die Lebensdauer der Schalter und dadurch auch die Lebensdauer des gesamten Systems begrenzt, und schließlich muß noch eine zusätzliche Betätigungseinrichtung für die Schalter vorgesehen werden, welche den Umfang und das Gewicht der gesamten Ankopplungs-Vorrichtung weiter erhöht

Gerade bei Verwendung einer derartigen Vorrichtung in einem als Nachrichtensatellit ausgebildeten Zwischensender ist dabei zu beachten, daß ein solcher Zwischensender beim Ausfall von einzelnen Bauelementen für Reparaturen nicht zugänglich ist. Daher sieht man für jedes zu übertragende Frequenzband zumindest zwei voneinander getrennte Verarbeitungsund Verstärkungskanäle vor. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind dies für den Träger Cl die Kanäle 1 bzw. Γ und für den Träger C 2 die Kanäle 2 bzw. 2'. Für die Verarbeitung eines jeden Trägers wird also zunächst immer nur ein Kanal, in dem gegebenen Beispiel die Kanäle 1 für C1 und der Kanal 2 für C2 verwendet. Die beiden »Reserve«-Kanäle Γ und 2' bleiben zunächst unbenutzt d. h. an ihren Bauelementen liegt entweder keine oder nur eine sehr niedere Versorgungsspannung an. Es handelt sich also um einen reinen Stand-by-Betrieb, und die Übertragungs- und Verstärkungsfunktionen werden ausschließlich von den Kanälen 1 bzw. 2 ausgeübt. Sollte nun einer der arbeitenden Kanäle 1 bzw. 2 durch einen Bauelemente-Defekt oder aus einem anderen Grunde ausfallen, so wird in der Bodenstation der Ausfall registriert und

durch einen entsprechenden Befehl die Versorgungsspannung des dem ausgefallenen Kanal zugeordneten Reservekanals hochgefahren, der nunmehr in der Lage ist, voll die Funktion des ausgefallenen Kanals zu übernehmen. Es handelt sich also um des bekannte s Verfahren, die Zuverlässigkeit eines nicht reparierbaren Systems durch den Einbau von redundanten Bauelementen bzw. Sub-Systemen zu erhöhen. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß bei diesem Verfahren das Problem auftritt, daß neben den für das Hochfahren der Versorgungsspannung des Reservekanals benötigten Schaltvorrichtungen, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, für jede Kanal-Reservekanal-Gruppe ein zusätzlicher Umschalter 4 bzw. 6 benötigt wird, der zur Entkopplung der beiden auf dieselbe Leitung mündenden Ausgänge der Verstärker 3 und 3' bzw. 5 und 5' dient, und der im Falle eines Versagens des arbeitenden Kanals, zusammen mit den Schaltvorrichtungen für die Versorgungsspannungen umgeschaltet werden muß. Da es sich bei diesen Schaltern 4 und 6, wie erläutert, um mechanisch bewegliche Bauelemente handelt, die zunächst schon einmal durch den Raketenstart starken Belastungen unterworfen wurden und dann für sehr lange Zeit, nämlich für die gesamte Zeit, in der der zunächst betriebene Kanal funktionstüchtig bleibt, in der Stellung verharren, in der sie diesen Kanal mit der weiterführenden Leitung verbinden, ist hier ein besonderes Ausfallrisiko begründet, da die Wirksamkeit bzw. die totale Unwirksamkeit der redundanten Reservekanäle von der Zuverlässigkeit dieser Schalter 4 bzw. 6 abhängt

Nach dem Stand der Technik ist auch bereits ei«e Hochfrequenz-Umschalteinrichtung bekannt (DE-AS 12 88 650), mit welcher die von einer einzigen Energiequelle kommende Energie periodisch auf menrere Primärstrahler einer Antennenanordnung verteilt werden kann. Diese Umschalteinrichtung besteht aus einer Schalterpyramide mit einer Vielzahl von Schaltern, von denen jeder aus einem drehbaren, eine Halbwellenplatte aufweisenden mittleren kreisrunden Hohlleiter besteht, der zwischen zwei mit ihm kolinearen kreisrunden Hohlleitern liegt, von denen der eine durch einen senkrecht zur Hohlleiterlängsachse angesetzten Rechteckhohlleiter mit der zu übertragenden Welle versorgt wird, während der andere mit zwei einen rechten Winkel einschließenden und ebenfalls senkrecht zur Hohlleiterlängsachse angesetzten Rechteck-Ausgangshohlleitern gekoppelt ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die eine rückkopplungsfreie Zusammenführung der den wechselweise betriebenen Gruppen zugeordneten Kanäle auf eine einzige zum Mikrowellen-Übertragungsweg führende Leitung ermögl'cht und dabei ohne mechanisch bewegliche oder elektrisch zu betätigende Schaltelemente auskommt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen einseitig kurzgeschlossenen Abschnitt eines alle Betriebsfrequenzen übertragenden Rundhohlleiters, der für jedes anzukoppelnde Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgerät einen aus einem Rechteckhohlleiterabschnitt bestehenden Anschlußstutzen aufweist, der in die Wandung des Rundhohlleiterabschnittes derart eingelassen ist, daß seine Hohlleiterachse senkrecht zur Rundhohlleiterachse ausgerichtet ist, wobei die räumliehe Anordnung der Anschlußstutzen derart vorgenommen ist, daß die Achsen aller Anschlußstutzen für Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgeräte jeweils einer Gruppe in einer gemeinsamen Längsschnittebene des Rundhohlleiterabschnittes liegen und die beiden Längsschnittebenen senkrecht zueinander stehen, und daß jeweils die Achsen der beiden Anschlußstutzen für wechselweise auf der gleichen Frequenz betriebene Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgeräte in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Rundhohlleiterabschnittes liegen, deren Abstand zur Kurzschlußebene des Rundhohleiterabschnittes V4 der jeweiligen Betriebswellenlänige oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung werden die bisher erforderlichen mechanischen Hochfrequenz-Umschalter überflüssig.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß alle Anschlußstutzen, die in der zweiten und in weiteren weiter davon entfernt vor der Kurzschlußebene des Rundhohlleiterabschnitts liegenden Querschnittsebenen angeordnet sind, mit Bandfiltern für den Durchlaß der zugehörigen Betriebsfrequenzen versehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die F i g. 3 der Zeichnung näher erläutert

In der Fig. 3 ist ein Hohlleiterstück 8 mit Kreisquerschnitt zu erkennen, welches an einem Ende 9 durch eine Kurzschlußebene abgeschlossen ist. Ein erstes Hohlleiterstück 10 mit Rechteckquerschnitt dient zur Kopplung des Trägers Cl in den Rundhohlleiter 8, um in diesem den TEn -Schwingungstyp anzuregen. Der in Axialrichtung des Rundhohlleiters 8 gemessene Abstand dy des Rechteckhohlleiters 10 von der Kurzschlußebene 9 beträgt ein Viertel der Wellenlänge bei der Frequenz des Trägers Cl. Das Hohlleiterstück 10 entspricht demjenigen Pol des Schalters 4 nach F i g. 1, mit dem der Anschluß verbunden ist.

Ein zweites Hohlleiterstück 11 mit Rechteckquerschnitt, dessen Winkelposition am Umfang des Kreishohlleiters 8 derjenigen des Hohlleiterstücks 10 entspricht, dient zur Kopplung des Trägers C2 in das Rundhohlleiterstück 8, um dort eine TE_n-WeIIe anzuregen, die genau so polarisiert ist wie die Tf¹U-WeIIe, die der über das Hohlleiterstück 10 eingekoppelte Träger im Rundhohlleiter 8 anregt Das Rechteckhohlleiterstück 11 hat von der Kurzschlußebene 9 einen Abstand d₂, der gleich ist drei Vierteln der Wellenlänge bei der Frequenz des Trägers C 2. Das Rechteckhohlleiterstück 11 entspricht demjenigen Eingangspol des Schalters 6 nach F i g. 1, der mit dem Anschluß 2 verbunden ist.

Ein drittes Hohlleiterstück 12 mit Rechteckquerschnitt dient v/iederum dazu, den Träger Cl in den Rundhohlleiter 8 einzukoppeln. Das Hohlleiterstück 12 hat von der Kurzschlußebene 9 denselben Abstand d\ wie das Hohlleiterstück 10. Das Rechteckhohlleiterstück 12 ist jedoch in Umfangsrichtung des Kreishohlleiters 8 derart versetzt angeordnet, daß es im rechten Winkel zum Hohlleiterstück 10 steht. Die Polarisation derjenigen REn-Welle im Rundhohlleiter 8, die durch Einkopplung des Trägers C1 über das Hohlleiterstück 12 angeregt wird, ist somit orthogonal zur Polarisation der TEn-WeIIe, die im Rundhohlleiter 8 durch Einkopplung des Trägers C1 über das Hohlleiterstück 10 angeregt wird. Das Rechteckhohlleiterstück 12 entspricht demjenigen Einiiangspol des Schalters 4 nach F i g. 1, der mit dem Anschiuß Γ verbunden ist.

Schließlich ist noch ein viertes Hohlleiterstück 13 mit

rechteckigem Querschnitt vorgesehen, um den Träger C2 in den Rundhohlleiter 8 zu koppeln. Das Hohlleiterstück 13 hat von der Kurzschlußebene 9 denselben Abstand d₂ wie das Hohlleiterstück 11, ist jedoch in Umfangsrichtung des Kreishohlleiters 8 derart versetzt angeordnet, daß es rechtwinklig zum Hohlleiterstück 11 steht. Das Hohlleiterstück 13 entspricht demjenigen Eingangspold des Schalters 6 in F i g. 1, der mit dem Anschluß 2' verbunden ist.

Auch der über das Hohlleiterstück 13 in den ι» Rundhohlleiter eingekoppelte Träger C2 regt im Rundhohlleiter eine TEn-Welle an, deren Polarisation orthogonal zur Polarisation derjenigen TEn-Welle liegt, die durch Einkopplung des Trägers C2 über das Rechteckhohlleiterstück 11 im Rundhohlleiter 8 angeregt wird.

Die Hohlleiterstücke 11 und 13 enthalten jeweils ein Bandbegrenzungsfilter, welches den Träger C2 durchläuft und den Träger Cl sperrt. Das ausgangsseitige Ende 14 des Rundhohlleiters 8 entspricht dem Anschluß 7in Fig. 1.

Wenn im Betrieb der Träger Cl über das Hohlleiterstück 10 und der Träger C2 über das Hohlleiterstück 11 in den Rundhohlleiter 8 eingekoppelt werden, dann regen diese beiden Träger im Rundhohlleiter TEu-Wellen gleicher Polarisation an. Die beiden Hohlleiterstücke 10 und 11 »sehen« die Kurzschlußebene 9 des Kreishohlleiters 8 als offenes Ende, so daß beide Träger zum ausgangsseitigen Ende 14 hin übertragen werden. Das Bandpaßfilter im Hohlleiterstück 11 verhindert, daß der Träger C1 (bzw. ein wesentlicher Anteil dieses Trägers) über das Hohlleiterstück 11 ausgekoppelt wird.

Falls der eine oder der andere der für die Träger Cl und C2 vorgesehenen normalen Kanäle ausfällt, ■« werden die beiden Träger automatisch über die betreffende Reservekanäle gesendet, so daß nun der Träger Cl zum Hohlleiterstück 12 und der Träger C2 zum Hohlleiterstück 13 gelangt. Die Arbeitsweise der Ankopplungs-Vorrichtung ist in diesem Fall ähnlich wie bei Beaufschlagung der Hohlleiterstücke 10 und 11, nur daß der ΤΕπ-Modus nunmehr eine orthogonale Polarisation hat. Die an das Ende 14 des Rundhohlleiters 18 angekoppelte Antenne ist so ausgelegt, daß sie beide Polarisationen übertragen kann.

Im Vergleich zu der Anordnung nach Fig. 1, in der Schalter und ein gesonderter Diplexer verwendet werden, bedeutet die vorstehend anhand der F i g. 3 beschriebene Einrichtung eine beträchtliche Einsparung an Raum und Gewicht, während gleichzeitig die vergleichbaren Verluste wesentlich kleiner sind. In der Praxis konnten so niedrige Verluste wie 0,3 db erreicht werden. Außerdem benötigt die Einrichtung nach F i g. 3 keine Steuer- oder Betätigungseinrichtung für Schalter, sie ist vollständig passiv und kommt ohne mechanische bewegliche Teile aus, wodurch ihre Zuverlässigkeit wesentlich erhöht wird.

Während vorstehend der Fall zweier Träger beschrieben wurde, kann die Einrichtung auch für mehr als zwei Träger ausgelegt werden, indem man weitere Hohlleiterstücke ähnlich den Hohlleiterstücken 11 und 13 vorsieht, deren jedes ein zum betreffenden Träger passendes Bandbegrenzungsfilter aufweist. Jedes dieser Hohlleiterstücke muß von der Kurzschlußebene 9 einen solchen Abstand haben, daß es das Kurzschlußende des Rundhohlleiters 8 als offenes Ende »sieht«, d.h. der besagte Abstand muß jeweils ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge bei der Frequenz des betreffenden Trägers sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ankopplung zweier gleicher, nur wechselweise betriebener und in diesem Betriebszustand gegenseitig entkoppelter Gruppen von je mindestens zwei auf verschiedenen Frequenzen arbeitenden Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgeräten an einen gemeinsamen Mikrowellen-Übertragungsweg, gekennzeichnet durch einen einseitig kurzgeschlossenen Abschnitt eines alle Betriebsfrequenzen abertragenden Rundhohlleiters (8), der für jedes anzukoppelnde Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgerät einen aus einem Rechteckhohlleiterabschnitt bestehenden Anschlußstutzen (10,11,12,13) aufweist, der in die Wandung is des Rundhohlleiterabschnittes derart eingelassen ist, daß seine Hohlleiterachse senkrecht zur Rundhohlleiterachse ausgerichtet ist, wooei die räumliche Anordnung der Anschlußstutzen derart vorgenommen ist, daß die Achsen aller Anschlußstutzen (10,11 bzw. 12, 13) für MikroweMen-Sende- oder -Empfangsgeräte jeweils einer Gruppe in einer gemeinsamen Längsschnittebene des Rundhohlleiterabschnittes liegen und die beiden Längsschnittebenen senkrecht zueinander stehen, und daß jeweils die 2s Achsen der beiden Anschlußstutzen (10,12 bzw. 11, 13) für wechselweise auf der gleichen Frequenz betriebene Mikrowellen-Sende- oder -Empfangsgeräte in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Rundhohlleiterabschnittes liegen, deren Abstand (d\ bzw. cfc) zur Kurzschlußebene des Rundhohlleiterabschnites ¹A der jeweiligen Betriebswellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Anschlußstutzen (11,13) die in der zweiten und in weiteren weiter davon entfernt vor der Kurzschlußebene des Rundhohlleiterabschnitts (8) liegenden Querschnittsebenen angeordnet sind, mit Bandfiltern für den Durchlaß der zugehörigen Betriebsfrequenz versehen sind.