DE2842576A1

DE2842576A1 - Polarisationsweiche

Info

Publication number: DE2842576A1
Application number: DE19782842576
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Schuegraf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DE2842576C2; SE7907941L; IT7925869A0; IT1123248B; GB2032192A; FR2437704A1; GB2032192B; JPS6040721B2; NL7907261A; JPS5546697A; US4293829A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA ^ _ ρ τ c 5 gon

Polarisationsweiche

Die Erfindtang betrifft eine Polarisationsweiche für Einrichtungen der HÖchstfrequenztechnik mit Hohlleiterabschnitten rechteckigen und/oder runden Querschnitts, mit einer symmetrisch aufgebauten fünfarmigen Verzweigung (Doppelverzweigung), welche einen in der Längsachse der Anordnung liegenden ersten Arm zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder quadratischen Querschnitts und vier gleichartig ausgebildete Teilarme rechteckigen Querschnitts enthält, die um jeweils 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber der Längsachse der Anordnung, in entgegengesetzter Richtung zum ersten Arm verlaufen und von denen jeweils zwei gegenüberliegende Teilarme über untereinander gleiche Weichenarmabschnitte mit den Teilarmen jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten Serienverzweigungen verbunden sind, wobei jeweils zwei zwischen den gegenüberliegenden Teilarmen der Doppelverzweigung und den Teilarmen der Serienverzweigungen liegende Weichenarmabschnitte einerseits als E-Versatz-

Bfk 1 Obh / 1.9.1978·

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stücke und andererseits als H-Versatzstücke ausgeführt sind und die E-Versatzstücke jeweils als beidseitig mit einem Hohlleiterkrümmer versehene Rechteckhohlleiterstükke ausgebildet und durch die Hohlleiterkrümmer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen jeweils über die Hohlleiterbreitseite geknickt und beide E-Versatzstücke hinsichtlich ihrer schmalen Seiten schräg zur Längsachse der Anordnung ausgerichtet sind und dabei parallel zueinander verlaufen, während die H-Versatzstücke jeweils als beidseitig mit einem Hohlleiterkümmer versehene Recht· eckhohlleiterstücke ausgebildet und durch die Hohlleiterkrümaer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen jeweils über die Hohlleiterschmalseite geknickt sind, und eines der E-Versatzstücke zwischen den beiden H-Versatzstücken aufgenommen ist, derart, daß die mit den E-Versatzstücken und den H-Versatzstücken verbundenen Serienverzweigungen hinsichtlich ihrer Teilarme durchdringungsfrei verlaufen, nach Patent (Anmeldung P 27 08 271.9).

Im Hauptpatent ist eine derartige Polarisationsweiche angegeben, deren wesentliches Merkmal darin besteht, daß beide Durchgangswege nahezu vollständigen Phasengleichlauf aufweisen, und daß die Rechteckhohlleiterzugänge hinsichtlich ihrer Längsachsen parallel angeordnet sind, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die Flanschflächen der Rechteckhohlleiterzugänge in eine Ebene zu legen.

Eine Polarisationsweiche stellt die Verbindung zwischen je einer der beiden voneinander unabhängigen Polarisationen eines Wellentyps in ein- und derselben Leitung, beispielsweise je einer H₁₁-WeIIe im Rundhohlleiter oder einer H₁₀- bzw. H₀₁-WeIIe eines Quadrathohlleiters und jeweils einem separaten, nur einer bestimmten Polarisationsrichtung in der gemeinsamen Leitung zugeordneten Anschluß her. In aller Regel ist die für beide Polari-

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sationen gemeinsame Leitung als Hohlleiter mit rundem oder quadratischem Querschnitt ausgebildet, in dem jeweils völlig gleichberechtigt nebeneinander und vollständig voneinander entkoppelt die beiden Polarisationsformen des gleichen Wellentyps existieren, während der Anschlußquerschnitt der jeweiligen Einzelpolarisation als hinsichtlich Polarisation- und Wellentyp eindeutiger Rechteckhohlleiter mit einem Seitenverhältnis a:b=2:1 üblich ist. Zwischen diesen Rechteckhohlleiteranschlüssen und dem runden oder quadratischen Hohlleiter - letzterer mit einem den Leitungswellenwiderstand bestimmenden Seitenverhältnis a:b=1:1 - besteht also zunächst auf dem Durchgangsweg jeder der beiden Polarisationen ein Wellenwiderstandssprung von 1:2, wodurch ein Reflexionsfaktor der Größe 1/3 verursacht wird. Dieser Wellenwiderstandssprung muß bei der Polarisationsweiche nach dem Hauptpatent, bei der jede der beiden Polarisationen zur Unterdrückung störender höherer Wellentypen symmetrisch übergekoppelt werden, zur Erzielung eines ausreichend geringen Reflexionsfaktors mit vier speziellen mehrstufigen Hohlleitertransformatoren rechteckigen Querschnitts überbrückt werden. Derartige Transformatoren sind in Frequenzbändern etwa bis zur relativen Breite f_Q/f_u=1,35 sehr reflexionsarm. Wird aber der Nutzfrequenzbereich auf ein volles Hohlleiterband etwa ¹»^1fKH10^<f<1'^^fKH1Q ^Αΐ13δ^β<1βηη*» ^{wie es im} 4-/6CrHz Satellitenfunk praktisch der Fall ist, so würde die Stufenzahl von hierfür geeigneten Transformatoren erheblich { ansteigen und der Herstellungsaufwand der vier in einer derartigen Polarisationsweiche erforderlichen Stufenübertrager, die zur Erhaltung der Phasensymmetrie und der Wellentypenreinheit untereinander mechanisch exakt gleich aufgebaut sein müssen, wäre beträchtlich.

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Fig. 1 zeigt eine aus dem Hauptpatent hervorgehende Polarisationsweichenanordnung. Es soll zuerst die im rechten Teil der Fig. 1 dargestellte symmetrisch aufgebaute fünfarmige Verzweigung, im folgenden Doppelverzweigung DV genannt, betrachtet werden. Eine solche Doppelverzweigung ist als Bestandteil der Polarisationsweiche gemäß der DE-OS 25 21 956 bereits bekannt und besteht aus einem in der Längsachse der Anordnung liegenden ersten Arm 1, der zylindrisch ausgeführt ist und zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder quadratischen Querschnitts vorgesehen ist, sowie aus vier gleichartig ausgebildeten Teilarmen 2 bis 5, die um jeweils 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber der Längsachse der An-Ordnung in entgegengesetzter Richtung zum ersten Arm 1 verlaufen. Die Teilarme der Doppelverzweigung weisen hierbei einen rechteckigen Querschnitt auf, und es sind die jeweils gegenüber liegenden Rechteckhohlleiterpaare 2 und 4, sowie 3 und 5 völlig symmetrisch aufgebaut.

In der Darstellung nach Fig. 1 sind die Teilarme 4 und durch die Teilarme 2 und 3 teilweise verdeckt und daher aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eigens dargestellt, Man kann sich diese Doppelverzweigung DV auch dadurch vorgestellt denken, daß in einem Quader unter einheitlichem Winkel gegen seine Mittelachse vier gleiche rechteckige Durchbrüche eingebracht werden, die gegeneinander in Bezug auf die Symmetrieachse der Anordnung (identisch mit der Achse des Ausgangshohlleiters) um jeweils 90° gedreht sind.

Die beiden, einander jeweils gegenüberliegenden Teilarme 2 und 4 bzw. 3 und 5 der Doppelverzweigung sind paarweise über nachstehend noch näher erläuterte Weichenarmabschnitte mit den Teilarmen 6 und 7 (7 in der Fig. 1 nicht sichtbar) bzw. 8 und 9 jeweils einer, ebenfalls

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aus der DE-OS 25 21 956 im Zusammenhang mit einer Polarisationsweiche bekannten, untereinander gleichartig ausgebildeten Serienverzweigung SV verbunden. Eine solche Einfachverzweigung besteht in der Anordnung nach Fig. 1 aus zwei ursprünglich an ihren Breitseiten aufeinanderliegenden Rechteckhohlleitern, die an der Stelle, an der die Trennwand beginnt, symmetrisch auseinandergeknickt sind. Hierdurch entsteht an der Knickstelle eine kleine induktive Reaktanz, die beispielsweise für einen Winkel von jeweils 35° einen Reflexionsfaktor von ca. J>% ergibt, der durch eine entsprechend kleine Kapazität an der Knickstelle jedoch breitbandig kompensierbar ist.

Die vier Teilarme der fünfarmigen Verzweigung sind paarweise, d.h. jeweils die gegenüberliegenden Teilarme 2, 4 bzw. 3t 5 über als E-Versatzstücke 10, 11 ausgebildete Weichenarmabschnitte einerseits und Über als H-Versatzstücke 12, 13 (13 in der Fig. 1 nicht sichtbar) ausgebildete weitere Weichenarmabschnitte andererseits mit den Teilarmen.8, 9 bzw. 6, 7 der Serienverzweigungen verbunden. Die in der Fig. 1 übereinander dargestellten E-Versatzstücke bestehen aus jeweils einem beidseitig mit einem Hohlleiterkümmer 14, 14' bzw. 15, 15' versehenem Rechteckhohlleiterstück, das durch die Hohlleiterkrümmer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen über die Breitseite geknickt ist. Beide E-Versatzstücke 10, 11 verlaufen zueinander parallel und sind mit ihren jeweils zwischen zwei Knicken gelegenen geraden Abschnitten schräg zur . Längsachse der Anordnung ausgerichtet, so daß ihre den TeiHarmen 8, 9 der Serienverzweigung zugewandten Endquerschnitte nicht mehr symmetrisch zur Längsachse der Anordnung liegen, sondern um einen bestimmten Abstand gegenüber der Längsachse nach oben versetzt sind.

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Die im anderen Durchgangsweg der Polarisationsweiche vorgesehenen Weichenarmabschnitte sind als H-Versatzstücke 12, 13 ausgebildet und bestehen aus Jeweils einem beidseitig mit einem Hohlleiterkrümmer versehenem Rechteckhohlleiterstück, das durch die Hohlleiterkrümmer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen über die Schmalseite geknickt ist. Das Aufbauprinzip besteht also darin, daß die beiden übereinanderliegenden, rechteckigen Zugangsquerschnitte der Doppelverzweigung so weit nach oben versetzt sind, und die Querschnitte des horizontalen Hohlleiterpaares so weit nach unten versetzt sind, daß die versetzten Querschnitte paarweise mit zwei gleichen sich gegenseitig nicht durchdringenden Serienverzweigungen zusammengefaßt werden können.

Ein Ε-Versatz besteht im einzelnen bei der Anordnung nach Fig. 1 aus zwei E-Hohlleiterkrümmern 14, 14', die in gewissem Abstand mit untereinander entgegengesetzter Knickrichtung in einem gewissen Abstand aneinander gesetzt sind, so daß die Ein- und Ausgangsachsen parallel sind, die Zugaigpquerschnitte aber in Richtung der E-Linien um den Abstand Vg gegeneinander versetzt sind. Sin • einzelner E-Khick kann hierbei als einstufiger, mit einer Abflachung kompensierter Knick oder für sehr reflexionsarme Ausführungen auch mehrstufig gestaltet werden.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 findet bei der Anordnung nach dem Hauptpatent das untere der beiden E-Versatzstücke 11 Platz zwischen den beiden nebeneinanderliegenden H-Versatzstücken 12, (13), mit denen das horizontale Hohlleiterpaar 2, 4 der Doppelverzweigung DV nach unten versetzt ist. Weiterhin besteht ein H-Versatzstück aus zwei Hohlleiterkrümmern 12a, 12b, die in gewissem Abstand mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung aneinan-

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der gesetzt sind. Die Zugangsquerschnitte jedes H-Versatzstückes sind achsparallel und in Richtung des magnetischen Querfeldes gegeneinander versetzt. Der H-Versatz kann im übrigen analog zu dem vorstehend beschriebenen Ε-Versatz gestaltet sein.

Bei der Polarisationsweiche nach dem Hauptpatent sind für die Doppelverzweigung DV im Verschneidungsbereich ih-. rer fünf Hohlleiterarme 1 bis 5 Trennbleche TR zur Unterdrückung der E₂-J -Störresonanz im Nutzwellenbereich erforderlich, die herstellungstechnisch einen erheblichen Aufwand erfordern. Weiterhin stellt sich häufig die Forderung, den Nutzfrequenzbereich einer derartigen phasensymmetrischen Polarisationsweiche noch weiter zu vergrößern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Weiterbildung der Polarisationsweiche nach dem Hauptpatent anzugeben, die sich einerseits durch einen geringen herstellungstechnischen Aufwand und andererseits durch eine wesentlich vergrößerte Breitbandigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird für eine Polarisationsweiche nach dem Hauptpatent gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Teilarme der Serienverzweigungen und die E-und H-Versatzstücke hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen ein Seitenverhältnis von wenigstens annähernd 1:4 aufweisen, daß die Teilarme der Doppelverzweigung aus Wellenleitern bestehen, die hinsichtlich ihres Leitungswellen-Widerstandes mit den E- und H-Versatzstücken übereinstimmen und daß der zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters vorgesehene erste Arm der Doppelverzweigung als koaxialer Wellenleiter ausgeführt ist, dessen Übergang zum weiterführenden Hohlleiter durch Querschnittsstufung des Innenleiters und/oder durch Querschnittsstufung des Außenleiters des koaxialen Wellenleiters als

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Wellenwiderstandstransformator ausgebildet ist.

Durch die Erfindung ergibt sich neben dem wesentlichen vereinfachten Aufbau der Doppelverzweigung, deren Trennbleche entfallen können, der Vorteil, daß die zur Anpassung bei der Anordnung nach dem Hauptpatent erforderlichen vier Stufenübertrager in den rechteckigen Hohlleiterabschnitten der Polarisationsweiche entfallen können und durch nur einen, für beide Polarisationen gleichermaßen wirksamen Stufentransformator ersetzt werden, der in dem an die Doppelverzweigung sich anschließenden Rundoder Quadrathohlleiter als relativ einfach herstellbares Drehteil ausgebildet ist.

Durch den koaxialen Wellenleitertransformator ergeben sich als weitere Vorteile, daß der Wellenwiderstanstransformator in nächster elektrischer Nachbarschaft zur Hauptreaktanz der Doppelverzweigung angebracht werden kann. Dadurch können die beiden Restreflexionen des Wellenwiderstanstransformators und der Doppelverzweigung in geringem Abstand superponiert und somit ihre vektorielle Summe breitbandig klein gemacht werden.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die ganze Hohlleitorschaltung hinsichtlich der Querschnittsabmessungen gegenüber rechteckigen Hohlleiterteilaraen mit einem Seitenverhältnis von 2:1, wie sie gemäß dem Hauptpatent vorgesehen sind, kleiner und daher in Richtung der Längsachse der Gesamtanordnung auch kürzer dimensioniert werden kann.

Weiterhin ergibt sich der ¥ortgll₉ daß die E-Khicke in den E"^u';' ιLtQTn. des Seitenverhältnisses 4i1 "besser nand. ^reit'"-.-'tsrr kompensiert werden izQ&nen als la ®inem Ncrma2-r?fiifcohll2iter ait dem Seits&verMlt&is 2s 1.

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Vorteilhaft ist auch, wenn die TeUa rme der Doppelverzweigung als Steghohlleiter ausgebildet sind. Da ein Steghohlleiter für einen bestimmten festliegenden Frequenzbereich bei zunehmender relativer Größe seines Mittelsteges mit immer kleineren Querschnittsabmessungen auskommt, ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Verkleinerung des Ep₁- Störwellenresonanzraumes.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. 15

Es zeigen in Fig. 1 eine bereits erläuterte Polarisationsweiche

gemäß dem Hauptpatent 20

Fig. 2a/b zwei aufeinander senkrecht stehende Längsschnitte eines Ausführungsbeispieles

Flg. 3 eine Darstellung des Anschlußquerschnitts der Doppelverzweigung nach den Fig. 2a und

2b.

Die Fig. 2a und 2b zeigen zwei Schnittdarstellungen für aufeinander senkrecht stehende Längsschnitte eines Aus führungsbeispieles der Erfindung, wobei in Fig. 2a der besseren Übersicht halber die beiden H-Versatzstücke 12 und 13 und die zugehörige Serienverzweigung SV2 weggelas sen wurde, während bei der Darstellung nach Fig. 2b die beiden E-Versatzstücke 10 und 11 sowie die zugehörige

Serienverzweigung SV1 weggelassen sind. Die Anordnung

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nach den Fig. 2a und 2b unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 dadurch, daß die Teilarme 8 und 9 der ersten Serienverzweigung SV1 und die daran angeschlossenen E-Versatzstücke 10 und 11 hinsichtlich ihrer Quer-Schnittsabmessungen ein Seitenverhältnis von 1:4 aufwei sen. Dies gilt auch für die Teilarn» 6 und 7 der zweiten Serienverzweigung SV2 und die damit in Verbindung stehenden H-Versatzstücke 12 und 13. Weiterhin sind alle vier Teilarne der Doppelverzweigung DV als Steghohlleiter ausgebildet, was in Fig. 2a anhand der Teilarme 3 und 5 durch die Stege 16 erkennbar ist.

Gegenüber der Anordnung nach dem Hauptpatent sind beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2a und 2b die nach der reflexionsarmen Teilung in den links dargestellten Serienverzweigungen SV1 und SV2 sich nach rechts fortsetzenden, rechteckigen Teilhohlleiter 6 bis 9 bei dem ursprünglichen Seitenverhältnis a^:b^=4:1 belassen und auch die sich anschließenden E-Versatzstücke 10, 11 sowie die H-Versatzstücke 12, 13 mit diesem Seitenverhältnis ausgeführt. Dadurch ergibt sich bis zum Eingang der Doppelverzweigung DV eine im Hinblick auf den örtlichen Leitungswellenwiderstand vollständig homogene Anordnung, in der nur noch relativ kleine und daher gut kompensierbare Streureaktanzen in den Serienverzweigungen und in den E- und H-Versatzstücken auftreten. Auch bei den Teilarmen 2 bis 5 der Doppelverzweigung ist der Leitungswellenwiderstand entsprechend einem Rechteckhohlleiter mit einem Seitenverhältnis a:b=4:1 beibehalten.

Durch diese Anordnung ergibt sich zunächst am Ausgang der Doppelverzweigung DV im Bereich der in den Fig. 2a und 2b angegebenen Querschnittsfläche q ein im Bezug auf den nach rechts abgehenden, beispielsweise runden

Hohlleiterarm um den Faktor 2 zu niedriger Wellenwider-

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stand, was einen Reflexionsfaktor r^_z=1/3 zur Folge hätte.Dieser Wellenwiderstandssprung ist durch einen, für beide Polarisationen gleichermaßen wirksamen Transformator in dem an die Doppelverzweigung DV sich anschließenden Rundhohlleiter sehr reflexionsarm überbrückt, wie dies im folgenden noch näher erläutert wird.

Der zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters 17 vorgesehene erste Arm 18 der Doppelverzweigung ist hierfür als koaxialer Wellenleiter ausgeführt, dessen Obergang zu dem weiterführenden Hohlleiter 17 durch eine Querschnittsstufung des Innenleiters 18¹ des koaxialen Wellenleiters 18 als Wellenwiderstandstransformator ausgebildet ist. Der in den Fig. 2a und 2b sich an die Dop-ρelverzweigung nach rechts anschließende koaxiale Wellenleiter 18 ist mit einem gestuften Innenleiter 18^!, 18a mit solchen Durchmessern versehen, daß der Leitungswellenwiderstand des koaxialen Wellenleiters 18 im Anschlußquerschnitt zum weiterführenden Hohlleiter 17 mit dem Leitungswellenwiderstand des weiterführenden Hohlleiters 17 übereinstimmt. Zum Zwecke der Beibehaltung der H₁^-Grenzfrequenz ist im Bereich des koaxialen Wellenleiters 18 der Durchmesser des Außenleiters gegenüber dem Durchmesser des Rundhohlleiters 17 in gewissem Umfang reduziert. Der breitbandig reflexionsarme Übergang vom koaxialen Wellenleiter auf den runden oder beispielsweise auch auf einen quadratischen Ausgangshohlleiter wird so mit einem einstufigen Transformator geschaffen, bei dem die notwendigen Wellenwiderstandssprünge in sehr einfächer Weise dadurch realisiert sind, daß entweder nur der Innenleiter 18¹ nach Art einer abgesetzten Welle bis zu seinem Verschwinden am Ausgangsquerschnitt heruntergestuft wird, oder daß zusätzlich auch der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters 18 beispielsweise gegenläufig zum Innenleiter 18¹ gestuft ist. Für einen besonders

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reflexionsarmen Wellenleitertransformator können auch mehrere /l/4-Stufen Verwendung finden. Weiterhin ist auch eine kegelförmige Kontur des Innen- und Außenleiters denkbar. Zur genau zentrierten Befestigung des Innenleiters kann die Innenpyramide der Doppelverzweigung verwendet werden.

Im allgemeinen ist ein einstufiger Transformator, wie er in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist, ausreichend, dessen Stufe im obenliegenden Frequenzband eine Länge s=Ä.„ /4 aufweist, und dessen Restreflexion im unteren Frequenzband mit einer Doppelkapazität der folgenden Art kompensiert ist. Diese Doppelkapazität besteht nach den Fig. 2a und 2b aus den.Teilkapazitäten C^ und C₂, die im oberen Frequenzband annähernd gleich groß sind und für das obere Frequenzband einen gegenseitigen Abstand von etwa Aj₁ /4 haben und so hier von vernachlässigbarer Wirkung sind. Die erste der Teilkapazitäten C^ ist hierbei durch eine sprunghafte Querschnittsverdickung 18a des Innenleiters 18^f am Ende der Transformatorstufe realisiert. Die zweite Teilkapazität C₂ ist durch eine Querschnittsverdickung 17a des sich in den nachfolgenden Hohlleiter 17 fortsetzenden Innenleiters 17' relativ geringen Durchmessers, gebildet. Der elektrische Abstand der beiden Teilkapazitäten ist für den unteren Frequenzbereich wesentlich kleiner als ^₁₁A* so daß eine resultierende Kapazität mit Sitz zwischen den beiden Teilkapazitäten verbleibt, die beide mechanisch zusammengekoppelt zur Korrektur des einstufigen Wellenwiderstandstransformators im unteren Frequenzbereich an den hierfür optimalen Ort gebracht werden können, ohne daß die Wellenwiderstandsanpassung für den oberen Frequenzbereich beeinträchtigt wird.

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Wie dies den Fig. 2a und 2b entnehmbar ist, kann sowohl der runde Innenleiter als auch der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters zum Feinabgleich mit zusätzlichen Verdickungen, die als Parallelkapazität wirken, bzw. mit als Serieninduktivität wirkenden Einstichen . versehen sein.

Bei einer mit rechteckigen Teilhohlleiterquerschnitten des Seitenverhältnisses a^,:bfj,=4:1 ausgeführten Doppelverzweigung DV liegt die E₂₁-Störresonanz in vorteilhafter Weise höher als bei Teilarmen mit einem Seitenverhältnis von 2:1 entsprechend dem Hauptpatent, da mit der Verringerung der Guerabmessungen auch der E₂₁-Resonanzraum im Verschneidungsbereich der Doppelverzweigung kleiner wird. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, im Innenraum des Innenleiters des koaxialen Wellenleiters 18 wellentypenselektive Koppeleinrichtungen, beispielsweise im einfachsten Falle eine Eq₁-Längssonde anzubringen.

Der Innenleiter des koaxialen Wellenleiters bewirkt zusammen mit dem beim Ausführungsbeispiel verringerten Außenleiterdurchmesser eine zusätzliche Anhebung der E₂₁-Störwellenresonanz, weil wegen der für den E₂₁-Wellentyp überwiegenden Verdrängung magnetischer Feldenergie auf der Rohrachse die E₂₁-Grenzfrequenz im Wellenleitertransformator ansteigt und dadurch die von ihm gebildete E₂₁-Kurzschlußebene näher an die Doppelverzweigung heranrückt, wodurch der E₂₁-Resonanzraum noch weiter verkürzt wird.

Eine weitere geometrische Verkürzung der Doppelverzweigung, deren seitliche öffnungen zu den beiden jeweils benachbarten Teilhohlleitern im Verschneidungsbereich die Länge des E₂₁-Resonators mitbestimmen, ergibt sich

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dadurch, daß die beiden achsnahen äußeren Längskanten, der Steghohlleiter mit einem größeren Krümmungsradius ausgeführt werden als die sonstigen Querschnittskanten des Steghohlleiters. Dies ist aus der Darstellung nach Fig. 3 ersichtlich, die den Anschlußquerschnitt der Doppelverzweigung zu den E- und H-Versatzstücken darstellt. Die Krümmungsradien der achsfernen Längskanten sind in Fig. 3 mit r. und die Krümmungsradien der achsnahen

el

äußeren Längskanten mit r^ bezeichnet.

Durch die vorstehend angegebenen Maßnahmen zur Anhebung der E₂₁-Störresonanz gelingt es, daß nach Fortlassen der Trennbleche der Doppelverzweigung die Ep₁-Störresonanz selbst bei der höchsten, noch eindeutigen Nutzfrequenz nämlich der H₂Q-Grenzfrequenz der E- und H-Versatzstücke immer noch ausreichend weit über dieser höchsten Betriebsfrequenz liegt, so daß sie nicht mehr störend in Erscheinung tritt.

Beim Ausführungsbeispiel nimmt die Doppelverzweigung, die keine Trennbleche mehr benötigt,hinsichtlich ihrer Außenkonturen eine scheibenförmige Gestalt an und kann als Frästeil unter geringem Aufwand in nur einer Aufspannung hergestellt werden.

Die Steghohlleiter der Doppe!verzweigung sind beim Ausführungsbeispiel so dimensioniert, daß sie annähernd die gleiche H_{1 Q}-Grenzfrequenz aufweisen, wie die E- und H-Versatzstücke. Hinsichtlich des Wellenwiderstandes sind die Steghohlleiter im gesamten Frequenzbereich von 3,7GHz bis 6,425GHz an die E- und H-Versatzstücke angepaßt. Hierbei können die aufeinanderstoßenden Hohlleiterquerschnitte in sehr einfacher Weise sprunghaft aneinandergeflanscht werden, wie dies auch der Fig. 3 zu entnehmen ist.

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Zur Kompensation der in der Fig. 2a nach rechts zur Längsachse hinführenden E-Knicke der E-Versatzstücke 10 und 11 ist beim Ausführungsbeispiel jeweils eine kleine Parallelkapazität in Form eines Vorsprunges 10' bzw. 11' vorgesehen, die über den Hohlleitersteg der Doppelverzweigung hinausragt. Entsprechendes gilt für die Anschlußquerschnitte zu den H-Versatzstücken. Trotz der in der Fig. 3 erkennbaren Diskontinuität an der Sprungstelle von den Versatzstücken zu den Steghohlleitern der Doppelverzweigung bleibt die Homogenität des Leitungswellenwiderstandes erhalten. In dem Verschneidungsbereich der Doppelverzweigung nimmt die Höhe der Stege zwischen den, den E- und H-Versatzstücken zugewandten Seiten und den, dem Wellenleiter 18 zugewandten Seiten der als Steghohlleiter ausgebildeten Teilarme der Doppelverzweigung kontinuierlich ab; dadurch findet der wegen der seitlichen Verschneidungsöffnungen zu den beiden jeweils angrenzenden Steghohlleitern der Doppelverzweigung in der Breitseite auseinanderfallende Steghohlleiter seinen wellenwiderstandsmäßigen Ausgleich.

Eine zusätzliche Verkürzung der Polarisationsweiche wird dadurch erreicht, daß entsprechend den Fig. 2a und 2b sowohl die H- als auch die E-Versatzstücke anstelle eines geraden Leitungsstücks zwischen den jeweils einander entgegengesetzten Endknicken einen S-förmig gebogenen Leitungsabschnitt aufweisen. Die Krümmungsradien dieser Kreisbogenleitungen sind hierbei so gewählt, daß keine störenden Reflexionen auftreten. Hierdurch wird erreicht, daß die aus topologischen Gründen für das durchdringungsfreie Ineinanderschieben der Längsschnitte gemäß Fig. 2a und 2b notwendigen seitlichen Versätze v-g und v_H gegenüber der Längsachse der Anordnung zu rund 1/3 ohne nen-

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nenswerte Reflexionserhöhungen erbracht werden können. Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil die in den E- und in den H-Versatzstücken entstehenden Reflexionen hinsichtlich ihrer Phase nicht symmetrisch sind. Durch die Verwendung von S-Bogenleitungen kann somit die Phasensymmetrie der Polarisationsweiche gegenüber der Verwendung von geraden Leitungen für die Versatzstücke noch weiter verbessert werden.

13 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

/1J Polarisationsweiche für Einrichtungen der Höchstfrequenztechnik mit Hohlleiterabschnitten rechteckigen und/ oder runden Querschnitts, mit einer symmetrisch aufgebauten fünfarmigen Verzweigung (Doppelverzweigung), welehe einen in der Längsachse der Anordnung liegenden ersten Arm zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters runden oder quadratischen Querschnitts und vier gleichartig ausgebildete Teilarme rechteckigen Querschnitts enthält, die um jeweils 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind und unter jeweils gleichem Winkel gegenüber der Längsachse der Anordnung, in entgegengesetzter Richtung zum ersten Arm verlaufen und von denen jeweils zwei gegenüberliegende Teilarme über untereinander gleiche Weichenarmabschnitte mit den Teilarmen jeweils einer von zwei gleichartig ausgebildeten Serienverzweigungen verbunden sind, wobei jeweils zwei zwischen den gegenüberliegenden Teilarmen der Doppelverzweigung und den Teilarmen der Serienverzweigungen liegende Weichenarmabschnitte einerseits als E-Versatzstücke und andererseits als H-Versatzstücke ausgeführt sind und die E-Versatzstücke jeweils als beidseitig mit einem Hohlleiterkrümmer versehene Rechteckhohlleiterstücke ausgebildet und durch die Hohlleiterkrümmer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen jeweils über die Hohlleiterbreitseite geknickt und beide E-Versatzstücke hinsichtlich ihrer schmalen Seiten schräg zur Längsachse der Anordnung ausgerichtet sind und dabei parallel zueinander verlaufen, während die H-Versatzstücke jeweils als beidseitig mit einem Hohlleiterkrümmer versehene Rechteckhohlleiterstücke ausgebildet und durch die Hohlleiterkrümmer beidseitig in entgegengesetzten Richtungen jeweils über die Hohlleiterschmalseite geknickt sind, und eines der E-Versatzstücke zwischen den beiden H-Versatzstücken auf-

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genommen ist, derart, daß die mit den B-Versatzstücken und den H-Versatzstücken verbundenen Serienverzweigungen hinsichtlich ihrer Teilarme durchdringungsfrei verlaufen, nach Patent...( Anmeldung P 27 08 271.9)? dadurch ^gekennzeichnet , daß die Teilarme (6 bis 9) der Serienverzweigungen (SV1, SV2) und die E- und H-Versatzstücke (10 bis 13) hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen ein Seitenverhältnis von wenigstens annähernd 1:4 aufweisen, daß die Teilarme (2 bis 5) der Doppelverzweigung aus Wellenleitern bestehen, die hinsichtlich ihres Leitungswellenwiderstandes mit den E- und H-Versatzstücken übereinstimmen und daß der zum Anschluß eines weiterführenden Hohlleiters (17) vorgesehene erste Arm (18) der Doppelverzweigung (DV) als koaxialer Wellenleiter ausgeführt ist, dessen übergang zum weiterführenden Hohlleiter (17) durch Querschnittsstufung des Innenleiters (18¹) und/oder durch Querschnittsstufung des Außenleiters des koaxialen Wellenleiters als Wellenwiderstandstransformator ausgebildet ist.
2. Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilarme (2 bis 5) der Doppelverzweigung als Steghohlleiter ausgebildet sind.
3. Polarisationsweiche nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Wellenwiderstandstransformator ausgebildete Wellenleiter (18) einstufig ausgeführt und diese Wellenwiderstandsstufe bezogen auf den obenliegenden Frequenzbereich zweier getrennter Frequenzbereiche eine Länge von λ,_Ηο/4 aufweist.
4. Polarisationsweiche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Restreflexion des koaxialen Wellenleiters (18) im unteren der beiden Frequenzbereiche dadurch kompensiert ist, daß die durch

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eine erste rotationssynunetrische wallförmige Innenleiterverdickung (18a) gegebene Teilkapazität C₁ durch die Teilkapazität C₂ einer im Abstand von etwa ^g₀A von dieser ersten Verdickung (18a) angeordneten zweiten rotationssymmetrisch, verlaufenden wallförmigen Inhenleiterverdickung (17a) ergänzt ist.
5. Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-η e t , daß der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters (18) gegenläufig zum Innenleiter (18*) gestuft ist.
6. Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der koaxiale Wellenleiter (18) hinsichtlich seines Innen- und/oder. Außenleiters einen kegelförmigen Verlauf aufweist.
7. Polarisationsweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch geke nnzeichnet, daß der Innen- und/oder der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters zusätzliche rotationssymmetrisch verlaufende grabenförmige Vertiefungen (18b) aufweisen.
8. Polarisationsweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und/oder der Außenleiter des koaxialen Wellenleiters zusätzliche rotationssymmetrisch verlaufende wallförmige Erhöhungen (18a) aufweisen.
9. Polarisationsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn e t , daß der Innenleiter (18') des koaxialen Wellenleiters (18) und/oder der Innenleiter (17',17a) des weiterführenden Hohlleiters (17) wellentypenselektive Koppeleinrichtungen aufweisen.

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10. Polarisationsweiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16) der als Steghohlleiter ausgebildeten Teilarme (2 bis 5) der Doppelverzweigung (DV) sich an den achsnahen Hohlleiterlängsseiten befinden und daß die beiden achsnahen äußeren Längskanten einen größeren Krümmungsradius r* aufweisen als die sonstigen Querschnittskanten der Steghohlleiter.
11. Polarisationsweiche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe der Stege (16) zwischen den, den E- und H-Versatzstücken (10 bis 13) zugewandten Seiten und den dem koaxialen Wellenleiter (18) zugewandten Seiten der Teilarme (2 bis 5) der Doppelverzweigung (DV) kontinuierlich abnimmt.
12. Polarisationsweiche nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die H^Q-Grenzfrequenz der Steghohlleiter, der einzelnen Teilabschnitte des koaxialen Wellenleiters und der E- und H-Versatzstücke annähernd übereinstimmen.
13. Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die E- und H-Versatzstücke (10 bis 13) zwischen ihren jeweils einander entgegengesetzten Endknicken als S-förmig gebogene Leitungsabschnitte ausgebildet sind.

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