DE3246317A1

DE3246317A1 - Wellenleiter fuer zweifach polarisierte zwei-frequenz-signale und verfahren zur wellenleitung solcher signale

Info

Publication number: DE3246317A1
Application number: DE19823246317
Authority: DE
Inventors: Albert Louis 94043 Mountain View Calif. Horley; James Martin Janky
Original assignee: Vitalink Communications Corp
Current assignee: Vitalink Communications Corp
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1983-06-30
Also published as: US4467294A; FR2518822A1; JPS58111403A

Description

Hamburg, den 10. Dezember 19 82 264182. (F-312-P) Priorität: 17. 12. 1981, USA Patentanmeldung Nr. 06/331,727

Anmelders

Vitalink Communications Corporation

Mountain View/Cal., USA

WELLENLEITER FÜR ZWEIFACH POLARISIERTE ZWEI-FREQUENZ-SIGNALE UND VERFAHREN ZUR WELLENLEITUNG SOLCHER SIGNALE

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellenleiter-Apparat und auf Verfahren zur Leitung von Sende- und EmpfangsSignalen an einer Bodenstation eines Satelliten-Nachrichten-Systems. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Wellenleiter zur Leitung von zwei Paaren orthogonal polarisierter Sende- und Empfängssignale.

Antennen für Bodenstationen von Satelliten-Nachrichten-Systemen können benutzt werden, um ein Signal von einem Satelliten zu empfangen, und auch zur Übertragung eines Signals auf einen Satelliten, indem geeignete Empfänger- und Sende-Einrichtungen einem Eingangshorn der Antenne zugeordnet werden.

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Die Kapazität der Erdstation kann auch erhöht werden, indem gleichzeitig zwei Signalpaare auf denselben Sende- und denselben Empfangsfrequenzen übertragen und empfangen werden, falls die zwei Paare Sende- und Empfangssignale polarisiert sind, da die zwei Frequenzpaare gemäß dem Polarisierungssinn jedes Paares getrennt werden können.

Der Betrieb mit Zweifachpolarisation und zwei Frequenzen bietet dem Benutzer des Nachrichtensystems die Gelegenheit zu einem Zweiweg-Betrieb mit nur einer Antenne. Der Zweiweg-Betrieb kann benutzt werden, die Kapazität zu verdoppeln und hilft als Zweiweg-Redundanz, einen kontinuierlichen Betrieb auf wenigstens einem Weg in dem Fall zu ermöglichen, daß auf dem anderen Weg ein Ausfall einer Komponente auftritt.

Die zum Stand der Technik gehörenden Wellenleiter-Einrichtungen und die Verfahren, die benutzt worden sind, um an den Erdstationen eine Polarisations-Trennung und Frequenz-Trennung zu erzielen, arbeiten vielfach mit ziemlich umfangreichen, komplizierten und teuren Einrichtungen.

Ein Hauptzweck der Erfindung ist deshalb, die Schwierigkeiten zu überwinden, die sich bei den Wellenleiter-Einrichtungen und den Verfahren einstellen, die nach dem Stand der Technik für die Übertragung und den Empfang von zweifach polarisierten Zwei-Frequenz-Signalen.sich ergeben.

Besonders bezweckt die Erfindung, eine Wellenleiter-Einrichtung zu schaffen, um zwei Paare orthogonal polarisierter Sende- und Empfangsfrequenz-Signale zu führen, wobei die Einrichtung mechanisch ausreichend klein und robust sein soll, so daß die Wellenleiter-Einrichtung als ein Bauteil benutzt werden kann, um die gesamte Elektronik der Erdstation an der Antenne anzuordnen, so daß sie von dem Träger

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der Antenne mitgetragen wird« Die Trenn- und Kombinations-Einrichtung für Polarisation und Frequenz nach der Erfindung ermöglicht den Einbau des wesentlichen Teiles der Empfangs- und Sende-Einrichtung an einem Punkt, der dem Antenneneingang sehr nahe liegt, wodurch die übertragungsVerluste insbesondere auf dem Sendezweig erheblich verringert werden.

Nach der Erfindung soll weiter der Wellenleiter-Apparat so eingerichtet werden, daß alle vier Ein- bzw. Ausgänge für Sende- und Empfangssignale in einer gemeinsamen Ebene abschließen. Dadurch wird die Notwendigkeit beschränkt oder ausgeschaltet, daß Leitungen zwischen dem Wellenleiter und den Sende- und Empfangseinheiten laufen. Ferner wird ermöglicht, daß jede Sende- und Empfangseinheit eine im Feld austauschbare Einheit bildet, die während des Betriebes der Erdstation entfernt oder ausgetauscht werden kann, ohne daß dabei das Funktionieren der drei anderen Signale beeinträchtigt wird.

Ferner ist vorgesehen, einen Wellenleiter-Apparat als eine symmetrische Einheit einzurichten, in der die erforderliche Weiterleitung der Frequenz-Signale auf minimalen Weglängen ausgeführt wird, um Verfälschungsformen der Schwingungen sowie solche Frequenzen höherer Ordnung im wesentlichen auszuschalten, die mit den auszusendenden und empfangenden Signalen interferieren könnten.

Ferner bezweckt die Erfindung, zwischen der Empfangs— und der Übertragungsöffnung für jedes polarisierte Paar von Frequenz-Signalen eine Isolation durch eine ein ebenes Filter und einen Suszeptanz-Block enthaltende Einrichtung aufrecht zu erhalten, die für ein hohes Maß an Isolation mit einem minimalen Aufwand an Bauteilen sorgt.

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Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Wellenleiters, der mit geringen Kosten durch einfache Herstellungsverfahren, wie Formguß oder Blechverformung, herstellt werden kann.

Eine Wellenleiter-Einrichtung nach einer Ausfuhrungsform der Erfindung führt ein erstes Paar horizontal polarisierter Übertragungs- und Empfangsfrequenzen unabhängig von und elektrisch parallel zu einem zweiten Paar vertikal polarisierter Übertragungs- und Empfangsfreguenzen. Der Wellenleiter führt die polarisierten Frequenzen-Paare zwischen einem Eingangshorn und zugehörigen übertrager- und Empfänger-Einheiten .

Der Wellenleiter enthält eine Polarisations-Verzweigungsstelie, die mit einem Ende des Eingangshornes verbunden ist und bewirkt, daß die horizontal polarisierte Empfangsfrequenz von der vertikal polarisierten Empfangsfrequenz getrennt wird, wenn die Empfangsfrequenzen vom Horn nach den Empfängereinheiten fließen. Die Polarisations-Verbindungsstelle bewirkt die Führung der getrennten, horizontal und vertikal polarisierten Übertragungsfrequenzen zu einem vereinigten Fluß durch das gemeinsame Eingangshorn nach der Antenne.

Die Polarisations-Verzweigung enthält einen Hals, zwei Seitenöffnungen und Septen im Hals zur Teilung des E-Feldes der horizontal polarisierten Empfangsfrequenz in zwei gleiche Teile, wobei jeder der zwei Teile des Ε-Feldes um 90° aus der Flußrichtung des Eingangshornes nach einer zugeordneten Seitenöffnung gedreht wird. Die Septen lassen die vertikal polarisierten Frequenzen in einer geraden Linie durch die Polarisationsverzweigung durch.

Die Wellenleiter-Einrichtung enthält einen ersten Frequenz-

Separator zur Trennung der vertikal polarisierten übertragungs- und Empfangsfrequenzen und einen zweiten Frequenz-Separator zur Trennung des horizontal polarisierten Paares der Übertragungs- und Empfangsfrequenzen.

Jeder Frequenz-Separator umfaßt einen allgemein Y-förmigen Wellenleiter mit einem Stammabschnitt zur Führung sowohl der Sende- als auch der Empfangsfrequenzen, einem ersten Zweig mit einer öffnung für die übertragungsfrequenz, einem zweiten Zweig mit einer öffnung für die Empfangsfrequenz und einer Verzweigungsstelle, an der die Übertragungsdurchgangsöffnung, die Empfangsdurchgangsöffnung und der Stammabschnitt des Y-förmigen Frequenzseparators aneinander anschließen.

Ein Planar-Filter ist im Empfangskanal angeordnet und hat eine Bandpaß-Einrichtung zum Durchlaß der Empfangsfrequenz und eine Bandsperren-Einrichtung zur Sperrung der übertragungs frequenz. Die Bandpaß-Elemente und die Bandsperren-Elemente wechseln sich in dem Planar-Filter ab.

In dem Sendedurchgang sind Suszeptanz-Blöcke angeordnet, die den Wellenleiter einengen und verhindern, daß Empfangsfrequenz-Energie sich durch den Sendefrequenzdurchgang fortpflanzt. Abstimmschrauben kompensieren die Diskontinuität, die durch die Blöcke eingeführt wird, und stellen die gewünschte Impedanz-Anpassung wieder her.

Eine symmetrische Kupplung verbindet die öffnungen der Polarisations-Verzweigung mit dem Frequenz-Separator für die horizontal polarisierten Sende- und Empfangsfrequenzen.

Die Kupplung enthält zwei symmetrische 180° H-Ebene-Biegungen, von denen jede mit einem Ende an eine entsprechende öffnung der Polarisations-Verzweigung anschließt.

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Die Kupplung enthält auch zwei 90° E-Ebene-Biegungen und eine Southworth-Verzweigung. Ein Ende jeder E-Ebenen-Biegung ist mit einer zugehörigen H-Ebene-Biegung verbunden, und das andere Ende der E-Ebene-Biegung ist mit der Southworth-Verzweigung verbunden. Die Southworth-Verzweigung ist mit dem Stammabschnitt des Frequenz-Separators für das horizontal polarisierte Frequenzenpaar und der Stammabschnitt des Frequenz-Separators für das vertikal polarisierte Frequenzenpaar ist direkt mit dem geraden Durchgangsabschnitt der Polarisations-Verzweigung verbunden.

Eine Wellenleiter-Einrichtung, die die vorstehend beschriebenen baulichen Merkmale und Funktionen aufweist, erfüllt die eingangs beschriebenen Ziele und Zwecke.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Erdstation mit einer Wellenleiter-Einrichtung gem. einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht einer abgedichteten Anordnung, die Sende- und Empfängereinheiten enthält und unmittelbar an dem einen Ende der Wellenleiter-Einrichtung angeordnet ist, siehe auch den vom Kreisbogen 2-2 in Fig.1 umgebenen Teil,

Fig. 3 eine Endansicht im wesentlichen in Richtung der Pfeile 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht einer Wellenleiter-Einrichtung für zweifach polarisierte Zwei-Frequenz-Signale nach der Erfindung,

Fig. 5 die Ansicht eines Schnittes im wesentlichen entlang der Linie 5-5 der Fig- 4 mit Einzelheiten einer Frequenz-Separator-Einrichtung zur Trennung der Sende™ und der Empfangsfrequenz in dem vertikal polarisierten Paar,

Fig. 6 die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie 6-6 der Fig„ 5 mit Einzelheiten der Suszeptanz-Blöcke und der Abstimmschrauben in der Sendefrequenz-Öffnung,

Fig. 7 eine Draufsicht entlang der Linie und in Richtung der Pfeile 7-7 der Fig. 5 mit Einzelheiten eines Planar-Filters in der Empfangsfrequenz-öffnung,

Fig. 8 eine Endansicht entlang der Linie und in Richtung der Pfeile 8-8 der Fig. 7,

Fig. 9 die Ansicht eines Querschnittes entlang der Linie 9-9 der Fig. 4 und in Richtung dieser Pfeile gesehen, mit Einzelheiten der Polarisations-Verzweigung und der Septen zur Teilung des E-Feldes der horizontal polarisierten Empfangsfrequenz in zwei gleiche Teile und

Fig.10 im unteren Teil ein Diagramm, das die Einfügungsdämpfung mit Bezug auf die Frequenz und aufgrund _t der Darstellung des Planar-Filters im oberen Teil der Fig. 10 auf die axiale Lage der Bandpaß- und )■ Bandsperren-Struktur des Filters darstellt. f

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Fig. 1 zeigt eine Antenneneinrichtung 21, die zu einer Erdstation gehört und eine der Erfindung entsprechende Wellenleiter-Einrichtung enthält. Die Antenneneinrichtung 21 weist einen Parabol-Reflektor 23 auf, der auf einem Rahmen 25 mit Beinen 27 und 29 abgestützt ist. Ein Eingangshorn 31 ist mittels Bauelementen 33 und 35 auf den Beinen des Trägerrahmens 25 angeordnet.

Sende- und Empfängereinheiten für die übertragung und den Empfang von zweifach polarisierten Zwei-Frequenz-Signalen sind in einem Gehäuse 37 untergebracht, das im einzelnen in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Das Gehäuse 37 ist vorzugsweise eine abgedichtete Einheit, die für überdruckbetrieb geeignet ist. Das Gehäuse 37 wird mittels eines Wellenleiter-Apparats 41 unmittelbar vom Eingangshorn 31 gehalten. Der Wellenleiter-Apparat wird mit Bezug auf Fig. 4-10 noch ausführlich erläutert; er hat an dem dem Gehäuse 37 zugeordneten Ende vier Öffnungen, die in einer gemeinsamen Ebene enden.

Das Gehäuse 37, siehe Fig. 2 und 3, hat eine Grund- oder Mutterplatte 42, die unmittelbar auf den Enden der vier öffnungen des Wellenleiter-Apparats 41 angeordnet ist. Die Sende- und Empfänger-Einheiten sind unmittelbar an der Grundplatte 42 und damit auch unmittelbar an den öffnungen des Wellenleiters durch Einsteckverbindungen befestigt. Wie der auseinandergezogene Teil der Fig. 2 zeigt, ist die Sendeeinheit 44 für die horizontal polarisierte Sendefrequenz mit der Grundplatte 42 durch einen Flansch 46 und Bolzen oder Kopfschrauben 48 verbindbar. In gleicher Weise sind die Übertragungseinheit 51 für die vertikal polarisierte Sendefrequenz, die Empfängereinheit 53 für die horizontal polarisierte Empfangsfrequenz und die Empfängereinheit 55 für die vertikal polarisierte Empfangsfrequenz alle als

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abnehmbare und im Feld auswechselbare Aufsteckeinheiten ausgeführt, die einzeln eingebaut und an der Betriebsstelle ersetzt werden können.

Der Wellenleiter-Apparat 41 ist so eingerichtet, daß jede der an der Betriebsstatte auszuwechselnden Einheiten 45, 51, 52 und 55 eingesetzt oder ausgewechselt werden kann, während die übrigen Einheiten ihren Betrieb fortsetzen. Bei der Wartung oder Reparatur irgendeiner einzelnen Sende- oder Empfängereinheit braucht deshalb nicht die gesamte Einrichtung stillgelegt zu werden» Stattdessen kann die Anlage weiter in Betrieb bleiben, wenn auch mit einer verringerten Kapazität, falls eine der Sende- oder Empfängereinheiten entfernt oder ersetzt wird.

Der Wellenleiter-Apparat 41 ist kompakt und robust gebaut und weniger als 0,5 m lang. Diese Konstruktion gestattet, daß der Wellenleiter-Apparat als Bauteil benutzt wird, um die Elektronik an dem Antennengestell anzuordnen.

Fig. 4 zeigt den Wellenleiter-Apparat 41, der so eingerichtet ist, daß er ein erstes Paar horizontal polarisierter Sende- und Empfangsfrequenzen unabhängig von und elektrisch parallel zu einem zweiten Paar vertikal polarisierter Sende- und Empfangsfreguenzen führen kann. Die zwei Frequenzenpaare werden zwischen dem Eingangshorn 31 und den zugehörigen Sende- und Empfängereinheiten 45, 51, 53 und 55, siehe auch Fig. 3, durch den Wellenleiter-Apparat 41 geführt.

In einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung liegt die Sende-Signal-Frequenz in jedem Paar im Bereich von 5,925 - 6,425 GHz, und die Empfangssignal-Frequenz ist in jedem Paar im Bereich von 3_y7 - 4,2 GHz. Diese Paare von Sende- und EmpfangsSignalen werden in einer Polarisations-

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Verzweigung 43 in der Senderichtung des Flusses, wie durch die voll ausgezogenen schwarzen Pfeile in Fig. 4 gezeigt ist, orthogonal kombiniert, d.h. rechtwinklig zueinander im Raum, und werden in der Empfangsrichtung des Flusses, angedeutet durch die Umrißpfeile in Fig. 4, orthogonal getrennt. Die vertikale Polarisation ist als diejenige definiert, die entsprechend dem Pfeil mit der Bezeichnung "Vertikal-Polarisation" ausgerichtet ist. Der Sektor der vertikalen Polarisation ist rechtwinklig zu den Septen 45 in einem Hals der Verzweigung 43. Der Sektor der horizontalen Polarisation liegt parallel zur Ebene der Septen 45.

Die Verzweigung 43 hat zwei Seitenöffnungen 49. Zwei symmetrische H-Ebene-Bögen sind mit den Öffnungen 49 verbunden. Jeder dieser H-Ebene-Bögen geht über 180°. Zwei E-Ebene-Bögen 53 sind mit den H-Ebene-Bögen 51 verbunden. Die E-Ebene-Bögen 53 laufen in einer Southworth-Vereinigungsstel-Ie 55 zusammen.

Die Southworth-Verbindung 55 ist axial gegenüber der geraden Durchgangsrichtung des Flusses im Hals 47 der Polarisations-Verzweigung 43 abgesetzt, aber parallel zu dieser gerichtet.

Eine erste Frequenz-Separatur-Einrichtung 57 zum Trennen des verikal polarisierten Paares Sende- und Empfangsfrequenzen ist unmittelbar mit der Polarisationsverzweigung 43 verbunden. Eine zweite Frequenz-Separator-Einrichtung 59 zur Trennung der horizontal polarisierten Sende- und Empfangsfrequenzen ist mit der Soutworth-Vereinigungsstelle 55 verbunden.

Jede der Frequenz-Separator-Einrichtungen 57 und 59 ist ein allgemein Y-förmiger Wellenleiter mit einem Stammabschnitt

zur Führung sowohl der Sende- als auch der Empfangsfrequenzen, einem ersten Zweig, der eine öffnung für die Sendefrequenz bildet, einem zweiten Zweig, der eine öffnung für die Empfangsfrequenz bildet, und einer Verzweigung, an der der Sendeöffnungsdurchgang, der Empfangsöffnungsdurchgang und der Stammabschnitt des Y-förmigen Wellenleiters ineinanderlaufen .

Im einzelnen hat der Frequenz-Separator 57 einen Stammabschnitt 61, einen Zweig 63 mit einer öffnung 65 für die Sendefrequenz, einen Zweig 67 mit einer öffnung 69 für die Empfangsfrequenz und eine Verzweigung 71. Der zweite Frequenz-Separator 59 für die horizontal polarisierten Frequenzen hat einen Stammabschnitt 73, einen Zweig 75 mit einer öffnung 77 für die Sendefrequenz, einen Zweig 79 mit einer Öffnung 81 für die Empfangsfrequenz und eine unnummerierte Verzweigung entsprechend der Verzweigung 71 des Frequenz-Separators 57.

Jeder der Stammabschnitte 61 und 73 hat einen rechteckigen, sich verjüngenden Querschnitt» Die Abschnitte 61 und 73 verjüngen sich innerlich von den entsprechenden, mit der Polarisations-Verzweigung 43 und der Southworth-Stelle 55 verbundenen Enden nach den Enden, die mit den Verzweigungsstellen verbunden sind, an die die entsprechenden Sende- und Empfangsöffnungen anschließen.

Die Verjüngung des Stammabschnittes 61 ist so bemessen, daß alle Frequenzen für die horizontale Polarisation in diesem Stammabschnitt 61 abgeschnitten werden. In gleicher Weise ist die Verjüngung im Stammabschnitt 73 so bemessen, daß alle Frequenzen für eine vertikale Polarisation darin ausgeschaltet werden. Im übrigen verhindern die jeweils im Durchgang der Seitenöffnungen 49 angeordneten Platten 105 im

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wesentlichen, daß irgendwelche vertikal polarisierten Signale durch die Seitenarme hindurchgehen.

In einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist jede der öffnungen 65, 69, 77 und 81 rechteckig mit den Abmessungen 44 mm χ 20,5 mm, um eine Sendesignal-Frequenz im Bereich von 5,925 - 6,425 GHz und eine Empfangssignal-Frequenz im Bereich von 3,7 - 4,2 GHz zu führen. Diese Öffnungsabmessungen bringen einen besonderen, unerwarteten Vorteil bei einem Wellenleiter, der mit den angegebenen Signalfrequenzen betrieben wird, die von dem klassischen 2 : 1 Verhältnis der breiten und der schmalen Wand abweichen. Die besonderen Wellenleiter-Abmessungen ermöglichen eine Breitband-Leistung in diesem spezifischen Frequenz-Bereich. Die Abmessungen sind für den Frequenz-Bereich kritisch, da eine Änderung der schmalen Wand um nur einen Millimeter die Leistung gefährdet. Die Wellenleiter-Abmessungen sind auf das Frequenz-Band genau abgestimmt und lassen keine zusätzlichen Moden höherer Ordnung zu und schneiden auch keine ab bis etwa 3,4 GHz. In dieser besonderen Ausführungsform ergibt sich im Wellenleiter-Apparat 41 ein Einfügungsverlust von dem Eingangshorn 31 nach den öffnungen 65, 69, 77 und 81 in der Größenordnung von 0,5 dB; die Polarisationsverzweigung 43 ermöglicht eine Isolation von wenigstens 25 dB zwischen der horizontalen und der vertikalen Polarisation, und die Isolation zwischen der Sendeöffnung und der Empfangsöffnung ist in jedem Frequenz-Separator 71 und 73 in der Größenordnung von 60 dB. Der Wellenleiter-Apparat 41 liefert damit eine Netto-Isolation von mindestens 85 dB von einem Sender nach einem entgegengesetzt polarisierten Empfänger, da der Wellenleiter-Apparat 41 durch die Verzweigung 43 25 dB liefert und weitere 60 dB von einem der Frequenz-Separatoren stammen.

Die Isolation zwischen der Sendeöffnung und der Empfangsöffnung wird in jedem Frequenz-Separator von einem Planar-Filter 83 in der Empfangsöffnung und Suszeptanz-Blöcken 85 in der Sendeöffnung gebildet.

Die Fig. 7 u. 8 zeigen vergrößert die Struktur des Planar-Filters 83, und Fig» 10 zeigt die Korrelation zwischen der Struktur des Planar-Filters 83 und einer Kurve des Einfügungsverlustes mit Bezug auf die Frequenz an den verschiedenen Stellen des Filters 83. Das Planar-Filter 83, Fig. 7, weist einen dünnen, rechteckigen Metallstreifen mit einem Kanal 87 auf, der sich im mittleren Teil über die Länge des Streifens erstreckt. Durch Mikroätzung sind vier dünne Drähte, 89, 91, 93 und 95, die sich über den Kanal 87 erstrecken, und Ausschnitte 97, 99 und 101 in den Kanten des Kanals87 ausgebildet. Die dünnen Drähte 89, 91, 93 und 95, s. auch Fig. 10, bilden eine Bandpaß-Struktur und die Ausschnitte 97, 99 und 101 eine Bandsperren-Struktur. Die Bandpaß-Struktur und die Bandsperren-Struktur durchsetzen sich gegenseitig im Planar-Filter 83 und liefern dadurch das in der Kurve im unteren Teil der Fig.10 dargestellte Ergebnis.

Die Bandsperren-Struktur bildet das Äquivalent eines Kurzschlusses bei 6 GHz über die 4 GHz-Empfangsöffnung 81, während die Bandpaß-Struktur der 4 GHz-Energie ermöglicht, durch die Öffnung 81 in der in Fig.4 angezeigten Richtung zu fließen.

Das Ebene-Filter 83 bildet auch ein Vorwahlfilter für irgendeinen rauscharmen Verstärker, der an der 4 GHz-öffhung 81 angeordnet ist.

Das Ebene-Filter 83 in der Öffnung 81 verhält sich wie eine flache Platte, selbst wenn es nur ein dünner Streifen ist,

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mit Bezug auf die Reflexion der 6 GHz-Energie am Eingang der öffnung 81. Der Streifen ist in die öffnung eingesetzt, um die 6 GHz-Energie zurück in die Verzweigung in Phase mit der GHz-Energie zu reflektieren, die von der öffnung 77 in den Stamm 73 fließt.

Die 4 GHz-Energie, die durch die öffnung 81 fließt, wird durch die Suszeptanz-Blöcke 85 daran gehindert, sich durch die Sendeöffnung 77 fortzupflanzen. Diese Blöcke 85 engen den Wellenleiter im wesentlichen so ein, daß der Wellenleiter außerhalb des Sperrniveaus für die 4 GHz-Energie bleibt. Für die 4 GHz-Energie verhält sich der Durchgang zwischen den Suszeptanz-Blöcken wie ein Kurzschluß, so daß der größte Teil dieser Energie dann durch die 4 GHz-Öffnung durch die Bandpaß-Filterstruktur des Planarfilters 83 geht.

Abstimmschrauben 103 sind zwischen den Suszeptanz-Blöcken 85 angeordnet, um die Auswirkungen der Suszeptanz-Blöcke auf den Wellenleiter auszugleichen. Diese Abstimmschrauben liefern die ausgleichende Suszeptanz, um die von den Blökken eingeführte zu kompensieren.

Die Isolation zwischen den Empfangs- und Sendesignalen wird in dem Separator 57 für vertikal polarisierte Frequenzen .in der gleichen Weise wie in dem Frequenz-Separator 59 für horizontal polarisierte Frequenzen erhalten, und in den zwei Frequenz-Separatoren sind entsprechende Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet worden.

Die Polarisations-Verzweigung 43 weist Platten 105 in den öffnungen 49 auf. In der besonderen Ausführungsform der Erfindung, die mit den oben erwähnten Frequenzen arbeitet, sind drei Platten oder Streifen 105 in jeder öffnung 49 vorgesehen. Wegen der eng benachbarten Anordnung der Plat-

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ten 105, verglichen mit einer Wellenlänge der vertikal polarisierten Frequenz, und wegen der Grenzbedingungen verhalten sich die Platten gegenüber irgendeiner vertikal polarisierten Welle, als ob sie eine nahezu feste Wand bildeten. Die horizontal polarisierten Wellen gehen geradewegs durch diese Platten 105 hindurch und in die H-Ebene-Bögen 51.

Die vertikal polarisierten Wellen gehen gerade durch die Polarisations-Verzweigung 43 hindurch und in den Stamm 61 in der Flußrichtung der Empfangsfrequenz. Ebenso gehen die vertikal polarisierten Wellen auch in der Senderichtung des Flusses gerade durch die Polarisations-Verzweigung 43 vom Stammabschnitt 61 nach dem Eingangshorn 31 hindurch. Die Septen 45 behindern den Energiefluß für die vertikal polarisierten Signale nicht wesentlich. Sie teilen nur das E-FeId der vertikalen Polarisation gleichmäßig zwischen den Septen, und die geteilten Ε-Felder vereinigen sich wieder, um nach Durchgang durch die Septen 45 das Hauptfeld zu bilden.

Die Platten 105 beseitigen einen Streuverlust der vertikal polarisierten Frequenzen an den H-Ebene-Bögen 51 wegen der Grenzbedingungen, die diese Platten 105 für die vertikale Polarisation bilden.

Die Wirkung der Septen 45 auf die Ε-Felder der horizontal polarisierten Frequenzen wird in Fig. 9 gezeigt. Die Septen 45 haben untere Enden, die sich nach den Scheiteln 107 hin verjüngen, und diese Form der Septen koppelt die horizontal polarisierte Energie in die gewünschten Fortpflanzungsmoden in den zwei Seitenarmen. Die gebogenen Kanten 109 der Septen 45 haben die Wirkung von unterbrechungsfreien Seiten einer Wellenleiterwand, die sich rechtwinklig zur Ebene

des Zeichenpapiers in Fig. 9 erstrecken. Das E-FeId ist in Fig. 9 durch Pfeile 111 für die horizontale Polarisation dargestellt. Da das E-FeId gegen Null gehen muß, wenn es tangential zu einer leitenden Fläche gerichtet ist, kann die horizontale Polarisation deshalb nicht durch die Septen hindurch und in den Stamm 61 des Wellenleiters für die vertikale Polarisation hineingehen. Das E-FeId der horizontalen Polarisation ist stattdessen in zwei gleiche Teile durch die Septen 45 aufgeteilt, und jeder der zwei gleichen Teile des Ε-Feldes wird durch die Platten 105 in den öffnungen 49 nach dem zugehörigen Η-Ebene-Bogen 51 geführt.

Die horizontal polarisierten Empfangssignal-Frequenzen fließen dann durch die H-Ebene-Bögen 51, siehe die Richtungspfeile in Fig. 4, und in die E-Ebene-Bögen 53. Die zwei geteilten Ε-Felder der horizontal polarisierten Empfangsfrequenz werden dann in der Southworth-Verzweigung am unteren Ende des Separators 59 für die horizontal polarisierte Frequenz wieder vereinigt.

Das E-FeId der horizontal polarisierten Sendefrequenz wird durch die Southworth-Verzweigung in zwei gleiche Teile geteilt. Diese zwei Teile gehen durch die E-Ebene-Bögen 53 und die H-Ebene-Bögen 51 und werden dann an den Scheiteln 107 der Septen 45 wieder zu einem einzigen E-FeId vereinigt.

Die Verzweigung 43 und die Kopplung, die sich durch die H-Ebene-Bögen 51 und die E-Ebene-Bögen 53 in der Southworth-Verzweigung ergibt, bilden eine symmetrische Struktur, die ermöglicht, daß die Polarisationstrennung zwischen horizontal und vertikal für die Frequenzen ohne Abstimmung erzielt wird; dabei ergibt sich eine sehr breitbandige Struktur, die einen Breitband-Betrieb ermöglicht. Der Breitband-Betrieb ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung sehr wich-

tig, die mit Frequenzen im Bereich von 3,7 - 4,2 GHz arbeitet, da der Frequenzbereich von 3,7 - 6,425 GHz fast eine Oktavenbandbreite bildet.

Die Konfiguration der vier Öffnungen mit zweifach orthogonal Polarisationen gestattet den Betrieb eines Nachrichtensystems mit Zweifachwindung oder Parallelwegen, wobei die Einrichtung insgesamt äußerst wirtschaftlich ist. Der Wellenleiter nach der Erfindung ist aufgrund seiner Einfachheit sehr billig. Die Einfachheit ergibt sich aus der Verwendung der symmetrischen Verzweigungs™ und Kupplungseinrichtung. Die symmetrische Konstruktion gestattet die Polarisationstrennung und die Frequenztrennung mit einer Einrichtung, die einfach und kompakt, aber sehr brauchbar ist, so daß sie im Rahmen der Erfordernisse gut arbeitet.

Die bauliche Form des Wellenleiters 41 ermöglicht auch, daß der Wellenleiter-Apparat mit geringen Kosten hergestellt werden kann, da alle Bestandteile als Gußstücke oder aus Metallblech angefertigt werden können ohne kostspielige Verfahren, wie z.B. Galvanoplastik.

In der besonderen Ausführungsform der Erfindung, die mit Frequenzen im Bereich von 3,7 - 6,425 GHz arbeitet, hat der Hals 47 der Polarisations-Verzweigung einen quadratischen Querschnitt von 44 mm χ 44 mm. Bei den hier interessierenden Frequenzen liefert diese Abmessung der quadratischen Führung eine Impedanz, die nahezu gleich der Wellenimpedanz eines kreisrunden Rohres mit 52,3 mm 0 ist. Infolgedessen braucht auch keine Impedanz-Anpassungsstruktur zwischen dem quadratischen Hals 47 und dem runden Rohr 31 eingefügt zu werden.

Die Arbeitsweise des Wellenleiters 41 ergibt sich im wesent-

lichen aus der vorstehenden Beschreibung, wird aber nachstehend nochmals zusammengefaßt.

Die beiden Paare horizontal und vertikal polarisierter Sende- und Empfangssignale werden vom Wellenleiter 41 in das Eingangshorn 31 bzw. von diesem in den Wellenleiter 41 eingespeist. Die Polarisations-Verzweigung 43 trennt die horizontal polarisierten Empfangssignale von den vertikal polarisierten Empfangssignalen dadurch, daß die vertikal polarisierten Empfangssignale gerade durch die Polarisations-Verzweigung hindurch und in den Stamm 61 des Frequenz-Separators 57 gehen. Die horizontal polarisierten Empfangssignale werden durch die H-Ebene-Bögen 51, die E-Ebene-Bögen 53 und die Southworth-Verzweigung 55 in den Stamm 73 des Frequenz-Separators 59 geführt. Das horizontal polarisierte Empfangssignal wird an einer Fortpflanzung in die öffnung 77 durch die Suszeptanz-Blöcke 85 gehindert und fließt über das PIanar-Filter 83 in der Öffnung 81 in die zugehörige Empfängereinheit im Gehäuse 37. Das vertikal polarisierte Empfangssignal wird am Ausgang der Öffnung 69 der zugeordneten Empfängereinheit zugeführt aufgrund der Struktur des Frequenz-Separators 57 und in der gleichen Weise, wie vorstehend für das horizontal polarisierte Empfangssignal beschrieben worden ist.

Das horizontal polarisierte und das vertikal polarisierte Sendesignal werden von den entsprechenden Sendeeinheiten aus durch die zugeordneten öffnungen 77 und 65 in die Stammabschnitte 73 und 61 der Frequenz-Separatoren 59 und 57 geführt. Das horizontal polarisierte Sendesignal fließt dann durch die Southworth-Verzweigung 55, die E-Ebene-Bögen 53, die H-Ebene-Bögen 51 und in die Verzweigung 43 und von dort in das Eingangshorn 31. Das vertikal polarisierte Sendesignal fließt durch die öffnung 65, die Suszeptanz-Blöcke 85,

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in den Stainmabschnitt 61 des Frequenz-Separators 57 und dann geradewegs durch die Polarisations-Verzweigung 43 nach dem Exngangshorn 31.

Claims

ANSPRÜCHE

1.JWellenleiter-Apparat zur Führung eines ersten Paares horizontal polarisierter Sende- und Empfangsfrequenzen unabhänging von und elektrisch parallel zu einem zweiten Paar vertikal polarisierter Sende- und Empfangsfrequenzen zwischen einem Eingangshorn und zugehörigen Sende™ und Empfängereinheiten, gekennzeichnet durch

eine Polarisations-Verzweigung (43, 45, 105), die mit einem Ende des Eingangshornes (31) verbunden ist, zur Trennung der horizontal polarisierten Empfangsfrequenz von der vertikal polarisierten Empfangsfrequenz während des Flusses der Empfangsfrequenzen vom Horn nach den Empfängereinheiten und zur Führung der getrennten horizontal und vertikal polarisierten Sendefrequenzen in einen vereinigten Fluß durch das gemeinsame Eingangshorn nach der Antenne (23),

eine erste Frequenz-Trennvorrichtung (71, 83, 85) zur Trennung des vertikal polarisierten Paares von Sende- und Empfangsfrequenzen in gesonderte Flußwege für die Sende- und Empfangs frequenz en an dem einen Ende-,der Trennvorrichtung und zur Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation zwischen den zugeordneten Sende- und Empfängereinheiten, wobei die Frequenzen nach und von der Polarisations-Verzweigung durch einen gemeinsamen Strömungsweg (61) am anderen Ende der Trennvorrichtung geführt werden,

eine zweite Frequenzvorrichtung (73, 75, 79, 83, 85) zur Trennung des horizontal polarisierten Paares von Sende- und Empfangsfrequenzen in gesonderte Strömungswege für die Sende- und Empfangsfrequenzen an dem einen Ende der Trennvorrichtung und zur Aufrechterhaltung der elektrischen Isolation zwischen den zugeordneten Sende- und Empfängereinheiten, wobei die Frequenzen nach und von der Polarisations-Verzwei-

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gung (43) durch einen gemeinsamen Strömungsweg (59) an dem anderen Ende der Trennvorrichtung geführt wird, und

zwischen der Polarisations-Verzweigung und der zweiten Frequenz-Trennvorrichtung angeschlossene Kupplungsmittel (51, 53, 55) zur Führung der horizontal polarisierten Sende- und Empfangsfrequenzen zwischen der zweiten Frequenz-Trennvorrichtung und der Polarisations-Verzweigung.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung zwei symmetrische 180 H-Ebene-Bögen (51) aufweist, die jeweils mit ihrem ersten Ende mit einer zugehörigen Seite (49) der Polarisations-Verzweigung (43) verbunden sind.

3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel zwei 90 E-Ebene-Bögen (53) und eine Southworth- Verzweigung (55) aufweisen, wobei ein Ende jedes E-Ebene-Bogens mit dem zweiten Ende eines zugehörigen H-Ebene-Bogens (51) und das andere Ende des E-Ebene-Bogens mit der Southworth-Verzweigung verbunden ist.

4. Apparat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die H-Ebene-Bögen (51) und die E-Ebene-Bögen (53) symmetrisch ausgebildet sind.

5. Apparat nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisations-Verzweigung (43) einen Wellenleiter (47) von quadratischer Form an dem mit dem Eingangshorn (31) zu verbindenden Ende aufweist, wobei die Abmessungen des quadratischen Wellenleiters der Verzweigung derart in Beziehung zu den Abmessungen eines kreisrunden

Eingangshornes gesetzt sind, daß die Wellenimpedanz bei den durch die Verzweigung fließenden Sende- und Empfangsfrequenzen nahezu gleich der Wellenimpedanz des kreisrunden Rohres des Eingangshornes ist»

6. Apparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der quadratische Wellenleiter (47) der Verzweigung (43) unmittelbar und ohne eine Impedanz-Anpassungsvorrichtung an das kreisrunde Rohr (31) des Eingangshornes anschließt.

7. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisations-Verzweigung einen Hals (47), zwei Seitenöffnungen (49) und im Hals eine Septumvorrichtung (45) zur Aufteilung des Ε-Feldes der horizontal polarisierten Empfangsfrequenz in zwei gleiche Teile aufweist, wobei jeder zwei Teile des Ε-Feldes um 90 aus der Flußrichtung vom Eingangshorn nach einer zugehörigen Seitenöffnung, die mit den Kupplungsmitteln verbunden ist, abgelenkt wird.

8ο Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Septumvorrichtung (45) für den Durchgang der vertikal polarisierten Frequenzen in einer geraden Linie durch den Hals durchlässig ist.

9. Apparat nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder mit einem H-Ebene-Bogen (51) verbundenen Öffnung der Polarisations-Verzweigung (43) eine Plattenvorrichtung (105) enthalten ist, die für horizontal polarisierte Frequenzen durchlässig ist und für die vertikal polarisierten Frequenzen einen Kurzschluß bildet.

10. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Frequenz-Trenn-

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Vorrichtung jeweils eine Y-förmige Gestalt hat, wobei ein Stammabschnitt (61; 73) zur Führung gleichartig polarisierter Sende- und Empfangsfrequenzen, eine erste Zweigöffnung (63; 75) zur Führung der Sendefrequenz und eine zweite Zweigöffnung (67; 79) zur Führung der Empfangsfrequenz dient.

11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stammabschnitt (61; 73) der ersten bzw. zweiten Frequenz-Trennvorrichtung einen quadratischen Querschnitt hat, der von dem äußeren Ende nach der Vereinigungsstelle des Stammes mit den Sende- und Empfangsöffnungen sich verjüngt, wodurch eine Wellenleiter-Grenzbedingung für irgendwelche orthogonal polarisierten Signale gebildet wird.

12. Apparat nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Planar-Filter (83) in der Empfangsöffnung (67; 79) der ersten und der zweiten Frequenz-Trennvorrichtung für die Weiterleitung der Empfangsfrequenzen und zur Bildung eines Kurzschlusses für die Sendefrequenz, wobei dadurch die Sendefrequenzenergie ausreichend gedämpft wird, um die Sendeeinheit von der Empfängereinheit zu isolieren.

13. Apparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Planar-Filter (83) einen dünnen rechteckigen Streifen mit Bandpaßstruktur in Gestalt dünner Drähte (89, 91, 93, 95) und Bandsperrenstruktur in Gestalt von Ausschnitten (97, 99, 101) aufweist, die abwechselnd in dem Metallstreifen ausgebildet sind.

14. Apparat nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Planar-Filter (83) in der Empfangsöffnung (67; 79) in der Weise angeordnet ist, daß es die Sendefrequenz aus der Öffnung in Wellen reflektiert, die in Phase mit der Sendefrequenz in der Sendeöffnung (63; 75) sind.

15. Apparat nach einem der Ansprüche 10 - 14,, gekennzeichnet durch eine Suszeptanz-Block-Vorrichtung (85) in der Sendeöffnung (63; 75) der ersten und der zweiten Frequenz-Trennvorrichtung (71; 73) zur Einengung des Wellenleiters als Sperre gegen die Fortpflanzung von Empfangsenergie durch die Sendeöffnung.

16. Apparat nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Abstimmschrauben (103), die den Suszeptanz-Blöcken (85) zugeordnet sind.

17. Apparatnach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß.die Sendesignal-Frequenz im Bereich von 5,925 - 6,425 GHz und die Empfangssignal-Frequenz im Bereich von 3,7 - 4,2 GHz liegt und jede der Öffnungen (63, 67, 75, 79) ein rechteckiger Wellenleiter mit Abmessungen von etwa 44 mm χ 20,5 mm ist.

18. Apparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stammabschnitte (61; 73) der ersten und der zweiten Frequenztrennvorrichtung (57; 59) eine untere Grenzfrequenz von 3,4 GHz und eine obere Grenzfrequenz von etwa 6,8 GHz haben. ^!

19. Apparat nach einem der Ansprüche 9 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Enden der Zweigöffnungen (63, 67, 75, 79) der ersten und der zweiten Frequenz-Trennvorrichtung alle in einer gemeinsamen Ebene enden.

20. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Länge von weniger als 0,5 m zwischen dem mit dem Antenneneingangshorn zu verbindenden Ende und den mit den Empfänger- und Sendeeinheiten zu verbindenden Enden.

21. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter-Apparat als Trägerstruktur für die Halterung der Sende- und Empfängereinheiten durch das Eingangshorn ausgebildet ist.

22. Apparat nach einem der Ansprüche 18 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Abmessungen der Öffnungen mit einem rechteckigen Querschnitt von 44 mm χ 20,5 mm Schwingungsmoden zweiter Ordnung für Frequenzen unter 6,8 GHz gesperrt sind und das Betriebsfrequenzband und die Wellenleitung über den Bereich von 3,6 GHz bis 6,425 GHz reichen.

23. Verfahren zum Trennen eines Paares horizontal polarisierter Sende- und Empfangssignal-Frequenzen von einem Paar vertikal polarisierter Sende- und Empfangssignalfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalfrequenzen über Wege geführt werden, die einen für alle Frequenzen gemeinsamen Abschnitt enthalten, den die Frequenzen der einen Polarisationsebene in gerader Fortsetzung erreichen bzw. verlassen, während die Frequenzen der anderen Polarisationsebene von bzw. zu diesem Abschnitt über einen axial abgesetzten und parallel zu diesem gehenden Weg geführt werden, damit dem gemeinsamen Abschnitt über eine E-Feld-Teilung und daran anschließende, symmetrische H-Ebene-Bögen verbunden ist, wobei vor bzw. hinter der 90 E-Ebene-Ablenkung eine Southworth-Verzweigung bzw. Vereinigung stattfindet.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs- und Sendefrequenz voneinander getrennt bzw. zusammengeführt werden durch Y-förmige Wellenleitung, wobei die eine Frequenz dem Verzweigungs- bzw. Vereinigungspunkt benachbart ein Planar-Filter passiert, das die andere Frequenz sperrt.