EP0154692A1 - Zweiband-Polarisationsweiche - Google Patents

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EP0154692A1
EP0154692A1 EP84114833A EP84114833A EP0154692A1 EP 0154692 A1 EP0154692 A1 EP 0154692A1 EP 84114833 A EP84114833 A EP 84114833A EP 84114833 A EP84114833 A EP 84114833A EP 0154692 A1 EP0154692 A1 EP 0154692A1
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waveguide
polarization
fin
band
line structure
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2131—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies with combining or separating polarisations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer

Definitions

  • the present invention relates to a two-band polarization switch, consisting of a waveguide with waveguide couplings, for four signals, means being provided which bring about frequency and polarization separation of the four signals, each of which is assigned to two different frequency bands and one to two orthogonal polarizations .
  • Such a two-band polarizing switch is known from DE-OS 24 43 166. It is equipped with relatively complex means for the separation of the frequency bands and polarizations in order to meet the particularly high demands placed on satellite radio, in particular for high polarization decoupling, low losses and large decoupling between the signal paths of different frequency bands.
  • the invention is based on the object of specifying a two-band polarization switch of the type mentioned at the outset, which is implemented with as little effort as possible, but still has good values with regard to polarization decoupling, attenuation and frequency band decoupling.
  • this object is achieved in that in a first waveguide section, a fin line structure aligned parallel to a polarization is provided with a line branching and frequency-selective elements, is present, with which the signals of one polarization direction are separated in frequency and led to two waveguide outputs, and that a fin line structure aligned parallel to the other polarization is arranged in a second waveguide section, which is also provided with a line branching and frequency-selective elements, with which the signals of the other Frequency direction of polarization separated and led to two further waveguide outputs.
  • 1 and 2 show the longitudinal sections through two two-band polarization switches, with different fin line structures.
  • the two-band polarization switch shown in Fig. 1 has a double polarizable waveguide section HL1 with z. B. square or round cross-section.
  • a fin line structure F1 is arranged in a longitudinal sectional plane that runs through the longitudinal axis of the waveguide section HL1.
  • the fin line structure can be omitted from an electrically conductive sheet metal or can be metallized on a dielectric substrate.
  • This fin line structure F1 introduced in the waveguide section HL1 is only intended to couple the signals of one polarization direction.
  • the fine line structure F1 is therefore aligned parallel to this polarization direction.
  • the transition from the waveguide section HL1 to the fin guide FL1 takes place by continuous (or also step-like) widening of the fin guide to the waveguide diameter.
  • This fin conductor FL1 couples itself in the waveguide section HL1 propagating signals of two frequency bands (e.g. 6 GHz, 4 GHz) and leads them to a branch V1, from which a fin conductor FL2 leads to a waveguide output HA1 and a fin conductor FL3 provided with a low-pass filter structure FF1.
  • the signal of the higher frequency band (6 GHz) is coupled from the fin conductor FL2 to the waveguide output provided with a step transformer ST, which due to its dimensioning has high-pass characteristics.
  • the step transformer ST serves on the one hand for the impedance transformation from the fin conductor FL2 to the connection cross section QA of the waveguide output HA1 and on the other hand produces a tapering of the broadside of the waveguide, so that an increased high-pass effect arises.
  • the signal of the lower frequency band (4 GHz) is coupled out of the fin conductor FL3 via the inner conductor IL of a coaxial conductor output KA.
  • the first waveguide section HL1 is followed by a second waveguide section HL2, which can either be double-polarized like the first one or has a cross-sectional shape such that only signals of a single polarization can propagate in it.
  • the second waveguide section HL2 is equipped in the same way with a fin line structure F2 as the first waveguide section HL1. Only the fin line structure F2 in the waveguide section HL2 is rotated 90 ° axially relative to the fin line structure F1 in the waveguide section HL1, so that the signals of the other polarization, which is orthogonal to the polarization detected by the fin line structure F1, are coupled into the fin line structure F2.
  • the waveguide output HA2 having high-pass characteristics is determined and for the signal of the lower frequency band (4 GHz), the coaxial conductor output KA2.
  • Both signal outputs HA2 and KA2 have the same dimensions as that corresponding signal outputs HA1 and KA1 of the waveguide section HL1.
  • the second exemplary embodiment of a two-band polarizing switch shown in FIG. 2 is the same as the first exemplary embodiment according to FIG. 1 except for the type of frequency band separation by the fin line structures F3 and F4 in the waveguide sections HL3 and HL4.
  • fin conductor FL3 which carries both frequency bands, branches into fin conductor FL4 provided with a low-pass structure FF2 and fin conductor FL5 provided with a band-pass structure FF3.
  • the fin conductor FL4 couples the signal of the lower frequency band (4 GHz) to the waveguide output HA3 and the fin conductor FL5 of the signal of the higher frequency band (6 GHz) to the waveguide output HA4. All transitions from fin conductors to waveguides take place by continuous (or also step-like) expansion of the fin conductors to the diameter of the waveguides.
  • the fin line structure F4 inserted into the second waveguide section HL4 has the same shape as the fin line structure F3 in the first waveguide section HL3. It couples the signal of the lower frequency band or the higher frequency band to the waveguide outputs HA5 or HA6.
  • the fin line structure should be chosen to be correspondingly long at the end.
  • the fin line structure acts like a load in the waveguide (comparable to a ridge waveguide), which dampens disruptive higher wave types. Any interference waves that are still present are eliminated by absorption bodies A1, A2 arranged at the end of the second waveguide section HL2, HL4.
  • the inventive idea described allows some possible variations with regard to the filter structures. It is possible, for example, for two bandpass structures or a bandpass and a bandstop to branch off from the branching V1, V2.
  • the waveguide sections HL1, HL2 or HL3, HL4 can be designed as double-ridge waveguides.
  • the transition from waveguide to fin conductor would not take place gradually but abruptly.

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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit wenig Aufwand realisierte Zweiband-Polarisationsweiche, bestehend aus zwei hintereinander angeordneten Hohlleiterabschnitten (HL1, HL2), in denen Finleitungsstrukturen (F1, F2) vorhanden sind. Diese Finleitungsstrukturen bewirken eine Polarisation- und Frequenzbandtrennung der in die Hohlleiterabschnitte eingespeisten Signale, welche zwei unterschiedlichen Frequenzbändern und zwei Polarisationen zugeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweiband-Polarisationsweiche, bestehend aus einem Hohlleiter mit Wellenleiterankopplungen, für vier Signale, wobei Mittel vorhanden sind, welche eine Frequenz- und Polarisationstrennung der vier Signale bewirken, von denen jedes einem zweier unterschiedlicher Frequenzbänder und einer zweier orthogonaler Polarisationen zugeordnet ist.
  • Eine derartige Zweiband-Polarisationsweiche ist aus der DE-OS 24 43 166 bekannt. Sie ist mit relativ aufwendigen Mitteln für die Trennung der Frequenzbänder und Polarisationen ausgestattet, um den gerade im Satellitenfunk gestellten, besonders hohen Anforderungen an hohe Polarisationsentkopplung, geringe Verluste und große Entkopplung zwischen den Signalwegen unterschiedlicher Frequenzbänder zu genügen.
  • Die für den Satellitenfunk verlangten extrem hohen Anforderungen an eine Zweiband-Polarisationsweiche können bei der Anwendung in der Richtfunktechnik abgeschwächt werden. Für den Einsatz beim Richtfunk würde daher eine weniger aufwendige Zweiband-Polarisationsweiche als die aus der DE-OS 24 43-166 bekannte ausreichen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zweiband-Polarisationsweiche der eingangs genannten Art anzugeben, die mit möglichst geringem Aufwand realisiert ist, dabei aber trotzdem noch gute Werte bezüglich der Polarisationsentkopplung, der Dämpfung und der Frequenzbandentkopplung aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Hohlleiterabschnitt eine parallel zur einen Polarisation ausgerichtete Finleitungsstruktur versehen mit einer Leitungsverzweigung und frequenzselektiven Elementen, vorhanden ist, womit die Signale der einen Polarisationsrichtung frequenzmäßig getrennt und zu zwei Wellenleiterausgängen geführt werden, und daß in einem zweiten Hohlleiterabschnitt eine parallel zur anderen Polarisation ausgerichtete Finleitungsstruktur angeordnet ist, die ebenfalls mit einer Leitungsverzweigung und frequenzselektiven Elementen versehen ist, womit die Signale der anderen Polarisationsrichtung frequenzmäßig getrennt und zu zwei weiteren Wellenleiterausgängen geführt werden.
  • Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Anhand zweier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird anschließend die Erfindung näher erläutert.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen die Längsschnitte durch zwei Zweiband-Polarisationsweichen, mit unterschiedlichen Finleitungsstrukturen.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Zweiband-Polarisationsweiche besitzt einen doppelt polarisierbaren Hohlleiterabschnitt HL1 mit z. B. quadratischem oder rundem Querschnitt. In einer Längsschnittebene, die durch die Längsachse des Hohlleiterabschnitts HL1 verläuft, ist eine Finleitungsstruktur F1 angeordnet. Die Finleitungsstruktur kann aus einem elektrisch leitenden Blech ausgelassen oder auf einem dielektrischen Substrat aufmetallisiert sein.
  • Diese im Hohlleiterabschnitt HL1 eingebrachte Finleitungsstruktur F1 soll nur die Signale einer Polarisationsrichtung ankoppeln. Zu dieser Polarisationsrichtung ist daher die Feinleitungsstruktur F1 parallel ausgerichtet.
  • Der Übergang vom Hohlleiterabschnitt HL1 auf den Finleiter FL1 erfolgt durch stetige (oder auch stufenförmige) Aufweitung des Finleiters auf den Hohlleiterdurchmesser. Dieser Finleiter FL1 koppelt die sich im Hohlleiterabschnitt HL1 ausbreitenden Signale zweier Frequenzbänder (z. B. 6 GHz, 4 GHz) an und führt sie zu einer Verzweigung V1, von der aus ein Finleiter FL2 zu einem Hohlleiterausgang HA1 und ein mit einer Tiefpaßfilterstruktur FF1 versehener Finleiter FL3 abgeht.
  • Vom Finleiter FL2 wird das Signal des höheren Frequenzbandes (6 GHz) an den mit einem Stufentransformator ST versehenen Hohlleiterausgang, der aufgrund seiner Dimensionierung Hochpaßeigenschaften hat, angekoppelt. Der Stufentransformator ST dient einerseits zur Impedanztransformation vom Finleiter FL2 auf den Anschlußquerschnitt QA des Hohlleiterausganges HA1 und erzeugt andererseits eine Verjüngung der Hohlleiterbreitseite, so daß eine verstärkte Hochpaßwirkung entsteht.
  • Hinter der Tiefpaßfilterstruktur FF1 wird aus dem Finleiter FL3 über den Innenleiter IL eines Koaxialleiterausganges KA das Signal des tieferen Frequenzbandes (4 GHz) ausgekoppelt.
  • An den ersten Hohlleiterabschnitts HL1 schließt sich ein zweiter Hohlleiterabschnitt HL2 an, der entweder genauso wie der erst doppeltpolarisierbar ist oder eine solche Querschnittsform hat, daß sich in ihm nur Signale einer einzigen Polarisation ausbreiten können. Der zweite Hohlleiterabschnitt HL2 ist in gleicher Weise mit einer Finleitungsstruktur F2 wie der erste Hohlleiterabschnitt HL1 ausgestattet. Nur ist die Finleitungsstruktur F2 im Hohlleiterabschnitt HL2 um 90° achsial gegenüber der Finleitungsstruktur F1 im Hohlleiterabschnitt HL1 gedreht, so daß in die Finleitungsstruktur F2 die Signale der anderen Polarisation, welche orthogonal zu der von der Finleitungsstruktur F1 erfaßten Polarisation steht, eingekoppelt werden. Für das Signal des höheren Frequenzbandes (6 GHz) ist der Hochpaßeigenschaften aufweisende Hohlleiterausgang HA2 und für das Signal des tieferen Frequenzbandes (4 GHz) der Koaxialleiterausgang KA2 bestimmt. Beide Signalausgänge HA2 und KA2 haben die gleiche Dimensionierung wie die entsprechenden Signalausgänge HA1 und KA1 des Hohlleiterabschnitts HL1.
  • Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Zweiband-Polarisationsweiche gleicht dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß FIg. 1 bis auf die Art der Frequenzbandtrennung durch die Finleitungsstrukturen F3 und F4 in den Hohlleiterabschnitten HL3 und HL4.
  • An der Verzweigungsstelle V2 verzweigt sich der beide Frequenzbänder führende Finleiter FL3 in den mit einer Tiefpaßstruktur FF2 versehenen Finleiter FL4 und den mit einer Bandpaßstruktur FF3 versehenen Finleiter FL5. Der Finleiter FL4 koppelt das Signal des tieferen Frequenzbandes (4 GHz) an den Hohlleiterausgang HA3 und der Finleiter FL5 des Signal des höheren Frequenzbandes (6 GHz) an den Hohlleiterausgang HA4 an. Sämtliche Übergänge von Finleitern auf Hohlleiter erfolgen durch stetige (oder auch stufenförmige) Aufweiterung der Finleiter auf die Durchmesser der Hohlleiter.
  • Die in den zweiten Hohlleiterabschnitt HL4 eingefügte Finleitungsstruktur F4 hat die gleiche Gestalt wie die Finleitungsstruktur F3 im ersten Hohlleiterabschnitt HL3. Sie koppelt das Signal des tieferen Frequenzbandes bzw. des höheren Frequenzbandes an die Hohlleiterausgänge HA5 bzw. HA6 an.
  • Damit die im ersten Hohlleiterabschnitt HL1, HL3 anzukoppelnden, doppelt polarisierten Wellen keine Störwellen im zweiten Hohlleiterabschnitt HL2, HL4 anregen, sollte die Finleitungsstruktur am Ende entsprechend lang gewählt werden. Die Finleitungsstruktur wirkt nämlich wie eine Belastung im Hohlleiter (vergleichbar mit einem Steghohlleiter), wodurch störende höhere Wellentypen gedeämpft werden. Eventuell dann noch vorhandene Störwellen werden durch am Ende des zweiten Hohlleiterabschnitts HL2, HL4 angeordnete Absorptionskörper A1, A2 beseitigt.
  • Der beschriebene Erfindungsgedanken läßt einige Variationsmöglichkeiten bzgl. der Filterstrukturen zu. Es ist beispielsweise möglich, daß von der Verzweigung V1, V2 zwei Bandpaßstrukturen oder auch ein Bandpaß und eine Bandsperre abgehen.
  • Entgegen den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Hohlleiterabschnitte HL1, HL2 bzw. HL3, HL4 als Doppel-Steghohlleiter ausgeführt sein. Dazu würde der übergang Hohlleiter-Finleiter nicht allmählich sondern abrupt erfolgen.

Claims (7)

1. Zweiband-Polarisationsweiche, bestehend aus einem Hohlleiter mit Wellenleiterankopplungen, für vier Signale, wobei Mittel vorhanden sind, welche eine Frequenz- und Polarisationstrennung der vier Signale bewirken, von denen jedes einem zweier unterschiedlicher Frequenzbänder und einer zweier orthogonaler Polarisationen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Hohlleiterabschnitt (H11, H13) eine parallel zur einen Polarisation ausgerichtete Finleitungsstruktur F1, F3), versehen mit einer Leitungsverzweigung (V1, V2) und frequenzselektiven Elementen (FF1, FF2, FF3), vorhanden ist, womit die Signale der einen Polarisationsrichtung frequenzmäßig getrennt und zu zwei Wellenleiterausgängen (HA1, KA1, HA3, HA4) geführt werden, und daß in einem zweiten Hohlleiterabschnitt (HL2, HL4) eine parallel zur anderen Polarisation ausgerichtete Finleitungsstruktur (F2, F4) angeordnet ist, die ebenfalls mit einer Leitungsverzweigung und frequenzselektiven Elementen versehen ist, womit die Signale der anderen Polarisationsrichtung frequenzmäßig getrennt und zu zwei weiteren Wellenleiterausgängen (HA2, KA2, HA5, HA6) geführt werden.
2. Zweiband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Hohlleiterabschnitten (HL1, HL2, HL3, HL4) Felder beider Polarisationen ausbreitungsfähig sind.
3. Zweiband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im ersten Hohlleiterabschnit (HL1, HL3), dem alle vier Signale zugeführt werden, Felder beider Polarisationen ausbreiten und daß sich im daran anschließenden zweiten Hohlleiterabschnitt (HL2, HL4) nur Felder einer einzigen Polarisation ausbreiten.
4. Zweiband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finleitungstruktur (F1, F2, F3, F4) in einem in den Hohlleiterabschnitt (HL1, H12, H13, HL4) eingesetzten, elektrisch leitenden Blech eingelassen ist.
5. Zweiband-Polarisationsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finleitungsstruktur (F1, F2, F3, F4) auf einem in den Hohlleiterabschnitt (HL1, HL2, HL3, HL4) eingesetzten dielektrischen Substrat aufmetallisiert ist.
6. Zweiband-Polarisationsweiche nach den Ansprüchen 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Finleitungsstruktur (F1, F2, F3, F4) in einer durch die Längsachse des Hohlleiterabschnitts (HL1,HL2, HL3, HL4) verlaufenden Längsschnittebene liegt.
7. Zweiband-Polarisationsweiche nach den Ansprüchen 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die übergänge von Finleitern (FL1, FL3, FL4, FL5) auf Hohlleiter (HL1, HL3 HA3, HA4) durch stetige Aufweitung der Finleiter auf die Hohlleiterdurchmesser erfolgen.
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