BROADBAND POLARISATION FILTER

Abstract: This broadband polarisation filter is used for the separation of orthogonal, linear-polarised electromagnetic waves. A waveguide section 4, on the input side, of rectangular or square cross-section, has two coupling windows 11, located on opposite sides from each other. Rectangular waveguide arms 2, 3 branch out from these coupling windows 11 and open into a common broadband fork 8 after passing through curves 5, 7. In order to provide a particularly compact spatial design, the lateral waveguide arms 2, 3 are allowed to diverge at an acute angle alpha , and, after being guided parallel to one another and then passing through an S-shaped E-plane curve 7 in the broadband fork 8, are led together and the waveguide arm 9, flowing out of the input-side waveguide section 4 is displaced in parallel before the broadband fork 8, by means of an S-shaped E-plane curve 10, with respect to the major direction and the plane of the lateral waveguide sections 2, 3.

Description: Breitband-Polarisationsweiche Die Erfindung betrifft eine Breitband-Polarisationsweiche für die Trennung von orthogonal linear polarisierten elektromagnetischen Wellen, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher beschrieben ist. Eine derartige Breitband-Polarisationsweiche ist aus der DE-OS 26 51 935 bekannt. Diese besteht aus einem eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt quadratischen Querschnitts, in dem bevorzugt H10- sowie H01-Wellen geführt werden sollen. Diese sind bezüglich ihrer Feldstärkevektoren linear und orthogonal zueinander polarisiert. Um beide Polarisationen voneinander trennen zu können, sind in zwei einander gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschnittes rechteckige Koppelfenster eingelassen, deren Länge der Seitenlänge des quadratischen Hohlleiterquerschnitts entspricht und deren Breite die Hälfte davon beträgt. Von diesen Koppelfenstern zweigt jeweils ein Hohlleiterarm desselben rechteckigen Querschnitts ab, und zwar unter einem rechten Winkel gegen die durch die Längsachse des Hohlleiterabschnittes gegebene Hauptrichtung, wobei sich diese beiden seitlich abzweigenden Hohlleiterarme dann nach Zwischenschaltung von Krümmern in einer gemeinsamen Breitbandverzweigung vereinigen. Bei den Krümmern handelt es sich um je einen 1800 und einen 900-Krümmer, die in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen gekrümmt sind. Damit verläuft der Weg der beiden ausgekoppelten Wellen zunächst in einer zu der erwähnten Hauptrichtung senkrechten Ebene, um dann mittels der beiden 900-Krümmer in eine zur Hauptrichtung parallele Richtung umgelenkt zu werden. Hinter den Koppelfenstern setzt sich der quadratische Hohlleiterabschnitt als durchlaufender Hohlleiterarm fort, und zwar unter Verminderung seines zunächst quadratischen Querschnitts auf einen Rechteckquerschnitt der halben Querschnittsfläche, wobei eine Seitenlänge beibehalten wird. Zu Beginn dieses durchlaufenden Hohlleiterarmes, d.h. hinter den Koppelfenstern, ist in dessen Innerem eine Trennstruktur angeordnet, die im wesentlichen aus einem dünnen, ebenen Blech besteht und senkrecht zu den die Koppelfenster aufweisenden Hohlleiterwänden orientiert ist. Dieses Blech läuft in Richtung zum eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt hin in einer Spitze aus und dient als Sperre für die in die seitlichen Hohlleiterarme einzukoppelnden Polarisationsanteile. Die Querschnittsfläche der seitlichen Hohlleiterarme entspricht zunächst der Hälfte der quadratischen Querschnittsfläche des eingangsseitigen Hohlleiterabschnitts. Im Anschluss an die beiden 900-Krümmer entsteht durch Vereinigung der beiden Hohlleiterarme zunächst wieder ein quadratischer Querschnitt, der dann mittels eines reflexionsarmen Übergangs auf den ursprünglichen Rechteckquerschnitt des einzelnen Hohlleiterarms vermindert wird. Mit der bekannten Breitband-Polarisationsweiche ist es möglich, beispielsweise die beiden orthogonalen Grundwellen vom Typ H10 bzw. H01 sauber voneinander zu trennen, und zwar über einen breiten Frequenzbereich. Ein wichtiger Anwendungsbereich derartiger Breitband Polarisationsweichen stellt der Nachrichtenverkehr über Satelliten dar. Nach wie vor kommt es bei von Satelliten mitzuführenden Teilen darauf an, dass diese möglichst platzsparend und leicht ausgeführt werden, so auch im vorliegenden Falle bei den Speisesystemen für Satelliten Mikrowellenantennen. In dieser Hinsicht stellt die bekannte Breitband-Polarisationsweiche noch nicht das Optimum dar. Insbesondere durch die seitlich relativ weit ausladenden, von den Koppelfenstern abzweigenden Hohlleiterarme wird die Gesamtanordnung sperrig und vom Raumbedarf her aufwendig. Der Krümmungsradius der 1800 Krümmer kann naturgemäss nicht beliebig verringert werden und die senkrecht zur Längsachse des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes von den abzweigenden Hohlleiterarmen beanspruchte Fläche beträgt ein Vielfaches des eingangsseitigen quadratischen Querschnittes. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Breitband-Polarisationsweiche der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kompakter gebaut ist und daher einen geringeren Raumbedarf aufweist, ohne dass dadurch die elektrischen Eigenschaften verschlechtert würden. Gemäss der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die seitlichen Hohlleiterarme jeweils von dem Hohlleiterabschnitt unter einem spitzen Winkel abzweigen, nach Einschaltung eines E-Ebenen-Krümmers zu der durch die Längsachse des Hohlleiterabschnittes gegebenen Hauptrichtung in etwa parallel geführt sind und nach Einschaltung eines weiteren, S-förmigen E-Ebenen-Krümmers in der Breitbandverzweigung zusammenlaufen, und dass der durchlaufende Hohlleiterarm vor der Breitbandverzweigung mittels eines S-förmigen E-Ebenen-Krümmers gegenüber der Hauptrichtung parallel versetzt ist. Im Gegensatz zu der durch die bekannte Breitband Polarisationsweiche gegebenen Anordnung sind nunmehr der eingangsseitige Hohlleiterabschnitt sowie die von diesem seitlich abzweigenden beiden Hohlleiterarme bis einschliesslich zu deren Vereinigung in der Breitbandverzweigung in derselben Ebene geführt. Hierdurch und aufgrund der Tatsache, dass die beiden Hohlleiterarme nunmehr unter einem spitzen Winkel gegenüber der erwähnten Hauptrichtung abzweigen, wird erreicht, dass die Gesamtanordnung wesentlich schlanker ausfällt und der Flächenbedarf senkrecht zur Hauptrichtung erheblich vermindert ist. Lediglich der durchlaufende Hohlleiterarm muss, da er direkt auf die Breitbandverzweigung, in der die beiden seitlich abgezweigten Hohlleiterarme zusammenlaufen, zuläuft, vor Erreichen derselben mit Hilfe eines S-förmigen E-Ebenen-Krümmers aus der erwähnten Ebene heraus- und an der Breitbandverzweigung vorbeige führt werden. In zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die rechteckige Querschnittsfläche der seitlich abzweigenden Hohlleiterarme über ihre Länge hin mit reflexionsarmen Ubergängen auf ein Viertel der Querschnitts fläche des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes zu vermindern. Durch die Zusammenführung der beiden Hohlleiterarme in der Breitbandverzweigung entsteht dann ein Rechteckquerschnitt, der der halbierten quadratischen Querschnittsfläche des Hohlleiterabschnittes gleichkommt und gleichzeitig einen Normhohlleiterquerschnitt darstellt. Analog hierzu wird vorgeschlagen, den Querschnitt des durchlaufenden Hohlleiterarms mittels eines reflexionsarmen Übergangs in einen Recht eckquerschnitt uberzüführen, der der halbierten Querschnittsfläche des quadratischen Hohlleiterabschnitts entspricht. Ausgangsseitig liegen dann zwei Hohlleiterausgänge vor, die beide denselben rechteckigen Querschnitt, nämlich die Hälfte des ursprünglichen quadratischen Querschnitts, aufweisen, jedoch um 900 gegeneinander verdreht sind. Der gesamte Raumbedarf der vorgeschlagenen Anordnung ist ersichtlich wesentlich geringer als der der bekannten Anordnung, womit jedoch keinerlei Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften verbunden ist. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Weise: Fig.1a eine Breitband-Polarisationsweiche gemäss e der Erfindung in Draufsicht, Fig. in die Breitband-Polarisationsweiche der Fig.1a in Seitenansicht, Fig.2 eine Trennstruktur in dem durchlaufenden Hohlleiterarm. Die in den Fig.1a und lb in Drauf- bzw. Seitenansicht gezeigte Breitband-Polarisationsweiche 1 weist einen eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt 4 auf, dessen quadratischer Querschnitt in Fig. 1b links angedeutet ist (Seitenlänge a). In diesem Hohlleiterabschnitt sind beispielsweise die Grundwellen vom Typ H10 sowie H011 die zueinander orthogonal linear polarisiert sind, ausbreitungsfähig (in Fig.1b links angedeutet). Um diese beiden Wellen sauber, d.h. mit vollständiger Entkopplung voneinander zu trennen, sind in zwei einander gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschnitts 4 rechteckige Koppelfenster 11 eingelassen. Diese nehmen die gesamte Höhe a der Hohlleiterwand ein. Von jedem dieser Koppelfenster zweigt seitlich unter einem Winkel Z gegen die durch die Längsachse des Hohlleiterabschnitts 4 gegebene Richtung ein im Querschnitt rechteckförmiger Hohlleiterarm 2 bzw. 3 ab. Dieser soll vorzugsweise die Breite b = a/2 besitzen, woraus sich für die Breite eines Koppel fensters der Wert b/sin &alpha; ergibt. Kurz nach der Ab- zweigung der seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 münden diese jeweils in einen t-F#enen-#riktrfler 5 ein, durch den die Abweichung um den Winkel 0 < gegenüber der Längsachse 6 des Hohlleiterabschnittes 4 wieder rückgängig gemacht wird. Die seitlichen Hohlleiterarme 2 bzw. 3 verlaufen danach annähernd parallel zur Richtung der Längsachse 6. Gleichzeitig wird ihr Querschnitt durch reflexionsarme Übergänge, beispielsweise Exponentialoder Stufenübergänge, unter Beibehaltung der Höhe a halbiert, und zwar auf die Breite b/2. Schliesslich gehen beide seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 in S-förmigeE-Enen- Krümmer 7 über und vereinigen sich in einer Breitbandverzweigung 8, wodurch ein Ausgangsquerschnitt für die eine Polarisation gegeben ist, der gleich der Hälfte des eingangsseitigen quadratischen Querschnittes ist (Normhohlleiterquerschnitt). Wie schon aus Fig.ia ersichtlich, wird der eingangsseitige Hohlleiterabschnitt 4 hinter den Koppelfenstern 11 als durchgehender Hohlleiterarm 9 weitergeführt. Ohne Richtungsänderung würde letzterer direkt auf die Breitbandverzweigung 8 treffen, die mit den beiden seitlichen Hohlleiterarmen 2, 3 sowie dem eingangsseitigen Hohlleiterabschnitt in derselben Ebene liegt, und zwar bezüglich der jeweiligen Mittelachsen. Wie aus Fig. in zu entnehmen ist, wird der durchlaufende Hohlleiterarm 9 zunächst durch einen reflexionsarmen Übergang vom quadratischen Querschnitt des eingangsseitigen Hohlleiterabschnittes 4 unter Beibehaltung einer Seite a in einen Rechteckquerschnitt mit der anderen Seite b = a/2 überführt. Es schliesst sich ein S-förmi#e###9#i#er 10 an, durch den der durchlaufende Hohlleiterarm 9 aus der oben erwähnten Ebene herausgeführt, d.h. praktisch bezüglich der durch die Längsachse 6 gegebenen Hauptrichtung parallel versetzt wird. Rechts in Fig. in sind die beiden ausgangsseitigen Rechteckquerschnitte für die beiden nunmehr getrennten, orthogonal polarisierten Wellen dargestellt. Diese beiden Ausgangsquerschnitte bilden jeweils die halbe Querschnittsfläche des eingangsseitigen quadratischen Querschnitts und sind um 900 gegeneinander verdreht. Der Abstand c zwischen den beiden Ausgängen kann selbstverständlich gegenüber der in Fig.1b dargestellten Dimensionierung durch Wahl eines flacheren S-förmigen Krümmers 10 erheblich verringert werden. Auch die durch die seitlich ausladenden Hohlleiterarme 2 und 3 gegebene Gesamtbreite der Polarisationsweiche kann im Vergleich zu der Darstellung der Fig.la noch verringert werden, und zwar dadurch, dass die E-Ebenen-Krürnmer 5 unmittelbar hinter dem jeweiligen Koppelfenster 11 ansetzen. Aus dem zuvor Geschilderten wird im Zusammenhang mit den Figuren 1a, 1b deutlich, dass die Breitband-Polarisationsweiche gemäss der Erfindung eine geometrisch sehr schlanke Anordnung darstellt und daher bezüglich des Raumbedarf es wesentlich günstiger gestaltet ist als die eingangs geschilderte, bekannte Anordnung der DE-OS 26 51 935. Dabei ist hervorzuheben, dass dies mit keiner Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften erkauft wird. Vielmehr wird neben der kompakten und platzsparenden Geometrie eine breitbandige Trennung orthogonaler, linear polarisierter Wellen bei guter Anpassung ermöglicht. Der Winkel t , unter dem die seitlichen Hohlleiterarme 2, 3 abzweigen, ist von vornherein prinzipiell nicht festgelegt, sondern kann in Grenzen bei jeder Auslegung den Erfordernissen angepasst werden. In den Koppelfenstern 11 können in bekannter Weise leitende Stifte angeordnet sein, und zwar parallel zum E-Vektor der durchlaufenden Welle, wobei durch deren Lage und Dimensionierung die Anpassung der durchlaufenden Welle beeinflusst wird. Weiterhin vermindern diese Stifte die Entstehung höherer Wellentypen in diesem Hohlleite i reich. Wie in Fig.2 gezeigt, kann in der Mittelebene des durchlaufenden Hohlleiterarmes 9 direkt hinter den Koppelfenstern 11 eine senkrecht zum E-Vektor der durchlaufenden Welle orientierte, flächenhafte Trennstruktur 12 in Form eines dünnen Bleches angeordnet sein, welche für die seitlich durch die Koppelfenster ausgekoppelte Welle Sperrfunktion besitzt. Anstelle eines Bleches können auch mehrere symmetrisch übereinander angeordnete Bleche vorgesehen sein. Diese Bleche sind wegen ihrer geringen Dicke für die durchlaufende Welle nahezu ohne Einfluss. Für die erfindungsgemässe Polarisationsweiche erweist es sich als besonders zweckmässig, die eingangsseitigen Enden der Trennstruktur 12 mit gestuft keilförmiger Spitze auszubilden, und zwar mit dem Keilwinkel 2 , wie in Fig.2 dargestellt. Durch diese gestufte Spitzen form wird eine besonders gute breitbandige Anpassung der seitlich ausgekoppelten Welle erreicht.

Claims: Broadband polarisation branch for separation of orthogonal linear polarised electromagnetic waves, having on the input displacement a hollow conductor section (4) of rectangular or square cross-section, rectangular coupling windows (11) fitted in two opposite locations in its walls and transversely to its longitudinal axis (6), hollow conductor arms (2, 3) of rectangular cross-section branching off laterally from the respective coupling windows and terminating with the inclusion of bends (5, 7) in a common broadband branch (8), in which respect the hollow conductor section (4) at the input displacement continues behind the coupling windows (11) in the axial direction in the form of a continuous hollow conductor arm (9) with a surfaced separating structure (12) arranged in its interior, commencing behind the coupling windows and transversely oriented thereto, characterised in that the respective lateral hollow conductor arms (2, 3) branch off from the respective hollow conductor section (4) at an acute angle (α), are ducted approximately in parallel after the inclusion of an E-plane bend (5) relative to the main direction given by the longitudinal axis (6) of the hollow conductor section (4), and merge after insertion of a further S-shaped E-plane bend (7) in the broadband branch (8), and that the continuous hollow conductor arm (9) in front of the broadband branch (8) is transposed in parallel with the main direction by means of an S-shaped E-plane bend (10). Broadband polarisation branch according to claim 1, characterised in that the rectangular cross-sections of the lateral hollow conductor arms (2, 3) are reduced over their length having low-reflex transfers to approximately a quarter of the cross-sectional surface of the hollow conductor section (4) on the input side. Broadband polarisation branch according to claim 1, characterised in that the square cross-section of the hollow conductor section (4) on the input displacement is converted into a rectangular cross-section of halved cross-sectional surface by means of low-reflex transition, in the continuous hollow conductor arm (9) in front of the S-shaped E-plane bend (10). Broadband polarisation branch according to one of the above claims, characterised in that the separating structure (12) comprises one or more metal plates arranged in parallel relative to each other, which terminate towards the hollow conductor section (4) in a respective stepped wedgeshaped tip.

Inventors: NATHRATH, NORBERT, DR.-ING.
Applicants: MESSERSCHMITT-BOELKOW-BLOHM GESELLSCHAFT MIT BESCHRAENKTER HAFTUNG
Application year: 1984
Main classification: H01P1
IPC codes: H01P1