DE3634772A1 - Antennenerreger fuer mindestens zwei unterschiedliche frequenzbaender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antennenerreger für mindestens zwei unterschiedliche Frequenzbänder, bestehend aus zwei rohrförmigen Polarisationsweichen, an die jeweils zwei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt zur Führung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen angeschlossen sind, und aus einem Speisehorn, bei welchem beide Polarisationsweichen einen kreisförmigen lichten Querschnitt haben, bei welchem der Durchmesser der beiden Polarisationsweichen unterschiedlich ist, bei welchem die beiden Polarisationsweichen axial lückenlos hintereinander angeordnet sind, bei welchem das Speisehorn am freien Ende der Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser angebracht ist, bei welchem die Polarisationsweiche mit dem kleineren Innendurchmesser über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Innendurchmesser hat und bei welchem die beiden Hohlleiter bei jeder Polarisationsweiche so angeschlossen sind, daß die eingespeisten Wellen mit ihrer Polarisationsebene senkrecht aufeinander stehen, wobei die beiden Hohlleiter der Polarisationswei­ che mit dem größeren Innendurchmesser radial auf dieselbe auftreffend an zwei axial getrennten und in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzten Stellen so angeschlossen sind, daß die großen Achsen ihres Querschnitts in Richtung der Achse der Polarisationsweiche verlaufen (GB-OS 21 17 980).

Derartige Antennenerreger werden beispielsweise für die Ausleuchtung von Richtantennen mit parabolischem Reflektor für Richtfunk, Satellitenfunk oder Funkortung verwendet. Sie können dabei zur direkten Ausleuchtung des Reflektors oder auch zur Ausleuchtung desselben über einen Subreflektor (Cassegrainprinzip) eingesetzt werden. "Ausleuchtung" soll dabei beide Übertragungsrichtungen der elektromagnetischen Wellen umfassen, also sowohl abzustrahlende als auch zu empfangende Wellen.

Polarisationsweichen zum Ausleuchten von Reflektoren sind beispielsweise durch die US-PS 38 64 688 bekannt. Sie dienen dazu, zwei über angeschlossene Hohlleiter geführte, linear polarisierte elektromagnetische Wellen so zu entkoppeln, daß sie sich gegenseitig nicht stören. Bei dieser bekannten Polarisationsweiche wird dazu ein kreiszylindrisches Rohrstück verwendet, in das zwei Hohlleiter mit Abstand in axialer Richtung nebeneinander einmünden. Die Entkopplung der beiden Wellen wird durch eine Anzahl von gegeneinander versetzten Stiften oder einen verdrehten Blechstreifen erreicht, die im Rohrstück zwischen den Anschlußstellen der beiden Hohlleiter angeordnet sind. Es wird dadurch eine Drehung der einen Welle um 90° bewirkt, so daß beide Wellen senkrecht aufeinander stehen. Die Forderung nach störungsfreier Führung zweier linear polarisierter Wellen des gleichen Frequenzbandes ist mit dieser bekannten Anordnung dadurch mit einigem Aufwand erfüllbar.

Ein Antennenerreger für zwei unterschiedliche Frequenzbänder geht aus der US-PS 44 10 866 hervor. Er weist zwei Polarisationsweichen auf, von denen jede für ein anderes Frequenzband ausgelegt ist. Dieser Antennenerreger kann beispielsweise gleichzeitig zwei orthogonal aufeinander stehende Wellen des Frequenzbandes 3,7 bis 4,2 GHz - im folgenden "4-GHz-Band" genannt - und zwei orthogonal aufeinander stehende Wellen des Frequenzbandes 5,925 bis 6,425 GHz - im folgenden als "6-GHz-Band" bezeichnet - führen. In der dabei verwendeten rohrförmigen Polarisationsweiche für das 4-GHz-Band sind Filter eingebaut, die für das 4-GHz-Band als Kurzschluß wirken sollen, um eine Ausbreitung der Wellen in der falschen Richtung zu verhindern. Die Wellen des 6-GHz-Bandes hingegen sollen durch die Filter nicht gestört werden. Der Einbau dieser aus Berylliumoxid bestehenden Filter und die Filter selbst bedeuten einen erheblichen Aufwand. Sie erfordern außerdem eine Präzisionsfertigung. Zwischen den beiden Polarisationsweichen ist außerdem ein konisch verlaufendes Übergangsstück angebracht, durch welches der Antennenerreger verlängert und schwerer wird. Der Einbau in eine Antennenanlage wird dadurch schwieriger. Außerdem erfordert auch dieses Übergangsstück eine Präzisionsfertigung, wenn keine störenden Reflexionen auftreten sollen.

Bei dem Antennenerreger nach der eingangs erwähnten GB-OS 21 17 980 sind die beiden Polarisationsweichen in axialer Richtung direkt hintereinander angeordnet, so daß kein Übergangsstück benötigt wird. Die Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser hat bei diesem bekannten Antennenerreger zwei Abschnitte mit unterschied­ lichen Innendurchmessern. Die beiden Hohlleiter sind an je einen dieser Abschnitte angeschlossen. Der Abschnitt mit dem größeren Innendurchmesser schließt an die andere Polarisationsweiche an, während der Abschnitt mit dem kleineren Innendurchmesser in das Speisehorn übergeht. Durch diese Ausbildung und Anordnung der Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser erfordert nicht nur ihre Herstellung einen erhöhten Aufwand, sondern auch der Aufbau des ganzen Antennenerregers wird aufwendig, da die beiden Polarisationsweichen einzeln gefertigt und unter Einhaltung engster Toleranzen zusammengefügt werden müssen. Hinzu kommt, daß die Anschlüsse für die vier Hohlleiter mit Transformationsstufen ausgerüstet werden müssen und daß in den Eintrittsöffnungen der beiden an die Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser angeschlossenen Hohlleiter kompliziert ausgeführte Blenden vorhanden sind. Dadurch wird die Herstellung des Antennenerregers insgesamt sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antennenerreger für mindestens zwei unterschiedliche Frequenzbänder anzugeben, der einfach herstellbar ist und mit wenig Aufwand die Führung von vier elektromagnetischen Wellen ohne gegenseitige Störung gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem Antennenerreger der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß auch die Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser über ihre ganze axiale Länge einen gleichbleibenden Innendurchmesser hat,
• - daß diametral gegenüber der Anschlußstelle des dem Speisehorn am nächsten liegenden Hohlleiters in dieser Polarisationsweiche eine mit einer Kurzschlußplatte abgeschlossene Blende angebracht ist und
• - daß zwischen dem Speisehorn und dem demselben benachbarten Hohlleiter einerseits sowie zwischen den Anschlußstellen der beiden Hohlleiter andererseits in dieser Polarisationsweiche jeweils auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten nach innen vorspringende und in axialer Richtung verlaufende Stege angebracht sind, deren axiale Länge etwa der halben Hohlleiterwellenlänge der in der Polarisationsweiche mit dem kleineren Innendurchmesser geführten Wellen entspricht, wobei die beiden Stege zwischen dem Speisehorn und dem Anschluß des benachbarten Hohlleiters in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zur großen Querschnittsachse dieses Hohlleiters verläuft, während die beiden Stege zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlleiter in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters verläuft, der auf der dem Speisehorn abgewandten Seite an die Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser angeschlossen ist.

Beide Polarisationsweichen dieses Antennenerregers haben durchgehend einen gleichbleibenden Innendurchmesser. Sie lassen sich dementsprechend sehr einfach herstellen. Das gilt aber insbesondere auch für den ganzen Antennenerreger, da die beiden Polarisations­ weichen problemlos in einem Stück gefertigt werden können, und zwar sowohl durch mechanische Bearbeitung (Bohren) als auch auf galvanischem Wege. Die vier Hohlleiter können über einfach ausgebildete Blenden - beispielsweise längliche Öffnungen - an die Polarisationsweichen angeschlossen werden. Die Entkopplung der Wellen der beiden unterschiedlichen Frequenzbänder ist durch die kurzgeschlossene Blende auf einfache Weise erreicht, die ebenso einfach ausgeführt sein kann wie die Blenden der Hohlleiter. Die in der größeren Polarisationsweiche angeordneten Stege garantieren die guten Reflexionseigenschaften des Antennenerregers.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Antennenanordnung mit einem Antennenerreger nach der Erfindung.

Fig. 2 den Antennenerreger selbst in vergrößerter Darstellung.

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Antennenerregers.

Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie IV-IV.

Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie V-V.

Fig. 6 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie VI-VI.

Im folgenden werden der Einfachheit halber statt des Wortes "Antennenerreger" das kürzere Wort "Erreger" und statt des Wortes "Polarisationsweiche" das kürzere Wort "Weiche" verwendet.

Mit 1 ist der parabolische Reflektor einer Antennenanlage bezeichnet, der beispielsweise auf der Spitze eines Mastes befestigt ist. Im Brennpunkt des Reflektors 1 ist der Erreger 2 angebracht, der aus den Weichen 3 und 4 sowie dem Speisehorn 5 besteht. In die Weiche 3 münden zwei rechteckige Hohlleiter 6 und 7 ein, während an die Weiche 4 zwei rechteckige Hohlleiter 8 und 9 angeschlossen sind. Montage und Anordnung der Einzelteile der Antennenanlage sind bekannter Stand der Technik. Es wird daher nicht genauer darauf eingegangen. Der Erreger 2 dient im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der direkten Ausleuchtung des Reflektors 1. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, den Erreger 2 für eine Antennenanlage mit Subreflektoren zu verwenden.

Die beiden Hohlleiter 8 und 9 münden an zwei axial beabstandeten Stellen in die Weiche 4 ein. Die Anschlußstellen sind um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Dadurch stehen die Polarisationsebenen der beiden eingespeisten Wellen senkrecht aufeinander. Die beiden Hohlleiter 6 und 7 können prinzipiell genauso in die Weiche 3 einmünden, so wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, den Hohlleiter 6 entsprechend der gestrichelten Darstellung an der Stirnseite der Weiche 3 anzuschließen. Auch dann stehen die Polarisationsebenen der beiden über die Hohlleiter 6 und 7 in die Weiche 3 eingespeisten Wellen senkrecht aufeinander.

Die beiden Weichen 3 und 4 haben einen kreisrunden lichten Querschnitt mit über ihre ganze Länge gleichbleibendem Durchmesser. Die Weiche 3 ist in ihren Abmessungen so gewählt, daß zwei elektromagnetische Wellen in ihr geführt werden können, die linear polarisiert sind und senkrecht aufeinander stehen. Die beiden Wellen werden der Weiche 3 über die Hohlleiter 6 und 7 getrennt zugeführt. Wenn der Hohlleiter 6 radial auf die Weiche 3 auftrifft, dann ist deren Stirnseite 10 verschlossen. Die Wellen können sich dann nur in Richtung des Speisehorns 5 ausbreiten. Damit die über den Hohlleiter 7 zugeführte Welle nicht in der falschen Richtung läuft, kann in der Weiche 3 ein an sich bekanntes, gestrichelt eingezeichnetes Kurzschlußelement 11 angebracht sein. Die Öffnungen in der Weiche 3, an welche die Hohlleiter 6 und 7 angeschlossen sind, haben eine längliche Form, so wie es für den Hohlleiter 6 gestrichelt angedeutet ist.

Die Weiche 4 ist grundsätzlich genauso aufgebaut wie die Weiche 3. Sie hat nur einen größeren Innendurchmesser. Über die beiden angeschlossenen Hohlleiter 8 und 9 werden zwei linear polarisierte elektromagnetische Wellen eines anderen Frequenzbandes als bei der Weiche 3 zugeführt. Der Erreger 2 kann beispielsweise wieder für das 6-GHz-Band und das 4-GHz-Band ausgelegt sein, die eingangs erwähnt sind. Es können jedoch auch zwei andere unterschiedliche Frequenzbereiche übertragen werden, beispielsweise die in der GB-OS 21 17 980 erwähnten Bänder von 10,7 bis 11,7 GHz und von 7,11 bis 7,95 GHz. Die Wellen des höheren Frequenzbandes werden in die Weiche 3 eingespeist, während die Wellen des niedrigeren Frequenzbandes in der Weiche 4 geführt werden.

Diametral gegenüber der Anschlußstelle des Hohlleiters 9 ist in der Weiche 4 eine aus Fig. 3 ersichtliche Blende 17 angebracht, die ebenfalls als längliche Öffnung ausgeführt sein kann. Die Blende 17 ist mit einer Kurzschlußplatte 12 abgeschlossen. Der Abstand "X" der Kurzschlußplatte 12 von der Innenwand der Weiche 4 beträgt etwa das 0,15fache der Wellenlänge der mittleren Frequenz der in der Weiche 4 geführten Wellen.

Zwischen den Anschlußstellen der beiden Hohlleiter 8 und 9 sind in der Weiche 4 zwei Stege 13 und 14 angebracht, die in axialer Richtung verlaufen und in das Innere der Weiche 4 hineinragen. Zwei weitere Stege 15 und 16 sind zwischen dem Speisehorn 5 und dem Anschluß des Hohlleiters 9 in der Weiche 4 angebracht. Die Stege 13 bis 16 haben eine axiale Länge, die etwa der halben Hohlleiterwellenlänge der in der Weiche 3 geführten Wellen entspricht. Die Höhe der Stege 13 und 14 über der Wandung der Weiche 4 verhält sich zu ihrer Länge etwa wie 1:6. Die beiden Stege 13 und 14 liegen einander diametral gegenüber, und zwar in einer Ebene, die rechtwinklig zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters 8 verläuft. Die Höhe der Stege 15 und 16 verhält sich zu ihrer Länge etwa wie 1:3, so daß dieselben weiter in die Weiche 4 hineinragen als die Stege 13 und 14. Die Stege 15 und 16 liegen einander ebenfalls diametral gegenüber in einer Ebene, die rechtwinklig zur großen Querschnittsachse des Hohlleiters 9 verläuft.

Durch die kurzgeschlossene Blende 17 wird die Entkopplung der vier im Erreger 2 geführten Wellen entscheidend verbessert, ohne daß in den Weichen 3 und 4 sonst übliche Blenden oder Abgleichelemente anzubringen sind. Die für eine einwandfreie Übertragung der Wellen erforderlichen guten Reflexionseigenschaften des Erregers 2 werden durch die Stege 13 bis 16 sichergestellt.

Die Entkopplung kann für bestimmte Fälle dadurch weiter verbessert werden, daß auch auf der dem Anschluß des Hohlleiters 8 diametral gegenüberliegenden Seite der Weiche 4 eine kurzgeschlossene Blende angebracht wird.

Der Erreger 2 kann insgesamt einteilig hergestellt werden, und zwar grundsätzlich einschließlich des Speisehorns 5. Zweckmäßig werden jedoch nur die Weichen 3 und 4 einstückig ausgeführt. Das kann vorzugsweise auf galvanischem bzw. galvanoplastischem Wege vorgenommen werden. Hierbei ist es besonders einfach möglich, auch Anschlüsse für die Hohlleiter 6, 7, 8 und 9 mit auszuformen. Auch die Kurzschlußplatte 12 und eine weitere Kurzschlußplatte gegenüber dem Hohlleiter 8 können dabei mit hergestellt werden. Ein aus den Weichen 3 und 4 bestehendes Teil kann aber auch durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Bohren und Fräsen, gefertigt werden.

Claims (5)

1. Antennenerreger für mindestens zwei unterschiedliche Frequenzbän­ der, bestehend aus zwei rohrförmigen Polarisationsweichen, an die jeweils zwei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt zur Führung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen angeschlossen sind, und aus einem Speisehorn, bei welchem

• - beide Polarisationsweichen einen kreisförmigen lichten Quer­ schnitt haben,
• - der Innendurchmesser der beiden Polarisationsweichen unter­ schiedlich ist,
• - die beiden Polarisationsweichen axial lückenlos hintereinander angeordnet sind,
• - das Speisehorn am freien Ende der Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurchmesser angebracht ist,
• - die Polarisationsweiche mit dem kleineren Innendurchmesser über ihre ganze Länge einen gleichbleibenden Innendurchmesser hat und
• - die beiden Hohlleiter bei der Polarisationsweiche so angeschlos­ sen sind, daß die eingespeisten Wellen mit ihrer Polarisations­ ebene jeweils senkrecht aufeinander stehen, wobei die beiden Hohlleiter der Polarisationsweiche mit dem größeren Innendurch­ messer radial auf dieselbe auftreffend an zwei axial getrennten und in Umfangsrichtung um 90° gegeneinander versetzten Stellen so angeschlossen sind, daß die großen Achsen ihres Querschnitts in Richtung der Achse der Polarisationsweiche verlaufen, dadurch gekennzeichnet,
• - daß auch die Polarisationsweiche (4) mit dem größeren Innen­ durchmesser über ihre ganze axiale Länge einen gleichbleibenden Innendurchmesser hat,
• - daß diametral gegenüber der Anschlußstelle des dem Speisehorn (5) am nächsten liegenden Hohlleiters (9) in dieser Polarisa­ tionsweiche (4) eine mit einer Kurzschlußplatte (12) abge­ schlossene Blende (17) angebracht ist und
• - daß zwischen dem Speisehorn (5) und dem demselben benachbarten Hohlleiter (9) einerseits sowie zwischen den Anschlußstellen der beiden Hohlleiter (8, 9) andererseits in dieser Polarisationswei­ che (4) jeweils auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten nach innen vorspringende und in axialer Richtung verlau­ fende Stege (13 bis 16) angebracht sind, deren axiale Länge etwa der halben Hohlleiterwellenlänge der in der Polarisationsweiche (3) mit dem kleineren Innendurchmesser geführten Wellen ent­ spricht, wobei die beiden Stege (15, 16) zwischen dem Speisehorn (5) und dem Anschluß des benachbarten Hohlleiters (9) in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zur großen Querschnittsachse dieses Hohlleiters (9) verläuft, während die beiden Stege (13, 14) zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlleiter (8, 9) in einer Ebene liegen, die rechtwinklig zur großen Querschnitts­ achse des Hohlleiters (8) verläuft, der auf der dem Speisehorn (5) abgewandten Seite an die Polarisationsweiche (4) mit dem größeren Innendurchmesser angeschlossen ist.

2. Antennenerreger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußplatte (12) der Blende (17) einen Abstand von der Innenwand der Polarisationsweiche (4) hat, der etwa dem 0,15 fachen der Wellenlänge der mittleren Frequenz der in dieser Polarisa­ tionsweiche (4) geführten Wellen entspricht.

3. Antennenerreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der zwischen dem Speisehorn (5) und dem benachbarten Hohlleiter (9) befindlichen Stege (15, 16) sich zu ihrer Höhe, gemessen von der Wandung der Polarisationsweiche (4) aus, etwa wie 3:1 verhält.

4. Antennenerreger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlleiter (8, 9) befindlichen Stege (13, 14) sich zu ihrer Höhe, gemessen von der Wandung der Polarisationsweiche (4) aus, etwa wie 6:1 verhält.

5. Antennenerreger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch diametral gegenüber der Anschlußstelle des zweiten, an dem dem Speisehorn (5) abgewandten Ende angeschlosse­ nen Hohlleiters (8) in der Polarisationsweiche (4) mit dem größe­ ren Innendurchmesser eine mit einer Kurzschlußplatte abgeschlos­ sene Blende angebracht ist.