XPD-optimierter Mehrmodenwinkeldiversityerreger

Abstract

 Bei der Anregung der H₀₁-, H₁₀-, H₂₀- und H₁₁E₁₁-Moden durch zwei mittels eines Trennsteges (S) voneinander getrennten quadratischen Hohlleitern (Q₁,Q₂) in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter mit sich anschließendem Horn sind die Volumenbereiche (V₁,V₂) im Übergangsbereich der Hohlleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, ferromagnetischem Dämpfungsmaterial (D) ausgefüllt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen XPD-optimierten doppeltpolarisierten Breitbandwinkeldiversityerreger nach dem Mehrmodenprinzip mit einem quadratischen Horn mit Übergang auf Rechteckhohlleiter und einer Mehrtyp-Wellenleiterverzweigung mit einem Rechteckhohlleiter und zwei durch einen Trennsteg voneinander getrennten Quadrathohlleitern.

[0002] Das Mehrmodenprinzip der Anordnung ist in der Radartechnik zur Messung von Summen- und Differenzdiagrammen bekannt (vgl. hierzu das Radar-Handbuch von Skolnik, 1970 Mc Graw-Hill, Inc.) In dem Aufsatz "Doppelreflektor-Muschelantenne für Winkeldiversitybetrieb in zwei orthogonalen Polarisationen" von G. Mörz, K.-H. Mierzwiak, U. Mahr, erschienen im ITG Fachbericht Antennen 1990 Wiesbaden, VDE-Verlag Berlin, Seite 205 bis 209 ist z.B. eine Anwendung für Winkeldiversityantennen angegeben. Darin wird eine Muschelantenne mit Speisesystem beschrieben, die zum Winkeldiversity-Betrieb von Richtfunkstrecken geeignet ist und die neben den duallinearpolarisierten Summenkeulen noch zwei ebenfalls dual linearpolarisierte Diversitykeulen besitzt, die mit Hilfe von höheren Hohlleitermoden im Speisesystem erzeugt werden. Das Prinzip geht von einer korrigierenden Wirkung eines zentralen Stiftes im Bereich der Anregungszone eines Mehrmodenrechteckerregers aus. Dabei werden die Grenzfrequenzen verändert, wodurch sich eine Verbesserung der H₁₁E₁₁-Überlagerung zum linearpolarisierten Hybridmode einstellen läßt.

[0003] Durch den Einsatz von Winkeldiversity-Antennen nach dem Summen-Differenzdiagrammprinzip ist die Übertragungssicherheit von Richtfunkstrecken mit störender Mehrwegeausbreitung wirksam zu verbessern. Der übliche doppeltpolarisierte Erreger einer Spiegelantenne wird dabei durch einen Winkeldiversity-Erreger ersetzt, der für jede Polarisation simultan zwei mit unterschiedlicher Digrammcharakteristik aufgenommene Empfangssignale abgibt.

[0004] Figur 1 zeigt das Schaltprinzip der Winkeldiversity mit Kombinator. Der Erreger 1 einer einen Hauptreflektor 2 und einen Subreflektor 3 aufweisenden Antennenanordnung hat die Anschlüsse vertikale Polarisation (Summenausgang V_S und Differenzausgang V_D) und horizontale Polarisation (Summenausgang H_S und Differenzausgang H_D). Die Ausgänge V_S und H_S entsprechen den Anschlüssen einer üblichen doppeltpolarisierten Richtfunkantenne. Den Ausgängen V_D und H_D, den Diversityausgängen, ist jeweils ein Differenzdiagramm der Elevationsebene zugeordnet. Sind V_S und V_D sowie H_S und H_D jeweils über einen Maximum Power Kombinator K_V und K_H, denen in den einzelnen Zweigen jeweils Kanalweichen 5 und mit einer Trägerversorgung 7 verbundene Umsetzer 6 vorgeschaltet sind, so zeigen die resultierenden Ausgangssignale u_H und u_V der Kombinatoren 4 bei großen Phasenfehlern des Mehrwegefeldes im Bereich der Empfangsantennenapertur besseren Nutz-Störpegelabstand als vergleichbare Richtfunkantennensignale ohne Winkeldiversityschaltung. Da über die Kombinatoren ständig Summen- und Differenzsignale zu einem Empfangssignal kombiniert werden, sind auch die Störpegel der zugeordneten Kreuzpolarisation beider Ausgänge ständig "On Line". Deshalb ist es bei dual orthogonalpolarisierten Strecken erforderlich, sehr gute Kreuzpolarisationsentkopplungswerte der V_S-, H_S-Ausgänge und auch der Diversityausgänge V_D, H_D der Winkeldiversityantennen einzuhalten.

[0005] Die Anregung der erforderlichen linearpolarisierten Nutzmoden (H₀₁; H₁₀; H₁₁E₁₁; H₂₀) in einem gemeinsamen Rechteckhohlleiter durch zwei von einem schmalen Trennsteg getrennte Quadrathohlleiter (Figur 2a bis 2d zeigen die vier Feldzustände in den Quadrathohlleitern und danebenliegend im angrenzenden Rechteckhohlleiter) wäre bei geeigneter Querschnittsauslegung der Quadrat- und Rechteckhohlleiter mit der erforderlichen Güte möglich, wenn Sekundärstörungen vernachlässigt werden könnten.

[0006] Der polarisationstreuen Anregung ist jedoch eine massive Störung mit stark frequenzabhängigem Verhalten überlagert, die innerhalb erforderlicher Bandbreiten von B > 10% zu hohen Kreuzpolarisationsmaxima im räumlichen Diagramm (AZ/EL-Ebene) der Differenzausgänge führt. Besonders kritisch ist das Kreuzpolarisationsdiagramm des vertikalen Differenzausganges V_D, dem die H₁₁E₁₁-Hybridwelle zugeordnet ist.

[0007] Die Ursache dieser Störung ist in folgendem zu sehen: Zum Einstellen der linearpolarisierten H₁₁E₁₁-Welle im Rechteckhohlleiter R sind genaue Relationen der Amplituden- und Phasenwerte der primär angeregten Einzelmoden E₁₁ und H₁₁ in der Anregungszone erforderlich. Ist diese Balance gestört, dann enthält das resultierende Aperturfeld des Erregers Kreuzpolarisationsanteile der typischen Verteilung von E₁₁- oder H₁₁-Wellen. Im räumlichen Fernfelddiagramm von E₁₁- oder H₁₁-Wellen. Im räumlichen Frenfelddiagramm der Winkeldiversityantenne bewirkt dies eine viel zu enge Azimutbreite des Raumwinkels mit ausreichender Kreuzpolarisationsdämpfung für den V_D-Ausgang.

[0008] Da bei der Störung der linearpolarisierten Anregung der H₁₁E₁₁-Welle Leistung von Komponenten einer Polarisation auf die der orthogonalen Polarisation übertragen wird, sind als Ort der störenden Kopplungsströme Bereiche in der Geometrie der Übergangszone beteiligt, die Ströme beider Quadrat-Hohlleiter Q₁, Q₂, verkoppeln und durch Richtungswechsel der leitenden Flächen die Polarisation der verkoppelten Felder verändern. Bei der vorliegenden Anordnung sind dies in erster Linie die Ecken die das Ende der Trennwand zwischen den quadratischen Speisehohlleitern Q₁, Q₂ mit der Breitseite des Mehrmoden-Rechteckhohlleiters R verbinden. Ströme in den Ecken haben unmittelbaren Einfluß auf die Phase und Amplitude der H₁₁E₁₁-Anregung und damit auf die Güte der Balance.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art eine Lösung anzugeben, mit der diese Störungen in einfacher Weise beseitigt werden.

[0010] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß bei der Anregung der H₀₁-, H₁₀-, H₂₀- und H₁₁E₁₁-Moden durch die beiden quadratischen Hohlleiter in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter die Volumenbereiche im Übergangsbereich der Quadrathohlleiter auf den Rechteckhohlleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, streng lokal begrenztem ferromagnetischem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.

[0011] Damit wird eine hohe Dämpfung der Störströme erreicht, die nicht zu weit über die Ecken beiderseits des Trennsteges hinauswirkt, wobei der Feldwellenwiderstand des Dämpfungsmaterials nur wenig Reflexion im Hohlleiter verursacht. Störungen werden dadurch wirksam und selektiv unterdrückt, ohne daß die unvermeidbare Mitbedämpfung der Nutzmodenfelder im Rechteckhohlleiter R zu groß wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Ströme über die Dämpfung ihrer verkoppelten elektrischen und magnetischen Felder beseitigt. Ein Material mit den gewünschten Eigenschaften läßt sich z.B. durch Mischen von Karbonyleisen und verschiedenen Kunstharzen herstellen.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0013] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0014] Es zeigen:

Figur 3

eine schematische Darstellung des Hohlleiterübergangs mit Störströmen im Bereich der Ecken des Trennsteges und

Figur 4

das Dämpfungsmaterial im Bereich der Störströme.

[0015] In Figur 3 ist in einer Teildarstellung der Übergangsbereich der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ zum Mehrmoden-Rechteckhohlleiter R dargestellt, wobei die Hohlleiter strichliert gezeichnet sind. Zwischen den beiden Quadrathohlleitern Q₁, Q₂ befindet sich ein Trennsteg S. Die Volumenbereiche in den Ecken des Trennsteges S im Übergangsbereich der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ auf den Rechteckhohlleiter R sind mit V₁, V₂ bezeichnet und durch Kreise kenntlich gemacht. In diesen Ecken V₁, V₂ treten Störströme i_Sl, i_Sn auf, die in Längsrichtung und Querrichtung der Hohlleiter sowie in Richtung des Quersteges verlaufen (vgl. die eingezeichneten Pfeile in Figur 3).

[0016] Figur 4 zeigt in einer Teildarstellung mit gleicher Perspektive wie Figur 3 den Übergangsbereich zwischen den Quadrathohlleitern Q₁, Q₂ und dem Rechteckhohlleiter R, in dem ein den Quersteg S in den Eckbereichen umfassendes Dämpfungselement D angeordnet ist. Das Dämpfungselement D ist als flache Platte von U-förmiger Gestalt ausgebildet, und liegt mit einer Flachseite an der Breitseite des Rechteckhohlleiters R sowie an den angrenzenden Seiten der beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ an. Die mittige Ausnehmung ist so ausgebildet, daß die beiden dadurch gebildeten Schenkel der U-Form den Quersteg S in seinem Endbereich umfassen. Das Dämpfungselement füllt jeweils ein kleines Volumen der Anregungszone im Bereich der Ecken V₁ und V₂ so aus, daß es in die beiden Quadrathohlleiter Q₁, Q₂ hineinreicht, einen Teil der Abrißkante des Trennsteges S umschließt und geringfügig in den Rechteckhohlleiter R ragt. Das sich dabei ergebende U-förmige Formteil besteht aus hochdämpfendem ferromagnetischem Material. In der Figur ist lediglich das eine, im Bereich der Ecke V₁ liegende Dämpfungselement dargestellt. Ein entsprechend ausgebildetes Dämpfungselement ist gegenüberliegend im Bereich der Ecke V₂ angeordnet. Der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter R kann dabei einen konstanten, gestuften oder stetig zum Horn sich erweiternden Querschnitt aufweisen. Er kann sehr kurz bemessen sein oder gegebenenfalls auch ganz entfallen. Das ferromagnetische Dämpfungsmaterial ragt dann in den Raum vor der Apertur hinein.

Ansprüche

1. XPD-optimierter doppeltpolarisierter Breitbandwinkeldiversityerreger nach dem Mehrmodenprinzip mit einem quadratischen Horn mit Übergang auf Rechteckhohlleiter und einer Mehrtyp-Wellenleiterverzweigung mit einem Rechteckhohlleiter und zwei durch einen Trennsteg voneinander getrennten Quadrathohlleitern,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Anregung der H₀₁-, H₁₀-, H₂₀- und H₁₁E₁₁-Moden durch die beiden quadratischen Hohlleiter in einen Mehrmoden-Rechteckhohlleiter die Volumenbereiche im Übergangsbereich der Quadrathohlleiter auf den Rechteckholleiter in den Ecken beiderseits des Trennsteges mit hochdämpfendem, streng lokal begrenztem ferromagnetischem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.

2. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Volumenbereiche in den Ecken beiderseits des Trennsteges symmetrisch so angeordnet sind, daß das Dämpfungsmaterial U-förmig die Eckenbereiche beider Quadrathohlleiter, einen geringen Teil des Mehrmoden-Rechteckholleiters sowie die Randbereiche des Trennsteges zwischen den Quadrathohlleitern einschließt.

3. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen konstanten Querschnitt aufweist.

4. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen sich stufenförmig zum Horn erweiternden Querschnitt aufweist.

5. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter einen stetig zum Horn sich erweiternden Querschnitt aufweist.

6. Breitbandwinkeldiversityerreger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrmoden-Rechteckhohlleiter eine sehr geringe bis gegen Null gehende Länge aufweist und das ferromagnetische Dämpfungsmaterial dementsprechend in den Raum vor der Apertur hineinragt.

Zeichnung