Die Erfindung betrifft einen Orthomodenkoppler für ein Antennensystem, insbesondere für eine Multifeed-Antenne. Der Orthomodenkoppler umfasst einen ersten Signalhohlleiter für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann. Er umfasst einen zweiten Signalhohlleiter für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist. In einen Septumpolarisator münden der erste und der zweite Signalhohlleiter. Längs einer dritten Achse eines gemeinsamen Signalhohlleiters des Orthomodenkopplers kann sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, wobei der gemeinsame Signalhohlleiter mit dem Septumpolarisator gekoppelt ist.
Orthomodenkoppler trennen bzw. kombinieren zwei orthogonal, linear polarisierte Wellen. Der erste und der zweite Signalhohlleiter, welche auch als Speisehohlleiter bezeichnet werden, stehen dabei üblicherweise senkrecht aufeinander. Die orthogonale Anordnung der Speisehohlleiter, welche üblicherweise als Rechteckhohlleiter ausgebildet sind, ist durch die Zuordnung zu zueinander orthogonalen Polarisationen am gemeinsamen Tor (dem gemeinsamen Signalhohlleiter) begründet.
Wird der Orthomodenkoppler in einem Multifeed-Antennensystem eingesetzt, ist eine hohe Packungsdichte des Orthomodenkopplers erforderlich, wodurch eine parallele Anordnung seiner Speisehohlleiter von Vorteil oder sogar zwingend ist. Problematisch bei der parallelen Führung der Speisehohlleiter ist jedoch, die Polarisationsreinheit über eine möglichst große Bandbreite sicherzustellen.
Aus P. Sarasa, M. Diaz-Martin, J.-C. Angevain, C. Mangenot: "New Compact OMT Based on a Septum Solution for Telecom Applications", 32nd ESA Antenna Workshop, 2010, ist ein Orthomodenkoppler bekannt, welcher parallel angeordnete rechteckige Speisehohlleiter aufweist. Aufgrund der parallelen Anordnung der Speisehohlleiter lässt sich dieser Orthomodenkoppler problemlos in Multifeed-Antennensysteme integrieren. Nachteilig an dem in der Veröffentlichung beschriebenen Orthomodenkoppler ist seine geringe Bandbreite. Ferner ist seine Polarisation um 45° gegenüber den Feldstärkevektoren in den Signalhohlleitern gekippt. Diese Kippung um 45° erschwert den direkten Anschluss eines Verteilnetzwerks und macht gegebenenfalls den Einsatz sog. Twists erforderlich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Orthomodenkoppler anzugeben, bei dem eine hohe Bandbreite und eine hohe Polarisationsreinheit im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten erzielbar ist.
Die Erfindung schafft einen Orthomodenkoppler für ein Antennensystem, insbesondere für eine Multifeed-Antenne. Der Orthomodenkoppler umfasst: einen ersten Signalhohlleiter für ein erstes RF-Signal, welches sich in dem ersten Signalhohlleiter längs einer ersten Achse ausbreiten kann; einen zweiten Signalhohlleiter für ein zweites RF-Signal, welches sich in dem zweiten Signalhohlleiter längs einer zweiten Achse ausbreiten kann, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse angeordnet ist; einen Septumpolarisator, in den der erste und der zweite Signalhohlleiter münden; und einen gemeinsamen Signalhohlleiter mit einer dritten Achse längs der sich ein Sende- und Empfangssignal ausbreiten kann, wobei die dritte Achse parallel zu der ersten und der zweiten Achse verläuft, und wobei der gemeinsame Signalhohlleiter mit dem Septumpolarisator gekoppelt ist. Erfindungsgemäß umfasst der gemeinsame Signalhohlleiter einen weiteren Polarisator.
Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler kombiniert somit einen Septumpolarisator mit einem weiteren Polarisator. Im Sendefall wird durch den Septumpolarisator zunächst eine zirkular polarisierte Welle erzeugt. Diese wird durch den Polarisator in eine linear polarisierte Welle überführt. Im Empfangsfall erzeugt der Polarisator aus einer linear polarisierten Welle eine zirkular polarisierte Welle. Der Septumpolarisator erzeugt aus der zirkular polarisierten Welle eine linear polarisierte Welle. Hierdurch ist es möglich, die Richtung des Polarisationsvektors beliebig einzustellen. Darüber hinaus wird durch die Kombination eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über eine hohe Bandbreite erzielt. Ebenso stellt der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler eine hohe Polarisationsreinheit zur Verfügung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste RF-Signal in dem ersten Signalhohlleiter und das zweite RF-Signal in dem zweiten Signalhohlleiter orthogonal zueinander polarisiert sind. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass den Eingängen des Septumpolarisators zueinander orthogonale Polarisationen zugeordnet sind.
Der weitere Polarisator kann wahlweise als Rillenpolarisator, als Stegpolarisator oder als Pfostenpolarisator ausgebildet sein. Der Querschnitt des weiteren Polarisators kann wahlweise rund oder rechteckig ausgebildet sein.
Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der Septumpolarisator und der weitere Polarisator über ein Koppelelement miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Koppelelement einen runden Querschnitt aufweist, so dass der Septumpolarisator und der weitere Polarisator um seine Mittelachse gegeneinander verdrehbar sind. Durch eine Drehung des weiteren Polarisators um seine Mittelachse kann die Richtung des Polarisationsvektors auf einfache Weise beliebig eingestellt werden.
Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler ist durch die Kombination des Septumpolarisators mit einem weiteren Polarisator derart ausgebildet, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert ist. Durch die gegenseitige Kompensation des Frequenzgangs von Septumpolarisator und dem weiteren Polarisator werden die Bandbreite und die Polarisationsreinheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erheblich verbessert.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers,
- Fig. 2
- eine geschnittene, perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers aus Fig. 1, und
- Fig. 3
- ein Diagramm, welches die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers illustriert.
Fig. 1 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 für ein Antennensystem. Insbesondere kann aufgrund der kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 der Orthomodenkoppler in einem Multifeed-Antennensystem eingesetzt werden.
In bekannter Weise weist der Orthomodenkoppler zwei Signalhohlleiter 1, 2 mit zueinander parallel ausgerichteten Achsen und mit jeweils rechteckigem Querschnitt auf, längs denen sich jeweilige, orthogonal zueinander polarisierte RF-Signale ausbreiten können. Die Signalhohlleiter 1, 2 münden in einen Septumpolarisator 30 mit ebenfalls rechteckigem Querschnitt. Aus der geschnittenen Darstellung in Fig. 2 geht hervor, dass ein Septum 31 des Septumpolarisators 30 gestuft ausgebildet ist. Das Septum 31 trennt das Gehäuse des Septumpolarisators 30 in zwei gleich große Kammern. Der Septumpolarisator 30 ist über ein Koppelelement 20, das eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist, in erfindungsgemäßer Weise mit einem weiteren Polarisator 10 mit rundem Querschnitt, welcher in einen gemeinsamen Signalhohlleiter mündet oder diesen ausbildet, gekoppelt. Der weitere Polarisator 10 ist im Querschnitt rund und in diesem Ausführungsbeispiel als Rillenpolarisator ausgebildet. Ebenso könnte der weitere Polarisator 10 als Stegpolarisator oder Pfostenpolarisator oder sonstiger Polarisator ausgeführt sein, der die unten stehenden Eigenschaften aufweist.
In einer ebenfalls figürlich nicht dargestellten Ausführungsvariante könnte der Querschnitt des Koppelelements 20 auch rund sein. Hierdurch können der Septumpolarisator und der weitere Polarisator auf einfache Weise gegeneinander verdreht werden, wobei eine Verdrehung um die Mittelachse des weiteren Polarisators 10 erfolgt. Hierdurch kann ein Polarisationsvektor beliebig eingestellt werden.
Der erfindungsgemäße Orthomodenkoppler 100 basiert somit auf der Kombination eines Septumpolarisators 30 und eines weiteren Polarisators 10. Durch diese Kombination wird im Sendefall durch den Septumpolarisator 30 zunächst eine zirkular polarisierte Welle erzeugt. Diese wird durch den Polarisator 10 in eine linear polarisierte Welle überführt. Im Empfangsfall erzeugt der Polarisator 10 aus einer linear polarisierten Welle eine zirkular polarisierte Welle, wobei der Septumpolarisator 30 aus der zirkular polarisierten Welle wiederum eine linear polarisierte Welle erzeugt.
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass zum einen die Richtung des Polarisationsvektors beliebig eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird durch die gegenseitige Kompensation des Frequenzgangs des Septumpolarisators 30 und des weiteren Polarisators 10 die Bandbreite und die Polarisationsreinheit erheblich gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Orthomodenkopplern erhöht.
Ein weiterer Effekt des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers besteht darin, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert wird. Hierdurch wird eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über einer deutlich höheren Bandbreite erreicht, als dies bei Orthomodenkopplem mit parallelen Signalhohlleitem anderer Bauart der Fall ist.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Orthomodenkopplers 100 dargestellt sind. Auf der Abszisse ist ein Frequenzverhältnis f/fc dargestellt. Auf der Ordinate sind die Streuparameter in dB dargestellt. K1 bezeichnet die Kreuzpolarisation. K2 kennzeichnet die Isolation. K3 illustriert die Rückstreuung.
Die gegenüber bekannten Lösungen verbesserten Eigenschaften des Orthomodenkopplers bei gleichzeitig geringem Bauraum resultieren daraus, dass der Frequenzgang des Septumpolarisators durch den Frequenzgang des weiteren Polarisators teilweise kompensiert wird. Hierdurch wird eine hohe Kreuzpolarisationsunterdrückung über einer höheren Bandbreite im Vergleich zu dem Orthomodenkoppler nach Sarasa et al. erzielt.