CN105473987A - 用于改变和测量无线电波的偏振的装置以及该装置的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于修改和测量无线电波的偏振的装置、该装置用于不同应用的实施方式和该装置的使用，以及用于测量角度和位移的传感器。

Description

用于改变和测量无线电波的偏振的装置以及该装置的用途

技术领域

本发明涉及一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置及其用于测量旋转角度和移位的应用。

背景技术

本发明涉及一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置，还涉及一种传感器，其通过无线电波的偏振来测量旋转的机械角度和移位。其能够快速并且没有很长延迟的(实时的)进行测量，从而允许该装置被用于移动迅速的物体的控制回路，例如在伺服机构中。

利用合适的传感器能够通过测量偏振光来测量旋转的机械角(DE102005031966B4)。这种类型的角度传感器具有多种良好的特性，这使得其区别于其他的角度传感器。最显著的特性在于，传感器和信号发射器之间的平移不变性。一方面，这使得调节和校准过程明显简化，另一方面，这带来了对于机械振动的不敏感性。

在某些情况中，采用偏振光来测量角度，尽管有其稳健性，仍然存在一些缺陷。一个缺陷在于，采用光学材料作为转换器。一些光学材料是易碎的(玻璃)或者容易刮伤的(塑料薄片)。对于传感器来说，很难将光的发射器和接收器集成起来，因为二者一般是由不同材料制成的，虽然已经取得了一些进步(例如，芯片上的OLED)。此外，LED的使用寿命是有限的，特别是在高温或腐蚀环境中。最后，采用光要求透明度以及或多或少清洁的表面，这一方面制约了什么样的材料能够被使用，另一方面，在极端粗糙的条件下，使得传感器的运行困难。

因此，倘若能够利用偏振测量的有利之处，同时又能够消除与光学器件相关的问题，倘若受到LED和光学偏振过滤器限制的温度范围能够扩宽，将会很好。

偏振是所有电磁波的重要特性，从射频段到光频段及其之外的频段。在光学领域，偏振被用于多种情形中，例如用于抑制反射或机械应力的可视化。在偏振传感器的辅助下，表面特征同样可以被检测到(EP1507137B1)。在通讯技术中，光的偏振还被用于调制光信号(CA2193754C)。

在无线电波波段(最广义来讲是指射频段)偏振有时被用于提高通讯信道的数据速率，因为正交偏振波彼此不相干涉(GB618615A)。相反地，天线发射的主要的偏振能量将会导致不良影响，例如，在无线电天线没有对齐的情况中，就会出现接收差的现象。

DE102011078418A1描述了一种通过毫米波的方式来进行的表面椭圆分析，其同样是基于对偏振的变化的计算。这涉及粗糙度、层厚度以及其他参数的确定。

当从光波改变成明显减慢的无线电波时，用于这些波的材料也会显著改变。发射器和接收器的组件以及发射器和接收器的特性也存在显著的改变。就这点而言，用于无线电波的天线与LED或光电二极管没有任何共同之处。对于材料，无线电波的显著增长的波长产生这样的效果，即在很大程度上灰尘的影响明显减小，这归因于波长和物体的尺寸之间的关系，也归因于灰尘的特性。同时金属和沙子对于光频具有可比性，而基于较长的无线电波的效果完全不同。

同样地，在雷达技术中，偏振被用于一些情况中，例如，为了测量诸如隐藏的管道的物体的位置(US4,728,897)。这里的应用是基于这样的事实，即如果采用不同偏振的发射信号重复雷达测量并形成关联，隐藏的细长物体的较弱的回波能够从较强的非期望的回波中区别开来。然而，雷达技术通常涉及测量距离和速度，例如测量运行时间或多普勒效应。在该篇文献中，偏振是相当混乱的，由于其能够加重某种物体的可探测性，因为物体的雷达回波能够随着其相对于雷达单元的对准情况而改变。

雷达一般应用于未知物体/不属于雷达单元的物体的探测。这些物体可能是隐藏的管、其他船或飞机、汽车或人类。

所使用的雷达频率取决于各自的应用，例如，因为可获取的范围和分辨率的变化取决于频率，还因为期望被探测到的物体(汽车或人类)必须被准确地探测。因此，很长时间内，非常高的频率只能通过特殊管道的方式产生，后来是通过昂贵的特殊半导体来产生，但是最近也通过硅来产生。除了微电子学中的卓越进步使得传统开关技术应用至较低的THz范围成为可能，还存在非常精巧的方式来以管道原有的操作方式来操作半导体，例如通过激发等离子体振动(Pfeiffer，“0.25微米CMOS工艺技术中的0.65THz焦平面阵列”，IEEE，固态电路杂志，第44卷，第7期，2009年7月)。这样的方式允许采用相对较小并且低成本的系统，在理想的情况中，可以是单片集成的系统，来产生和探测THz范围内的无线电波。

对于典型的雷达单元，角度的确定是指相对于物体的空间角度，其要么通过旋转天线阵列要么通过三角测量来确定(DE102008019621A1)。在某些情况中，相对于预先确定物体的旋转角度可以通过比较随不同偏振变化的回波尺寸来近似确定。这假定了待测物体即使对于雷达频率/波长来说也是各向异性的。这意味着，待测物体必须具有各向异性的结构，其与所采用的波长具有一定的关系。如果该结构小于波长，但是没有小到避免相互作用，那么将会产生显著的各向异性。通常，由于待测物体相对于雷达单元具有随机的3D排列，因此无法对旋转的角度进行精确的测量，会加重这样的情形。在寻找管子的情况中，如果雷达单元被控制为平行于管子时，角度测量在某些环境中可以相对精确地实施。在这样的情况中，雷达单元在测量过程中被移动，并且能够被旋转，直到精确的位置和方向被找到，同时物体是静止的。

雷达单元能够测量物体的空间方向并非理所当然的事。对于非常广阔的物体和高分辨率的雷达单元，物体的图像以及由此而来的方向可以被确定。对于静止的单元，这通常是行不通的。在这种情况中，偏振在以下这些环境中将会是有帮助的：

对于在30cm的波长下运行的10GHz雷达来说，由1cm粗的杆以及一些10cm长的杆构成的栅格为良好的偏振器，其产生这样的结论，即这样的栅格相对于雷达束横切地旋转。另一方面，机翼不会产生如此显著的偏振信息，因为大部分的反射来自其巨大的表面。相反地，极其细小的光学偏振过滤器不会影响该雷达辐射，因为在这样的频率下，微小的部分分子结构很难表现出任何相互作用。，机翼或管子产生强烈的并且部分偏振的回波作为入射光线的偏振的函数，这一事实是由于这样的效果：其类似于光在玻璃上的反射(参见完全偏振的反射波的布儒斯特角)的效果，以及类似于通过表面感应电流的透镜效应，其中表面结构连同电流方向(偏振方向)对物体的“透镜特征”产生影响。因此，由于其表面的宏观形状和结构，这样的结构具有依赖偏振的特征，然而，这随着无线电波的辐照位置和入射角而变化。因此，采用偏振作为辅助，对这样的结构进行精确角度测量，仅在参考测量的帮助下并且雷达和物体之间的位置经过精确调节时才是可行的。

在雷达测量中，除了偏振变化结构的结构尺寸需要被考虑之外，还需要考虑与待测物体的最小距离。如果该距离太小，那么发射信号和接收信号就很难彼此区分开来。此外，还存在近距离效应，其可以被称为邻近效应，这更多的是由于准静态场的存在而不是由于波的传播。例如，反射器离天线太近，可能会产生更类似于电容电极的效果。从最广泛的意义上讲，回波信号是通过与反射器相耦合的电容和电感，以及通过运行时间和波这两者来共同确定的，但是也通过共振效应和严格定义的共振器的调谐质量来确定(雷达和反射器这二者都反射部分信号，二者之间的距离确定可能的共振频率。静态波在很大程度上会篡改所需的信号，特别地，因为接近共振频率的激发导致很大的相位移)。因此，变换器最好不要设置在天线的近场中。

旋转角度的测量，例如，记载在GB1493988A中的具有准静态信号的天线桅杆的旋转角度的测量，其中产生了两个经相位移的发射信号，并且通过将二者与接收信号相混合，产生了混合信号，其包括两个取决于旋转频率的经频移的分量，以及相对于发射信号的电相位，其取决于桅杆的旋转角度。该实施方式并不适用于确定静态或缓慢旋转的单元的旋转角度，因为在此这两个频率分量彼此合并了。

DE19813041A1描述了一种用于测量旋转物体的装置，其基于多普勒效应，并且测量回波的光谱并将其与参考光谱相比较，以探测工具的磨损状况和其他误差情况。然而，这一结果对振动是敏感的，并且并不适用于确定静态物体的旋转角度。

DE10142449A1/DE10132685A1记载了一种用于确定旋转的角度或距离的方法，其基于测量(延迟的)信号相位。同样地，由于振动，采用这种方法，信号的计算更加困难，因为变换器的位置的改变导致信号相位的改变，这不容易从物体的旋转中区别开来。

发明内容

本发明的目的之一在于，确保角度测量对于调节和振动不敏感。

此外，能够快速地完成测量过程，并且不存在大量延迟(实时地)，使得其能够被用于快速移动的物体的控制电路，在此应用了主要的光学和磁过程。

根据本发明的第一示例，之前提到并概述的目的通过一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置来实现，该装置具有至少一个无线电波(102)发射器(100)，即设有天线(101)的发射器，其被配置(布置)用于发射无线电波，具有至少两个无线电波接收器(106)，即设有天线(104、105)的接收器，其被配置(布置)用于接收无线电波，具有各向异性的变换器(103)，其用于来自发射器的无线电波，其中各向异性变换器能够围绕旋转轴线相对于接收器旋转，并且能够相对于接收器移动，其中接收器是偏振敏感的，其中来自发射器的无线电波能够被各向异性的变换器改变，并且经改变的无线电波能够被偏振敏感的接收器接收。

根据本发明的另一个示例，之前提到并概述的目的通过一种用于改变和测量无线电波的偏振的方法来实现，特别地，采用根据本发明的装置，该装置具有至少一个无线电波发射器，即设有天线的发射器，其被配置(布置)用于发射无线电波，具有至少两个无线电波接收器，即设有天线的接收器，其被配置(布置)用于接收无线电波，具有各向异性变换器，其用于来自发射器的无线电波，其中各向异性变换器能够围绕旋转轴线相对于接收器旋转，并且能够相对于接收器移动，其中接收器是偏振敏感的，其中来自发射器的无线电波能够被各向异性变换器改变，并且经改变的无线电波能够被偏振敏感的接收器接收。

如上所述，由宏观的结构产生的偏振依赖性，对于所接收的无线电波的偏振角度的位置无关性和调节自由性测量并没有好处。另一方面，空间延伸的偏振过滤器，其特征在于，与位置无关，其包括相同的偏振特性，并且是各向异性的。各向异性意味着，对于所采用的无线电波，其好像是宏观上非结构化的，但是具有方向无关的特性。在光学范围内，经拉伸的碘聚合物薄膜(偏振片薄膜)是具有偏振特性的各向异性材料的一个实例。在无线电波范围内，一种可能的偏振片薄膜的对应器件为线栅格，其栅格常数小于所采用的波长。在这一波长之上的栅格常数导致衍射效应，即呈现出波长依赖和角度依赖效应，如干涉(参见双缝实验)。在半波长量级的近场，开始出现非预期的位置依赖效应(参见瑞丽判据和阿贝成像限制)。

换句话说，延伸的线栅格偏振过滤器的偏振性质(作为各向异性变换器的示例性实现方式)变得与入射角度和辐照位置无关，当其栅格常数小于所采用的波长时，即，其是各向异性的，并且测量偏振变得与变换器上的测量的位置无关，只要来自发射器并由接收器接收的无线电波穿过另外的均匀的过滤器或被相同的反射，这可以通过足够大尺寸的线栅格来实现。

偏振过滤器具有波长量级或稍微高于波长量级的栅格常数，仍然能够被用于有限的范围，只要空间分辨率能够被足够大面积的辐射覆盖。然而，随后显示出另一个不良影响，同时偏振特性较差，使得优选的是具有低于波长的结构尺寸的“真的”偏振过滤器。

该装置和方法的实施方式是从属权利要求的主题，下面将进行描述。

从理论上讲，一个接收器就足矣，并且为了得到关于所接收的无线电波的偏振方向的结论，要么出于线偏振发射器和线偏振接收器之间的可变的角度，要么需要中间变换器的辅助。然而，采用本实施方式，区分有用信号和干扰信号是困难的，因为为了确定透射输出的改变、透射频率的改变或接收器的敏感性需要大量的努力。特别地，在短暂干扰的情况中，例如由振动引起的干扰，这样的测量是不可靠的。因此，最好为不同偏振方向采用两个接收器，通过对接收信号的相对测量，消除大部分的误差来源。基于偏振的180°周期性，在理想的情况中，N个不同取向的接收器被设置在180°/N的不同的角度上。换句话说，为了避免信号中与时间相关的波动导致测量误差，接收器的信号同时或至少几乎同时地被测量，使得当计算弧切线时，绝对振幅不会影响结果。因为从每个瞬态振幅的测量中，变换器的瞬态角能够被直接地确定，所以能够实现很高的测量速率或转速。

如图1a和图1b所示，理论上讲，存在两种用于接收经各向异性变换器改变的无线电波的实施方式。在图1中，发射器发射的部分无线电波(102)被接收器(106)计算，其能够穿透各向异性变换器(103)，发射器包括发生器(100)和天线(101)，接收器(106)包括天线(104、105)和放大器以及其他信号处理器。在这个透射实例中，各向异性变换器(103)例如可以是平行的金属条组成的。但是，各向异性变换器也可以由电介质制成，优选地，是用于无线电波的高介电常数的电介质(例如，氧化铝陶瓷)。这样，也可以采用电介质条以及具有合适的外形的固体材料，例如，平行压印的凹槽。

术语“发射器”一般包括组件发生器(100)和天线(101)。相应地，接收器包括天线(104或105，取决于方向)、放大器和计算电路(106)。出于较低的透射输出的需要，可以设计这样的布置，其中天线是发射器和接收器的组件。这样，在发射器侧的天线，作为频率选择组件，可以是发生器的一部分。在这一实例中，发生器(100)和天线(101)合并为一个组件。类似地，对于超再生接收器，组件天线(104或105)和放大器或计算电路(106)可以合并为一个单元。在极端的情况中，用于发射器和接收器的电子电路可以共用组件。这样，通过不同偏置和/或可变的开关组件，就能够将包括具有天线(101)的发生器(100)的单元重构成一类超级再生接收器，其包括天线(104)和放大器(105)，其中发射天线(101)和接收天线(104)优选为相同的。为了相对测量变化的偏振的接收强度，需要使用这样的至少两个具有不同排列的偏振的天线的发射器/接收器，优选地，为四个或八个。

在图1b中，变换器(103)不需要是可透过的，因为待测量的是偏振的反射偏离。在此，固体金属块中的高度分布可以被用于产生各向异性。

如果变换器足够大，在变换器和发射器-接收器之间，可以在三个轴线方向进行横向平移。这样，该装置变得对调节误差和振动不敏感。

尽管需要增加电路，使用多于两个不同偏振角度的接收器在改善信号计算的稳健性上是有意义的。特别有利的是具有N＝4或N＝8排列的实施方式，其沿着180°/N不同取向。

在图1a和图1b中，均只示出了一个发射器/一个发射天线。取决于应用，为了获得更大的容差以及变换器(103)上更加均匀的无线电波照射，由一个发射器馈给多个空间平移的天线，或者甚至是采用具有多个天线(101)的多个发射器也可能是有意义的。基于相同的理由，具有共同或分开的接收器的多个平行的接收天线(104和105)也是有益的。基于接收信号的平移变换，平行放置的接收器的测量结果可以以非常简单的方式结合。

发射和接收天线的空间布置可以变化。然而，这样接收所有接收器的接收信号比较方便，即平均来讲在所有旋转角度上具有相等强度，并且这可以通过例如中心布置的发射天线和与其径向间隔设置的接收天线来实现。类似地，所有接收天线可以与多个发射天线紧密地包装在一起，以形成围绕接收天线的圆。其他实施方式包括具有系统上不同强度的接收信号也是可行的，因为在信号计算的过程中，系统误差可以被补偿。

变换器(103)不需要完全偏振无线电波。重要的是，足够用于测量的一部分无线电波被偏振。在偏振过程中，未被偏振或未修改的无线电波必须被消除/在计算中被考虑。

变换器(103)与发射/接收天线(104、105)之间的距离可以改变，只要能够确保大部分接收信号能够与变换器(103)的回波相关，这意味着对于增加的距离以及发射器发射的只有适度聚焦的无线电波，变换器(103)将会被设计得更大。优选地，选择足够大的距离，以确保在天线的近场没有来自旋转编码器的干扰。

信号计算器的配置，或其对于常用输出形式的变换并不是本发明的主题，因为与结果相关的振幅在本质上与磁场解析器的信号并没有区别，并且在消除载波频率之后，与来自光学和磁性传感器系统的信号类似。接着，标准组件，例如所谓的插值器可以被用来将所测量的原始数据转换为不同格式的角度尺寸。关于接收信号的物理现象，可以参考马吕斯定律，这也是根据DE102005031966B4的光学偏振传感器的基础。马吕斯定律需要用于机械180°旋转的电子360°周期。

考虑到可能的微型化，使用最高的频率是方便的，但是并不是强制的。因为对于诸如分度器的雷达系统的应用，动态范围不需要非常大(与距离雷达不同)，一方面，这就可以在非常低的透射输出的情况下工作，另一方面，可以使用没那么理想的天线(例如，电子地显著缩短的天线或者在高损耗基板上的天线)，这使得一方面能够被用于紧凑结构(例如，与传统的光学编码器相比)的频率范围能够向下方扩展，另一方面，低成本材料，例如FR4可以被使用。这在制造技术的选择以及组件的选择上提供了更大的自由，并且在某些介质(例如在泵)中用于测量的适当频率的选择也具有一定程度的自由。照此，取决于要度过的距离，可能不希望在最大吸收的介质中工作，但是可以适当地利用有效吸收来抑制干扰多次反射。

如果变换器(103)具有空间上周期结构，测量主要只对于变换器的旋转敏感，但是并不对横向位置位移敏感。这对用作分度器是很大的优点。然而，变换器(103)的横向变化设计还允许测量相对于发射器-接收器的横向位移，对此，雷达系统通常是不敏感的，因为回波的运行时间和振幅在该测量中不需要改变。

在这一情况中，变换器(500)的各向异性在宏观尺寸上有所变化，例如，每厘米一个周期。尽管在宏观较大范围内操纵分子取向相对困难，但这通过机械地处理用于无线电波的组件的方式相对更加容易实现。照此，偏振角可以在一个维度上宏观地改变，该维度用于过滤器相对于发射器的位移，同样导致所测量的偏振角的改变。如果这一偏振过滤器结构适于附在旋转物体(503)的外周上，那么这将特别方便，因为这样就可以测量与旋转角度无关，而取决于轴线方向上的位置的信号。

通过使用天线开关，不同的天线可以通过单个的接收器来测量。这种情况的不利之处在于，在测量过程中的时差，这在例如振动的示例中会导致测量误差。

换言之，在测量的时间间隙相对于振动中的信号变化或相对于待测量的运动不足够小时，随时间连续的测量不同接收器的信号抵消了相对测量的优势。因此，同时测量所有接收信号是有利的。类似地，在某些情况中，在特别大距离的变换器(103)中，发射器和接收器可以共用天线，这可能需要天线开关。在这种情况中，发射器的延迟时间是限制变量，可能是接收器最重要的。同样，根据本发明，这样的配置也是可行并且有意义的。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，来自发射器的无线电波为线性偏振的。

图2a示意性地示出了线偏振辐射(202)的发生器(200)和作为天线的偶极子(201)的组合。在这一配置中，有利的是，采用用于两个偏振方向的接收器，其相对于发射天线的取向旋转±45°，或者采用四个接收器，其相对于发射天线(210)旋转±22.5°和±45°(211-214)。对于足够大的表面，位于不同位置的多个发射器可以发射不同偏振的无线电波，这些无线电波由不同接收器接收，或者在相同位置按时间顺序发射不同偏振的无线电波，并由相同的接收器接收。N个不同取向的发射信号具有不同的排列，优选地，为180°/N。这一附加的设置有助于得到明显更好的测量结果，因为对于在发射天线和变换器之间的正交排列，回波可以变得非常小，并且所测量的信号的质量取决于角度。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，来自发射器的无线电波随时间平均为无偏振或圆偏振的。在射频范围内产生非偏振的辐射相对于光频明显更加难于实现。原因在于，在射频范围内，天线与所发射的无线电波的波长具有相似的量级，并且可能只有一个天线。相比较而言，LED的范围远大于光的波长，并且LED同时从具有不受控制的取向的晶体的不同区域发射光。为了产生非偏振的无线电波(即，随时间随机的线偏振)需要付出极大的努力。

一种较为简单的解决方案是产生圆偏振的无线电波(204、206)。图2b所示的螺旋天线(203)是一种可能的构形，但是不是特别紧凑。图2c示出了一种变型，其具有明显地更加平坦的形状，并且特别地，其可以被集成。在此，线偏振天线(201)装配有延迟元件(205)。其他形式的天线结构也是可行的。

因为具有随时间平均的圆偏振，所有线偏振方向都被发射器覆盖，反射自变换器的信号随时间变化在变换器的所有旋转角度具有相等的强度，这带来了更加稳健的测量。向椭圆偏振的一定偏差也可以接受，但是可能需要对测得的数值进行修正。同样地，特别是在发射圆偏振无线电波的情况中，各向异性变换器可以包括延迟板。在这一情况中，特别地，接收天线和发射天线也可以被配置用于探测圆无线电波。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，该装置由壳体部分或完全地屏蔽。

屏蔽壳(300、301)一方面用于安装该装置的组件，另一方面，用于屏蔽该装置于外部干扰以及抑制向外发射。

对于与其他组件不构成结构单元的变换器，屏蔽无线电波的封闭的壳体并不可行也非合适的。此外，对于非旋转部分，密封的壳体是可以实现的，其中这可以例如包括陶瓷，其对于所使用的无线电波是可透过的。这样的壳体提供对于灰尘、腐蚀和机械损伤的保护。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，该装置包含吸收材料。为了避免无线电波向外部的辐射并减小测量误差，传感器、天线之间的区域以及变换器的部件和壳体的部件附近可以设有吸收材料(302)。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，该装置包括吸收结构元件。

通过利用诸如蜂窝形状或孔隙形状，无线电波的吸收可以进一步增加，从而省去为结构元件(302)使用特殊吸收材料。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，各向异性变换器对发射器发射的不同偏振的无线电波有不同程度的透射，并且偏振敏感的接收器接收各向异性变换器允许透过的无线电波。在此，由平行栅格条、由固体材料压出的延长孔、印刷电路/电路板以及更多的各向异性结构构成的结构是可行的。除了诸如金属的导电材料之外，具有对于所使用的频率足够高的介电常数的电介质也值得考虑。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，各向异性变换器对发射器发射的不同偏振的无线电波的反射程度不同，并且偏振敏感的接收器接收反射自各向异性变换器的无线电波。除了上述透射结构之外，也反射部分无线电波的非透射的结构也可以实现。在此，合适的结构例如经压制的金属的图案、铸造或深拉的图案，这些图案的浮雕深度应该调节为与无线电波的波长相匹配。除了诸如金属的导电材料之外，具有对于所使用的频率足够高的介电常数的电介质也值得考虑。强度变化的接收信号可以通过偏振依赖的反射角或者偏振依赖的散射角来产生。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，各向异性变换器由单一材料构成。仅由一种材料构成的变换器的实现方式对于应用来说是有利的，其中变换器暴露于极端的应力，例如，高强度的热量和温度循环、腐蚀或强烈的振动。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的另一个实施方式，各向异性变换器由不同材料构成。

由不同材料构成的变换器对于改善某些特性是有利的。例如，印刷电路变换器比由固体材料制成的变换器要轻便且便宜。例如，金属和导电橡胶组合作为吸收材料，同样有助于减少讨厌的多次反射。形成三维栅格的各向异性结构的多层的实施方式，其同样能够被用于改善各向异性特性。使用诸如多层印刷电路是可行的。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，该装置被组装为一个结构单元。

在此，根据需要，图3中所示的壳体(300、301)可以设有轴承(未示出)和轴(304)，以使得变换器(303)总是位于封闭壳体的内部。可替代地，例如，壳体可以为了组装的目的而打开，并且右手边的部分(301)可以被附于其他器件上。这将在实施例中进行更详细的解释。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，各向异性变换器在结构上与装置的其他部分相分开。

如果根据本发明的装置被安装在另一个已经有壳体的装置上，图3所示的壳体(300)的左手边的部分可以被附于另一个器件的壳体(301)上。

这样的应用同样可行，即在(300)和(301)之间没有直接的机械连接，或者(301)部分根本就不存在。这将在实施例中更详细的解释。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，设有部件，其被配置为基于偏振敏感的接收器的信号给出关于所接收的无线电波的偏振的指示。

目的在于提供一种紧凑的传感器，其准备通过合适的方式获取的原始数据、确定所接收的无线电波的角度以及使得其以特定的应用方式可用、充分准备。这样，将所测量的角度转换为不同有限带宽的信号是有利的，因为这可以特别地免于干扰地被发射和计算。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，设有用于校准的部件。

机械的、结构的和电子的误差会像外部干扰影响一样的歪曲结果。校准和补偿这样的干扰，在理想的情形中，可能在出厂设置后，由该装置自动执行。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，无线电波的发射器和接收器是集成的。从大约50GHz向上的频率范围内，波长以及天线结构的变量变得太小，以至于其要么成为集成电路包的一部分，要么被直接地与微芯片集成。

除了节省成本和进一步减少尺寸，最有利之处在于，不同天线之间的相对角度具有非常高的精度，这对于测量精度有积极的影响。

此外，更高度的集成允许使用更高频率，因为阻碍接口(电缆、插口)不再是影响因素。在本文中，应强调的是，目前存在在THz范围内工作的可能性，因此为非常小尺寸的装置开辟了道路。发射器和接收器集成在同一芯片上进一步允许特别良好的匹配，因为开关参数和温度对于所有组件都经历相同的测量变化。此外，随着频率的减小，距离落入一点，在此离开天线的近场范围，该范围容易发生干涉效应。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，发射器和接收器被如此布置，使得其能够与用于激活执行器和用于比较具有设定值的所接收的无线电波的所测量的偏振的部件共同工作。

类似于伺服器应用，“集成”解决方案对于驱动器同样是合适的，这里驱动器、激活器以及传感器系统被结合在一起。假设能够采用硅技术将该装置单片集成，那么采用其他特定的开关元件将雷达传感器和THz传感器相结合的方式也行得通。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一个实施方式，发射器随时间连续发射无线电波。

如果接收器仅探知例如接收信号的偏振方向，那么从理论上讲，就足以简单地测量振幅，在此发射器和接收器随时间连续运行，并且接收器的整流信号被计算出来。如果能够有效地克服多次反射，那么这一解决方案将会特别奏效。在这种情况下，电路的复杂度以及耗电量最小化。当然，时常切断发射器和接收器的电源来减少耗电量同样也是可行的。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，发射器间隔地发射无线电波。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，接收器接收的无线电波在很短的时间间隔内被计算，该时间间隔与发射器的间隔相关。

如果很难克服多次反射(例如，当发生强机械振动时)，可以在间隔过程中进行测量，在该间隔中认为只有所需的有用的信号。在此，该间断用于衰减多次反射。当然，同样地，传感器也可以呈现间断来减少耗电量。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，由发射器发射的无线电波被调制。如果发射器随时间连续地发射，就可能形成驻波，这就可能导致随角度变换的测量误差。振动或其他机械变化是不稳定的。同样地，这类影响也随频率变化。例如，与频率有关的所发射的无线电波的调制以及在至少一个调制信号周期内随时间平均的计算值能够有助于减少这类影响。频率调制或其他调制可以采取多种形式，例如斜波频率扫描，诸如常用的采用调频连续波(FMCW)雷达来进行距离测量。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，接收器接收的无线电波随时间连续地被计算。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，无线电波接收器只计算振幅。

对于小型物体来说，采用简单的二极管检波器就足够作为接收器来满足测量精度。可以进行校准，例如在模数转换之后。此外，温度变量和偏置变量可以在有或没有发射信号的交替模式中测量。发射器非常缓慢地打开或关闭，从而给接收器时间来调整到相应的静态测量值，同时这种交替反应足够快，以确保各向异性变换器的排列在这一时间里几乎保持不变。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，无线电波接收器计算振幅信息和时间信息。除了测量偏振以及克服诸如由多次反射的方式产生的干扰信号之外，接收器还能够计算时间信息，例如计算关于无线电波的运行时间，例如，这与距离或者材料穿透的量有关。距离测量可以通过例如运行时间测量(飞行时间雷达)的方式、接收信号的频率调制(FMCW雷达)或测量多普勒频移。根据频率和几何尺寸，不同的方法需要付出不同程度的努力来实现。对于非常短的距离，TOF(飞行时间)测量更多地通过测量发射信号和接收信号之间的相位差来实现，而不是通过测量接收信号的绝对运行时间来完成。多普勒频移测量具有这样的问题，即对于静态的变换器，作为结果的信号无法被计算。因此，这种实现方式在此不适用。对于频率调制的发射信号(FMCW或频率跃变调制)，测量发射和接收信号之间的频率差更合适，因为通过所测量信号的快速傅立叶变换中的频率差，即使是多次回波也能明确地被辨别出来。缺点在于，这种实现方式的应用和计算需要相当多的开关工作。

如果预期的机械容差或振动小于所使用的无线电波的波长，通过有效的波长分数，利用半圆或四分之一圆片段(450)中结构的高度变化可能比较方便，来记录所接收的信号相较于发射信号的相位的相对相位，为了确保以此额外确定片段的位置，所测量的角度甚至在360°的区间中均是精确的。测量可以要么以轴线为中心进行，其中不同接收器优选地在不同象限测量无线电波变化，要么相对于旋转轴线位移进行，其中发射器(421)和接收器(422、423)接收主要经相同片段变化的无线电波。

360°精确测量的稳健性可以通过仅计算其非活跃或几乎非活跃的各向异性变换器来进一步改善，并且当运行中，相同的信息可以从测量结果的连续性推导而得(即，每个周期进行多于两次测量)。同样地，采用最新的连续性数据对额外信息的连续测量进行可靠的检验是有意义的，因为在运行中，可能的初始错误测量能够由此纠正。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，

-各向异性变换器具有结构上的不对称性，

-无线电波的接收器适用于测量结构上的不对称性，

-基于该装置的所有所测量的信号的结合，各向异性变换器的相关旋转角度能够在360°区间内被精确地测量。

如果各向异性变换器(303)例如相对于其旋转轴线(304)倾斜或者具有其他性质，例如变化的厚度，无线电波接收器除了获得偏振信息以外，还可以获得距离信息，这允许在360°区间内对旋转角度进行精确作业。对于很多应用来说，将精确测量范围从180°扩展到360°是非常重要的。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，

-各向异性变换器具有结构上的不对称性，

-至少还存在一个传感组件，其用于测量结构上的不对称性，

-基于装置的所有所测量的信号的结合，各向异性变换器的相对的旋转角度能够在360°区间内被精确地测量。

为了保持接收器复杂性较低，在某些情况下，从分开的测量中获取所需的用于360°区间的额外信息是有益的。从理论上讲，任何类型的传感器都能够用于此。类似地，结构上的不对称性可以通过不同的方式产生。优选地，采用非常稳健的测量过程，以避免损害根据本发明的装置的在其他方面卓越的稳健性。除了无线电波的偏振测量，电容和电磁感应法也是可以想到的，其可以以不同的方式被采用。

图4a示出了用于测量的变换器的示例性的实现方式的俯视图。在中心，可以看到各向异性部分(400)。该部分可以通过防护或吸收区域(401)而与其他结构元件分开。在外部，为了实现结构上的不对称性，例如在不同半径处，设有具有二进制代码的元件(402/403和404/405)的轨迹，其具有例如不同的高度，以与电磁感应或电容传感器(430)一起使用，或者可以具有(与采用根据本发明的其他装置测量相关的)变化的偏振效应。

为了从测量该信息获得特别稳健的结果，在位于彼此相对的位置上进行微差测量是有益的。采用两个轨迹代替一个轨迹确保在转换中得到特别稳健的结果。这些轨迹应当具有足够的宽度，以保持对调节和振动不敏感。图4a中所示的实施方式仅仅作为示例，在哪一点测量这类额外的信息并不重要。

在合适的位置提供机构，其用于将变换器机械地固定至轴或类似物(410)。或者，变换器可以是中空的，如图4c和图5b中所示例性的示出的。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，各向异性变换器以这样的方式形成，其使得当被接收器接收时，来自发射器的无线电波的多次反射均衰减。

在非常狭小的空间中使用无线电波意味着多次反射对测量结果有更强烈的影响。这会带来问题，特别是有关对振动的不敏感性的问题。由于辐射的聚束随着每次反射变得更弱，变换器的各向异性结构(400)的有效弧形结构可以用来加强多次反射的无线电波(427)朝向外部的偏转，在此多次反射的无线电波可以被吸收元件消除。图4b中示出了一种示例性的实现方式，图4a中示出了各向异性变换器的侧视图。

根据本发明的第二示例，通过一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置，实现了之前提到并概述的目的。该装置具有可配置的用于偏振的无线电波(603)的发射器-接收器(600)、用于偏振的无线电波的天线(601)、发射放大器(600)、接收放大器(600)、以及用于所发射的无线电波的各向异性变换器(602)，其中各向异性的变换器能够相对于发射器-接收器围绕旋转轴线旋转，或者能够相对于发射器-接收器位移，其中发射和接收放大器共用开关组件，其中发射器-接收器发射的无线电波能够被各向异性变换器(602)改变，并且经改变的无线电波能够被相同的天线(601)接收。

根据本发明的进一步示例，通过一种用于改变和测量无线电波的偏振的方法，特别是采用根据本发明的装置的方法，实现了之前提到并概述的目的。该装置具有可配置的用于偏振的无线电波的发射器-接收器(600)、用于偏振的无线电波的天线(601)、发射放大器(600)、接收放大器(600)、以及用于所发射的无线电波的各向异性变换器(602)，其中各向异性的变换器能够相对于发射器-接收器围绕旋转轴线旋转，或者能够相对于发射器-接收器位移，其中发射和接收放大器共用开关组件，其中发射器-接收器发射的无线电波能够被各向异性变换器(602)改变，并且经改变的无线电波能够被相同的天线(601)接收。

该装置和方法的实施方式为从属权利要求的主题，并且将在下文中描述。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的实施方式，该装置包括至少两个可配置的用于偏振的无线电波的发射器-接收器，每个发射器-接收器分别具有至少一个天线(601)，该天线用于不同偏振的无线电波，在其他方面，该装置具有与前述段落相同的特征。

根据本发明的第三示例，通过一种装置，实现了之前提到并概述的目的。该装置的特征在于，其部分表面形成各向异性变换器，使得入射于其上的无线电波被改变偏振，使得其旋转角度、转数或位移能够被根据本发明的装置的方式测量。

在这种情况中，变换器对待测器件还具有其他功能。在一些情况中，例如，在制造涡轮轴或凸轮轴的过程中，在轴的端部或外周上所需的各向异性结构能够在其制造过程中产生，使得除了节省成本外，还不需要任何后续的组装和调节。在这种情况中的组件的主要功能是机械功能。由于合适的构型或结构，待测量的器件的机械组件增加了另一个功能，即变换器。

该装置的实施方式为从属权利要求的主题，并且将在下文中描述。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一种有利的用途在于，测量旋转的机械角度或旋转速度。

对于一种特别紧凑的实施方式，各向异性变换器(303)被安装在轴的端部。因此，根据本发明的装置能够测量该轴的绝对角度、当前旋转速度(如适用)以及其旋转方向。

根据本发明的用于改变和测量无线电波的偏振的装置的一种有利的用途在于，测量位移。如果各向异性变换器具有横向变化的偏振，该装置可以用来测量变换器相对于该装置的其他组件的位移。在此，相同距离的位移值得特别关注。常规的雷达对这类位移不敏感，原因有两个：目标(各向异性变换器)并没有合适的结构，以及雷达并不是为偏振的精确分析而设计的。

根据前述权利要求中的一项的装置的另一个有利的用途在于，采用多个横向分布的装置在共用的变换器的不同位置测量旋转角度、旋转速度或位移。

这样，由于偏振测量中的平移不变性，能够确保极低的失败率，因为借助介质过滤器能够测量校准角度，即使各向异性变换器(400)被部分地损坏或者有些部分被覆盖，或者单个传感器单元(430)或(470)出现故障。这样，传感器单元(430或470)由根据本发明的装置的余下的组件构成，除了各向异性旋转编码器，即发射器、接收器、天线以及外壳(如果需要)。

根据前述权利要求中的一项的装置的另一个有利的用途在于，测量旋转角度、旋转速度或沿着结构的外周的位移，其中结构的外周包括根据本发明的至少一项权利要求的各向异性变换器的特征。

上述特性可以彼此任意结合。此外，上述所有实施方式均应理解为示例。依照本发明的意思和范围，偏离的实现方式也是可能的。

本申请的详细描述可以在示例描述中找到。

附图说明

下面将参考附图，通过示例性实施方式的形式来详细描述本发明，其中

图1a示出了根据本发明的一实施方式，其示出了在透射实施方式中，用于无线电波的发射器和接收器以及各向异性的变换器。

图1b示出了根据本发明的一实施方式，其示出了在反射实施方式中，用于无线电波的发射器和接收器以及各向异性的变换器。

图1c示出了根据本发明的线性偏振的发射和接收天线的示例性方向。

图2a示出了具有用于线性偏振无线电波的天线的发射器。

图2b示出了具有用于圆偏振无线电波的天线(螺旋)的发射器。

图2c示出了具有用于圆偏振无线电波的天线(具有下游延迟元件的线偏振天线)的发射器。

图2d示出了线偏振天线的示例性的方向，其用于平均为非偏振的所发射的无线电波。

图3示出了根据本发明的示例性装置，其具有外壳和阻尼材料。

图4a示出了各向异性的变换器的示例性实施方式的俯视图，其具有结构上的不对称性，以在360°区间内进行精确的角度测量。结构上的不对称性在类型1中是由于半圆片段(402-405)，在类型2中是由于厚度变化的变换器片段，由(450)表示。

图4b示出了各向异性变换器的示例性实施方式，其具有用于减少多次反射的合适的形状。侧视图中，结构上的不对称性类型1(402-405)以及额外的传感器(430)、过滤器(401)，(450)呈弧形以减少多次反射。

图4c示出了根据本发明的装置的用途的示例性实施方式的俯视图，在共用的变换器的多个位置。

图5a示出了各向异性变换器的示例性实施方式，其用于测量轴位移或用于测量杆的外周上的旋转角度或位移(设计)。

图5b示出了根据本发明的装置的应用的示例性实施方式，其用于测量结构的外周上的旋转角度。

图5c示出了各向异性变换器在正交方向上的双/双侧结构，用于测量双轴位移或用于同时测量在杆的外周上的轴位移和旋转角度(设计)。

图6a示出了偏振敏感的发射器-接收器的示例性实施方式，其具有两个可替代的计算处理器：a)超再生脉冲运算(没有(630、631))以及b)振幅调节运算(有(630、631))。

图6b示出了图6a所示的实施方式的控制和测量信号的示例性的时间演进，左边对应天线和变换器相平行的情况，右边对应天线和变换器相正交的情况。

具体实施方式

本发明的目的之一在于，提供一种测量角度的方法，其对调节和振动不敏感。本发明允许采用稳健的材料工作，例如不锈钢和陶瓷，其对温度和灰尘不敏感，并且在静止和旋转的物体上都能够实现精确的测量。测量过程能够快速完成，没有很大的延迟，因此能够被用在快速移动的物体的控制电路中。本发明的另一个目的在于，测量位移。

实施例1：测量凸轮轴上的旋转角度

多年来，虽然已知曲轴的实际旋转角度能够允许当前准确定位的汽缸直接点火，但是汽车的内燃机一直由起动机启动。这是由于这样的事实，即目前市场上没有足够精确且稳健的角度传感器，能够在凸轮轴的运行条件下长期耐用。

直到最近，递增式磁性齿轮齿传感器使其变成机动车辆的系列产品。然而，其缺陷在于，其只能递增地运行，即一旦其开始运行，就不知道绝对角度位置。因此，在首次起动后，需要起动机来在第一循环中寻找索引标记。只要传感器保留运行，内燃机就可以在交通灯处停下，并且快速地再次起动而无需起动机的协助。

当然，这是显著的进步，因为其有助于降低汽油的消耗。然而，该方案似乎有些粗糙，因为凸轮轴上的角度传感器的不足，仍需要笨重且昂贵的起动机。

根据本发明的传感器可以，例如，配备有类似于图4a和图4b所示的变换器，其可以由固体金属块构成，并因此对温度和灰尘不敏感。其他传感器组件可以被覆盖在密封的壳体(例如，陶瓷)中，并且通过壳体(类似于图3)机械地与发动机组分开，特别地温度应力较小。因为角度测量是通过无线电波的偏振来完成的，所以振动、热膨胀、灰尘等因素是可以容忍的。传感器能够以电学稳健的方式将具有高精度和高分辨率的所探知的信号输送至发动机电子线路，在此产生点火信号。

实施例2：测量大型工程机械上的组件的状况

类似于实施例1中的问题，对于大型机械中液压或气动元件的控制同样存在困难。在缺少稳健的旋转编码器的情况下，目前用于测量液压活塞的偏向的a.o.稳健的里程表执行了高强度的工作。同样地，在此，测量精度受损，一方面是由于沿着充满油的汽缸的雷达波的多路径散射，另一方面是由于在油中的严重衰减。通过偏振的方式测量接合角度也是一种更加稳健的解决方案，其中外壳例如由不锈钢构成，内壳壁由陶瓷构成，能够保护传感器防止任何环境的影响。

除了液压操作的铰接接合件，起重机和挖掘机的转塔结构是另一个应用领域。在此，在基座的顶部，同时，在可旋转的上部构造的不同地方，可以例如装备相对大面积的变换器，根据本发明的装置测量上部结构的旋转角度(或者，反之亦然)。本实施方式对应于图4c，同时作为实施例，在此，一方面，发射器和接收器之间没有结构单元，另一方面，与变换器之间没有结构单元，因此没有封闭的壳体。

实施例3：监测泵和流速的测量

对于合适的频率，无线电波易于穿透液体。对于采用根据本发明的装置进行偏振测量来说，液体或周围的管子是否透明，又或者液体是否有较大的颗粒悬浮在其中，这并不重要。可旋转地安装的风扇叶轮或泵轴可以装备有根据本发明的变换器，其中这里同样地，变体优选地由诸如不锈钢的单片材料块构成，以避免老化和腐蚀。装置的其他部分可以在液体之外，并可以通过塑料管来传播无线电波。可替换地，如果管子对无线电波并非透明的，可以设置陶瓷窗。

实施例4：在实心轴上进行测量并且转换测量

例如，在动力工程领域，存在这样的问题，即必须在完全实心的轴的外周处测量旋转角度，其外周可能超过一米。在这种情况中，光学方法迄今无计可施，并且磁性传感器的使用需要付出相当大的努力，即使如此通常也只能提供增量信息。在非常大的结构上安装变换器的一个问题在于热膨胀，对于不同的材料热膨胀的强度会变化，或者热膨胀可能导致变换器的结构与轴(503)相分离。

根据本发明的装置的有利之处在于，变换器(500、502、504、505)可以由不同的材料制造，这可以包括与制造轴(503)的材料相同的材料。由于当围绕该轴旋转时，转动或拉伸可能需要描述的各向异性的结构，例如正弦曲线形状，放置在轴的周围并固定于其上的金属薄片(500)可以被用于测量侧视图中在该轴上的传感单元(501)的旋转角度。在这样的情况中，轴的旋转被转变为变换器上的各向异性结构的方向的局部变化，这对于足够大的轴的直径来说容易实施。

本实施方式的另一个有利之处在于，各向异性结构的周期没有必要是每个循环一个周期。为了提高分辨率和精度，相邻轨迹采用每个循环具有不同数量的周期也是可行的(504)。

当采用正交取向的各向异性变换器(505)时，还可以测量轴(503)沿着轴线的线位移，不必考虑其旋转角度。参考图5a中的变换器(500)的设计就会很好理解。在该设计中，沿一个空间方向的相对于传感器单元(501)的位移并没有起作用，同时正交于该空间方向的位移会导致所测量的偏振方向的改变。

通过结合不同取向的多个各向异性变换器(500、502、504、505)，并且通过采用多个装置来发射和接收无线电波(501)，例如，瞬态的旋转角度和轴(503)的轴向位移能够在变速箱中被测量。

如果各向异性变换器(510)两侧均以正交的方式构型，要么位移可以从两侧沿不同空间方向被测量，要么两侧的不同延迟的回波在各向异性变换器(510)的一个侧面被测量，以得到所测量的信号的随时间的分辨率。如果结合被包装的轴(503)，这也允许测量二维位移或测量轴的旋转和位移。

实施例4：组合的发射器-接收器的示例性实施方式

上述测量问题，一方面，只需要非常低的传输输出，同时，另一方面，所需的接收信号的动态范围相当小，因为装置的组件之间的距离仅有微小的改变。这可以用于简化开关组件。在高频范围，LC振荡器可以结合线偏振的偶极天线，因为为了实现感应性，仅需要较短的线片段。为了使振荡器震荡，需要比其消耗/发出的能量更多的能量。这可以通过足够强的偏置信号/足够高的放大系数来实现。在图6a中，由振荡器(600)发出的线圈/天线(601)的信号被各向异性的变换器(602)不同程度地反射，这一方面导致了振荡器信号的振幅改变，另一方面随着偏置电流的减小/组件(600)替换为放大器，导致不规则的信号延迟。

在转换至接收模式一段时间后，采用第一开关变体，在(605)中放大后，延迟的振幅(613)能够在(609)被测量并处理，例如采用跟踪-保持器(606)、模拟-数字转换器(607)和计算单元(608)，这受控于来自控制单元(604)的控制信号(620)至(624)，并且产生最终结果(612)。在这一实例中，一方面，必须保证临界时刻，另一方面，所测量的信号随时间近似为呈指数地非线性。

采用替代的开关变体，振荡器(600)长期的运行，并且经(605)放大的信号(609)在比较器电路(630)中与预先设定的振幅阈值相比较。结果被转发至控制单元(604)，以检查振荡器(600)的增益或偏置。随后，结果以控制变量(621)的形式间接可用，由于振荡器的质量取决于各向异性变换器(602)的旋转角度，而所需的振荡器(600)的输出取决于变换器的质量。这种依赖关系近似呈平方关系，因此使得信号处理更加容易。此外，在这一实例中，不需要对不同信号进行临界时刻的控制，控制能够在低带宽下起作用。在理论上，测量结果的输出能够随时间连续发生。

相应的用于确定角度的测量可以通过比较不同取向的发射器-接收器之间的控制变量来实现。

参考标识简要说明

100-发生器/振荡器，

101-用于无线电波的发射天线，

102-所发射的无线电波，可能具有变化偏振的特性，

103-各向异性的变换器，

104、105-接收天线，其用于不同偏振的无线电波(例如，s偏振和p偏振)，

106-接收器和信号处理电路，

107、108-所接收的无线电波的不同偏振的部分，

109-天线之间的角度，例如45°，

200-发生器/振荡器，

201-主要线偏振的天线，例如，偶极天线，

202-线偏振的无线电波，

203-螺旋天线或其他结构，其适用于产生圆偏振波，

204-圆偏振的无线电波，

205-延迟片晶，其产生相位差，这对于不同偏振方向是不同的，

206-圆偏振或椭圆偏振的无线电波，

300、301-壳体部件，

302-无线电波吸收材料或结构组件，

303-各向异性的变换器(图4的示例性实施例)，

304-轴或其他组件，其与303机械地连接，

305-设有发射器和接收器以及其他可能组件的模块，

306-发射天线，

307、308-接收天线，

309-装配组件，例如，螺丝，

310-所发射的无线电波，

311、312-所接收无线电波，其具有不同的偏振，

400-各向异性变换器的各向异性区域，

401-无线电波吸收材料或结构组件，

402-405-不对称的组件，其用于将测量范围扩展至360°，

410-装配装置，例如，螺纹孔，

420-根据本发明的用于无线电波的发射和接收单元的实施方式(发射器、接收器、天线、计算元件)，

421-发射天线，

422、423-接收天线，

424-所发射的无线电波，

425、426-所接收的无线电波，其具有变化的偏振，

427-多次反射的无线电波，

430-额外的传感器元件，其用于将测量范围扩展至360°，

450-示意性表示的圆片段，其具有不同厚度/高度的外形的以将测量范围扩展至360°，

451-用于无线电波的偏振的示例性元件：狭长金属网，其具有优选的高度(在400至450之间)为无线电波的四分之一波长的倍数，

452-基体，可选为可透射的、吸收或反射的。外形的示例性的透镜形的形式用于减少所接收的多次反射，

460-基体，其具有用于机械固定的装置，452的部分或分开设置，与452的材料相同或不同，

470-空间分布的用于无线电波的发射/接收单元，

471、472-额外的传感单元，用于将测量范围扩展至360°，

473-各向异性变换器中的可选的凹口，例如用于配合轴，

500、505-各向异性变换器(板或所示设计)，其具有模拟位置依赖的各向异性。空间取向、周期长度和其他特征可能会变化，

501-根据本发明的用于无线电波的发射和接收单元的实施方式(发射器、接收器、天线、计算元件)，

502-各向异性变换器(板或所示设计)，其具有数字位置依赖的各向异性，

503-轴或其他工件，其具有与旋转和/或位移相关的自由度，

504-各向异性变换器(板或所示设计)，其具有空间上较高频率的各向异性(高于500、505)，

510-各向异性变换器(板或所示设计)，其在至少两个不同平面上具有位置依赖各向异性，优选地，这两个平面空间上至少分开无线电波的波长的四分之一，

511、512-各向异性变换器的不同平面的各向异性结构组件，

513-用于无线电波的发射器，

514-用于所发射的无线电波的天线，

515、516-用于不同偏振的无线电波的天线，

517-放大器和计算元件，

518、519-所发射的或背散射的无线电波的不同偏振的部件，

520-旋转轴线的标示，

521-沿着轴线的位移的标示，

522-在两个平面上的位移的标示，两个平面与接收器517的距离相等，

523-通过改变与接收器517之间的距离的位移的标示(经典雷达距离测量)，

530-所发射的无线电波，

600-可配置的发射/接收电路，例如，超级再生式接收器，

601-结合的发射和接收天线，

602-各向异性变换器，

603-所发射/所接收的无线电波，

604-控制单元，

605-放大器，

606-跟踪-保持器、过滤器，

607-模拟-数字转换器，

608-计算单元，

609-再放大信号，

610-经滤波和/或缓冲的信号，

611-数字化的信号，

612-输出信号(例如，角度)，

613-在可配置的发射/接收电路上的观测信号，

620、621-控制信号(剩余振动抑制脉冲、放大控制信号)，

622、624-控制信号(激发T&H、激发ADC、激发计算单元)，

625-具有强回波的测量曲线，

626-具有弱回波的测量曲线，

630-比较器电路，

631-反馈信号，

650-测量开始时间，

651-取样609上所测量的信号的时间，

652-提供测量结果612的时间。

Claims (17)

1.一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置，其具有

-至少一个无线电波(102)的发射器(100、101)，

-至少两个无线电波的接收器(104、105、106)，

-变换器(103)，其对于来自所述发射器的所述无线电波是各向异性的，

-其中所述各向异性的变换器(103)能够围绕旋转轴线相对于所述接收器(104、105)旋转，或者能够相对于所述接收器(104、105)位移，

-其中所述接收器(104、105、106)是偏振敏感的，

-其中来自所述发射器(100、101)的所述无线电波(102)能够被所述各向异性的变换器(103)改变，并且经改变的无线电波能够被所述偏振敏感的接收器(104、105、106)接收。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射器(100、101)被配置为使得来自所述发射器(100、101)的所述无线电波(102)为线性偏振的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射器(100、101)被配置为使得来自所述发射器(100、101)的所述无线电波(102)随时间平均为无偏振或圆偏振的。

4.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述各向异性的变换器(103)对所述发射器(100、101)发射的不同偏振的所述无线电波(103)的透射程度不同，并且偏振敏感的接收器(104、105、106)被配置为使得其能够接收从所述各向异性变换器(103)透过的所述无线电波。

5.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述各向异性变换器(103)被配置为使得其对所述发射器(100、101)发射的不同偏振的所述无线电波(102)的反射程度不同，并且所述偏振敏感的接收器(104、105、106)被配置为使得其能够接收反射自所述各向异性变换器(103)的无线电波。

6.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述各向异性变换器(103)在结构上与所述装置的其他部分相分开。

7.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，设有部件，其被配置为基于所述偏振敏感的接收器(104、105、106)的信号给出关于所接收的无线电波的偏振的指示。

8.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，无线电波的发射器(100、101)和接收器(104、105、106)是集成的。

9.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，发射器(100、101)和接收器(104、105、106)连同用于激活执行器和用于比较所接收的无线电波的偏振的部件，被布置为与设定值相互作用。

10.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，

-所述各向异性变换器(103)具有结构上的不对称性，

-所述无线电波的接收器(104、105、106)适用于测量所述结构上的不对称性，

-其中所述结构上的不对称性被配置为使得基于所述装置的所有所测量的信号的结合，所述各向异性变换器(103)的旋转角度能够在360°区间内被精确地测量。

11.根据权利要求1至9中的任意一项所述的装置，其特征在于，

-所述各向异性变换器(103)具有结构上的不对称性，

-至少还有一个传感器组件，其用于测量所述结构上的不对称性，

-其中所述结构上的不对称性被配置为使得基于所述装置的所有所测量的信号的结合，所述各向异性变换器(103)的旋转角度能够在360°区间内被精确地测量。

12.根据前述任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述各向异性变换器(103)以这样的方式形成，其使得所述接收器(104、105、106)上的多次反射被衰减。

13.一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置，该装置具有能够配置的用于偏振的无线电波的发射器-接收器，

-具有天线(601)，其用于偏振的无线电波，

-具有发射放大器(600)，

-具有接收放大器(600)，

-具有变换器(602)，其对于所发射的无线电波是各向异性的，

-其中所述各向异性的变换器(602)能够相对于所述发射器-接收器(600)围绕旋转轴线旋转，或者能够相对于所述发射器-接收器位移，

-其中发射放大器和接收放大器(600)具有共用的开关组件，

-其中发射器-接收器(600)发射的所述无线电波能够被所述各向异性变换器(602)改变，并且经改变的无线电波能够被相同的天线(601)接收。

14.一种装置，其特征在于，其部分表面形成各向异性变换器(103)，使得入射的无线电波(102)被改变偏振，从而采用另一个根据前述任意一项权利要求的装置，使得所述变换器(103)的旋转角度、转数或位移能够被测量。

15.根据权利要求1至14中的任意一项权利要求所述的装置的用途，用于测量所述变换器(103)的旋转角度、旋转速度或位移。

16.根据权利要求1至14中的任意一项权利要求所述的装置的用途，采用多个横向分布的根据权利要求1至14中的任意一项所述的装置在共用的变换器(103)上的不同位置进行测量，以测量所述变换器(103)的旋转角度、旋转速度或位移。

17.根据权利要求1至14中的任意一项权利要求所述的装置的用途，其用于测量结构的外周上的旋转角度、旋转速度或位移，其中所述结构的外周具有根据权利要求1至14中的任意一项所述的各向异性的变换器(103)的特征。