DE102017126069A1

DE102017126069A1 - Element zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Hohlleiter

Info

Publication number: DE102017126069A1
Application number: DE102017126069.2A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Ludwig; Michael Wollitzer; Thomas Reum
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019091845A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Hohlleiter geführtes Element zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle. Das Element ist in einem ersten Bereich aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt. Das Element ist derart eingerichtet, dass es, wenn es mit mindestens einem in einer ersten Querrichtung und/oder in einer zweiten Querrichtung jeweils außerhalb des ersten Bereiches befindlichen weiteren dielektrischen Material zusammenwirkt, in der ersten Querrichtung eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung erzielt. Die erste Querrichtung ist orthogonal zu einer Längsachsrichtung des Elements und die zweite Querrichtung ist orthogonal zur Längsachsrichtung und zur ersten Querrichtung des Elements orientiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle in einem Hohlleiter.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Für die Übertragung einer elektromagnetischen Welle in einem Wellenleiter, bevorzugt in einem dielektrischen Wellenleiter, besitzt eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle, bevorzugt eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle, gegenüber einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle technische Vorteile.
Insbesondere eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle wird vorzugsweise aus zwei linear polarisierten Wellen erzeugt, deren Polarisationsebenen jeweils orthogonal zueinander orientiert sind und die eine Phasendifferenz von 90° zueinander aufweisen.
Eine einzige linear polarisierte elektromagnetische Welle wird, wie beispielsweise aus der US 9,728,833 B2 hervorgeht, aus einem zugehörigen Signal erzeugt, das einer Antenne über eine Signalleitung zugeführt und in der Antenne als zugehörige elektromagnetische Welle abgestrahlt wird.
Die Erzeugung einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle, bevorzugt einer zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle, teilt sich in folgende technische Schritte auf:
In einem ersten Schritt wird üblicherweise mindestens eine linear polarisierte elektromagnetische Welle jeweils in zwei zueinander orthogonale Polarisationsanteile aufgeteilt. In einem zweiten Schritt werden aus jedem Paar von phasensynchronen und linear polarisierten elektromagnetischen Wellenanteilen jeweils zwei um 90° zueinander phasenverschobene linear polarisierte elektromagnetische Wellen erzeugt.
Während für eine elektromagnetische Welle im optischen Bereich im zweiten Schritt ein Kristall mit einer richtungsabhängigen Permittivität verwendet wird, existiert für eine elektromagnetische Welle im Mikrowellen-, Millimeterwellen- oder Terahertz-Bereich keine brauchbare technische Lösung.
Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung anzugeben, mit der mindestens eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle aus mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein in einem Hohlleiter geführtes Element zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein in einem Hohlleiter geführtes Element zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle,

- wobei das Element in einem ersten Bereich aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist,
- wobei das Element derart eingerichtet ist, dass es, wenn es mit mindestens einem in einer ersten Querrichtung und/oder in einer zweiten Querrichtung jeweils außerhalb des ersten Bereiches befindlichen weiteren dielektrischen Material zusammenwirkt, in der ersten Querrichtung eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung erzielt,
- wobei die erste Querrichtung orthogonal zu einer Längsachsrichtung des Elements und
- die zweite Querrichtung orthogonal zur Längsachsrichtung und zur ersten Querrichtung des Elements orientiert ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, ein dielektrisches Element mit einer unterschiedlichen effektiven Permittivität in zwei zueinander orthogonalen Richtungen zu schaffen, die beide jeweils orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der mindestens einen linear polarisierten elektromagnetischen Welle in dem dielektrischen Element orientiert sind. Mit der unterschiedlichen effektiven Permittivität in diesen beiden zueinander orthogonalen Richtungen ist jeweils eine unterschiedliche Phasengeschwindigkeit der in diesen beiden zueinander orthogonalen Richtungen jeweils liegenden Wellenkomponenten einer einzigen linear polarisierten elektromagnetischen Welle bzw. der in diesen beiden zueinander orthogonalen Richtungen jeweils liegenden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen verbunden.
Somit kann eine Wellenkomponente bzw. eine elektromagnetische Welle, die jeweils in einer Richtung des dielektrischen Elements mit einer vergleichsweise größeren effektiven Permittivität liegt, gegenüber einer Wellenkomponente bzw. einer elektromagnetischen Welle, die jeweils in einer orthogonalen Richtung des dielektrischen Elements mit einer vergleichsweise kleineren effektiven Permittivität liegt, entlang der Längserstreckung des dielektrischen Elements verzögert werden. Durch die Verzögerung der einen Wellenkomponente bzw. der einen elektromagnetischen Welle weisen beide Wellenkomponenten bzw. beide elektromagnetischen Wellen bei phasensynchroner Einspeisung am Ende der Längserstreckung des Elements eine Phasendifferenz, bevorzugt eine Phasendifferenz in Höhe von 90°, zueinander auf.
Geht man von einem bevorzugt zylindrischen Hohlleiter aus, so weist ein im Hohlleiter geführtes Element in einer zur Längsachsrichtung orthogonalen ersten Querrichtung eine effektive Permittivität auf, die gegenüber der effektiven Permittivität in einer zweiten Querrichtung, die zur Längsachsrichtung und zur ersten Querrichtung jeweils orthogonal ist, verkleinert ist.
Das Element ist erfindungsgemäß in einem ersten Bereich aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt und wirkt mit mindestens einem weiteren dielektrischen Material zusammen, das sich in der ersten Querrichtung und/oder in der zweiten Querrichtung außerhalb des ersten Bereiches befindet. Dieses Zusammenwirken erfolgt dabei so, dass die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung vorteilhaft verkleinert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine weitere dielektrische Material Luft, das bekanntlich eine relative Permittivität von geringfügig größer als eins aufweist. Diese Luft befindet sich in einem Bereich, der in der ersten Querrichtung außerhalb des ersten Bereiches des erfindungsgemäßen Elements liegt. Dieser mit Luft ausgefüllte Bereich liegt somit zwischen dem Hohlleiter und dem ersten Bereich des erfindungsgemäßen Elements. Die effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung ist somit gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials im ersten Bereich verkleinert. Folglich ist die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung eines erfindungsgemäßen Elements, das in der zweiten Querrichtung nur den ersten Bereich aufweist, gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung verkleinert.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine weitere dielektrische Material dasjenige dielektrische Material, aus dem eine Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung hergestellt ist. Ist die relative Permittivität des für die Verbreiterung verwendeten weiteren dielektrischen Materials kleiner als die relative Permittivität des ersten dielektrischen Materials im ersten Bereich und gleichzeitig die Erstreckung des erfindungsgemäßen Elements in der zweiten Querrichtung auf den ersten Bereich beschränkt, so ist die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung gegenüber der zweiten Querrichtung vorteilhaft verkleinert.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung aus mehreren Schichten zusammensetzt. Die einzelnen Schichten sind jeweils aus einem weiteren dielektrischen Material hergestellt, von denen mindestens Schicht jeweils eine kleinere relative Permittivität gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials aufweist. Bevorzugt sind die einzelnen Schichten jeweils aus einem unterschiedlichen dielektrischen Material hergestellt. Auch in der dritten Ausführungsform ist die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung eines erfindungsgemäßen Elements, das in der zweiten Querrichtung nur den ersten Bereich aufweist, gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung verkleinert.
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist in einer Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements in einer ersten Querrichtung mindestens eine in Längsachsrichtung verlaufende Ausnehmung vorgesehen, die mit einem weiteren dielektrischen Material gefüllt ist. Dieses weitere dielektrische Material weist eine relative Permittivität auf, die gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials verkleinert ist. Die Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung ist bevorzugt wie der erste Bereich aus dem ersten dielektrischen Material hergestellt. Daneben kann die Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements auch aus einem weiteren dielektrischen Material sein, das zum weiteren dielektrischen Material in der mindestens einen Ausnehmung unterschiedlich ist und gegenüber dem ersten dielektrischen Material ebenfalls verkleinert ist. Somit ergibt sich in beiden Fällen eine verkleinerte effektive Permittivität in der ersten Querrichtung des erfindungsgemäßen Elements, das in der zweiten Querrichtung nur den ersten Bereich aufweist, gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung. Die einzelne Ausnehmung ist bevorzugt eine Rundlochbohrung. Daneben können die einzelnen Ausnehmungen auch schlitzförmig sein oder jedes beliebige Querschnittsprofil aufweisen. Von der Erfindung ist auch eine Anordnung mit abgedeckt, bei der innerhalb der in der ersten Querrichtung verlaufenden Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements wie auch in einer Randzone der Verbreiterung mehrere Ausnehmungen mit jeweils unterschiedlichen und beliebig komplizierten Querschnittsprofilen vorliegen.
In einer fünften Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Element eine Verbreiterung in der zweiten Querrichtung auf. Diese Verbreiterung in der zweiten Querrichtung ist aus einem weiteren dielektrischen Material hergestellt, das eine höhere relative Permittivität gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials aufweist. Für den Fall, dass das erfindungsgemäße Element in der ersten Querrichtung einzig den ersten Bereich aufweist, ist die effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements in der zweiten Querrichtung gegenüber der effektiven Permittivität in der ersten Querrichtung vergrößert.
Die Merkmale der dritten oder vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform können alternativ in der fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform realisiert sein und sind von der Erfindung mit abgedeckt. Beispielsweise kann die in der zweiten Querrichtung sich erstreckenden Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements aus einzelnen Schichten mit jeweils einer bevorzugt unterschiedlichen relativen Permittivität zusammengesetzt sein, von denen mindestens eine Schicht jeweils aus einem dielektrischen Material mit einer gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials vergrößerten relativen Permittivität hergestellt ist.
Von der Erfindung ist auch die Kombination der fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform aus der ersten bis vierten Ausführungsform mit abgedeckt. Erst recht ist in diesem Fall die effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung verkleinert.
In einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung zusätzlich gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung verkleinert. Hierzu wirkt das erste dielektrische Material mit mindestens einem weiteren dielektrischen Material zusammen, das sich sowohl in der positiven ersten Querrichtung als auch in der negativen ersten Querrichtung außerhalb des ersten Bereiches befindet.
Auf diese Weise lassen sich die Merkmale der ersten bis vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform jeweils auf einen in der negativen ersten Querrichtung außerhalb des ersten Bereiches befindlichen Bereich übertragen und sind von der Erfindung mit abgedeckt.
Die sechste Ausführungsform der Erfindung deckt auch den Fall ab, dass das erste dielektrische Material mit mindestens einem weiteren dielektrischen Material zusammenwirkt, das sich sowohl in der positiven zweiten Querrichtung als auch in der negativen zweiten Querrichtung außerhalb des ersten Bereiches befindet. Das Zusammenwirken ist auch in diesem Fall so eingerichtet, dass die effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements in der ersten Querrichtung gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung verkleinert ist.
Die Außenmantelfläche des erfindungsgemäßen Elements ist derart ausgerichtet, dass das erfindungsgemäße Element innerhalb von mindestens zwei Winkelsegmenten des Hohlleiters im Hohlleiter geführt ist.
Von der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Ein- und Ausspeisen von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle in das erfindungsgemäße Element mit abgedeckt.
Im Fall einer einzigen linear polarisierten elektromagnetischen Welle wird diese elektromagnetische Welle derart an einer ersten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements ein- oder ausgespeist, dass die Polarisationsebene dieser linear polarisierten elektromagnetischen Welle eine zur ersten Querrichtung und zur zweiten Querrichtung unterschiedliche Orientierung aufweist. Auf diese Weise wird eine einzige elliptisch oder zirkular polarisierte elektromagnetische Welle an einer zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements aus- bzw. eingespeist.
In einem ersten Unterfall von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen werden diese elektromagnetischen Wellen derart an einer ersten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements ein- oder ausgespeist, dass die Polarisationsebene der einen linear polarisierten elektromagnetischen Welle zur ersten Querrichtung und die Polarisationsebene der anderen linear polarisierten elektromagnetischen Welle zur zweiten Querrichtung orientiert sind. Auf diese Weise wird eine einzige elliptisch oder zirkular polarisierte elektromagnetische Welle an einer zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements aus- bzw. eingespeist.
In einem zweiten Unterfall von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen werden diese elektromagnetischen Wellen derart an einer ersten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements ein- oder ausgespeist, dass die Polarisationsebenen der beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen jeweils unterschiedlich zueinander und gleichzeitig jeweils unterschiedlich sowohl zur ersten Querrichtung als auch zur zweiten Querrichtung orientiert sind. Auf diese Weise werden zwei elliptisch polarisierte elektromagnetische Wellen oder zwei zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen an einer zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements aus- bzw. eingespeist.
Liegt eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle - ein Sonderfall einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle - vor, so wird eine einzige linear polarisierte elektromagnetische Welle derart ein- oder ausgespeist, dass ihre Polarisationsebene entweder zur ersten Querrichtung zzgl. 45° oder zur ersten Querrichtung abzüglich 45° orientiert ist.
Im ersten Unterfall von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen wird eine einzige zirkular polarisierte elektromagnetische Welle an der zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements aus- bzw. eingespeist, wenn die zugehörigen gekoppelten Signale jeweils eine gleich Amplitude aufweisen.
Außerdem kann eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle bei zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen mit derart orientierten Polarisationsebenen erzeugt werden, wenn die Amplituden der zugehörigen gekoppelten Signale jeweils zueinander unterschiedlich sind. Alternativ kann bei den genannten Orientierungen der beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle erzeugt werden, wenn die Phasenbeziehung zwischen den beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements jeweils unterschiedlich zu +/-90° ist.
Im zweiten Unterfall von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen werden zwei zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen an der zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements aus- bzw. eingespeist, wenn die Polarisationsebene der einen linear polarisierten elektromagnetischen Welle entweder zur ersten Querrichtung zzgl. 45° oder zur ersten Querrichtung abzüglich 45° orientiert ist. Konsequenterweise ist die Polarisationsebene der anderen linear polarisierten elektromagnetischen Welle zur zweiten Querrichtung zzgl. 45° bzw. zur zweiten Querrichtung abzüglich 45° orientiert ist. Zusätzlich sind auch im zweiten Unterfall die Amplituden der zugehörigen gekoppelten Signale gleich.
Außerdem können zwei elliptisch polarisierte elektromagnetische Wellen aus den beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen mit einer derart orientierten Polarisationsebene jeweils erzeugt werden, wenn die Phasenbeziehung der zugehörigen Wellenkomponenten der beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche des erfindungsgemäßen Elements jeweils unterschiedlich zu +/- 90° sind.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Elements,
2 eine dreidimensionale Darstellung eines in einem Hohlleiter geführten erfindungsgemäßen Elements,
3A eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3B eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3C eine Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3D eine Querschnittsdarstellung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3E eine Querschnittsdarstellung einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3F eine Querschnittsdarstellung einer Kombination der zweiten und fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3G eine Querschnittsdarstellung einer ersten Variante der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3H eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Variante der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements,
3I eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements mit quadratischem Profil,
3J eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements mit rechteckförmigem Profil,
4A eine Querschnittsdarstellung einer ersten Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
4B eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
4C eine Querschnittsdarstellung einer dritten Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
4D eine Querschnittsdarstellung einer vierten Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
4E eine Querschnittsdarstellung einer fünften Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
4F eine Querschnittsdarstellung einer fünften Variante einer Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle,
5A eine Ortsdarstellung der erfindungsgemäßen Phasenverschiebung zwischen zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen für eine erste Parametrierung des erfindungsgemäßen Elements und
5B eine Ortsdarstellung der erfindungsgemäßen Phasenverschiebung zwischen zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen für eine zweite Parametrierung des erfindungsgemäßen Elements.

Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bevor auf die einzelnen Ausführungsformen der Erfindung anhand der 3A bis 3H sowie 4A bis 4D im Detail eingegangen wird, wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Elements 1 zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle anhand der 1 und 2 vorgestellt:
Das erfindungsgemäße Element 1 ist, wie in 2 angedeutet ist, bevorzugt passgenau in einem Hohlleiter 2 eingefügt. Bei dem Hohlleiter 2 handelt es sich bevorzugt, wie ebenfalls in 2 dargestellt ist, um einen zylindrischen Hohlleiter mit einem runden Querschnitt. Das erfindungsgemäße Element 1 weist somit eine Längserstreckung in einer Längsachsrichtung 1 und eine laterale Erstreckung in einer zur Längsachsrichtung 1 orthogonalen Richtung auf. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Element 1 entweder ebenfalls vollzylindrisch oder teilzylindrisch ausgeformt. In der vollzylindrischen Ausformung ist das erfindungsgemäße Element 1 über seine gesamte Außenmantelfläche vom Hohlleiter 2 geführt. In der teilzylindrischen Ausformung ist das erfindungsgemäße Element 1 nur innerhalb von mindestens zwei Winkelsegmenten des hohlzylindrischen Hohlleiters 2 über einen zugehörigen Teilbereich seiner Außenmantelfläche vom Hohlleiter 2 geführt.
Die mindestens eine linear polarisierte elektromagnetische Welle, d.h. in einem ersten Fall eine einzige linear polarisierte elektromagnetische Welle oder in einem zweiten Fall zwei linear polarisierte elektromagnetische Wellen, werden an einer ersten Stirnfläche 3 des erfindungsgemäßen Elements 1 in den Innenraum des Hohlleiters 2 eingespeist oder aus dem Innenraum des Hohlleiters 2 ausgespeist. Konsequenterweise wird am anderen stirnseitigen Ende die zugehörige mindestens eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle bzw. die zugehörige mindestens eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle an der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 aus dem Innenraum des Hohlleiters 1 ausgespeist bzw. in den Innenraum des Hohlleiters 1 eingespeist.
Zur Beschreibung der einzelnen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind in 1 die erste Querrichtung q1 und die zweite Querrichtung q2 dargestellt, die orthogonal zueinander gerichtet sind.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 geht aus einer Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Elements gemäß 3A hervor, die eine zur Längsachse 1 des teilzylindrischen Elements laterale Schnittebene des erfindungsgemäßen Elements 1 abbildet. In 3A ist ein erster Bereich 5 des erfindungsgemäßen Elements 1 zu erkennen, der aus einem ersten dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r1 hergestellt ist. Das erfindungsgemäße Element 1 ist in der ersten Querrichtung q1 nicht vollzylindrisch ausgeformt, sondern um einen Bereich 6 reduziert und somit nur teilzylindrisch.
Dieser in 3A mit einer gestrichelten Bereichsgrenze dargestellte Bereich 6 ist bevorzugt mit Luft gefüllt. Luft besitzt eine relative Permittivität, die geringfügig größer als eins und somit typischerweise kleiner als die relative Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials ist. Anstelle von Luft kann dieser außerhalb des erfindungsgemäßen Elements 1 befindliche Bereich 6 auch mit einem anderen gasförmigen oder flüssigen Stoff gefüllt sein, dessen relative Permittivität kleiner als die relative Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials ist. Luft ist aber das mit Abstand am einfachsten zu verwendende Material für die Befüllung des Bereiches 6. Anstelle von Luft ist auch Vakuum denkbar.
Somit ist gemäß 4A die höchste elektrische Feldliniendichte der linear polarisierten elektromagnetischen Welle, deren Polarisationsebene in der ersten Querrichtung q1 liegt, in der ersten Querrichtung q1 konzentriert, in der die geringere effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements 1 vorliegt.
Die linear polarisierte Welle, deren Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung q2 liegt, weist dagegen gemäß 4A ihre höchste elektrische Feldliniendichte in der zweiten Querrichtung q2 auf, in der die vergleichsweise höhere effektive Permittivität des erfindungsgemäßen Elements 1 vorliegt. Die linear polarisierte elektromagnetische Welle mit einer Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung q2 weist somit eine niedrigere Phasengeschwindigkeit als die linear polarisierte elektromagnetische Welle mit einer Polarisationsebene in der ersten Querrichtung q1 auf und wird somit gegenüber dieser linear polarisierten elektromagnetischen Welle vorteilhaft im erfindungsgemäßen Element 1 verzögert.
In einer zweiten Ausführungsform gemäß 3B weist das erfindungsgemäße Element 1 gegenüber dem ersten Bereich 5 eine Verbreiterung 7 in der ersten Querrichtung q1 auf, die aus einem weiteren dielektrischen Material hergestellt ist, deren relative Permittivität ε_r2 gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials verkleinert ist. Die Verbreiterung 7 des erfindungsgemäßen Elements 1 füllt bevorzugt in der ersten Querrichtung q1 den Bereich zwischen dem ersten Bereich 5 und dem Hohlleiter 2 aus, sodass ein erfindungsgemäßes Element 1 mit einer vollzylindrischen Form entsteht.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 weist somit ebenfalls in der ersten Querrichtung q1 eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 auf.
In einer dritten Ausführungsform gemäß 3C ist das erfindungsgemäße Element 1 gegenüber dem ersten Bereich 5 in der ersten Querrichtung q1 verbreitert. Die Verbreiterung ist in diesem Falle aus mehreren Schichten 7₁ und 7₂ zusammengesetzt, die jeweils aus einem weiteren dielektrischen Material hergestellt sind. Von diesen weiteren dielektrischen Materialien ε_r2 und ε_r3 weist mindestens ein dielektrisches Material jeweils eine gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials verkleinerte relative Permittivität auf. Bevorzugt ist die relative Permittivität ε_r2 und ε_r3 dieser einzelnen Schichten, wie in 3C durch die unterschiedliche Schraffur angedeutet ist, jeweils zueinander unterschiedlich. Die Anzahl der Schichten kann variieren. Die Summe der Schichten kann zu einem vollzylindrischen elektrischen Element 1 oder nur zu einem teilzylindrischen elektrischen Element 1 führen.
Die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 weist somit ebenfalls in der ersten Querrichtung q1 eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 auf.
In der vierten Ausführungsform gemäß 3D weist das erfindungsgemäße Element 1 ebenfalls gegenüber dem ersten Bereich 5 eine Verbreiterung 7 in der ersten Querrichtung q1 auf. Innerhalb der Verbreiterung 7 ist mindestens eine in Längsachsrichtung 1 verlaufende Ausnehmung 8, bevorzugt mehrere in Längsachsrichtung verlaufende Ausnehmungen 8, vorgesehen. Diese Ausnehmungen 8 sind mit einem weiteren dielektrischen Material mit der relativen Permittivität ε_r2 befüllt, die gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 des ersten Materials verkleinert ist. Als dielektrisches Material mit der relativen Permittivität ε_r2 kann auch Luft, ein anderer gasförmiger Stoff, ein flüssiger Stoff oder Vakuum verwendet werden.
Bevorzugt ist die Verbreiterung 7 des erfindungsgemäßen Elements 1 in der vierten Ausführungsform, wie in 3D angedeutet ist, aus dem ersten dielektrischen Material mit der relativen Permittivität ε_r1 hergestellt. Daneben kann die Verbreiterung des erfindungsgemäßen Elements 1 auch mit einem weiteren dielektrischen Material hergestellt sein, das zum weiteren dielektrischen Material in den Ausnehmungen 8 verschieden ist und ebenfalls gegenüber dem ersten dielektrischen Material eine kleinere Permittivität aufweist.
Die Ausnehmungen 8 sind bevorzugt, wie in 3D angedeutet ist, als Rundlochbohrungen realisiert. Daneben sind aber auch Langlochbohrungen bzw. schlitzförmige Ausnehmungen oder andere Querschnittsprofile von der Erfindung mit abgedeckt. Es können nicht nur Ausnehmungen 8 im Innern der Verbreiterung 7 des erfindungsgemäßen Elements 1, sondern auch Ausnehmungen an der Randzone der Verbreiterung 7, beispielsweise nutenförmige Ausnehmungen des erfindungsgemäßen Elements 1, verwirklicht sein.
Die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 weist somit ebenfalls in der ersten Querrichtung q1 eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 auf.
In einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 gemäß 3E schließt sich an den ersten Bereich 5 in der zweiten Querrichtung q2 eine Verbreiterung 9 des erfindungsgemäßen Elements 1 an. Diese Verbreiterung 9 in der zweiten Querrichtung q2 ist aus einem weiteren dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r4 hergestellt, die größer als die relative Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials ist. Die Verbreiterung 9 des erfindungsgemäßen Elements 1 in der zweiten Querrichtung q2 ist bevorzugt so ausgeführt, dass das erfindungsgemäße Element 1, wie in 3E angedeutet ist, zu einer vollzylindrischen Form gelangt. Daneben ist aber auch eine Ausformung der Verbreiterung 9 des erfindungsgemäßen Elements 1 in der zweiten Querrichtung q2 möglich, bei der das erfindungsgemäße Element 1 lediglich eine teilzylindrische Form aufweist. In diesem Fall muss aber das erfindungsgemäße Element 1 in der ersten Querrichtung q1 innerhalb von mindestens zwei Winkelsegmenten an den Hohlleiter 2 angepasst sein, damit das erfindungsgemäße Element 1 vom Hohlleiter 2 geführt wird.
Die fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 weist somit in der zweiten Querrichtung q2 eine größere effektive Permittivität als in der ersten Querrichtung q1 auf.
In der zweiten Querrichtung q2 kann die effektive Permittivität gegenüber der ersten Querrichtung q1 auch durch Merkmale, wie sie in der dritten und vierten Ausführungsform in der ersten Querrichtung q1 realisiert sind, alternativ vergrößert werden.
In 3F ist eine Kombination der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 dargestellt. Erst recht weist in dieser Kombination der zweiten und dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 das erfindungsgemäße Element 1 in der ersten Querrichtung q1 eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 auf. Die relative Permittivität ε_r2 des weiteren dielektrischen Materials, aus dem die Verbreiterung 7 des erfindungsgemäßen Elements 1 in der ersten Querrichtung q1 hergestellt ist, ist nämlich gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials verkleinert und gleichzeitig ist die relative Permittivität ε_r4 des weiteren dielektrischen Materials, aus dem die Verbreiterung 7 des erfindungsgemäßen Elements 1 in der zweiten Querrichtung q2 hergestellt ist, gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 des ersten dielektrischen Materials vergrößert.
Eine Verkleinerung der effektiven Permittivität in der ersten Querrichtung q1 und gleichzeitig eine Vergrößerung der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung q2 können auch durch jede andere technisch sinnvolle Kombination der ersten bis fünften Ausführungsform verwirklicht werden und sind somit von der Erfindung mit abgedeckt.
Schließlich wird in einer ersten Variante einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 gemäß 3G der erste Bereich 5 in einer positiven ersten Querrichtung q1 um eine Verbreiterung 7 und in einer negativen ersten Querrichtung q1 um eine Verbreiterung 10 erweitert. Die beiden Verbreiterungen 7 und 10 des erfindungsgemäßen Elements 1 sind jeweils aus einem weiteren dielektrischen Material ε_r2 hergestellt, das eine kleinere relative Permittivität als das erste dielektrische Material aufweist. Alternativ können die beiden Verbreiterungen 7 und 10 jeweils aus einem unterschiedlichen dielektrischen Material hergestellt sein, das jeweils ebenfalls eine kleinere relative Permittivität als das erste dielektrische Material aufweist.
Die erste Variante der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 weist somit in der ersten Querrichtung q1 eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 auf.
In der positiven und negativen ersten Querrichtung q1 können alternativ auch die Merkmale der ersten, dritten und vierten Ausführungsform realisiert sein, um eine in der ersten Querrichtung q1 kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung q2 zu bewirken.
In der zweiten Variante der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 gemäß 3H ist der erste Bereich 5 neben der Verbreiterung 9 in einer positiven zweiten Querrichtung q2 auch um eine Verbreiterung 11 in einer negativen zweiten Querrichtung q4 verbreitert. Die beiden Verbreiterungen 9 und 11 sind jeweils ebenfalls aus einem weiteren dielektrischen Material ε_r2 hergestellt, das eine größere relative Permittivität als das erste dielektrische Material aufweist.
Somit weist die zweite Variante der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elements 1 in der zweiten Querrichtung q2 eine größere effektive Permittivität als in der ersten Querrichtung q1 auf.
Für die zweite Variante der sechsten Ausführungsform gelten die obig zur ersten Variante der sechsten Ausführungsform bereits genannten alternativen Modifikationen äquivalent.
Neben einem zylindrischen Hohlleiter 2 mit einem kreisrunden Querschnittsprofil, kann der Hohlleiter auch andere Querschnittsprofile aufweisen:
Aus 3I geht ein quadratisches Querschnittsprofil für den Hohlleiter 2 und somit auch für das erfindungsgemäße Element 1 hervor. Das erfindungsgemäße Element 1 weist in diesem Fall einen rechteckförmigen ersten Bereich 5' aus einem ersten dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r1 auf.
Das in 3I dargestellte erfindungsgemäße Element 1 ist in der ersten Querrichtung q1 um eine Verbreiterung 7' gegenüber dem ersten Bereich 5' verbreitert. Die Verbreiterung 7' ist in Äquivalenz zur zweiten Ausführungsform in 3B aus einem dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r2 hergestellt. Die relativen Permittivität ε_r2 der Verbreiterung 7' ist gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 verkleinert, so dass die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung q1 gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung q2 verkleinert ist.
Die in den vorherigen Ausführungsformen zum kreisrunden Querschnittsprofil eines erfindungsgemäßen Elements 1 vorgestellten technischen Maßnahmen zur Verkleinerung der effektiven Permittivität in der ersten Querrichtung q1 gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung q2 lassen sich auch auf das quadratische Querschnittsprofil äquivalent übertragen.
In einer weiteren Variante kann das quadratische Querschnittsprofil der 3I auch um 90° um eine Längsachse des erfindungsgemäßen Elements 1 gedreht sein.
Während bei allen diesen bisherigen Ausführungen die Ausdehnung des erfindungsgemäßen Elements 1 in der ersten Querrichtung q1 und in der zweiten Querrichtung q2 gleich groß ist, ist die Ausdehnung des erfindungsgemäßen Elements 1 mit einem rechteckförmigen Querschnittsprofil gemäß 3J in den beiden Querrichtungen unterschiedlich groß. Das rechteckförmige erfindungsgemäße Element 1 weist in der ersten Querrichtung q1 eine größere Ausdehnung als in der zweiten Querrichtung q2.
Das erfindungsgemäße Element 1 mit rechteckförmigem Querschnittsprofil gemäß 3J weist einen rechteckförmigen ersten Bereich 5" aus einem ersten dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r1 auf. Es ist in der ersten Querrichtung q1 um eine Verbreiterung 7" gegenüber dem ersten Bereich 5" verbreitert. Die Verbreiterung 7" ist in Äquivalenz zur zweiten Ausführungsform in 3B aus einem dielektrischen Material mit einer relativen Permittivität ε_r2 hergestellt. Die relative Permittivität ε_r2 der Verbreiterung 7' ist gegenüber der relativen Permittivität ε_r1 verkleinert, so dass die effektive Permittivität in der ersten Querrichtung q1 gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung q2 verkleinert ist.
Die in den 3A bis 3G für das kreisrunde Querschnittsprofil vorgestellten technischen Maßnahmen zur Verkleinerung der effektiven Permittivität in der ersten Querrichtung q1 gegenüber der effektiven Permittivität in der zweiten Querrichtung q2 lassen sich auch auf das rechteckförmige Querschnittsprofil übertragen. Daneben sind weitere Querschnittsprofile mit jeweils unterschiedlichen Ausdehnungen in der ersten und in der zweiten Querrichtung, wie beispielsweise ein elliptisches Querschnittsprofil, ebenfalls von der Erfindung mit abgedeckt.
Zum Abschluss werden anhand der 4A bis 4F die verschiedenen Möglichkeiten der Ein- und Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle an der ersten Stirnfläche 3 des erfindungsgemäßen Elements 1 erläutert:
In der Querschnittsdarstellung in 4A ist grob mit durchgezogener Linie der elektrische Feldlinienverlauf einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle, deren Polarisationsebene in der ersten Querrichtung q1 liegt, und mit gestrichelter Linie der elektrische Feldlinienverlauf einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle, deren Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung q2 liegt, dargestellt. Bei beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen handelt es sich, wie auch bei den linear polarisierten elektromagnetischen Wellen der folgenden 4B bis 4F, um jeweils eine elektromagnetische Hohlleiter-Welle, bevorzugt um einen H11-Feldtyp.
Da die elektrische Feldliniendichte für die beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen in 4A gleich ist, sind sie jeweils mit einem zugehörigen Hochfrequenzsignal mit einer gleichen Amplitude gekoppelt. An der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 wird somit eine zirkular polarisierte elektromagnetische aus- bzw. eingespeist, wenn zusätzlich die beiden in der zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle enthaltenen linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche 4 eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.
Aus der in 4A dargestellten Ein- oder Ausspeisung von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der ersten Stirnfläche 3 kann sich alternativ an der zweiten Stirnfläche 4 eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle bilden, wenn die Phasenbeziehung zwischen den beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche 4 unterschiedlich zu +/+ 90° ist.
In 4B ist ebenfalls grob mit durchgezogener Linie der elektrische Feldlinienverlauf der linear polarisierten elektromagnetischen Welle, deren Polarisationsebene in der ersten Querrichtung q1 liegt, und mit gestrichelter Linie der elektrische Feldlinienverlauf der linear polarisierten elektromagnetischen Welle dargestellt, deren Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung q2 liegt. Wie aus 4B zu erkennen ist, sind die elektrischen Feldliniendichten der beiden elektromagnetischen Wellen unterschiedlich stark ausgeprägt. Die linear polarisierte elektromagnetische Welle mit einer Polarisationsebene in der ersten Querrichtung q1, deren elektrische Feldliniendichte stärker ausgeprägt ist, ist mit einem Hochfrequenzsignal mit einer höheren Signalamplitude gekoppelt als die linear polarisierte elektromagnetische Welle mit einer Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung q2, deren elektrische Feldliniendichte schwächer ausgeprägt ist.
Somit wird an der zweiten Stirnfläche 4 eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle unabhängig davon aus- bzw. eingespeist, welche Phasenverschiebung die beiden in der elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle enthaltenen linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche 4 zueinander aufweisen.
In 4C ist der elektrische Feldlinienverlauf einer einzigen an der ersten Stirnfläche 3 ein- oder ausgespeisten linear polarisierten elektromagnetischen Welle dargestellt, deren Polarisationsebene in einem Winkel von 45° zur ersten Querrichtung q1 orientiert ist. Da eine derart orientierte linear polarisierte elektromagnetische Welle eine gleichgroße Komponente in der ersten Querrichtung q1 und in der zweiten Querrichtung q2 aufweist, kann man sie auch entsprechend der in 4A dargestellten Variante als zwei linear polarisierte elektromagnetische Wellen zusammengesetzt betrachten. Eine zugehörige zirkular polarisierte elektromagnetische Welle wird somit an der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 aus- bzw. eingespeist, wenn zusätzlich die beiden in der zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle enthaltenen Komponenten der linear polarisierten elektromagnetischen Welle an der zweiten Stirnfläche 4 eine Phasenverschiebung von +/+ 90° zueinander aufweisen.
Schließlich ist in 4D der elektrische Feldlinienverlauf einer einzigen an der ersten Stirnfläche 3 ein- oder ausgespeisten linear polarisierten elektromagnetischen Welle dargestellt, deren Polarisationsebene nicht in der ersten Querrichtung q1, nicht in der zweiten Querrichtung q2 und auch nicht in einem Winkel von 45° zuzüglich oder abzüglich der ersten Querrichtung q1 liegt. In diesem Fall ist die elektrische Feldliniendichte der in der ersten Querrichtung q1 liegenden Komponente gegenüber der elektrischen Feldliniendichte der in der zweiten Querrichtung q2 liegenden Komponente dieser linear polarisierten elektromagnetischen Wellen unterschiedlich ausgeprägt. Dies entspricht der in 4B dargestellten Variante, bei der die Signalamplituden der zu den beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen jeweils gehörigen Hochfrequenzsignale unterschiedlich groß sind. Die zugehörige an der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 aus- bzw. eingespeiste elektromagnetische Welle stellt somit eine elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle dar.
In 4E ist schließlich in Erweiterung zum Fall in 4C der elektrische Feldlinienverlauf einer weiteren linear polarisierten elektromagnetischen Welle dargestellt, die an der ersten Stirnfläche 3 ein- oder ausgespeist wird. Diese weitere linear polarisierte elektromagnetische Welle weist eine gleiche Feldliniendichte wie die in 4C dargestellte linear polarisierte elektromagnetische Welle auf. Ihre Polarisationsebene ist in einem Winkel von 45° zur zweiten Querrichtung q2 orientiert. Auch diese linear polarisierte elektromagnetische Welle weist eine Wellenkomponente in der ersten Querrichtung q1 und eine Wellenkomponente in der zweiten Querrichtung q2 auf. Somit entstehen an der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 zwei zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen, wenn die Wellenkomponenten zu jeder linear polarisierten elektromagnetischen Welle an der zweiten Stirnfläche 4 jeweils einen Phasenversatz von +/- 90° zueinander aufweisen.
Aus der in 4E dargestellten Ein- oder Ausspeisung von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der ersten Stirnfläche 3 können sich an der zweiten Stirnfläche 4 zwei elliptisch polarisierte elektromagnetische Wellen bilden, wenn die Phasenbeziehung zwischen den einzelnen Wellenkomponenten jeweils unterschiedlich zu +/- 90° ist.
Schließlich können in der zweiten Stirnfläche 4 des erfindungsgemäßen Elements 1 zwei elliptisch polarisierte elektromagnetische Wellen erzeugt werden, wenn in Erweiterung zum Fall in 4D eine weitere linear polarisierte elektromagnetische Welle eingespeist wird. Die Polarisationsebenen der beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen sind gemäß 4F orthogonal zueinander orientiert.
In den Ortsdiagrammen der 5A und 5B sind die absoluten Amplitudenverläufe des elektrischen Feldes von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen innerhalb des erfindungsgemäßen Elements 1 dargestellt. In 5A weist das erfindungsgemäße Element 1 eine laterale Erstreckung in der positiven und negativen ersten Querrichtung q1 in Höhe von 1,8 mm auf. Bei einer phasensynchronen Einspeisung der beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der ersten Stirnfläche 3 ist eine Phasenverschiebung von 90° zwischen diesen beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen und damit eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle an der zweiten Stirnfläche 4 zu gewinnen, wenn eine Längserstreckung des erfindungsgemäßen Elements 1 in Höhe von etwa 8,7 mm vorliegt. Bei einer lateralen Erstreckung des erfindungsgemäßen Elements 1 in der positiven und negativen ersten Querrichtung q1 in Höhe von 1,7 mm ist gemäß 5B eine Längserstreckung des erfindungsgemäßen Elements 1 in Höhe von etwa 6,7 mm erforderlich.
Abschließend ist festzustellen, dass die beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der ersten Stirnfläche 3 nicht zwingend phasensynchron eingespeist werden müssen, sondern auch in einem beliebigen Phasenversatz zueinander eingespeist werden können. Um eine Phasenverschiebung von 90° zwischen diesen beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen an der zweiten Stirnfläche 4 zu gewinnen, ist das erfindungsgemäße Element 1 entsprechend anders zu dimensionieren. Auch ist jede beliebige von 90° verschiedene Phasenverschiebung zwischen den beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen innerhalb des erfindungsgemäßen Elements 1 durch eine entsprechende Dimensionierung realisierbar und von der Erfindung mit abgedeckt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Element
2: Hohlleiter
3: erste Stirnfläche
4: zweite Stirnfläche
5: erster Bereich
6: mit Luft gefüllter Bereich
7: Verbreiterung in positiver erster Querrichtung
7₁, 7₂: Schichten der Verbreiterung in positiver erster Querrichtung
8: Ausnehmung
9: Verbreiterung in positiver zweiter Querrichtung
10: Verbreiterung in negativer erster Querrichtung
11: Verbreiterung in negativer zweiter Querrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9728833 B2 [0004]

Claims

In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) zur Konversion zwischen mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle und mindestens einer elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle, wobei das Element (1) in einem ersten Bereich (5; 5'; 5") aus einem ersten dielektrischen Material hergestellt ist, wobei das Element (1) derart eingerichtet ist, dass es, wenn es mit mindestens einem in einer ersten Querrichtung und/oder in einer zweiten Querrichtung jeweils außerhalb des ersten Bereiches (1) befindlichen weiteren dielektrischen Material zusammenwirkt, in der ersten Querrichtung eine kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung erzielt, wobei die erste Querrichtung orthogonal zu einer Längsachsrichtung des Elements (1) und die zweite Querrichtung orthogonal zur Längsachsrichtung und zur ersten Querrichtung des Elements (1) orientiert sind.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere dielektrische Material in der ersten Querrichtung Luft ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich in der ersten Querrichtung erstreckende Verbreiterung (7; 7'; 7") des Elements (1) aus einem einzigen weiteren dielektrischen Material des mindestens einen weiteren dielektrischen Materials hergestellt ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich in der ersten Querrichtung erstreckende Verbreiterung (7; 7'; 7") des Elements (1) sich aus mehreren Schichten (7₁, 7₂) zusammensetzt, wobei jede Schicht (7₁, 7₂) jeweils aus einem unterschiedlichen weiteren dielektrischen Material des mindestens einen weiteren dielektrischen Materials hergestellt ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere dielektrische Material sich in mindestens einer in der Längsachsrichtung verlaufenden Ausnehmung (8) innerhalb einer in der ersten Querrichtung sich erstreckenden Verbreiterung (7; 7; 7") des Elements (1) befindet.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Permittivität von mindestens einem weiteren dielektrischen Material in der ersten Querrichtung gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials verkleinert ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich in der zweiten Querrichtung erstreckende Verbreiterung (9) des Elements (1) aus dem mindestens einen weiteren dielektrischen Material hergestellt ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Permittivität von mindestens einem weiteren dielektrischen Material in der zweiten Querrichtung gegenüber der relativen Permittivität des ersten dielektrischen Materials vergrößert ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenmantelfläche des Elements (1) derart eingerichtet ist, dass das Element (1) zumindest innerhalb von zwei Winkelsegmenten des Hohlleiters (2) im Hohlleiter (2) geführt ist.
In einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) zusätzlich derart eingerichtet ist, dass es, wenn es mit mindestens einem in der negativen ersten Querrichtung und/oder in der negativen zweiten Querrichtung jeweils außerhalb des ersten Bereiches (5) befindlichen weiteren dielektrischen Material zusammenwirkt, in der ersten Querrichtung eine zusätzlich kleinere effektive Permittivität als in der zweiten Querrichtung erzielt.
Verfahren zur Ein- oder Ausspeisung von mindestens einer linear polarisierten elektromagnetischen Welle in ein in einem Hohlleiter (2) geführtes Element (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei entweder zwei linear polarisierte elektromagnetische Wellen ein- oder ausgespeist werden oder eine einzige linear polarisierte elektromagnetische Welle so ein- oder ausgespeist wird, dass eine Polarisationsebene der einzigen linear polarisierten elektromagnetischen Welle unterschiedlich zur ersten Querrichtung und zur zweiten Querrichtung orientiert ist.
Verfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle ist, die einzige linear polarisierte elektromagnetische Welle so ein- oder ausgespeist wird, dass eine Polarisationsebene der einzigen linear polarisierten elektromagnetischen Welle zur ersten Querrichtung zuzüglich oder abzüglich 45° orientiert ist.
Verfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine einzige elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle erzeugt wird, die beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen so ein- oder ausgespeist werden, dass eine linear polarisierte elektromagnetische Welle eine Polarisationsebene in der ersten Querrichtung und eine linear polarisierte elektromagnetische Welle eine Polarisationsebene in der zweiten Querrichtung aufweist.
Verfahren nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die elliptisch polarisierte elektromagnetische Welle eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle ist, die beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen jeweils zu einem zugehörigen Signal mit einer gleichen Amplitude gekoppelt sind.
Verfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die elliptisch polarisierten elektromagnetischen Wellen jeweils eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle sind, die beiden linear polarisierten elektromagnetischen Wellen so ein- oder ausgespeist werden, dass eine linear polarisierte elektromagnetische Welle eine Polarisationsebene in der ersten Querrichtung zuzüglich oder abzüglich 45° und eine linear polarisierte elektromagnetische Welle eine dazu orthogonale Polarisationsebene aufweisen.