DE1040089B - Anordnung zur AEnderung der Ausbreitungsrichtung einer linear polarisierten Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Änderung der Ausbreitungsrichtung einer linear polarisierten Welle.

Die bisher zu diesem Zweck in der Hochfrequenztechnik, vor allem in der Radartechnik, verwendeten Anordnungen weisen Antennen auf, bei denen bestimmte Teile, z. B. Reflektoren oder Hörner, in Drehung versetzt werden. Diese Teile sind im allgemeinen umfangreich, so daß ihre Drehung Erschütterungen hervorruft und die Anwendung von leistungsfähigen Motoren erfordert, wodurch unter bestimmten Umständen sehr nachteilige Wirkungen auftreten können.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Anordnung, mit welcher es möglich ist, die Ausbreitungsrichtung einer linear polarisierten Welle zu verändern, ohne daß die verwendete Antenne irgendein bewegliches Teil aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einem die Welle führenden ersten Hohlleiterabschnitt Mittel zur Erzeugung eines gleichgerichteten axialen Magnetfeldes vorgesehen sind, dessen Intensität derart periodisch geändert wird, daß die Polarisationsebene der Welle gedreht wird, und daß in einem zweiten, in der Verlängerung des ersten liegenden Hohlleiterabschnitt Mittel zur Erzeugung eines senkrecht zur Achse des Hohlleiters stehenden Magnetfeldes vorgesehen sind, dessen Amplitude konstant ist, dessen Richtung sich jedoch synchron mit der Frequenz, mit der die Intensität des Magnetfeldes im ersten Hohlleiterabschnitt schwankt, ändert.

Am Ausgang des ersten Hohlleiterabschnitts hat sich der Vektor des elektrischen Feldes um einen Winkel gedreht, welcher im wesentlichen proportional zu der Intensität des Magnetfeldes ist, so daß sich dieser Drehwinkel ebenfalls periodisch in Abhängigkeit von der Zeit ändert. Dieser Effekt wird als Faradayeffekt bezeichnet.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß ein Stab aus einem ferromagnetischen Widerstandsmaterial in dem ersten Hohlleiterabschnitt gleichachsig zu diesem angeordnet ist und daß die Innenwand des zweiten Hohlleiterabschnitts mit einem ferromagnetischen Widerstandsmaterial überzogen ist.

Zweckmäßig schließt sich an den zweiten Hohlleiterabschnitt ein Horn an, dessen Wandungen aus einem dielektrischen Material bestehen, wobei sich die Wandstärke vom Scheitel des Horns bis zu seiner Mündung verringert.

Man erhält dann in der Abschlußebene dieses Horns eine Strahlenquelle in Form eines Segments der großen Basis des Horns, dessen Achse senkrecht zum elektrischen Feldvektor der Welle steht und von dem Anordnung

zur Änderung der Ausbreitungsrichtung
einer linear polarisierten Welle

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 13. Juli 1956

Stelian Herscovici und Jean Robieux, Paris,
sind als Erfinder genannt worden

sämtliche Punkte strahlen. In jedem Augenblick ist die das Segment begrenzende Seime parallel zu diesem Vektor.

Diese Quelle kann in der Brennebene eines Reflektors angeordnet werden. Infolge der Rotation der Erregungsquelle entlang der Peripherie der Basis des Horns synchron mit der Veränderungsgeschwindigkeit der Magnetfelder in den beiden Hohlleiterabschnitten wird dann der Raum vor dem Reflektor durch das vom Reflektor reflektierte Bündel bestrichen.

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist

Fig. 1 eine auseinandergezogene schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 eine Ansicht des Reflektors mit der Strahlenquelle,

Fig. 3 ein Schnitt durch den ersten Hohlleiterabschnitt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsart der Erfindung und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsart der Erfindung.

In Fig. 1 der Zeichnung ist eine an sich bekannte Vorrichtung 3 dargestellt, welche eine elektromagnetische Welle mit linearer Polarisation erzeugt. Der Vektor E dieser Welle steht in jedem Augenblick parallel zu einer Achse Oy, welche in der Ebene der

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Welle feststeht. Am Ausgang der Vorrichtung 3 ist ein runder Hohlleiter 1 angebracht. In Wirklichkeit gibt es keine Unstetigkeit zwischen der Vorrichtung 3 und dem Hohlleiterabschnitt 1 einerseits, zwischen diesem und dem Abschnitt 2 andererseits und zwisehen dem Abschnitt 2 und dem Horn 6. Alle diese Teile sind zur besseren Übersichtlichkeit in einem bestimmten Abstand voneinander dargestellt. Die Achse des Hohlleiters 1 liegt in Richtung der Achse Oz, d. h. der Ausbreitungsrichtung der Welle. In der Achse des Hohlleiters 1 ist ein Ferritstab 4 angebracht, welcher einem Magnetfeld H₁ ausgesetzt ist, dessen Intensität periodisch veränderlich ist, das jedoch stets in der Richtung der Achse Oz liegt. Ein runder Hohlleiterabschnitt 2 besitzt die gleiche Achse und den gleichen Querschnitt wie der Hohlleiter 1.

Die Innenwand dieses Hohlleiters 2 ist mit einer Ferritschicht 5 überzogen. In dem Hohlleiter wird ein gleichförmiges Magnetfeld H₂ erzeugt. Die Kraftlinien des Magnetfeldes H₂ haben eine Richtung, die sich in der Ebene xOy ändern kann, wie später beschrieben wird. Der Hohlleiterabschnitt 2 ist mit einem Horn 6 abgeschlossen, welches die Form eines Kegelstumpfs besitzt und aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, wobei sich die Wandstärke von der Mündung des Hohlleiters aus fortlaufend verringert, etwa in der gleichen Weise wie bei einer dielektrischen Antenne.

Diese Anordnung besitzt folgende Wirkungsweise: Am Ausgang des Hohlleiters 1 besitzt die Welle auf Grund des Effekts, welcher unter der Bezeichnung »gyromagnetischer Effekt« bekannt ist, immer noch eine lineare Polarisation in der Ebene xOy, jedoch ist der elektrische Feldvektor E₁ gegenüber dem Vektor E am Eingang des Hohlleiters 1 (der in der Richtung Oy liegt) um einen Winkel α verdreht, welcher im wesentlichen proportional der Feldstärke des Magnetfeldes H₁ ist, so daß gilt:

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wol>ei k ein konstanter Faktor ist.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Intensität des Magnetfeldes H₁ zwischen zwei Grenzwerten zu verändern, welche einem Winkel Ct₁ = 0° und einem Winkel K₂ = 2π zugeordnet sind. Die Veränderung wird so geregelt, daß der Winkel α von 0 bis 2 π während einer Zeit T zunimmt und dann in einer vernachlässigbar kleinen Zeit auf 0 zurückgeht. Dies bedeutet, daß sich die Feldstärke H₁ nach einem Sägezahngesetz ändert. In jedem Augenblick ist das Feld H₂ parallel zum

Vektor mit veränderlicher Richtung E₁ gerichtet.

Daraus ergibt es sich, daß in jedem Augenblick infolge des mit »Feldverschiebung« bezeichneten Effekts am Ausgang des Hohlleiters 2 die Energie in einer Zone / konzentriert ist, die im wesentlichen die Form eines Kreissegments besitzt, dessen Sehne ständig

parallel zum Vektor E₁ liegt. Dementsprechend dreht sich die Zone / um die Achse des Hohlleiters 2, d. h., daß die Zone mit der maximalen elektrischen Feldstärke an der Mündung des Hohlleiters 2 sich in einer Richtung verschiebt, die senkrecht zur gemeinsamen Richtung des Magnetfeldes H₂ und des elektrischen Feldvektors E₂ steht. Der Kegelstumpf 6 wurde vorgesehen, um die Amplitude dieser Feldverschiebung zu vergrößern. An der Mündung dieses Kegelstumpfs 6 ist die Energie in einer Zone F₁ konzentriert, deren Form der Zone f analog ist. Ein Paraboloid 8 (Fig. 2) dient als Reflektor. Die Mündung des Kegels 6 wird in die Brennebene gelegt, und seine Achse fällt mit der optischen Achse des Reflektors zusammen. Die Zone F₁ nimmt in der Brennebene eine veränderliche Lage ein und dreht sich um die Achse des Paraboloids im Rhythmus der Veränderung des Feldes H₁. Das ausgestrahlte Bündel beschreibt dann einen Kegel.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß man zufriedenstellende Ergebnisse erhält, wenn einerseits das Feld H₁ genügend groß ist, um den Ferritstab 4 zu sättigen, und wenn andererseits die Frequenz der Welle groß gegen die Resonanzfrequenz des Ferrits ist. Dies wurde für eine Frequenz in der Größenordnung von 20000 MHz und eine Feldstärke H₁ in der Größenordnung von 100 bis 200 Gauß festgestellt.

Die Länge des Hohlleiterabschnitts 1 bestimmt den Faktor k. Sie muß genügend groß sein, um die Anpassung des Stabes 4 zu gewährleisten.

In Fig. 3 ist im Schnitt ein Ausführungsbeispiel des Hohlleiters 1 dargestellt.

Der Ferritstab besitzt allgemein die Form eines Zylinders, welcher durch zwei Kegel abgeschlossen ist und im Hohlleiter 1 durch ein Teil 10 aus PoIytetrafluoräthylen von gleicher Gestalt gehalten wird.

Der Ferrit besitzt eine hohe Dielektrizitätskonstante ε = 10, und der Abschnitt des Hohlleiters 1, in welchem der Stab 4 liegt, hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Rest, wobei das Teil 10 aus Polytetrafluoräthylen (ε — 2) den Faradayeffekt vergrößert. Alle diese Teile besitzen die erforderliche Länge, um eine gute Anpassung zu gewährleisten. Die Länge der Gesamtanordnung erreicht mehreremal die Wellenlänge (für λ = 3 cm kann die Länge zwischen 5 bis βλ, also 15 bis 18cm schwanken). Die Länge des Hohlleiters 5 liegt in der Größenordnung von /., um die Anpassung des Ferrits zu ermöglichen. Die Feldstärke von H₂ liegt in der Größenordnung von 500 bis 1000 Gauß.

In Fig. 4 und 5 ist dargestellt, wie der Synchronismus der Veränderung der Feldstärke von H₁ und der Richtung von H₂ erreicht werden kann.

In Fig. 4 wird dieser Synchronismus auf rein elektronischem Weg erzeugt.

Rings um den Hohlleiter 2 sind zwei Wicklungen 20 und 21 angeordnet, deren Achsen mit der Achse des Hohlleiters ein rechtwinkeliges, räumliches Koordinatensystem bilden. Ein Generator 23 speist beide Wicklungen gleichzeitig so, daß die Ströme in den Wicklungen um π/2 phasenverschoben sind.

Der Hohlleiter 1 ist mit einer Wicklung umgeben, die von einem Generator 25 gespeist wird. Diese liefert eine Sägezahnspannung mit der gleichen Frequenz wie die Frequenz der vom Generator 23 gelieferten Spannung. Beide Generatoren werden durch die Anordnung 26 synchronisiert.

Dies hat zur Folge, daß das Feld H₂ ein Feld mit konstanter Intensität ist, welches sich mit gleichförmiger Drehzahl um die Achse der Hohlleiter 1 und 2 dreht, wobei es stets senkrecht zu dieser bleibt. Das Feld H₁ liegt stets in der Richtung dieser Achse, jedoch verändert sich seine Intensität von einem Minimum bis zu einem Maximum und umgekehrt nach einem periodischen Sägezahngesetz.

Die Periode ist die gleiche wie diejenige der Veränderung des Feldes H₂. Man hat auf diese Weise den oben angegebenen Synchronismus erzielt, und die Abtastung des Raumes durch ein Bündel von radioelektrischen Wellen geschieht ohne die Zuhilfenahme eines beweglichen Teiles.

Die Anordnung von Fig. 5 verwendet ein mechanisches System.

Das Feld H₂ wird durch einen Permanentmagnet erzeugt, welcher von einem Motor 31 in eine kontinuierliche Drehung versetzt wird. Ein Potentiometer wird gleichfalls von diesem Motor angetrieben und liefert eine Sägezahnspannung zu einem Elektromagnet 31, welcher das Feld Zi₁ erzeugt.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Änderung der Ausbreitungsrichtung einer linear polarisierten Welle, dadurch gekennzeichnet, daß in einem die Welle führenden ersten Hohlleiterabschnitt Mittel zur Erzeugung eines gleichgerichteten axialen Magnetfeldes vorgesehen sind, dessen Intensität derart periodisch geändert wird, daß die Polarisationsebene der Welle gedreht wird, und daß in einem zweiten, in der Verlängerung des ersten liegenden Hohlleiterabschnitts Mittel zur Erzeugung eines senkrecht zur Achse des Hohlleiters stehenden Magnetfeldes vorgesehen sind, dessen Amplitude konstant ist, dessen Richtung sich jedoch synchron mit der Frequenz, mit der die Intensität des Magnetfeldes im ersten Hohlleiterabschnitt schwankt, ändert.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab aus einem ferromagnetischen Widerstandsmaterial in dem ersten Hohlleiterabschnitt gleichachsig zu diesem angeordnet ist und daß die Innenwand des zweiten Hohlleiterabschnitts mit einem ferromagnetischen Widerstandsmaterial überzogen ist.

3. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab aus ferromagnetischem Widerstandsmaterial die Form eines Zylinders hat, der an jeder Stirnseite in einen Kegel ausläuft und in dem ersten Hohlleiterabschnitt durch ein dielektrisches Teil gehalten wird, dessen Form derjenigen des Stabes und des Hohlleiterabschnitts angepaßt ist.

4. Anordnung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den zweiten Hohlleiterabschnitt ein Horn anschließt, dessen Wandungen aus einem dielektrischen Material bestehen, wobei sich die Wandstärke vom Scheitel des Horns bis zu seiner Mündung verringert.

5. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiter rund sind.

6. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlleiterabschnitt von einer Wicklung umgeben ist, der von einem ersten Generator eine Sägezahnspannung zugeführt wird, daß rings um den zweiten Hohlleiterabschnitt zwei Wicklungen angeordnet sind, deren Achsen mit der Achse des Hohlleiters ein rechtwinkeliges Koordinatensystem bilden, daß ein zweiter Generator den beiden Wicklungen gleichzeitig Ströme zuführt, die gegeneinander um π/2 phasenverschoben sind und deren Frequenz gleich der Frequenz der Sägezahnspannung des ersten Generators ist, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die beiden Generatoren zu synchronisieren.

7. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlleiterabschnitt von einem Permanentmagnet umgeben ist, der durch eine mechanische Vorrichtung in Drehung versetzt wird, und daß synchron mit dem Permanentmagnet ein Potentiometer angetrieben wird, das eine Sägezahnspannung zu einem Elektromagnet liefert, der den ersten Hohlleiterabschnitt umgibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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