DE1067092B

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Publication number: DE1067092B
Application number: DENDAT1067092D
Authority: DE
Publication date: 1959-10-15

Description

CHRIFT 1067 092

T14967VIIIa/21a⁴

ANMELDETAG: 5. APRIL 19 5«

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

AUS LE GE S CH RI FT: 15. OKTOBER 1959

Um in Radargeräten die Erkennbarkeit von Zielen zu steigern, die sich in Regenwolken befinden, ist es bekannt, an Stelle der sonst üblichen linear polarisierten Welle eine zirkulär polarisierte Welle auszusenden. Zur Erzeugung dieser zirkulär polarisierten Welle ist am Radargerät, vorzugsweise in der Antennenzuleitung oder vor der Antenne, ein sogenannter Zirkularisator vorgesehen, der die linear polarisierte auszustrahlende Welle in eine zirkulär polarisierte Welle umwandelt. Diese Welle wird von den nahezu kugelförmigen Regentropfen als zirkulär polarisierte Welle, allerdings umgekehrten Drehsinnes, reflektiert und im Zirkularisator wieder in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren Polarisationsrichtung jedoch gegenüber der ausgesandten linear polarisierten Welle räumlich um 90° verdreht ist. Im Empfangsteil des Radargerätes sind Mittel vorgesehen, die Wellen dieser Polarisationsrichtung unterdrücken. Da Flugzeuge sehr komplizierte Rückstrahlungsdiagramme aufweisen, wird an ihnen die zirkulär polarisierte ausgesandte Welle praktisch niemals wieder als zirkulär polarisierte Welle reflektiert, sondern vorzugsweise als irgendeine elliptisch polarisierte Welle, die nach der Rückumwandlung immer noch eine so polarisierte Komponente aufweist, die im Empfangsteil ausgewertet werden kann.

Die Verwendung von zirkulär polarisierten Wellen bei Radargeräten ergibt zwar eine optimale Unterdrückung der Regenechos; dabei werden aber auch die Zielechos noch relativ stark gedämpft. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß der Störabstand zwischen Zielechos und Regenwolkenechos noch verbessert werden kann, wenn man an Stelle zirkulär polarisierter Wellen elliptisch polarisierte Wellen verwendet. Um für alle auftretenden Fälle einen optimalen Störabstand zu erzielen, ist es erwünscht, elliptisch polarisierte Wellen beliebigen Drehsinnes, beliebigen Achsenverhältnisses und beliebiger Achsenrichtung zu erzeugen.

Zweck der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Umwandlung der Polarisationsart einer sehr kurzen elektromagnetischen Welle zu schaffen, mit der eine linear polarisierte Welle in eine rechts- oder linksdrehende elliptisch polarisierte Welle mit beliebigem Ächsenverhältnis und beliebiger Achsenrichtung (einschließlich der Spezialfälle: zirkulär polarisierte und quer polarisierte Welle) oder umgekehrt erzeugt werden kann. Die erfindungsgemäße Anordnung ist im Aufbau sehr einfach, billig und läßt sich auch nachträglich ohne Schwierigkeit in jedes Radargerät einbauen oder sonstwie dort verwenden, wo eine Umformung der Polarisation gewünscht wird.

Bei einer Anordnung zur Umwandlung einer linear polarisierten Welle in eine rechts- oder linksdrehende Anordnung zur Umwandlung
einer linear polarisierten Welle
in eine rechts- oder linksdrehende
elliptisch polarisierte Welle
und/oder umgekehrt

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Johann Bartholomä, Neu-Ulm/Donau,
und Dipl.-Ing. Rolf Theissinger_r Ulm/Donau,
sind als Erfinder genannt worden

elliptisch polarisierte Welle und/oder umgekehrt, bei der in einem Hohlleiter ein um seine Längsachse drehbares phasenschiebendes Glied vorgesehen ist, das die Phasen zweier senkrecht zueinander linear polarisierter Komponenten in unterschiedlichem Maße beeinflußt, ist erfindungsgemäß zur Ermöglichung eine Umwandlung in eine elliptisch polarisierte oder aus einer elliptisch polarisierten Welle mit beliebigem Achsenverhältnis und beliebiger Achsenrichtung das phasenschiebende Glied in der Polarisationsrichtung der von ihm am schwächsten beeinflußten linear polarisierten Komponente verschiebbar angeordnet und die Länge des phasenschiebenden Gliedes ist derart bemessen, daß die Differenz der Phasenverschiebungen zwischen den zwei senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten in der Stellung des phasenschiebenden Gliedes, in der diese Differenz ein Maximum ist, mindestens 180° beträgt.

Es sind bereits verschiedene Anordnungen zur Umwandlung der Polarisationsart einer kurzen elektromagnetischen Welle bekannt. Eine solche bekannte Anordnung besteht aus einem Hohlleiterabschnitt, in welchem um die Längsachse verdrehbar eine dielektrische Platte angeordnet ist, welche die in der Plattenebene linear polarisierte Komponente stärker verzögert als die hierzu senkrecht linear polarisierte Komponente. Eine zweite bekannte Anordnung benutzt ebenfalls eine dielektrische Platte, die jedoch hier senkrecht zur Plattenebene verschiebbar ist. Bei einer dritten bekannten Anordnung zur Umwandlung der Polarisationsart schließlich ist eine Wandung

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eines Hohlleiters senkrecht zu seiner Ebene verschiebbar, wodurch die senkrecht zu den Wandungen polarisierten Komponenten je nach den für die einzelnen Komponenten gültigen Breitenabmessungen verschieden phasenverzögert werden. Mit diesen bekannten Anordnungen ist es möglich, rechts-und linksdrehende elliptisch polarisierte Wellen einschließlich der zirkulär polarisierten Welle und umgekehrt zu erzeugen. Die Achsenlage und das Achsenverhältnis der elliptisch polarisierten Welle ist jedoch mit diesen bekannten Anordnungen nicht beliebig einstellbar.

Nachstehend soll das Prinzip der Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung zur Umwandlung der Polarisaiionsari einer sehr kurzen elektromagnetischen Welle ist kurz vor dem Erreger, beispielsweise eine Radarantenne, in eine Antennenzuleitung eingeschaltet. Die vom Sender kommende Welle wird in einen Hohlleiterabschnitt 1, mit z. B. rechteckigem Querschnitt, eingespeist. An den Hohlleiterabschnitt 1 schließt sich ein Hohlleiterübergangsstück 2 von rechteckigem zu rundem Querschnitt an. Dieses Übergangsstück läuft in einen Hohlleiterabschnitt 3 mit rundem Querschnitt aus. Im Übergangsstück 2 und im Abschnitt 3 ist eine Dämpfungsplatte 4 senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes der eingespeisten Welle angeordnet. Dieser Dämpfungsabschnitt dient vornehmlich dazu, die unerwünschten Feldtypen zu unterdrücken. Der Hohlleiterabschnitt 3 ist als Drehkupplung ausgeführt, an deren beweglichem Teil ein rechteckiger Hohlleiter 5, hier mit quadratischem Querschnitt, angeschlossen ist. Das jenseitige Ende des Hohlleiterabschnittes 5 geht in einen Hohlleiterabschnitt 6 mit kreisförmigem Querschnitt über, der ebenso wie der Hohlleiterabschnitt 3 als Drehkupplung ausgeführt ist. Da Drehkupplungen allgemein bekannt sind, wurden, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht zu stören, die Drehkupplungen in den Hohlleiterabschnitten 3 und 6 nicht dargestellt. Der PIohlleiterabschnitt 6 geht in einen kurzen Hohlleiterabschnitt 7 mit quadratischem Querschnitt über, der sich zu einem PIornstrahler 8 erweitert. Der Hohlleiterabschnitt 5 ist durch seine Aufhängung in den Drehkupplungen 3 und 6 um seine Längsachse in der Richtung der mit 9 bezeichneten Pfeile drehbar. Im Innern des HohlleiterabschnittesS befindet sich ein phasenschiebendes Glied, hier eine dielektrische Platte 10, die zwecks Vermeidung von Reflexionen an ihren Enden zugespitzt ist. Infolge ihrer plattenförmigen Ausbildung beeinflußt die dielektrische Platte 10 die verschiedenen Komponenten einer im Hohlleitcrabschnitt υ laufenden .Welle in unterschiedlichem Maße. Eine linear polarisierte Komponente, deren elektrischer Vektor in Richtung der Plattenebene verläuft, wird am stärksten, eine in liichtung der Normalen der PlattelO linear polarisierte Komponente am schwächsten in der Phase verschoben. Die dielektrische Platte 10 ist in Richtung ihrer Normalen, wie durch die gestrichelten Pfeile 11 angedeutet, seitlich verschiebbar. Der Verschiebungsmechanismus für die dielektrische Platte sowie der Drehinechanismus für den PIohlleiterabschnitt 5, durch dessen Drehung gleichzeitig die dielektrische ! 'latte 10 um ihre Längsachse gedreht wird, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Antriebsmittel zur seitlichen Verschiebung der dielektrischen Platte IG können nach Art der Antriebsniittc' ausgebildet sein, wie sie für als regelbare Phasenschieber dienende, in .! Iohlleitern angeordnete dielektrische Platten ver-

wandt werden. Zur Drehung des Hohlleiterabschnittes 5 um seine Längsachse kann zweckmäßigerweise ein Schneckengetriebe benutzt werden. Die Seitenlängen der PIohlleiterabschnitte 5 und 7 sind so gewählt, daß über die gesamte Länge der Glieder 3 bis 7 der gleiche Wellenwiderstand gewahrt bleibt.

In den Hohlleiterabschnitt 1 wird eine PI₁₀-WeIlc eingespeist, die sich in dem Iiohlleiterabschnitt 3 als H₁₁-Welle fortpflanzt. Im PIohlleiterabschnitt 5 wird

ίο diese Welle je nach Drehstellung des Gliedes 5 in eine H₁₀- und/oder PI₀₁-Welle umgewandelt, im Hohlleiterabschnitt 6 läuft sie als PI₁₁-Weile und gelangt dann wieder in den Hohlleiterabschnitt 7 und den Hornstrahler 8 als H₁₀- und/oder H₀₁-Welle. Zur Erklärung der Wirkungsweise dieser Anordnung sei als einfacher Betriebsfall die Umwandlung einer linear polarisierten Welle in eine zirkulär polarisierte Welle angenommen. Dabei ist der Hohlleiterabschnitt 5 um seine Längsachse so weit gedreht, daß die Ebene der dielekirischen Platte um 45° gegenüber dem elektrischen Vektor der in den Abschnitt 1 eingespeisten H₁₀-Weile geneigt ist. Die linearpolarisierte Komponente im Hohlleiterabschnitt 5 in Richtung der Plattcnebene wird in ihrer Phase am stärksten verzögert, die senkrecht hierzu linear polarisierte Komponente am schwächsten. Befindet sich die dielektrische Platte 10 gerade in einer solchen seitlichen Lage, in der die Phasenverschiebung zwischen den beiden obenerwähnten linear polarisierten Komponenten 90° beträgt, dann erhält man am Ausgang eine zirkulär polarisierte Welle. Die dielektrische Platte 10 braucht über die Mitte des Hohlleiters hinaus nicht verschiebbar zu sein, da das Feld im Innern des Hohlleiterabschnittes 5 symmetrisch zur Mittelebene verläuft. Vorzugsweise ist die dielektrische Platte 10 derart bemessen, daß die Phasenverschiebung von 90° in der Mitte des Verschiebungsbereiches der Platte und die Phasenverschiebung von 180° bei Stellung der Platte in der Mitte des Hohlleiters zustande kommt. Bei eier chigezeichneten Stellung des Hohlleiterabschnittcs G würde man eine rechtsdrehende zirkulär polarisierte Welle erhalten. Der Drehsinn dieser zirkulär polarisierten Welle würde bei der Reflexion an Regentropfen seine Richtung umkehren, die über den ITorn-

4-5 strahler 8 und die Hohlleiterabschnitte 7 und 6 eingespeiste Welle würde also linksdreheiid zirkulär polarisiert sein, und da eine zirkulär polarisierte Welle äquivalent zwei zeitlich und räumlich um 90° versetzten linear polarisierten Wellen ist, würde diese zirkulär polarisierte Welle nach Durchlaufen des Hohlieiterabschnittes 5 und Phasenverschiebungdurch das Glied 10 wieder in eine linear polarisierte Welle umgewandelt, deren Polarisationsrichtuug jedoch gegenüber der eingespeisten Welle um 90° räumlich verdreht ist. Diese Welle wird zum Teil in der Dämpfungsschicht 4 in den Hohlleiterabschnitten 2 und 3 aufgebraucht und läuft sich in dem anschließenden Hohlleiterabschnitt 1 toi, da die Abmessungen des Hohlieiterabschnittes 1 derart bemessen sind, daß die Wellenlänge einer so polarisierten Welle größer als die kritische Wellenlänge ist. Weicht die Neigung der dielektrischen Platte 10 gegenüber dem dielektrischen Vektor der eingespeisten Welle vom 45°-Winkel ab, dann entartet die zirkuläre Polarisation zu einer eliiptischen Polarisation. Das Achsenverhältnis und die .Vchsenrichtung der elliptischen Polarisation sind sowohl vom Drehwiukel der dielektrischen Platte 10 als auch von deren seitlicher Verschiebung abhängig. Zur Lrzieiung optimaler Verhältnisse dreht man den Hohlleiierabschnitt 5 und verschiebt man die dielektrische

Claims

Platte 10 so lange, bis sich auf der Radaranzeige die Ziele stark von der Anzeige der Regenwolken abheben.

Soll der Unterschied der Phasenverschiebungen für die beiden linear polarisierten Komponenten in der Plattenebene und in der Normalrichtung der Plattenebene in der wandnächsten Stellung der dielektrischen Platte 10 Null sein, dann kann man in einer der der Yerschiebungsrichtung der dielektrischen Platte 10 parallelen Wandungen des Hohlleiterabschnittes 5 eine dem phasenschiebenden Glied 10 analoge dielektrische Platte fest anordnen. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen den Querschnitt des Hohlleiterabschnittes 5 nicht quadratisch, sondern rechteckig auszubilden, und zwar müßten im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Wandungen, die parallel zur Verschiebungsrichtung der dielektrischen Platte 10 verlaufen, etwas breiter gewählt werden als die übrigen zwei Wandungen. Die Phasenverschiebung Null zwischen den zwei linear polarisierten Komponenten kommt dann dadurch zustände, daß die Phasengeschwindigkeit der parallel zur breiten Wandung polarisierten Komponente ohne Phasenglieder geringer ist als die Phasengeschwindigkeit einer senkrecht dazu polarisierten Komponente.

An Stelle des im Ausführungsbeispiel als dieiektrische Platte ausgebildeten phasenschiebenden Gliedes können auch andere phasenschiebende Glieder mit unterschiedlichem Einfluß auf zwei senkrecht aufeinanderstellende linear polarisierte Komponenten, wie z. B. ein Hohlleiter veränderbaren Querschnitts oder zwei im Abstand einer Viertelbetriebswellenlänge angeordnete Metallstifte, die gegenüberliegende Wandungsteile leitend verbinden, Verwendung finden.

Patentansprüche:

ί. Anordnung zur Umwandlung einer linear polarisierten Welle in eine rechts- oder linksdrehende elliptisch polarisierte Welle und/oder umgekehrt, bei der in einem PIohlleiter ein um seine Längsachse drehbares phasenschiebendes Glied vorgesehen ist, das die Phasen zweier senkrecht zueinander linear polarisierter Komponenten in unterschiedlichem Maße beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des phasenschiebenden Gliedes derart bemessen ist, daß die Differenz der Phasenverschiebungen zwischen den zwei senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten in der Stellung des phasenschiebenden Gliedes, in der diese Differenz ein Maximum ist, mindestens 180° beträgt und das phasenschiebende Glied in der Polarisationsrichtung der von ihm am schwächsten beeinflußten linear polarisierten Komponente derart verschiebbar angeordnet ist, daß eine Umwandlung in eine elliptisch polarisierte oder aus einer elliptisch polarisierten Welle mit

beliebigem Achsenverhältnis und beliebiger Achsenrichtung möglich ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des phasenschiebenden Gliedes derart bemessen ist, daß die Differenz der Phasenverschiebungen zwischen den zwei senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten in der Stellung des phasenschiebenden Gliedes, in der diese Differenz ein Maximum ist, 180° beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das phasenschiebende Glied in einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt angeordnet ist und zusammen mit dem Hohlleiter um seine Längsachse drehbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung gleicher Phasenverschiebungen für die beiden parallel zu den Plohlleiterwandungen linear polarisierten Komponenten in der äußersten Stellung des phasenschiebenden Gliedes die parallel zur Verschiebungsrichtung des phasenschiebenden Gliedes verlaufenden Wandungen breiter gewählt sind als die zwei übrigen Wandungen.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohlleiters quadratisch ist und daß zur Erzielung gleicher Phasenverschiebungen für die beiden parallel zu den Hohlleiterwandungen linear polarisierten Komponenten in der äußersten Stellung des phasenschiebenden Gliedes an einer der parallel zur Verschiebungsrichtung verlaufenden Wandungen ein zweites feststehendes, phasenschiebendes Glied vorgesehen ist, das für die parallel zu dieser Wandung linear polarisierten Komponenten die gleiche Phasenverschiebung hervorruft wie das verschiebbare, phasenschiebende Glied für die senkrecht dazu linear polarisierte Komponente in seiner äußersten Stellung.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt eingangs- und ausgangsseitig in zwei Hohlleiter mit rundem Querschnitt übergeht und daß diese als Drehkupplungen ausgebildet sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Anordnung ein Dämpfungsglied angeordnet ist, das die unerwünschten Polarisationskomponenten unterdrückt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das phasenschiebende Glied als dielektrische Platte ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 933 841.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 638/2S0 10.