DE1302035B - Flaechenstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter kreisfoermiger Apertur - Google Patents

Description

• Die Patentanmeldung P 12 93 254.6 hat einen Flächenstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter Apertur zum Gegenstand, der aus einem inneren Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts und diesen koaxial umgebenden Mantelleitern ebenfalls kreisförmigen Querschnitts besteht, von denen jeder mit dem nächstinneren Mantelleiter bzw. inneren Hohlleiter eine Koaxialleitung bildet, wobei alle Leitungen jeweils getrennt herausgeführt, mit derselben Frequenz gespeist und jeweils derart erregt und/oder mit die Wellenausbreitung beeinflussenden Mitteln versehen sind, daß in jeder Ringzone sich ein wenigstens nahezu homogenes und wenigstens nahezu in einer Richtung polarisiertes. Feld ergibt.
• Nach der Hauptpatentanmeldung ist die Polarisationsrichtung in allen Teilaperturen wenigstens nahezu gleich, und die Leitungen sind mit derartiger Amplitude und Phase gespeist, daß eine von der Mitte der Apertur nach dem Rand hin mit abnehmender Amplitude oszillierende, rotationssymetrische Belegungsfunktion angenähert ist, wobei die Hohlleiterwand und die Mantelleiter solche Abmessungen besitzen, daß sie in der Apertur auf den konzentrischen Kreisen liegen, auf denen die Belegungsfunktion den Wert Null hat.
• Die Zusatzerfindung betrifft eine zweckmäßige Weiterbildung des Flächenstrahlers nach der Hauptpatentanmeldung, dergestalt, daß derartige Mittel in die Leitungen eingefügt sind, daß sich in der Apertur eine zirkulare Polarisation ergibt.
• Die Zirkularpolarisation hat eine besondere Bedeutung für die Nachrichtenübertragung über Erdsatelliten.
• Vorteilhaft führen die Leitungen eine linear polarisierte Welle, und in die Leitungen sind Polarisationswandler eingefügt, die diese Welle in bekannter Weise in eine zirkular polarisierte Welle umwandeln.
• Zweckmäßig bestehen die Polarisationswandler aus einem Hohlleiter- bzw. Mantelleiterstück geeignet bemessener Länge und einem elliptisch verformten Querschnitt. Die Bemessung erfolgt derart, daß sich für die beiden senkrecht aufeinanderstehenden Komponenten der zuvor linear polarisierten Welle eine unterschiedliche Phasengeschwindigkeit ergibt.
• Auch kann der Polarisationswandler aus in die Leitungen eingefügten leitenden Blenden oder radial gerichteten Streifen aus Dielektrikum bestehen.
• Die beschriebenen Maßnahmen der Polarisationsumwandlung sind frequenzabhängig. Eine Verminderung dieser Frequenzabhängigkeit kann man vorteilhaft durch eine geeignete Kombination von dielektrischen Streifen und elliptischer Querschnittsverformang erreichen.
• Außerdem kann man im Abstand von s/s-Wellenlängen zwei parallel zum elektrischen Feldvektor verlaufende leitende Stäbe anordnen.
• Weiter kann die Umwandlung in eine zirkular polarisierte Welle durch ein geeignet dimensioniertes Lamellengitter erzielt werden. i In allen Fällen bildet die Polarisationsrichtung der auf den Polarisationswandler treffenden, linear polarisierten Welle einen Winkel von 45° gegen eine der charakteristischen Richtungen des Polarisationswandlers.
• Man braucht aber zur Erzeugung der Zirkularpolarisation in den Koaxialleitungen nicht unbedingt von einer linear polarisierten Welle auszugehen, sondern man kann in weiterer Ausbildung der Zusatzerfindung die normalerweise in einer Koaxialleitung benutzte Leitungswelle mit radial gerichteten Feldvektoren (TEM-Welle) unmittelbar in eine zirkular polarisierte Welle umwandeln, indem man in an sich bekannter Weise (deutsche Patentschrift 1051342) ein geeignet dimensioniertes Dielektrikum in die Koaxialleitung einbringt. Die Dicke des Dielektrikums ist dabei so zu bemessen, daß der Unterschied der durch das Dielektrikum verursachten Phasenverschiebung bei zwei. Werten des Umfangswinkels gleich der Differenz dieser Umfangswinkel ist.
• Nachfolgend werden an Hand einiger Figuren einige Ausführungsbeispiele der Zusatzerfindung erläutert.
• Die F i g.1 zeigt einen Polarisationswandler in zwei Ansichten, welcher aus einem inneren Hohlleiter 1 und einer Reihe von zueinander koaxialen Leitungen 2 a bis 2 n besteht, die eine gemeinsame elliptische Verformung erfahren haben. Auf ein derartig elliptisch verformtes Stück der zueinander koaxialen Leitungen folgt wieder eine Leitung mit kreisförmigem Querschnitt, um die entsprechende Rotationssymmetrie in der Apertur zu gewährleisten.
• Die F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Polarisationsumwandlers in zwei Ansichten, bei welchem die notwendige Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten der linear polarisierten Welle durch Einbringen von leitenden Blenden 3, die zur besseren Anpassung mit Vorsprüngen versehen oder abgeschrägt sind, in den inneren Hohlleitern und die ihn umgebenden Koaxialleitungen erreicht ist. Diese Blenden sind so angeordnet, daß sie auf die eine Komponente der einfallenden Welle kapazitiv, auf die andere induktiv wirken.
• Die F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Polarisationswandler aus radial angeordneten Streifen 4 aus Dielektrikum bestehen, die für die beiden Komponenten eine unterschiedliche Phasenänderung bewirken; und zwar ist die Phasenverzögerung für die Komponente parallel zu dem dielektrischen Streifen am größten und für die senkrecht dazu stehende am kleinsten. Auch hier weisen die Streifen 4 aus Dielektrikum Vorsprünge zur Anpassung auf.
• Bei der Ausführungsform nach der F i g. 4 besteht der Polarisationswandler aus zwei im Abstand von 3/8-Wellenlängen hintereinandergeschalteten metallischen Stäben 5. Durch diese Stäbe erfährt die Komponente der Welle, deren E-Vektor parallel zu den Stäben verläuft, eine Phasenverschiebung um 90°.
• Die F i g. 5 zeigt einen Polarisationswandler, der aus einem unter 45° gegen die Polarisationsrichtung der linear polarisierten Welle geneigten Lamellengitter 6 besteht. Durch dieses Gitter wird die senkrecht zu den Lamellen stehende Komponente ungehindert durchgelassen, während die Komponente, deren elektrischer Vektor parallel zu den Lamellen verläuft, eine Phasenbeschleunigung erfährt, die von dem Abstand der Lamellen abhängt.
• Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele setzten alle das Vorhandensein einer bereits linear polarisierten Welle voraus.
• Dies braucht, jedenfalls für die Koaxialleitungen, nicht der Fall zu sein bei der Anordnung nach Fig.6.
• Hier ist der Querschnitt vor den Koaxialleitungen mit einem Ring aus dielektrischem Material 7 ausgefüllt, dessen eine Seitenfläche als Schraubenfläche ausgebildet ist. Hierdurch wird die in den Koaxialleitungen auftretende TEM-Welle in eine zirkular polarisierte Welle umgewandelt.
• Der innere Hohlleiter wird, wie in der Haupt patentanmeldung beschrieben, durch eine Welle mit möglichst linearer Polarisation erregt und diese Welle durch einen der vorstehend aufgeführten Polarisationswandler nach den F i g. 2 bis 4 in eine zirkular polarisierte Welle umgewandelt.
• In der F i g. 6 ist der Polarisationswandler im inneren Hohlleiter der übersichtlichen Darstellung halber fortgelassen worden.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Flächenstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter kreisförmiger Apertur, bestehend aus einem inneren Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts und diesen koaxial umgebenden Mantelleitern ebenfalls kreisförmigen Querschnitts, von denen jeder mit dem nächstinneren Mantelleiter bzw. inneren Hohlleiter eine Koaxialleitung bildet, wobei alle Leitungen jeweils getrennt herausgeführt, mit derselben Frequenz gespeist und jeweils derart erregt und/oder mit die Wellenausbreitung beinflussenden Mitteln versehen sind, daß in jeder Ringzone sich ein wenigstens nahezu homogenes und wenigstens nahezu in einer Richtung polarisiertes Feld ergibt, bei dem die Polarisationsrichtung in allen Teilaperturen wenigstens nahezu gleich ist und die Leitungen mit derartiger Amplitude und Phase gespeist sind, daß eine von der Mitte der Apertur nach dem Rand hin mit abnehmender Amplitude oszillierende, rotationssymmetrische Belegungsfunktion angenähert ist, wobei die Hohlleiterwand und die Mantelleiter solche Abmessungen besitzen, daß sie in der Apertur auf den konzentrischen Kreisen liegen, auf denen die Belegungsfunktion den Wert Null hat, nach Patentanmeldung P 12 93 254.6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß derartige Mittel in die Leitungen eingefügt sind, daß sich in der Apertur eine zirkulare Polarisation ergibt.
2. 2. Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen eine linear polarisierte Welle führen und daß in die Leitungen Polarisationswandler eingefügt sind, die diese Welle in bekannter Weise in eine zirkular polarisierte Welle umwandeln.
3. 3. Flächenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationswandler aus einem Hohlleiter- bzw. Mantelleiterstück (1 bzw. 2 a bis 2 n) geeignet bemessener Länge mit einem elliptisch verformten Querschnitt bestehen (F i g.1).
4. 4. Flächenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationswandler aus in die Leitungen eingefügten leitenden Blenden (3) bestehen (F i g. 2).
5. 5. Flächenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationswandler aus radial gerichteten Streifen (4) aus Dielektrikum bestehen (F i g. 3).
6. 6. Flächenstrahler nach den Ansprüchen 3 und 5, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung der elliptischen Verformung und der dielektrischen Streifen als Polarisationswandler.
7. 7. Flächenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationswandler aus zwei im Abstand von 3/8-Wellenlängen hintereinander angeordneten, parallel zum elektrischen Feldvektor verlaufenden leitenden Stäben (5) bestehen (F i g. 4). B.
8. Flächenstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationswandler aus einem Lamellengitter (6) bestehen (F i g. 5).
9. 9. Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen die TEM-Welle führen und daß in die Koaxialleitungen in an sich bekannter Weise ein Dielektrikum (7) einer derartigen Dicke eingefügt ist, daß der Unterschied der durch das Dielektrikum verursachten Phasenverschiebung bei zwei Werten des Umfangswinkels gleich der Differenz dieser Werte ist (F i g. 6).