DE1441012C - Anordnung zur Änderung der Polari sation einer elektromagnetischen Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Änderung der Polarisation der von einer im Azimut richtwirkungsfreien, mit einem Gegengewicht versehenen Antenne mit vertikaler Polarisation ausgestrahlten elektromagnetischen Welle in eine lineare, gegen die Vertikale geneigte Polarisation, mit einem vertikalen Gitter, das aus linienhaften leitenden Elementen besteht, die gegen die Horizontale geneigt sind.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art sind rings um die vertikal polarisierte Antenne ein oder mehrere vertikale Reflektorgitter angeordnet, von denen jedes aus parallelen linearen Leitern besteht, die um einen bestimmten Winkel gegen die Vertikale geneigt sind. Wenn der Abstand zwischen den parallelen Leitern eines solchen Gitters klein gegen die Wellenlänge ist, wird das durch das Gitter gehende Feld senkrecht zu der Richtung der Leiter polarisiert, und die parallel zu diesen Leitern liegende Komponente wird zu der Antenne reflektiert.

Es ist auch bereits bekannt (deutsche Patentschrift 069), einem vertikalen Polarisationsgitter eine gleichfalls vertikale Anordnung hinzuzufügen, welche die vom Gitter zum Sender bzw. Empfänger hin reflektierten Wellen absorbiert. Diese zusätzliche Anordnung kann beispielsweise aus Halbwellenlängen Dipolen bestehen, die parallel zu den Gitterstäben in einer Ebene angeordnet sind, weiche im Abstand einer Viertelvvellenlänge von der Gitterebene liegt,, wobei die Dipole so über Widerstände zusammengeschaltet sind, daß sie als Verbraucher wirken. Bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich aber um ebene Ciitter, die vor dem Reflektor einer Richtantenne angeordnet sind.

Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, welche bei einer im Azimut richlwirkungsfreien Antenne die Erzielung einer gegen die Vertikale geneigten linearen Polarisation ermöglicht, ohne daß der Anteil der an dem vertikalen Gitter reflektierten Wellen unzulässig groß wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das vertikale Gitter die Form eines Umdrehungszylinders um die Achse der vertikal polarisierten Antenne hat und auf der dem Gegengewicht entgegengesetzten Seite der Antenne durch ein horizontales Reflektorgitter abgeschlossen ist, das aus linienhaften leitenden Elementen besteht, die annähernd die Form von logarithmischen Spiralen haben, welche die Radiusvektoren unter einem konstanten Winkel schneiden.

Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt die Wirkung, daß das horizontale Gitter als Polarisationsfilter wirkt und zu dem vertikalen Gitter eine horizontal polarisierte Komponente reflektiert. Diese horizontal polarisierte Komponente verringert die Reflexion an dem vertikalen Gitter, so daß das Entstehen eines unzulässig großen Anteils von stehenden Wellen zwischen dem Phasenzentrum der Antenne und dem vertikalen Gitter verhindert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Antenne mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 eine schematisch perspektivische Ansicht der Anordnung von F i g. 1,

F i g. 3 eine Oberansicht der Anordnung von F i g. 2, F i g. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von Fi g. 1 bis 3 und Fig. 6 eine dreidimensionale schematische Dar stellung zum besseren Verständnis der Diagramme von Fig. 4 und 5.

Fig. 1 zeigt eine Antennenanordnung mit einer Haube 1 aus Isoliermaterial, deren eine Seite ein Leitergitter trägt, das die in Fig. 2 und 3 gezeigte Form hat.

Das Gitter kann auf verschiedene Weisen ausgeführt sein. Beispielsweise kann es durch eine Metallisierung gebildet sein, die auf die Außenseite der Haube aufgebracht ist.

Im Innern der Haube befindet sich ein strahlendes Element, das aus einer senkrechten zylindrischen Hülse 2 und einem waagerechten Ring 3 besteht und koaxial zu der Haube angebracht ist. Ein Gegengewicht 4 mit etwa kegelförmiger Oberfläche verläuft zur offenen Seite der Haube hin. Die Haube 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf das Gegengewicht aufgeschraubt, während der Ring 3 an der Haube befestigt ist. Die Teile 2, 3 und 4 bilden eine Antenne mit vertikaler Polarisation.

Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß die Projektion des Gitters auf eine waagerechte Ebene aus Abschnitten von logarithmischen Spiralen besteht, weiche jeden beliebigen Radius unter einem Winkel von 45° schneiden. Die auf den oberen, etwa horizontalen Abschnitt der Haube aufgebrachten Gitterstäbe (7

Die parallel zur .r-Achse liegende Komponente -E/cosV,

die seiikrechtzu den Gitterstäben des vertikalen Gitters F steht, ist praktisch ohne Bedeutung Tür die stehenden Wellen zwischen der Antenne und dem vertikalen Gitter. Zur Berechnung des resultierenden Feldes im Punkt Λ/ braucht daher nur der Vektor Ii.,' berücksichtigt zu werden.

Der Vektor E₁' (F i g. 4 und 6) ist der Vektor des elektrischen Feldes, das direkt vom Phasenzentrum // zum Punkt M gelangt. Der resultierende Vektor Ii im Punkt M ergibt sich aus der Vektorsumme des Vektors E₁' und des Vektors H.,': '

IO

bilden ein horizontales Reflektorgitter, während die auf den zylindrischen Mantel der Haube aufgebrachten Gitterstäbe F ein vertikales zylindrisches Polarisationsgitter bilden. Bei dem dargestellten Beispiel (Fig. 2) setzen sich die horizontalen Gitterstäbe (1 in den vertikalen Gitterstäben F fort.

Die Wirkungsweise der zuvor beschriebenen Anordnung soll an Hand der Vektordiagramme von Fig. 4 und 5 beschrieben werden, die unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 6 besser verständlich sind.

In Fig.■ I ist bei // das Phasenzentrum der Antenne angegeben. Dieses Phasenzentrum H liegt auf der vertikalen Symmetrieachse, die auch durch den Mittelpunkt O des horizontalen Gitters geht. Bei dem in Fig. 6 angegebenen rechtwinkligen Korordinatensystem ist diese Achse die z-Achse, während die .r-Aclise die vom Punkt O in der Zeichenebene horizontal verlaufende Achse ist. Die Zeichenebene von Fig. 1 ist eine diametrale Ebene, die der Ebene A von F i g. 6 entspricht. Mit K ist der Punkt des vertikalen Gitters bezeichnet, der einerseits in dieser diametralen Ebene und andererseits in der durch das Phasenzentrum H der Antenne gehenden horizontalen Ebene liegt.

Mit M ist ein Punkt des vertikalen zylindrischen Gitters bezeichnet, der in der gleichen diametralen Ebene liegt, und durch den ein vom Phasenzentrum H der Antenne ausgehender Strahl geht, der im Punkt / des horizontalen Gitters reflektiert wird.

Fig. 4 zeigt das Vektordiagramm der am PunktM auftretenden Vektoren des elektrischen Feldes in einer vertikalen Ebene B (Fig. 6), die senkrecht zur Ebene A steht. Fig. 5.zeigt das Vektordiagramm der am Punkt / auftretenden Vektoren des elektrischen Feldes in einer horizontalen Ebene C (Fig. 6), die senkrecht zu den Ebenen A und B durch den Punkt / geht. .

Der Vektor des elektrischen Feldes am Punkt / des horizontalen Gitters ist mit E₁ bezeichnet (Fig. 1 und 6). Infolge der vertikalen Polarisation der Antenne liegt der Vektor E/ in der Ebene A.

In der Ebene A zerlegt sich der Vektor E_t in eine vertikale Komponente E_n, die senkrecht zur Ebene des Gitters G steht, und in eine horizontale Ebene E₇-, die in der horizontalen Ebene C enthalten ist:

E₁- E_n + E_T .

In der horizontalen Ebene C zerlegt sich die Korn- Diese erwünschte Verringerung des reflektierten

ponente E_T ihrerseits in eine Komponente E_T', die ₅o ^{Feldes ist auf den} Einfluß des vom horizontalen

- -■ Gitter reflektierten Vektors E.,' zurückzuführen. Wenn

mit Θ der Winkel zwischen dem Vektor E₁ und der

E-= E₁' (E/.

Der Vektor E kann in eine Komponente E₁., die tangential zu dem Gitterstab F liegt, und in eine senkrecht zu diesem Gitterstab stehende Komponente E_n" zerlegt werden. Bekanntlich wird die Komponente Ef an dem Gitter retlektiert, während die Komponente E_n" vom Gitter durchgelassen wird und die elektromagnetische Welle mit der gewünschten Polarisationsrichtung ergibt. Wenn diese Polarisationsrichtung beispielsweise um 45° gegen die Vertikale geneigt sein soll, müssen die Gitterstäbe F des vertikalen Polarisationsgitters um 45" gegen die Horizontale geneigt sein. Dieser Fall ist in Fig. 4 angenommen.

Aus Fig. 4 ist unmittelbar zu erkennen, daß die Zerlegung des resultierenden Vektors E eine größere durchgelassene Komponente E_v" und eine kleinere reflektierte Komponente E₁.- ergibt als eine entsprechende Zerlegung des unmittelbar von der Antenne kommenden Vektors E₁' allein. In der Tat gilt:

E^- = Ecos (45°-f- \) <EJcos 45°.

Das im Innern des Gitters 1 reflektierte Feld wird im Verhältnis

cos (λ -f- 45^CJ)

"cos45° ""

verringert. Für χ = 15° hat dieses Verhältnis den Wert

P"

tangential zu dem Leiter G des horizontalen Gitters steht, und in eine Komponente E_n, die senkrecht zu diesem Gitterleiter steht:

E₇- = E/ + E_n': .

Der Vektor E₂ ist die parallel zur Ebene B liegende Komponente des" am Gitter G- reflektierten Anteils E₇'. Da das horizontale Gitter eine Phasenverschiebung von 180° erzeugt, gelangt diese Komponente zum vertikalen Gitter als entgegengesetzt gerichteter Vektor E₂'. Es gilt also

x-Achse bezeichnet wird gilt für die Größe des Vektors E,':

-Ε/ = E/ sin V

= E₇- cos V · sin V

= E₁ cos θ ■ cos V · sin V

= \ E₁ cos θ · sin 2 V.

Ε» Eo- Der Vektor E₂' wird also ein Maximum, wenn

Wenn V der Winkel ist, um den der Gitterstab G 65 sin 2F= 1. Daraus folgt für den optimalen Winkel gegen die .r-Achse im Punkt / geneigt ist (Fig. 5 V = 45°. Dies entspricht der in Fig. 3 dargestellten und 6), gilt: bevorzugten· Ausführungsform des horizontalen

E₂ = E/ sin V. Gitters.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

i 44 t 012 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Änderung der Polarisation der von einer im Azimut riclitwirkungsfreien, mit einem Gegengewicht versehenen Antenne mit •vertikaler Polarisation ausgestrahlten elektromagnetischen Welle in eine lineare, gegen die Vertikale geneigte Polarisation, mit einem vertikalen (Hlter, das aus linienlial'ten leitenden HIcmenten besteht, die gegen die Horizontale geneigt sind, ti a d u r c h g e k e η η /. e i c h net, daß das vertikale Cutter die Form eines IJmdrehungszylintlers (I) Hin die Achse ((M/) der vertikal polarisierten Antenne hat und auf der dem Gegengewicht (4) entgegengesetzten Seite der Antenne durch ein horizontales Reflektorgitter abgeschlossen ist, das aus linienhaften leitenden !!lementen ((/) besteht, die annähernd die Form von logarithmischen Spiralen haben, welche die Radiusvektoren (Öl) unter einem konstanten Winkel (K) schneiden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das vertikale Gitter bildenden leitenden Elemente (F) gegen die Manterlinien des Umdrehungszylinders (1) um einen Winkel geneigt sind, der im wesentlichen gleich dem konstanten Winkel (V) ist, unter welchem die linienhaften Leiter (G) des horizontalen Gitters die Radiusvektoren schneiden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Winkel (V) den Wert 45° hat.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die linienhaften leitenden Elemente (F, C) durch Metallisierungen gebildet sind, welche auf eine Haube aus Isoliermaterial mit horizontalem Boden aufgedruckt sind.