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"Vorrichtung zur Umwandlung der Polarisation einer von einer SHF-Antenne
abgestrahlten Welle" Französische Priorität vom 7. Mai 1968 aus der franzschen Patentanmeldung
Nr. 150 785 (Seine) Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der Polarisation
einer von einer SHF-Antenne abgestrahlten, elektromagnetischen Welle, bestehend
aus mehreren Gittern paralleler, elektrisch leitender Drähte, welche, geneigt in
Bezug auf den elektrischen Feldstärkevektor, in Platten dielektrischen Materials,
die an der Antenne befestigt sind, eingebettet sind.
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Bei solchen Vorrichtungen wird die gewünschte Polarisation dadurch
erhalten, daß die Phasenverschiebung zwischen zwei aufeinander senkrecht stehenden
Komponenten der elektromagnetischen Welle geändert wird.
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Bisher bekannte Vorrichtungen dieser Art bestehen darin, daß ein
Gitter aus metallischen Lamellen parall.el zur Fortpfanzungsrichtung angeordnet
wird, wobei der Winkel zum elektrischen Feldstärkevektor von der gewünschten Polarisation
abhängt und beispielsweise für zirkular Polarisation 450 beträgt. Ein schwerwiegender
Nachteil dieser Vorrichtungen ist indessen der schmale Nutzfrequenzberelch. Darüberhinaus
stören sie in nicht zu vernachlässigender Weise das Strahlungsdiagramm der Antenne,
welcher sie zugeordnet sind.
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Eine andere Vorrichtung zur Umwandlung der Polarisation be steht
aus einem Netz leitender Drähte; das auf dünnen dielektrischen Scheiben angebracht
ist. Diese Drähte sind in einer senkrecht auf der Fortpflanzungsrichtung stehenden
Ebene an-geordnet und schließen mit dem elektrischen Feldstärkevektor einen Winkel
ein, der im Falle der zirkularen Polarisation 45° beträgt. Diese Vorrichtung zur
Umwandlung der Polarisation besitzt Jedoch mangelhafte mechanische Stabilität, beeinträchtigt
das Antennendiagramm und hat eine beschränkte Nutzbandbreite. In gedruckter Schaltung
ausgeführt, besitzt diese Art von Vorrichtung zwar eine sehr große Nutzbandbreite,
ist Jedoch größerer Dauerleistung nicht gewachsen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der den
eingangs genannten bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile eine Vorrichtung
zu schaffen, welche die Impedanz der Elemente, die im Raum der von der Antenne abgestrahlten
elektromagnetischen Welle liegen, zu verringern gestattet.
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Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung der einleitend angegebenen
Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zwischen Je zwei der eingangs erwähnten,
eine Gruppe bildende Platten eine dielektrische Scheibe eingefügt ist, und daß weiter
die mit Gittern leitender Drähte versehenen dielektrischen Platten in ihrer Dicke
so bemessen sind, daß ihr kapazitiver Blindleitwert dem halben Eigenblindleitwert
der Drahtgitter, die sie enthalten, entspricht.
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Durch eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung besteht der Vorteil,
daß das Antennendiagramm nur wenig beeinträchtigt wird. Weitere Vorzüge sind gute
mçchanische Stabilität und ein befriedigendes Verhalten in Bezug auf die erzielbare
Dauerlei strang.
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Eine besonders vielseitig verwendbare Ausfuhrungsform der Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, daß für die Polarisationsumwandlung n Gruppen der vorstehend
beschriebenen Gitter verwendet werden, wobei der Wert von n von der Phasenverschiebung
abhängt, die zwischen dem elektrischen und dem magnetischen Feldstärkevektor der
abgestrahlten Welle am Ausgang der Vorrichtung bestehen soll.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung
wird eine linear polarisierte Welle in eine zirkular polarisierte Welle umgeformt,
indem man eine einzige Gruppe der erfindungsgemaRen Gitter am Ausgang der Antenne
anbringt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird zwischen den beiden Gittern
einer Gruppe eine dielektrische Scheibe eingefügt, deren kapazitiver Blindleitwert
die Korrektur von Anpassungsfehlern des Systems erlaubt.
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In der Zeichnung ist die Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art in
einer beispielsweise wiedergegebenen Aus führungs form schematisch veranschaulicht.
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Im einzelnen zeigt di9 Zeichnung eine Vorrichtung zur Emwandlung
einer linear polarisierten Welle in eine zirkular polarisierte Welle. Die Vorrichtung
besteht aus den beiden Platten 21 und 22 und der Scheibe 4, alle aus dielektrischem
Material. Die äußeren Platten 21 und 22 sind gleichartig aufgebaut und in Jede ist
ein Gitter aus parallelen, leitenden Drähten eingebettet. Für den in der Zeichnung
wiedergegebenen Fall sind diese Drähte in einem Winkel von 450 gegen den elektrischen
Feldstärkevektor der Welle geneigt, die von der Antenne 1 abgestrahlt wird, an welcher
diese Vorrichtung angebracht ist, die die Umwandlung der linear polarisierten Welle
in eine zirkular polarisierte Welle gestattet.
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Die Platten 21 und 22 bzw. die Scheibe 4 werden von Stützen 5 in ihrer
Lage gehalten.
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Die Dicke der äußeren Platten 21 und 22 ist so bemessen, daß ihr
kapazitiver Blindleitwert dem halben Eigenblindleitwert des Drahtgitters 3 entspricht.
Es ist bekannt, daß eine dielektrische Platte, welche rechtxwinklig zur Fortpflanzungsrichtung
einer elektromagnetischen Welle angeordnet ist, und eine nicht vernachlässigbare
Dicke e besitzt, sich wie ein kapazitiver Blindleitwert verhält, dessen Wert durch
X = J /6L (£ -1) gegeben ist.
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L Hierin bedeutet L die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle,
die Dielektrizitätskonstante des Materials, aus dem die genannte Platte besteht.
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Diese Wahl der Dicke e der Platten 21 und 22 und ihr daraus resultierender
Blindleitwert hat zur Folge, daß die Komponente der Welle, die parallel zu den Drähten
3 verläuft, eine Phasenvoreilung von 22,5° und die Komponente, die senkrecht zu
diesen Drähten verläuft, eine Phasennacheilung von 22,5Q erhält, wenn die von der
Antenne 1 abgestrahlte Welle Jede der beiden Platten 21 und 22 durchläuft. Die Gesamtphasenverschiebung
trägt folglich 900 und die lineare Polarisation ist daher in eine zirkulare Polarisation
umgewandelt. Durch die Verringerung der Impedanz Jeder der Platten 21 und 22 auf
die Hälfte vergrößert sich die Nutzbandbreite nahezu auf das Doppelte. Die dielektrische
Scheibe 4, die zwischen den beiden Platten 21 und 22 eingefügt ist, ist in ihrer
Dicke so bemessen, daß die Vorrichtung sowohl an die parallele als auch an die senkrechte
Komponente der abgestrahlten Welle angepaßt werden kann. Diese Scheibe 4 verlängert
den elektrischen Weg für die rechtwinklige Komponente und verkürzt ihn für die parallele
Komponente. Die Wahl ihres kapazitiven Blindleitwertes und folglich ihrer Dicke
geschieht z.B. unter Zuhilfenahme eines Smith-Diagrammes. Dagegen ist die Gesamtdicke
F der Vorrichtung so gewählt, daß sie in der Größenordnung von einem Viertel der
Wellenlänge L der abgestrahlten Welle liegt, die normalerweise für die Mehrzahl
der SHF-Quellen unterhalb der Rayleigh-Entfernung liegt. Durch Anordnung einer Anzahl
n von Gruppen 21, 4, 22 erhält man eine von 900 verschiedene Phasenverschiebung
und
folglich eine von der-zirkularen Polarisation abweichende Polarisation. Eine beliebige
Polarisation erhält man ebenfalls durch Änderung des Verhältnisses zwischen der
Eigenimpedanz und der kapazitiven Impedanz Jeder der Platten 21 und 22.
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Weiterhin wird durch Änderung des Neigungswinkels der Drähte 3 in
Bezug auf den elektrischen Feldstärkevektor der abgestrahlten Welle erreicht, daß
die parallelen und die-rechtwinkligen Komponenten nicht mehr den gleichen Wert besitzen.