DE2139076C2 - Polarisationsdrehender Reflektor - Google Patents

Polarisationsdrehender Reflektor

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Description

Material aus Fiberglas, eingebettet, und eine dielektrische Haut kann auf die Vorder- und Rückseiten aufgeklebt sein und dazu dienen, die Starrheit des ganzen Aufbaus zu erhöhen.
An Stelle der Streifen 3 können auch parallele Leiter verwendet werden. In jedem Fall müssen die Abstände der Leiter genügend klein sein, am einen hohen Reflexions-Koeffizienten bei der höchsten Betriebsfrequenz zu erzeugen, und ihr Durchmesser muß genügend klein sein, um eine hohe Durchlässigkeit für die Energie zu erreichen, die den Leitern gegenüber senkrecht polarisiert ist
Der Ε-Vektor der von dem Hornstrahler 1 emittierten Welle ist senkrecht zur Papierebene polarisiert und, wie aus F i g. 1 he/vorgeht, auf die Richtung der Streifen
3 ausgerichtet Man erhält daher eine nahezu vollständige Reflexion und eine Welle wird in Richtung auf einen polarisationsdrehenden Reflektor 4 reflektiert Der Reflektor 4 dient dazu, die Polarisationsebene der einfallenden Welle zu drehen. Eine Drehung der Ebene um 90" bewirkt, daß die von dem Reflektor 4 reflektierte Welle in einer Ebene parallel zur Papierebene und daher quer zu den Streifen 3 des Reflektors 2 polarisiert ist In diesem Falle findet ein vollständiger Durchgang der Welle durch den Reflektor 2 hindurch statt. Um die ausgestrahlte Welle zu schwenken, ist der Reflektor 4 um eine nicht dargestellte Achse, die senkrecht zur Papierebene steht, schwenkbar gelagert. Der Schwenkwinkel des Strahls ist doppelt so groß wie der Ablenkwinkel des Reflektors 4. Mit einem derartigen Reflektor 4 wird die Polarisation nur bei einer Frequenz räumlich um 90° gedreht.
Der Aufbau und die Wirkungsweise eines polarisationsdrehenden Reflektors 4, der eine räumliche Drehung der Polarisation um 90° bei zwei oder mehr Frequenzen bewirkt, wird im folgenden näher beschrieben.
F i g. 2, die nicht maßstäblich ist, zeigt zwei Gitter 5 und 6 aus Kupferdraht, die vor einem durchgehenden Reflexionselemont 7 aus einer Aluminiumplatte angeordnet sind. Die Abstände D 1 und D 2 zwischen dem ebenen Metallreflektor 7 und dem Gitter 5 bzw. dem Gitter 6 sind in der nachfolgend angegebenen Weise bemessen. Die Abstände der einzelnen Leiter 8 und 9 der Gitter 5 und 6 müssen genügend klein sein, um eine einwandfreie Reflexion für die eine Wellenkomponente zu erzeugen, während sie gleichzeitig in Verbindung mit dem Leiterdurchmesser so gewählt sind, daß der gewünschte Gitterwiderstand erhalten wird.
Die Gitter 5 und 6 sind dadurch hergestellt, daß die Leiter 8, 9 jeweils an eine Haut angeklebt werden. Die Häute oder Schieb«-. 1 sind dann mit einem dielektrischen Schaummatenal niedriger Dichte in Form je einer Schicht 11 verklebt, welche die Abstände D1 bzw. D 2 ergeben. Die Rückseite der Schaumstoffschicht 11 ist an dem Metallreflektor 7 angeklebt.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Reflektors
4 hängt von der Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen verschiedenen Komponenten einer linear polarisierten, einfallenden Welle ab. Im vorliegenden Beispiel werden zunächst die orthogonalen Komponenten betrachtet, die parallel bzw. senkrecht zu den Leitern 8 und 9 der Gitter 5 und 6 verlaufen. Die Gitter sind entsprechend mit ihren Leitern 8 und 9 um 45° gegenüber der Polarisationsebene der einfallenden Welle angeordnet
In der Ersatzschaltung nach Fig.3 zeigt das obere Schaltbild die Ersatzschaltung des Reflektors gegenüber der zu den Leitern parallelen Komponenten der elektrischen Feldstärke dsr einfallenden Welle. Das untere Schaltbild zeigt die entsprechende Ersatzschaltung für die zu den Leitern senkrechte Komponente. Die Diagramme auf der linken Seite der F i g. 3 zeigen die Komponenten der Feldstärke in Beziehung zu den Leitern der Gitter.
Die Gitter 5 und 6 bilden für die parallele Komponente induktive Nebenschlüsse, während die Gitter 5 und 6 für die senkrechte Komponente kapazitive Nebenschlüsse bilden. In beiden Fällen werden die Gitter durch eine kleine Kapazität 10 überbrückt, die sich aus der dielektrischen Haut ergibt, auf der die Leiter befestigt sind. Diese Fehlerkapazität wird durch eine entsprechende kleine Erhöhung der Gitterinduktivität über den berechneten Wert hinaus kompensiert
Sei dem angegebenen Beispiel wird das Gitter 5 erst so bemessen und eingestellt, daß sich ein Betrieb bei einer bestimmten Frequenz ergibt, d. h. es befindet sich im Abstand von Ά Wellenlänge dieser Frequenz vor dem Metallreflektor 7, wobei die Leiter 8 des Gitters 5 unter einem Winkel von 45° zu der Polarisationsebene der einfallenden Wellen angeordnet sind.
Die Anordnung eines Gitters im Abstand von 1A Wellenlänge vor einem Metallreflektor und der Empfang einer linear polarisierten Welle in einer Ebene, die einen Winkel von 45° gegenüber den Leitern des Gitters hat, rufen eine Phasenverschiebung von 180° zwischen der parallelen und senkrechten Komponente der elektrischen Feldstärke hervor, weil die parallele Komponente des Giaers mit einer Phasenverschiebung von 180° reflektiert wird, während die senkrechte Komponente das Gitter nicht »sieht«, sondern es ungehindert durchsetzt und von dem Metallreflektor infolge der Länge des Weges und der reflektierenden Eigenschaften des Metallreflektors mit einer Gesamtphasenverschiebung von 360° reflektiert wird. Die resultierende Phasenverschiebung beträgt 180°.
Wenn eine Phasenverschiebung von 180° zwischen der parallelen und senkrechten Komponente bei der Reflexion erzeugt wird, dann wird die gewünschte Drehung der Polarisationsebene um 90° erzielt Diese allgemeine Bedingung läßt sich durch die Formel
γ ---L
1PO γ
'pe
ausdrücken, wobei Ypa und Ypc die Scheinleitwerte für die parallele bzw. senkrechte Komponente sind. Die »parallelen« und »senkrechten« Scheinleitwerte haben daher inverse Größe und entgegengesetztes Vorzeichen.
Das Gitter 6 wird in der ersten oder in einer weiteren Kurzschlußebene der ersten Frequenz gegenüber dem Gitter 5 und dem Metallreflektor 7 angeordnet, so daß der Scheinleitwert des Gitters 6 keine Wirkung bei dieser ersten Frequenz hat, da das Gitter 6 parallel zu einem Kurzschluß liegt, d. h. einen unendlich großen Scheinleitwert aufweist. Es besteht damit vollständige Freiheit bei der Festlegung des Durchmessers und Abstands der Leiter 9 des Gitters 6, so daß bei verschiedenen niedrigeren Frequenzen die notwendigen inversen parallelen und senkrechten Scheinleitwerte, wie vorstehend erwähnt, in Verbindung mil: dem ersten Gitter 5 erzeugt werden können.
Die erfindungsgemäße Ausführung für zwei Frequenzen, bei der zuerst ein Gitter für die hohe Frequenz eingestellt und dann ein zweites Gitter für die niedrigere
Frequenz hinzugefügt wird, kann eine große Bandbreite sowohl für die hohe als auch für die niedrige Frequenz aufweisen. Es ist anwendbar, wenn die beiden Frequenzen in ungeradzahlig harmonischer Beziehung zueinander stehen, d. h. A2 = 3A\, 5A\, Ίλ\, usw.
Die beschriebene Ausführung entspricht dem ersten Frequenzpaar dieser Frequenzen.
Außerdem kann die Lage des zweiten Gitters 6 in gewissem Ausmaß verändert werden, ohne in unzulässiger Weise die höhere Frequenz zu beeinflussen. Dies ist der Fall, weil der Scheinleitwert für einen begrenzten Abstand zu beiden Seiten der Kurzschlußebene mit unendlich großem Scheinleitwert wie mittels eines Smith-Diagramms festzustellen ist, genügend groß bleibt, um den übertragenen Scheinleitwert des zweiten Gitters 6 unwirksam zu machen.
Auf diese Weise gelingt es, eine Abweichung gegenüber der Beziehung der dritten Harmonischen innerhalb eines Bereichs von 2,5 :1 bis 5 :1 zu erhalten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Polarisationsdrehender Reflektor, der einen ebenen Metallreflektor und ein erstes Gitter aus parallelen Leitern aufweist, das in einem Abstand von etwa 1A der Wellenlänge einer ersten Frequenz vor dem Metallreflektor angeordnet ist, und dessen Leiter in einem Winkel von 45" gegen die Polarisationsebene der einfallenden Welle angeordnet sind, wobei Leiterdurchmesser und gegenseitiger Leiterabstand so gewählt sind, daß der Eingangsscheinleitwert des polarisationsdrehenden Reflektors bei der ersten Frequenz für die zu den Leitern parallele Komponente der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle invers zum Scheinleitwert für die zu den Leitern senkrecht" Komponente ist und dabei beide Scheinleitwerte entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Gitter (6) aus parallelen Leitern (9) vor dem ersten Gitter (5) und parallel zu demselben in einer Kurzschlußebene angeordnet ist, in der eine einfallende Welle der ersten Frequenz einen unendlich hohen Scheinleitwert vorfindet, und daß Leiterdurchmesser und gegenseitiger Leiterabstand des zweiten Gitters (6) so gewählt sind, daß der Eingangsscheinleitwert des polarisationsdrehenden Reflektors (4) bei der zweiten Frequenz für die zu den Leitern (8, 9) der beiden Gitter (5, 6) parallele Komponente der einfallenden Welle invers zum Scheinleitwert für die zu den Leitern (8, 9) senkrechte Komponente ist und beide Scheinleitwerte entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (9) des zweiten Gitters in einem Winkel von 45° gegen die Polarisationsebene der einfallenden Welle angeordnet sind.
3. Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (8, 9) der beiden Gitter jeweils an einer dielektrischen Haut festgeklebt sind, die ihrerseits mit einer benachbarten dielektrischen Schaumschicht (11) verklebt ist
Die Erfindung betrifft einen polarisationsdrehenden Reflektor, der einen ebenen Metallrefiektor und ein erstes Gitter aus parallelen Leitern aufweist, das in einem Abstand von etwa '/4 der Wellenlänge einer ersten Frequenz vor dem Metallreflektor angeordnet ist, und dessen Leiter in einem Winkel von 45° gegen die Polarisationsebene der einfallenden Welle angeordnet sind, wobei Leiterdurchmeser und gegenseitiger Leiterabstand so gewählt sind, daß der Eingangsscheinleitwert des polarisationsdrehenden Reflektors bei der ersten Frequenz für die zu den Leitern parallele Komponente der elektrischen Feldstärke der einfallenden Welle invers zum Scheinlei'wert für die zu den Leitern senkrechte Komponente ist und dabei beide Scheinleitwerte entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.
Ein polarisationsdrehender Reflektor der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 31 61 879 bekannt, bei dem ein einziges Gitter aus parallelen Leitern im Abstand von 1/4 der Wellenlänge vor dem Reflektor angeordnet ist und bei dem der Eingangsscheinleitwert für die Betriebsfrequenzen für die zu den Leitern parallele Komponente der elektrischen Feldstärke der
einfallenden Welle invers zum Scheinleitwert für die zu den Leitern senkrechte Komponente ist und die beiden Scheinleitwerte entgegengesetztes Vorzeichen haben. Für niedrige Frequenzen sind keine weiteren Gitter vorgesehen, so daß die angegebenen Scheinleitwertbed'.ngungen nicht für niedrige Frequenzen erfüllt sind.
Die GB-PS 10 94 993 beschreibt eine Antennenanordnung mit einem Reflektor, der nur bei einer Frequenz die Polarisation räumlich um 90° zu drehen vermag.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen polarisationsdrehenden Reflektor derart weiter auszubilden, daß bei zwei Frequenzen die Polarisation räumlich um 90° gedreht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweites Gitter aus parallelen Leitern vor dem ersten Gitter und parallel zu demselben in einer Kurzschlußebene angeordnet ist, in der eine einfallende Welle der ersten Frequenz einen unendlich hohen Scheinleitwert vorfindet, und daß Leiterdurchmesser und gegenseitiger Leiterabstand des zweiten Gitters so gewählt sind, daß der Eingangsscheinleitwert des polarisationsdrehenden Reflektors bei der zweiten Freouenz für die zu den Leitern der beiden Gitter parallele Komponente der einfallenden Welle invers zum Scheinleitwert für die zu den Leitern senkrechte Komponente ist und beide Scheinleitwerte entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen polarisationsdrehenden Reflektor wird damit erreicht, daß auch für niedrige Frequenzen ein Gitter vorgesehen ist, das so bemessen ist, daß unter Berücksichtigung der Querleitwerte der zwischen dem Gitter und dem Reflektor liegenden Drahtgitter der Eingangsscheinleitwert des Reflektors für die zu den Leitern parallele Komponente der einfallenden Welle invers zum Scheinleitwert für die zu den Leitern senkrechte Komponente ist, wobei beide Scheinleitwerte entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen polarisationsdrehenden Reflektors an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine bekannte Antennenanordnung, mit der die Polarisation nur bei einer Frequenz um 90° gedreht wird,
F i g. 2 eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Reflektors, und
F i g. 3 Ersatzschaltungen für einen Reflektor gemäß F i g. 2 bezüglich der orthogonalen Komponenten einer einfallenden Welle.
Eine in F i g. 1 dargestellte bekannte Antennenanordnung (GB-PS 10 94 993) hat folgenden Aufbau. Ein Hornstrahler 1 ist auf einen parabolischen Metallreflektor 2 gerichtet und befindet sich am Brennpunkt des Metallreflektors 2, so daß die von dem Reflektor 2 reflektierte Welle einen parallelen Strahl bildet. Die vom Hornstrahler 1 ausgehende Welle ist linear polarisiert, wobei der elektrische Vektor E senkrecht zur Papierebene (Fig. 1) steht
Der parabolische Reflektor 2 ist bei einem bestimmten Winkel der Polarisationsebene der einfallenden Welle durchsichtig und besteht aus parallelen, leitenden Streifen 3, die in F i g. 1 im Schnitt gezeigt sind. Mindestens der vordere'Rand der Streifen ist jeweils so geformt, daß er der parabolischen Oberfläche des Reflektors 2 als Ganzes entspricht Die Streifen 3 sind in ein dielektrisches Medium, z. B. ein wabenartiges
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