DE2808035A1

DE2808035A1 - Polarisator fuer hoechstfrequenzwellen

Info

Publication number: DE2808035A1
Application number: DE19782808035
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Biansan; Lucien Saudreau
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2808035B2; FR2382109A1; GB1605119A; IT7848161A0; IT1101884B; NL174783C; NL174783B; DE2808035C3; NL7802030A; FR2382109B1; US4266203A

Description

PATENTANWÄLTE V 2B08035

DIETRICH LEWINSKY
Η:JNZ-JOACHiM HU8ER
REINER PRIETSCH 24.2.1978

MÖNCHEN 2 1 10.195-v/Ni

GOTTHARDSTR. 81

Thomson-CSF, Bl. Haussmann 173, F-75008 Paris (France)

" Polarisator für Höchstfrequenzwellen "

Priorität: 25. Februar 1977, 77 05585, Frankreich

Die Erfindung betrifft einen Polarisator für Höchstfrequenzwellen. Unter Polarisator ist dabei ein Gerät zu verstehen, das
allgemein den Polarisationszustand einer Welle verändert. Der
Polarisator, der in den Ausbreitungsweg von Höchstfrequenzwellen
gesetzt wird, hat die Aufgabe, die einfallende Welle, die eine
bestimmte Polarisation aufweist, in eine Ausgangswelle umzusetzen, deren Polarisationszustand sich vom Polarisationszustand
der Eingangswelle unterscheidet. Insbesondere wandelt ein derartiger Polarisator eine Welle mit linearer Polarisation in eine
Welle mit zirkularer Polarisation oder umgekehrt um in all den
Anwendungsbereichen, in denen eine derartige Umwandlung vorteil- ', haft ist.

Beispielsweise beim Nachweisen von elektromagnetischer Strahlung
kann die lineare Polarisation der Übertragungswelle in eine zir- ; kulare Polarisation der Ausgangswelle umgewandelt werden, wenn ^! die durch Regen oder Störeinflüsse erzeugten Echos eliminiert | werden sollen. Es ist möglich, die Störleistung der empfangenen i Strahlung zu vermindern, indem der Drehsinn der Polarisation um- j gekehrt wird. Für den Fall, daß das verfolgte Ziel beispielsweise! eine für den Nachweis mit zirkulär polarisierter Strahlung zu j geringe Fläche aufweist, ist es vernünftig, beim Nachweis mit ; linear polarisierter Strahlung zu arbeiten. Es könnten _₂_ '

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zahlreiche weitere Beispiele genannt werden _s die die Bedeutung der Polarisatoren unterstreichen. Es gibt verschiedene Arten von Polarisatoren, die im freien Raum in den Strahlengang eines Bündels von Höchstfrequenzstrahlen gesetzt werden oder die in den Strahlengang von teilweise geführten Wellen, beispielsweise im Innern eines Hörnstrahlers, eingefügt werden.

Diese Arten von Polarisatoren werden mechanisch verschoben, wenn ihre Polarisationsrichtung geändert werden soll.

Eine erste Art von bekannten Polarisatoren besteht aus einem im wesentlichen in der Phasenebene angeordneten Gitter, das aus parallelen metallischen dünnen Platten besteht, die parallel zur Ausbreitungsrichtung sind und die in einer ersten Position zu dem elektrischen Vektor der Strahlungswelle einen Winkel von etwa 45° einnehmen, um die lineare Polarisation der einfallenden Welle in eine zirkuläre Polarisation umzuwandeln. Wenn dieser Polarisator um eine Achse senkrecht zu seiner Ebene gedreht wird, so daß der Winkel zwischen dem elektrischen Feld der Strahlung und der Richtung der metallischen dünnen Platten gleich 90 wird, wird die Polarisation der einfallenden Welle unter der Annahme, daß diese linear ist, nicht geändert. Mit einem derartigen Polarisa- ; tor kann folglich durch mechanische Drehung die Polarisation der weitergeleiteten Welle geändert werden. In dem beschriebenen Beispiel geht eine zirkuläre Polarisation in eine lineare Polarisation über.

Eine weitere Art von Polarisatoren, die ebenfalls mechanisch gesteuert werden, besteht aus Leiterdrahtnetzwerken, die auf einem dünnen dielektrischen Träger angeordnet sind. Die Leiterdrähte befinden sich in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und schließen mit dem Vektor des elektrischen Feldes beispielsweise einein Winkel von 45° ein. In dieser ersten Position ist die den Polarisator verlassende Welle zirkulär '■ polarisiert. Die Drehung dieses Systems in der vorstehend beschriebenen Art und Weise führt nicht zu einer Änderung der Polarisation der einfallenden Welle, die rechtwinklig angenommen ist, indem die Leiterdrähte in eine zum elektrischen Vektorfe3d-3-_;

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senkrechten Lage gebracht werden.

Schließlich kann noch eine weitere Art von Polarisatoren genannt werden. Sie bestehen aus Netzwerken von Leiterdrähten, die in dielektrische Platten versenkt sind, wobei die Dicke der Platten so gewählt ist, daß die kapazitive Admittanz dieser Netzwerke gleich der Hälfte der induktiven Admittanz der Netzwerke der Leiterdrähte ist, die in der Platte enthalten sind. Durch Drehen einer solchen Vorrichtung um eine Achse senkrecht zu ihrer Ebene wird die Polarisation der Ausgangswellen in der gleichen Weise wie bereits beschrieben geändert.

Wie bereits erwähnt, besitzen alle die bekannten Polarisatoren den Nachteil, daß sie durch mechanische Drehung mindestens eines Teils des Polarisators gesteuert werden, was in einer Vielzahl von Fällen sehr störend, wenn nicht gar unmöglich ist. Beispielsweise ist das Verschieben eines solchen Polarisators, der vor einem die Primärquelle eines Radarstrahlers darstellenden Hornstrahler angeordnet ist, infolge der um das Horn angeordneten Dipole unmöglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile einen Polarisator zu entwickeln, dessen Polarisationseigenschaften ohne mechanische Bewegungen geändert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung ist die Verwendung eines Gitters von Leiterdrähten vorgesehen, das eine gewisse Anzahl von Unterbrechern, insbesondere Dioden aufweist, die in dielektrische Platten versenkt ist und elektronisch gesteuert werden. Diese Platten werden im Strahlengang der Wellen in einer bestimmten Position angeordnet, so daß die Änderung des Leitungszustandes des Drahtgitters zur Änderung der Polarisation der Wellen führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren -4-

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schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt:

Figur 1 eine dielektrische Platte mit einem
Gitter von Leiterdrähten, die mit
Unterbrechern ausgerüstet sind;

Figur 2 eine dielektrische Platte mit zwei

Gittern von Leiterdrähten, wobei die
beiden Gitter senkrecht zueinander
verlaufen und eines der beiden Gitter
mit Unterbrechern ausgerüstet ist;

Figur 3 eine dielektrische Platte mit zwei
Leiterdrahtgittern, die beide mit
Unterbrechern ausgerüstet sind;

Figur

eine perspektivische Ansicht eines
Polarisators gemäß der Erfindung;

Figur 5 eine andere Ausführungsform eines
Polarisators nach der Erfindung.

Gemäß der Erfindung besteht ein Polarisator aus einer oder mehre-; ren Platten aus dielektrischem Material, in denen Leiterdrähte

versenkt sind. Die Leiterdrähte weisen Unterbrecher in Form von :

i Dioden auf, deren Vorspannung geändert werden kann, so daß sie :

entweder leitend gemacht oder gesperrt werden. Es ist bekannt, j

daß die Dioden in diesem Fall eine induktive oder kapazitive !

Impedanz aufweisen, wodurch die elektrischen Eigenschaften der j

Leiter _y in denen sie angeordnet sind, verändert werden. j

Figur 1 zeigt eine dielektrische Platte 1, in der ein Leitungs- | drahtgitter 3.1 bis 3·η versenkt ist. Die Leiterdrähte sind durch} Dioden 4.10 bis JJ.nO unterbrochen. Alle Drähte sind gegenseitig ; parallel und weisen einen gegenseitigen Abstand auf, der -5-

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etwa zwischen Λ./5 und Λ-/2 liegt, wobei Λ-die Wellenlänge im Dielektrikum ist. Die hintereinandergeschalteten Dioden der Leiter weisen im allgemeinen einen gegenseitigen Abstand von Λ/5 bis Λ, auf. Diese Dioden werden durch Anlegen einer Spannung (SpannungsqueLle 5) in Leit- oder Sperrichtung gesteuert.

Die Leiter der dielektrischen Platte sind so angeordnet, daß sie mit dem Vektor des elektrischen Feldes der einfallenden, linear polarisierten Welle etwa einen Winkel von 45° bilden. In diesem Fall induziert die Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zu den Leitern der dielektrischen Platte ist, in dem Gitter Ströme, deren Phasenlage von dem Schaltungszustand der Dioden abhängt, während die zu den Leitern senkrechte Komponente eine konstante Phasenverschiebung erhält. In der Tat ist die durch das Leitergitter hervorgerufene Impedanz abhängig vom Zustand der Dioden. Wenn die Dioden leitend sind, ist die Impedanz des Gitters induktiv und verursacht ein Vorauseilen der Phase der parallelen Feldkomponente, während bei gesperrten Dioden die Impedanz kapazitiv oder mindestens weniger induktiv als im vorgenannten Fall ist, wodurch eine Phasenverzögerung der Parallelkomponente hervorgerufen wird. Je nach der Anzahl der Dioden, die in den Leitern angeordnet werden können,und folglich je nach Größe der Platte können verschiedene Phasenverschiebungswerte erzielt werden. Wenn für einen bestimmten Zustand der Dioden für die Parallelkomponente eine Phasenverzögerung von etwa 90° in Bezug auf die Senkrechtkomponente der Welle erreicht wird, ist die den Polarisator verlassende Welle zirkulär polarisiert, wenn die Eingangswelle linear polarisiert war. Wenn der Unterschied der Phasenverzögerung,der durch eine einzige Platte erzielt werden kann, nicht ausreicht, können mehrere ähnliche Platten hintereinander aufgereiht werden, bis der gewünschte Phasenunterschied erreicht ist. Die Zahl der Platten ist in keiner Weise beschränkt.

Da die Phasenverzögerung der Parallelkomponente, d.h. also derjenigen Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zu den Drähten ist, für den anderen Zustand der Dioden nicht gleich Null ist, folgt, daß für diesen Zustand der ursprüngliche Polarisationszustand der Welle nicht erhalten bleibt. - 6 -

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Um diesem Nachteil abzuhelfen, kann eine dielektrische Platte verwendet werden von der Art, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Diese Platte 1 enthält in ihrer Dicke 2 zwei Gitter von parallelen Leiterdrähten, die jedoch eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Das erste Gitter erzeugt einen Phasenunterschied, so daß, falls gewünscht, stets die lineare ursprüngliche Polarisation erhalten bleiben kann.

Das erste. Gitter, das aus den Drähten 3.1 bis 3.η besteht, welche die in Serie geschalteten Dioden 4.10 bis 4.nO aufweisen, ist identisch dem Gitter der Platte gemäß Figur 1.

Das zweite Gitter besteht aus parallelen Leiterdrähten 6.1 bis 6n, die senkrecht zu den Drähten des ersten Gitters ausgerichtet

Das erste Gitter ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, durch die an den Enden der Leiter eine Spannung in Leit- oder in Sperrrichtung angelegt wird, wodurch der Schaltzustand der Dioden des Gitters verändert wird.

Folglich arbeitet dieses Gitter genau gleich wie das anhand von Figur 1 beschriebene.

Was das zweite Gitter 6.1 bis 6.η betrifft, das die elektrische Feldkomponente beeinflußt, die senkrecht zum ersten Gitter steht, so ist dieses so ausgelegt, daß es eine induktive Impedanz aufweist, die gleich der induktiven Impedanz des ersten Gitters ist, sofern die Dioden sich in dem Zustand befinden, der die lineare Polarisation der Welle beibehält. Diese Anordnung führt dazu, daß die Amplituden der Komponenten sowie ihre relative Phasenverschiebung unverändert bleiben, wodurch der Polarisationszustand der Ausgangswelle gleich dem Polarisationszustand der Eingangswelle ist.

Figur 3 zeigt eine dielektrische Platte von der gleichen Art wie die Platte nach Figur 2, bei der zwei Leiterdrahtgitter verwendet werden, von denen jedoch Jedes in Serie geschaltete Dioden -7-

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in den Leitern aufweist. Wie bei dem Gitter gemäß Figur 2 sind die beiden Gitter senkrecht zueinander angeordnet. Jedes der Gitter ist mit seinen Enden an eine Spannungsquelle angeschlossen, die das Anlegen einer Leit- oder Sperrspannung an die Dioden wunschgemäß ermöglicht.

Mit einem vertikalen Vektor des elektrischen Feldes E kann somit gleichzeitig auf die Amplitude und die Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten des Feldes,die jeweils parallel zu den Richtungen der Leiterdrähte jedes Gitters sind, eingewirkt werden. Dadurch kann die lineare Polarisation der Eintrittswelle in eine rechtszirkulare oder linkszirkulare Polarisation der Austritt swelle umgewandelt werden.

Figur 4 zeigt einen Polarisator gemäß der Erfindung.

Es ist ein Hornstrahler 7 dargestellt, der eine Welle erzeugt, deren Polarisation, dargestellt durch den Vektor E, linear ist. Der Vektor E* steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung P der Welle. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle ist ein Polarisator gemäß der Erfindung angeordnet, der in dem gewählten Ausführungsbeispiel drei dielektrische Platten 8, 9 und 10 aufweist, von der Art, wie sie anhand von Figur 3 beschrieben wurden, d.h. diese Platten besitzen zwei Gitter aus parallelen Leiterdrähten, wobei in den Leiterdrähten beider Gitter,die zueinander senkrecht liegen, Dioden eingefügt sind. Die beiden Gitter schließen mit der Richtung des Vektors des elektrischen Feldes E der einfallenden Welle einen Winkel von 45° ein.

Im Lichte der Erläuterung, die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 gegeben wurden, ist es evident, daß im allgemeinen die Polarisation der einfallenden Welle je nach dem Zustand, in dem sich die Dioden befinden, also jenachdem ob diese leitend sind oder nicht, geändert wird. Es können vier Fälle betrachtet werden.

Für den ersten Fall soll angenommen werden, daß die Dioden der beiden Gitter leitend sind. Die Polarisation der einfallenden _g_

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Welle sei als linear angenommen. In diesem Fall ist die Polarisation der auslaufenden Welle ebenfalls linear, da keine differentielle Phasenverschiebung stattfindet.

Im zweiten Fall sind die Dioden des ersten Gitters leitend und die Dioden des zweiten Gitters gesperrt. Die lineare Polarisation der einfallenden Welle wird in eine rechtszirkulare Polarisation der auslaufenden Welle umgewandelt.

Im dritten Fall sind die Dioden des ersten Gitters blockiert und die Dioden des zweiten Gitters leitend. Die lineare Polarisation der einfallenden Welle wird in eine linkszirkulare Polarisation umgewandelt.

Im vierten Fall sind die Dioden der beiden Gitter blockiert. Die Polarisation der einfallenden Welle wird beibehalten.

Es muß stets darauf geachtet werden, daß keine reflektierenden störenden Wellen vorhanden sind. Reflektierende Wellen werden durch geeignete Wahl der Dicken der elektrischen Platten und durch gleichzeitige geeignete Wahl der Plattenabstände beim Herstellen des Polarisators unterdrückt.

Die Dicke der Platten wird so gewählt, daß die Platten auf eine Komponente des Feldes für einen bestimmten Zustand der Dioden abgestimmt sind. Im allgemeinen beträgt diese Dicke etwa Λ./10 bis 7V. /200.

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Platten wird so gewählt, daß die reflektierten Wellen für den anderen Zustand der Dioden unterdrückt werden. In der Praxis liegt dieser Abstand zwischen λ/5 und /L/2.

Die Platten werden mechanisch durch Stützen 12 bis 17 gehalten, durch die sie am Hornstrahler befestigt sind. Die erste Platte befindet sich in einem Abstand von λ/20 bis A./10 von der Mündung des Hornstrahlers.

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Figur 5 zeigt einen Polarisator, der vor einem Hornstrahler durch eine Verlängerung 18 der.Wände des Hornstrahlers gehalten wird. Die Verlängerung 18 verläuft parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Es ist offensichtlich, daß ein Polarisator gemäß der Erfindung in den Strahlengang von Wellen, die durch einen Reflektor reflektiert werden, geschaltet werden kann, an welchem Reflektor er in geeigneter Weise befestigt wird.

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Al

L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY ΗΞίΝΖ-JOACHIM HUBER RElNhR PRiETSCH MÖNCHEN 2 1 GOTTHARDSTR. 81 24.2.1978 Thomson-CSF 10.195-V/Ni Patentansprüche:

1.Polarisator für Höchstfrequenzwellen, der ausgangsseitig eine Welle liefert, deren Polarisation sich von der Polarisation der Eingangswelle unterscheidet, mit einer Anzahl von senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle angeordneten dielektrischen Platten, die von einem Gitter von parallelen Leiterdrähten durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (8,9,10) so angeordnet sind, daß die parallelen Leiter« drähte (3-D zur Richtung des elektrischen Feldes der einfallenden Welle einen Winkel von etwa 45° einnehmen und daß mindestens ein Teil der Leiterdrähte (3.1) Dioden (3.10) aufweisen,die an eine ihren Schaltzustand steuernde Spannungsquelle (5) angeschlossen sind.

2. Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umschalten der Dioden (3.10) eines Gitters von einem Schaltzustand in den anderen Schaltzustand zu einer relativen Phasen* Verschiebung zwischen der zum Gitter parallelen und der zum Gitter senkrechten Feldkomponente führt, wobei der Phasenunterschied zwischen beiden Komponenten 90° erreichen kann, so daß eine einfallende linear polarisierte Welle in eine zirkulär polarisierte Welle umgewandelt wird.

3. Polarisator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte (8) von zwei Leiterdrahtgittern (Figur 2) mit parallelen Drähten durchsetzt ist, wobei die beiden Drahtgitter zueinander senkrecht verlaufen, daß die Leiterdrähte mindestens eines der Drahtgitter in Serie geschalt tete Dioden (3.10) aufweisen und daß die induktive -2-

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Impedanz des zweiten Drahtgitters gleich der induktiven Impedanz des ersten Gitters ist, wenn die Dioden sich in demjenigen Schaltzustand befinden, der die Linearpolarisation der einfallenden Welle unverändert läßt.

4. Polarisator nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte (8) von zwei Leiterdrahtgittern mit parallelen Leitern durchsetzt ist, die in Serie geschaltete Dioden aufweisen, wobei die Drähte eines Gitters senkrecht zu den Drähten des zweiten Gitters sind und daß das Umschalten der Dioden der Leiterdrahtgitter von einem Zustand in den anderen sich auf die relative Phasenverschiebung zwischen den Komponenten parallel und senkrecht zu den Gittern so auswirkt, daß die austretende Welle linkszirkular oder rechtszirkular polarisiert ist.

5. Polarisator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß er mehrere parallel zueinander angeordnete dielektrische Platten (8,9,10) aufweist, die eine relative Gesamtphasenverschiebung erzeugen, die gleich^ der Summe der durch die einzelnen Platten hervorgerufenen relativen Einzelphasenverschiebungen ist.

6. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Leiterdrähte eines Gitters im Bereich zwischen λ/5 und K/2 liegt,wobei ?Ldie Wellenlänge im Dielektrikum ist.

7. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Leiterdrähte eingefügten Dioden einen gegenseitigen Abstand im Bereich von \ /5 und ?v, aufweisen, wobei \. die Wellenlänge im Dielektrikum ist.

8. Polarisator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte (8) eine Dicke im Bereich zwischenK/10 und K/200 aufweist, wobei λ»die Wellenlänge im Dielektrikum ist.

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9. Polarisator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die '■ Platten einen gegenseitigen Abstand von Λ./5 bis λ. /2 aufweisen»

10.Polarisator nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte in einem Abstand von λ/10 bis7W2O zur Mündungsöffnung des Hornstrahlers (7) angeordnet ist.

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