DE3027093C2

DE3027093C2 - Umpolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE3027093C2
Application number: DE3027093A
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl.-Ing. 8136 Wangen Brunner; Klaus Dr.-Ing. 8130 Söcking Rieskamp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1985-04-25
Also published as: EP0044503B1; EP0044503A1; US4477815A; DE3027093A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umpolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkulär polarisierter elektromagnetischer Wellen unter Verwendung einer vor einer Strahlungsapertur einer Antenne angebrachten ein- oder mehrschichtigen Gitterstruktur, die jeweils aus mehreren in Form von stetigen Linien, Mäanderlinien, Linien-Rechteck-Kombinationen verlaufenden Leitern besteht, die bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung so orientiert sind, daß sie an jeder Stelle unter 45° zu den jeweiligen E-Vektoren des linear polarisierten E-Vektorfeldes der umzupolarisierenden Welle geneigt sind.

Primärstrahler, ζ. B. für Such- und Zielfolgeradarantennen, werden der leichteren Realisierbarkeit wegen zumeist für lineare Polarisation ausgeführt. Da bei Radaranwendungen für eine Verringerung der Reflexionswirkungen von Regenwolken jedoch die Verwendung zirkularer Polarisation günstiger ist, wird die lineare Polarisation der Antenne häufig durch eine Gitterstruktur vor tier Antcnncnaperuir in eine /irkulaie Polarisation umgewandelt Ein solcher Polarisationswandler mit Gitterstruktur ist z.B. aus der US-PS 37 54 271 bekannt. Danach erzeugen unter 45° zum E-Vektor (= elektrischer Feldvektor) der einfallenden Welle verlaufende Mäanderlinienleiter durch die kapazitive bzw. induktive Beeinflussung der senkrecht und parallel zu ihnen liegenden E-Vektor-Komponenten einen Phasenunterschied, für den bei geeigneter Dimensionierung und Schichtung der für zirkuläre Polarisation notwendige Wert von 90° erreicht wird. Allerdings ist eine solche Umpolarisiereinrichtung nur in Verbindung mit einer Strahlungsapertur bekannt, in der die E-Vektoren der umzupolarisierenden Welle an jeder Stelle die gleiche Richtung aufweisen, was beispielsweise bei einem Pyrainidenhorn der Fall ist.

Auch andere Gitterstrukturen, bestehend aus geraden Linien in bestimmten Abständen in mehreren Schichten sowie Linien-Rechteck-Kombinationen zur Erzeugung zirkularer Polarisation sind bekannt

Auch bei einer aus der US-PS 29 70 312 bekannten UmpoJarisiereinrichiung handelt es sich um eine Gitterstruktur vor einer Strahlungsapertur, in deren Aperturebene die E-Vektoren der umzupolarisierenden Welle überall die gleiche Richtung aufweisen. Hierbei soll mittels einer halbkugelförmigen Gitterstruktur, die zwischen einem Hornstrahler und einem Reflektor montiert ist und eine se*iir weitwinklige Primärstrahlung erfassen soll, die Umpolarisierung in die Zirkularpolarisation erreicht werden. Die Gitterstruktur wird somit in eine sphärische Gestalt gebracht, damit die Bedingung für eine korrekte Phasenfront eingehalten wird. Das Problem bei der US-PS 29 70 312 ist somit, die Leiter der Gitterstruktur an allen Stellen der Halbkugel so auszurichten, daß sie die E-Vektoren des in dieser Halbkugel vorliegenden Feldes überall unter 45° schneiden. Dies ändert aber nichts an der Tatsache, daß in der relativ kleinen Primärstrahleraperturebene selbst die E-Vektoren stets parallel sind.

Die Unterdrückung bzw. Entkopplung der Kreuzpolarisation oder im allgemeinen der Orthogonal- oder Depolarisation gegenüber einer gewünschten Lincar- oder Zirkularpolarisation ist für viele Anwendungen, z. B. zur Vermeidung von Übersprechen bei Doppelpolarisationsbetrieb oder zur Erzielung der nötigen Genauigkeit bei Peilverfahren, von großer Wichtigkeil. Dazu können in bekannter Weise bei linearer Polarisation Gitter mit bezüglich des Ε-Vektors senkrecht verlaufenden Metallstreifen oder Drähten verwendet werden. Die parallel zu den Drähten verlaufende Kreuzpolarisationskomponente wird reflektiert und damit unterdrückt. Durch die Verwendung mehrerer solcher Gitlorschichten wird der Grad der Unterdrückung der Kreuzpolarisationskomponente noch erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit Hilfe einer einzigen gitterähnlichen Anordnung die gegebene Polarisation einer Antenne in eine zirkuläre Polarisation umzuwandeln, wobei der über die Antennenapertur verteilte, unterschiedliche Kreuzpolarisationsanteil bei der Umwandlung unterdrückt wird oder die aus Ko- und Kreuzpolarisation bestehende, resultierende Polarisation in die reine, gewünschte Polarisation umgewandelt werden soll. Diese beiden Aufgaben, nämlich die Polarisationsumwandlung und die Orthogonalpolarisationsunterdrückung, wurden bisher stets in getrennten Hinrichtungen durchgeführt.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Umpolarisiereinrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, dall

die Antenne, vor deren Strahlüngsapertur die Gitterstruktur angebracht ist, eine Rotationsparabolreflektorantenne ist, in deren Aperturebene die Zs-Vektoren der umziipolarisierenden Welle ari verschiedenen Stellen unterschiedliche Richtungen aufweisen.

In der Regel ist das einfällende Feld bekannt oder es kann leicht ermittelt werden. Nach Berechnung oder Messung der Aperturpolarisaaonsverteilung kann dann der Verlauf der Leiterstruktur angegeben werden.

Das Prinzip nach der Erfindung läßt sich sowohl für ein ebenes Polarisationsgitter als auch für ein gekrümmtes, z. B. kegelförmiges änw_enden, wenn die Orientierung der Leiterstruktur auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur HauptstraMungsachse, d. h. zur Ahtennenachse, bezogen ist

In vorteilhafter Weise sind die Leiter der Gitterstruktur geätzte Metallstreifen auf einer Kunststoff-Folie.

Bei Verwendung einer mehrschichtigen Gitterstruktur werden dabei zur Abstandshaltüng zwischen den einzelnen Folien Isolierstoffschichten angeordnet, welehe aus Hartschaum bestehen oder aber als Wabenstruktur ausgebildet werden können.

Die Umpolarisiereinrichtung nach der Erfindung läßt sich in zweckmäßiger Weise mit einer Aperturabdekkung (Radom) einer Antenne, z. B. einer Zielfolgerädarantenne, zusammenfassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in vier Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das E-Vektorfeld über die Apertur einer Rotationsparabolreflektorantenne,

F i g. 2 den Verlauf der Leiterstruktur einer gitterartigen Umpolarisiereinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 die Schrägansicht eines Ausschnitts der dreischichtig ausgebildeten Einrichtung nach F i g. 2, und

F i g. 4 in Draufsicht einen Ausschnitt der mäanderformigen Leiterbahnen.

In F i g. 1 ist über eine Apertur t einer in einer Ansicht von vorne gezeigten Parabolreflektorantenne die E-Vektorverteslrag der von dieser Antenne ausgehenden elektromagnetischen Strahlung dargestellt Die Pfeile 2 geben die Richtungen der E-Vektoren an den verschiedenen Stellen der Apertur 1 an. Diese Vektorverteilung, d. h. die Polarisationsverteilung kann errechnet oder gemessen werden.

F i g. 2 zeige die gleiche Apertur 1 mi' einer Meta'igitterstruktur 3 davor, welche aus der in F i g. 1 dargestellten Polarisation die gewünschte Zirkularpolarisation erzeugt. Die mäanderförmig verlaufenden Leiter 4 weisen eine Orientierung auf, die ürtter 45° zu den jeweiligen E-Vektoren 2 an den entsprechenden Stellen von F i g. 1 geneigt ist. Dadurch werden alle E-Vektoren über der Apertur 1, unabhängig von ihrer Neigung, in die gewünschte Zirkularpolarisation übergeführt, ohne daß ein gegendrehender orthogonaler Anteil erzeugt wird. In F i g. 2 ist zur Vereinfachung der Zeichnung nur in einem kleinen Bereich der Apertur 1 die Mäanderform der Leiter 4 angedeutet.

F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Polarisationsgitters nach der Erfindung mit drei Metallgitterstrukturen übereinander, welche jeweils auf einer Kunststoff-Folie 5,6 und 7 z. B. nach einem Ätzverfahren hergestellt sind. Jede dieser drei Gitterstrukturen besteht aus einer Vielzahl von mäanderförmigen Leiterbahnen 8. Bei Draufsicht liegen die auf der mittleren Folie 6 angebrachten, in einem kleinen Bereich zumindest angenähert parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen 8 zwischen den auf den beiden anderen Folien 5 und 7 aufgebrachten Leiterbahnen 8. Damit ein bestimmter Abstand zwischen den Folien 5,6 und 7 gehalten werden kann, sind zwischen diesen Folien Isolierstoffschichten 9 und 10 angeordnet, welche insbesondere aus Gründen der Gewichtsersparnis vorteilhaft in einer Wabenstruktur ausgeführt sind. Die Dicke des gesamten Gitters beträgt beispielsweise eine Drittelwellenlänge.

F i g. 4 zeigt zwei auf einer Folie angeordnete und in einem kurzen Bereich angenähert parallel verlaufende Leiterbahnen 8 in bezug zur Richtung des an dieser Stelle vorliegenden f-Vektors der einfallenden Weile. Die mäanderförmigen Leiterbahnen 8 weisen beispielsweise eine Amplitude von einer Achtelwellenlänge und in diesem Bereich einen Abstand von etwa einer Zehntelwellenlänge auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

30

35

Claims

Patentansprüche:

1. Uaipolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkulär polarisierter elektromagnetischer Wellen unter Verwendung einer vor einer Strahlungsapertur einer Antenne angebrachten ein- oder mehrschichtigen Gitterstruktur, die jeweils aus mehreren in Form von stetigen linien, Mäanderlinien, Linien-Rechteck-Kombinationen verlaufenden Leitern besteht, to die bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung so orientiert sind, daß sie an jeder Stelle unter 45° zu den jeweiligen E-Vektoren des linear polarisierten Ε-Vektorfeldes der umzupolarisierenden Welle geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne, von deren Strahlungsapertur die Gitterstruktur (3) angebracht ist eine Rotationsparabolreflektorantenne ist, in deren Aperturebene (1) die E-Vektoren (2) der umzupolarisierenden Welle an verschiedenen Stellen unterschiedliche Richtungen aufweisen.

2. Umpolarisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (4) geätzte Metallstreifen (8) auf einer Kunststoffolie (5,6,7) sind.

3. Umpolarisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß be,i mehrschichtiger Gitterstruktur zur Abstandshaltung zwischen den Folien (5, 6, 7) Isolierstoffschichten (9,10) angeordnet sind, weiche aus Hartschaum bestehen oder als Wabenstruktur ausgebildet werden können.

4. Umpok.isiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gekrümmten, d. h. nicht ebenen Gitterstruktur, die in Anspruch 1 ar gegebene Orientierung der Leiter auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsachse bezogen ist.

5. Umpolarisiereinrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Aperturabdeckung einer Antenne.

6. Umpolarisiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne eine Zielfolgeradarantenne mit einem abgedeckten Reflektcrspiegel ist und daß die Gitterstruktur in der Reflektoraperturabdeckung (Radom) enthalten ist.

45