DE3027094C2

DE3027094C2 - Umpolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE3027094C2
Application number: DE3027094A
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: 1987-03-19
Also published as: DE3027094A1; US4479128A; EP0044502B1; EP0044502A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vor einer Strahlungsapertur angeordnete Umpolarisiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der GB-PS 8 59 528 ist eine Umpolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen bekannt, wobei eine Struktur zur Linearpolarisationsfilterung zwischen der Apertur eines durch einen geschlitzten Hohlleiter gebildeten Strahlers und der im eigentlichen Sinne der Zirkularpolarisierung dienenden Struktur angeordnet ist. Zur Linearpolarisationsfilterung wird eine gitterartige Struktur mit geradlinigen, parallel zueinander verlaufenden Leiterstäben verwendet. Diese Leiterstäbe sind senkrecht zur Polarisationsrichtung der durchzulassenden Wellen orientiert, d. h. Kreuzpolarisation wird unterbunden. Vor diesen z. B. vertikal verlaufenden Gitterstäben ist eine Reihe von Hohlleitern angebracht, die in ihrem Inneren in Strahlungsausbreitungsrichtung an gegenüberliegenden Seitenwänden mehrere Leiterstäbe hintereinander als Verzögerungsmittel aufweisen. Bei Draufsicht auf die Hohlleiter von vorne erscheinen diese Leiterstäbe unter einem Winkel von 45° gegenüber den Gitterstäben des Linearpolarisationsfilters geneigt. Durch die Leiterstäbe in den Hohlleitern wird die eintretende, linear polarisierte Welle mit einer Komponente um 90° verzögert, und zwar gegenüber derjenigen Wellenkomponente, die senkrecht dazu ist. Dadurch entsteht eine zirkular polarisierte Welle.
Primärstrahler, z. B. für Such- und Zielfolgeradarantennen, werden der leichten 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 der Antennenapertur in eine zirkulare 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 Mäanderlinien durch die kapazitive bzw. in duktive Beeinflussung der senkrecht und parallel zu ihnen liegenden E-Vektorkomponenten einen Phasenunterschied, für den bei geeigneter Dimensionierung und Schichtung der für zirkulare Polarisation notwendige Wert von 90° erreicht wird.
Auch andere Gitterstrukturen, bestehend aus geraden Linien in bestimmten Abständen in mehreren Schichten (GB-PS 15 61 969) sowie Linien-Rechteck-Kombinationen sind zur Erzeugung zirkularer Polarisation bekannt.
Die Unterdrückung bzw. Entkopplung der Kreuzpolarisation oder im allgemeinen der Orthogonal- oder Depolarisation gegenüber einer gewünschten Linear- oder Zirkularpolarisation ist für viele Anwendungen, z. B. zur Vermeidung von Übersprechen bei Doppelpolarisationsbetrieb oder zur Erzielung der nötigen Genauigkeit bei Peilverfahren, von großer Wichtigkeit. Dazu können in bekannter Weise bei linearer Polarisation Gitter mit bezüglich des E-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 Gitterschichten wird der Grad der Unterdrückung der Kreuzpolarisationskomponenten noch erhöht. Ein derartiges einschichtiges Linearpolarisationsfilter, das zugleich als Radom zum Witterungsschutz dient, ist aus der GB-PS 14 37 977 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umpolarisiereinrichtung der eingangs genannten Art, wie sie z. B. aus der GB-PS 8 59 528 bekannt ist, unter strikter Einhaltung der Forderung, daß jede gegebene, also möglicherweise mit störenden Kreuzpolarisationskomponenten behaftete Linearpolarisation in eine reine Zirkularpolarisation umgewandelt wird, so weiterzubilden und zu verbessern, daß eine Verwendung vor der Strahlungsapertur einer Zielfolgeradarantenne möglich ist, die aufgrund des durch das Herausragen des Primärstrahlers aus dem Parabolreflektor gegebenen Aufbaus eine nach außen gekrümmte oder gewölbte Ausführung der Umpolarisiereinrichtung erfordert.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Für die von der strahlenden Öffnung des Parabolreflektors und damit von der gesamten Zielfolgeradarantenne abgehende linear polarisierte Strahlung, die Kreuzpolarisationskomponenten an verschiedenen Stellen dieser Öffnung aufweisen kann, erfolgt zunächst eine Linearpolarisationsfilterung und abschließend eine Umwandlung der ausgefilterten idealen Linearpolarisation in eine Strahlung mit reiner Zirkularpolarisation.
Bei der Linearpolarisationsfilterung wird nur derjenige Strahlungsanteil durchgelassen, dessen E-Vektor senkrecht zu den parallel zueinander verlaufenden, geradlinigen Leitern steht.
Die Erfindung läßt sich z. B. bei einer kegelförmig ausgebildeten Abdeckhaube des Parabolreflektors anwenden.
Zur Abstandshaltung zwischen den einzelnen Kunststofffolien werden in zweckmäßiger Weise Isolierstoffschichten verwendet, welche aus Hartschaum bestehen oder als Wabenstruktur ausgebildet sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier Figuren näher erläutert, die ein Modell mit einer ebenen Ausführungsform einer mehrschichtigen Gitterstruktur zeigen. Diese ebene Ausführungsform entspricht wirkungsmäßig der erfindungsgemäßen Einrichtung, die zwar in eine gekrümmte Parabolreflektor-Abdeckhaube integriert ist, deren Leiterhauptausdehnungsrichtungen aber auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsachse der Zielfolgeradarantenne bezogen sind. Es zeigt
Fig. 1 eine insgesamt fünfschichtige Gitterstruktur in einer Schrägansicht zum Einbau vor der strahlenden Öffnung einer Zielfolgeradarantenne,
Fig. 2 diese Gitterstruktur vor einer Zielfolgeradarantenne in einer Ansicht von oben,
Fig. 3 die Schrägansicht eines Ausschnitts dieser fünfschichtig ausgebildeten Einrichtung nach den Fig. 1 und 2 und
Fig. 4 in Draufsicht einen Ausschnitt von mäanderförmigen Leiterbahnen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gitterstruktur besteht aus zwei Schichten 1 und 2, welche durch parallel zueinander verlaufende, geradlinige Leiterbahnen 7 gebildet werden, und drei Schichten 3, 4 und 5, die jeweils aus mehreren, in Form von Mäanderlinien parallel zueinander verlaufenden Leitern 6 bestehen. Die Hauptausdehnungsrichtung der mäanderförmigen Leiterbahnen 6 ist um 45° gegenüber derjenigen der Leiterbahnen 7 der Schichten 1 und 2 geneigt. Die kombinierte Gitterstruktur liegt vor der Strahlungsapertur einer Zielfolgeradarantenne, welche aus einem Primärstrahler 8 und einem Parabolreflektor 9 zusammengesetzt ist. Der Primärstrahler 8 gibt eine Strahlung in linearer Polarisation mit einer Richtung ab, welche durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Bei der Reflexion am Parabolreflektor 9 entstehen Kreuzpolarisationskomponenten. Auf die Gitterstruktur vor der Antennenapertur fällt dann eine Strahlung mit nicht idealer linearer Polarisation. Die ersten beiden Schichten 1 und 2 dieser Gitterstruktur bewirken dann eine Linearpolarisationsfilterung, so daß nur die Strahlung mit der durch den Pfeil 10 angedeuteten Polarsation zu den Schichten 3, 4 und 5 wegen der senkrechten Ausrichtung der Leiterbahnen 7 durchgelassen wird. Die Schichten 3, 4 und 5 bewirken dann die Umwandlung der dort ankommenden idealen Linearpolarisation in eine Zirkularpolarisation, die dann keine Orthogonalpolarisationskomponenten aufweist.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Polarisationsgitters nach den Fig. 1 und 2 mit fünf Leiterbahnschichten übereinander, welche jeweils auf einer Kunststoffolie 11, 12, 13, 14 und 15 nach einem Ätzverfahren hergestellt sind. Auf jeder der drei Kunststoffolien 11, 12 und 13 ist eine Vielzahl von mäanderförmigen Leiterbahnen 16 aufgebracht. Bei Draufsicht liegen die auf der Folie 12 angebrachten, parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen 16 zwischen den auf den Folien 11 und 13 aufgebrachten Leiterbahnen 16. Die beiden Leiterbahnschichten auf den Kunststofffolien 14 und 15 bestehen aus einer Vielzahl von geradlinigen Leiterbahnen 17. Damit ein bestimmter Abstand zwischen den Folien 11 bis 15 gehalten werden kann, sind zwischen diesen Folien Isolierstoffschichten 18, 19, 20 und 21 angeordnet, welche insbesondere aus Gründen der Gewichtsersparnis vorteilhaft in einer Wabenstruktur ausgeführt sind. Die Dicke der gesamten mehrschichtigen Gitterstruktur beträgt beispielsweise eine halbe Wellenlänge. Die Leiterbahnen 16 und 17 entsprechen den Leiterbahnen 6 bzw. 7 in der Fig. 1.
Fig. 4 zeigt zwei auf einer Folie angeordnete und zueinander parallel verlaufende Leiterbahnen 16 in bezug zur Richtung des an dieser Stelle vorliegenden E-Vektors der einfallenden und bereits an den Schichten 1 und 2 (Fig. 1 und 2) linearpolarisationsgefilterten Welle. Die mäanderförmigen Leiterbahnen 16 weisen beispielsweise eine Amplitude von einer achtel Wellenlänge und einen Abstand von etwa einer zehntel Wellenlänge auf.

Claims

1. Vor einer Strahlungsapertur angeordnete Umpolarisiereinrichtung zur Erzeugung zirkular polarisierter elektromagnetischer Wellen unter Verwendung zweier Strukturen, nämlich einer aus Leitern bestehenden, zirkular polarisierenden Struktur und einer dieser in Richtung zur Strahlungsapertur vorgeschalteten, gitterartigen Struktur zur Linearpolarisationsfilterung mit geradlinigen, hinsichtlich ihrer Hauptausdehnungsrichtung zueinander parallel verlaufenden, dünnen Leitern, deren Richtung gegenüber den in der zirkular polarisierenden Struktur vorgesehenen Leitern um 45° geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zirkular polarisierende Struktur gleichfalls nach Art eines Gitters ausgebildet ist, dessen ebenfalls dünne Leiter (16) in Form von geraden Linien, Mäanderlinien, Linien-Rechteckkombination oder dergleichen hinsichtlich ihrer Hauptausdehnungsrichtung parallel zueinander verlaufen, daß beide Strukturen isoliert voneinander schichtweise übereinander liegend angeordnet und dabei selbst jeweils entweder ein- oder mehrschichtig ausgebildet sind, daß die schichtweise übereinanderliegenden Gitterstrukturen vor der Strahlungsapertur des Parabolreflektors (9) einer aus einem Primärstrahler (8) und einem Parabolreflektor bestehenden Zielfolgeradarantenne angeordnet und zugleich in eine gekrümmt ausgebildete Abdeckhaube (Radom) der Parabolreflektorapertur integriert sind, daß die angegebenen Hauptausdehnungsrichtungen der Leiter (16, 17) auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsachse der Zielfolgeradarantenne bezogen sind, und daß die Leiter in den einzelnen Schichten der Gitterstruktur geätzt, streifenförmige Leiterbahnen (16, 17) auf jeweils Kunststoffolie (11 bis 15) pro Schicht sind.

2. Umpolarisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandshaltung zwischen den Kunststoffolien (11 bis 15) Isolierstoffschichten (18 bis 21) angeordnet sind, welche aus Hartschaum bestehen oder als Wabenstruktur ausgebildet sind.