DE3613474C2 - Hohlleiter-Polarisationswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hohlleiter-Polarisationswandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus US-B: G. Ragan "Microwave Transmission Circuits", McGraw-Hill, New-York, 1948, Seiten 361 bis 379 bekannt ist.

Zur Erzeugung elliptischer, insbesondere zirkularer Polarisation elektromagnetischer Wellen sind verschiedene Methoden bekannt, die auf der Erzeugung zweier orthogonaler, linear polarisierter Wellen und Verzögerung (oder Beschleunigung) einer der beiden um ( 90°) und anschließender Überlagerung beruhen. Unter 1. bis 4. werden im folgenden einige dieser Methoden kurz beschrieben.

1. Orthogonale, um räumlich versetzte Einspeisung zweier H₁₀-Wellen in einen zylindrischen oder quadratischen Hohlleiter. λ_H ist dabei die Wellenlänge im Hohlleiter. Dieser Hohlleiter-Polarisationswandler zum Umwandeln elektromagnetischer Wellen mit linearer Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation oder umgekehrt weist dabei zusätzlich eine Metallplatte auf, die in den Hohlleiter eingefügt ist. Vgl. hierzu das eingangs angegebene US-Buch.

2. Einspeisung einer H₁₀-Welle in einen quadratischen bzw. einer H₁₁-Welle in einen zylindrischen Hohlleiter und Einsetzen einer dielektrischen Blende, die um 45° gegenüber dem E-Vektor geneigt ist. Dadurch ist eine vektorielle Zerlegung des E-Vektors möglich in eine Komponente parallel und eine senkrecht zur Blende. Die parallele Komponente wird infolge geringerer Phasengeschwindigkeit v_ph im Dielektrikum verzögert. Bei entsprechender Länge des Dielektrikums erfolgt eine Verzögerung der parallelen Feldkomponente um gegenüber der senkrechten Komponente. Vgl. hierzu Frequenz 16, Nr. 4, April 1962, S. 117-120.

3. Ersatz der dielektrischen Blende durch einen leitenden Längssteg mit der Folge unterschiedlicher v_ph der beiden orthogonalen Wellenkomponenten. Verzögerung der Komponente im Bereich größeren Durchmessers bzw. größerer Hohlleiterbreite um und danach Überlagerung. Vgl. hierzu "Taschenbuch der Hochfrequenz", Springer, Berlin 1968, S. 435.

4. "Turnstile-Junction" (entkoppelte Verzweigung), Überlagerung zweier in kurzgeschlossenen Hohlleiterarmen reflektierter Wellenanteile dergestalt, daß die Phasenbedingungen für zirkulare Polarisation erfüllt sind. Vgl. hierzu IRE Trans. MTT, Dez. 1955, S. 40-45.

Die bekannten Polarisatoren haben den Nachteil, daß sie einen hohen mechanischen Herstellungsaufwand erfordern und/oder im Millimeterwellenbereich nur bedingt anwendbar sind und/oder nicht hochbeschleunigungsfest sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Polarisationswandler der eingangs genannten Art, insbesondere für den Millimeterwellenbereich anzugeben, der aus nur einem Teil besteht, einfach herstellbar und hochbeschleunigungsfest ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Der Polarisationswandler besteht aus einem Rundhohlleiter, in dessen Wand zwei Ausfräsungen angebracht sind. Die Ausfräsungen haben vorzugsweise die Form von Zylinderausschnitten, deren Längsachsen parallel und an der Längsachse des Rundhohlleiters gespiegelt verlaufen. Der Radius R eines Zylinderausschnittes ist kleiner als der Radius D₁ des Rundhohlleiters. Somit ergibt sich ein ellipsenähnlicher Querschnitt des Polarisationswandlers mit orthogonalen Durchmessern D₁ und D₂ (D₁<D₂). Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit eingezeichneten Koordinatenachsen x, y; Fig. 2 einen zugehörigen Längsschrägschnitt.

Eine linear polarisierte H₁₁-Welle, deren E-Vektor parallel zur x-Achse orientiert ist, treffe aus einem Rundhohlleiter D₁ kommend auf den Polarisationswandler. Der E-Vektor kann in zwei Teilkomponenten zerlegt werden, welche parallel zu den Durchmessern D₁ bzw. D₂ verlaufen. Diese beiden Durchmesser stehen senkrecht aufeinander und sind um jeweils ± 45° gegen die x-Achse geneigt. Die beiden Teilwellen haben unterschiedliche Hohlleiterwellenlängen λ_H entsprechend der Beziehung

(für die H₁₁-Welle)

Es gilt im Bereich des Polarisationswandlers

λ < λ

Aus der Definition der Phasengeschwindigkeit im Hohlleiter

v_ph = f · λ_H

ergibt sich

v < v

Die Phasenfront der Teilwelle im kleineren Durchmesser D₁ eilt also der in D₂ vor. Eine Überlagerung der beiden orthogonalen Teilwellen mit dem zur Erzielung zirkularer Polarisation erforderlichen gegenseitigen Phasenunterschied von ( 90°) kann erreicht werden, wenn die Welle in D₁ die Strecke [n · λ] und die Welle in D₂ die die Strecke [(n+) · λ] durchlaufen hat. Es muß also gelten:

Aufgelöst nach n ergibt sich

Für die Länge L des Polarisationswandlers, d. h. der ausgefrästen Zylinderausschnitte gilt also:

Der Polarisationswandler hat den Vorteil, daß er durch einfache Arbeitsgänge aus nur einem metallischen Teil hergestellt werden kann. Er kann, z. B. zur Speisung einer Reflektorantenne, mit einem Kegelhorn verbunden werden.

Claims (5)

1. Hohlleiter-Polarisationswandler zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit linearer Polarisation in solche mit elliptischer, insbesondere zirkularer Polarisation oder umgekehrt, in einem Rundhohlleiter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, in dem Rundhohlleiter sind über eine vorgegebene Länge in der Wand zwei Ausfräsungen angebracht, deren Längsachsen parallel zur Längsachse des Rundhohlleiters und an dieser gespiegelt verlaufen.

2. Hohlleiter-Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsebene der Längsachsen der Ausfräsungen um 45° gegen die Polarisationsebene der linearen Polarisation geneigt ist.

3. Hohlleiter-Polarisationswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfräsungen die Form von Zylinderausschnitten haben, deren Radien kleiner sind als der des Rundhohlleiters.

4. Hohlleiter-Polarisationswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem einzigen metallischen Teil hergestellt ist.

5. Hohlleiter-Polarisationswandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an ein Kegelhorn angeschlossen ist.