DE4136476C2

DE4136476C2 - Höchstfrequenzlinse und Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung mit einer solchen Linse

Info

Publication number: DE4136476C2
Application number: DE4136476A
Authority: DE
Inventors: Claude Chekroun
Original assignee: Thomson CSF Radant
Current assignee: Thomson CSF Radant
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2011-11-07
Also published as: GB2302212A; US5598172A; GB9123496D0; GB2302212B; FR2725077A1; FR2725077B1; DE4136476A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Höchstfrequenzlinse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Antenne mit elektronischer Strahlschwen kung mit einer solchen Linse.

Es ist bekannt, zur Verwirklichung einer Antenne mit elek tronischer Strahlablenkung eine aus Platten gebildete Höchst frequenzlinse zu verwenden, die eine Phasenverschiebung der elektromagnetischen Höchstfrequenzwelle bewirkt, die sich durch sie hindurch ausbreitet. Jede der Platten enthält mit Dioden versehene Drähte, die parallel zueinander verlaufen. Durch Steuern des Durchlaß- oder Sperrzustandes der Dioden kann die der einfallenden Welle verliehene Phasenverschiebung verändert werden, und es kann folglich eine elektronische Strahlablenkung erhalten werden. Eine solche Antenne ist beispielsweise in der FR-PS 2 469 808 beschrieben.

Ihr Prinzip ist in Fig. 1a in einer auseinandergezogenen Teil ansicht und in Fig. 1b schematisch in der Ebene des elektri schen Feldes dargestellt.

In Fig. 1a sind drei übereinander, d. h. in der gleichen Ebene liegende Platten P₁, P₂ und P₃ dargestellt. Jede der Platten besteht aus einem dielektrischen Träger 1, auf dem parallel zueinander verlaufende Drähte 2 angeordnet sind, die jeweils Dioden 3 enthalten. Die mit Dioden versehenen Drähte 2 sind durch Leiter 7 miteinander verbunden, die im wesentlichen im rechten Winkel zu ihnen verlaufen und zur Steuerung des Zu standes der Dioden benutzt werden; in jeder der Platten wer den alle Dioden mit Hilfe der Leiter 7 mit Hilfe von Spannun gen, mit denen sie leitend oder nichtleitend gemacht werden können, gleichzeitig und identisch gesteuert. Die Platten sind mittels leitender Tafeln P_L1, P_L2, P_L3, P_L4, die senk recht zu ihnen verlaufen, getrennt und eingeschlossen.

In Fig. 1b sind mehrere, hier mit P bezeichnete Platten, wie die Platten P₁, P₂ und P₃, dargestellt, die in den Kanälen angeordnet sind, die jeweils von zwei, hier mit P_L bezeichne ten Tafeln gebildet sind. Die Gruppe von Platten P im glei chen Kanal bildet einen Phasenschieber (D₁, D₂, D₃ . . .). Der Stapel mehrerer Phasenschieber bildet eine aktive Höchstfre quenzlinse, die von einer Quelle S (Fig. 1a) bestrahlt wird, die eine elektromagnetische Welle liefert, deren elektrisches Feld (oder deren Polarisation) E senkrecht zu den Tafeln P_L verläuft. Als Beispiel sind in Fig. 1b die Ausbreitungsrich tung 10 in einer einfallenden Welle sowie eine übertragene Welle dargestellt, deren Richtung 20 bezüglich der einfallen den Welle abgelenkt ist.

Da die Platten unabhängig voneinander gesteuert werden, kann die von ihnen an der sie durchdringenden Welle hervorgerufene Phasenverschiebung von einer Platte zur anderen unterschiedlich sein. Durch Einbauen mehrerer Platten hintereinander im gleichen Kanal auf dem Ausbreitungsweg der Höchstfrequenz welle können Phasenverschiebungen von 0 bis 360° in Schrit ten erhalten werden, deren Wert von der Anzahl der angeord neten Platten abhängt. Durch Übereinanderstapeln mehrere solcher Phasenschieber kann somit eine elektronische Strahl ablenkung in einer Ebene parallel zum elektrischen Feld rea lisiert werden.

Eine Höchstfrequenzlinse der eingangs angegebenen Art ist aus der älteren, nachveröffentlichten DE 41 19 518 A1 bekannt. Bei dieser Linse ist jeder Phasenschieberkanal in wenigstens zwei Unterkanäle mittels einer leitenden Zwischentafel unter teilt, welche zwischen zwei Leitertafeln angeordnet und zu diesen im wesentlichen parallel ist. Jeder Teilkanal enthält mehrere Phasenschieberplatten. Diese Linse dient zum Betrieb in wenigstens zwei Frequenzbändern.

In gewissen Anwendungsfällen muß die Möglichkeit bestehen, eine Antenne mit zwei gekreuzten Polarisationen zu betreiben, d. h., daß die Antenne oder die Linse mit einer elektromagne tischen Welle, deren elektrisches Feld in einer ersten gege benen Richtung verläuft, ebenso wie mit einer Welle arbeiten können soll, deren elektrisches Feld in einer Richtung senk recht zur vorgenannten Richtung verläuft. Solche Antennen finden insbesondere Anwendung auf dem Gebiet der Störabwehr, der Verbesserung der Erfassung und Erkennung von Zielen sowie beim Fliegen in sehr niedriger Höhe.

Die aus der vorgenannten Druckschrift bekannte Linse ist nicht zum Betrieb mit zwei gekreuzten Polarisationen geeig net.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine Höchstfrequenzlinse der eingangs beschriebenen Art dahingehend weitergebildet werden, daß sie für ein Arbeiten mit zwei gekreuzten Polarisationen geeignet ist, und eine Antenne mit einer solchen Linse realisiert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 für die Linse und den Gegenstand des Anspruchs 11 für die Antenne gelöst.

Vorteilhafterweise wird eine erfindungsgemäße Höchstfre quenzlinse in einer Antenne mit elektronischer Strahlablen kung gemäß Anspruch 11 verwendet.

Weitere Besonderheiten und Ergebnisse der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich nung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a und 1b, wie bereits beschrieben, schematische Darstel lungen einer Antenne gemäß der obengenannten französischen Patentschrift,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Antenne mit Doppelpolarisation,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines in der Struktur von Fig. 2 verwendeten Phasenschieberkanals,

Fig. 4a und 4b schematische Darstellungen der Struktur und der Arbeitsweise einer Ausführungsform der im Kanal von Fig. 3 verwendeten Phasenschieber mittel,

Fig. 5, Fig. 6a und 6b sowie 7a bis 7d schematische Darstellungen der im Phasenschie ber von Fig. 4a und 4b verwendeten Platten,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Linse mit Doppelpolarisation, bei der die elektronische Strahlablenkung in zwei zu einander senkrechten Ebenen erfolgt.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.

Zur Vereinfachung erfolgt die Beschreibung der Linse für den Sendefall; die Antenne arbeitet natürlich in herkömmlicher Weise ebenso im Empfangsfall.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungs form einer hier zu beschreibenden Antenne mit Doppelpolarisa tion.

Diese Antenne besteht aus einer Höchstfrequenzlinse L, die von einer Quelle S für das Senden oder Empfangen elektromag netischer Höchstfrequenzenergie bestrahlt wird.

Die Quelle S ermöglicht das Senden bzw. Empfangen einer er sten, schematisch durch einen Pfeil 1 angegebenen Höchstfre quenzwelle, die sich in einer Z-Richtung ausbreitet und deren Polarisation, die durch den Vektor E₁ des elektrischen Feldes der Welle angegeben ist, parallel zu einer Richtung X ver läuft, die senkrecht zur vorgenannten Richtung ist. Die Quel le S gewährleistet auch das Senden bzw. Empfangen einer zwei ten Höchstfrequenzwelle, die symbolisch durch einen Pfeil 2 angegeben ist und ebenfalls in der Z-Richtung verläuft, deren symbolisch durch den Vektor E₂ des elektrischen Feldes der Welle angegebene Polarisation parallel zu einer Y-Achse ver läuft, die senkrecht zu den zwei vorgenannten Richtungen liegt. Das Senden der Wellen 1 und 2 wird mit Hilfe bekannter Mittel realisiert. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sind diese Mittel von zwei Hörnern S₁ und S₂ gebildet, die jeweils die Welle 1 bzw. die Welle 2 abstrah len.

Die Linse L ist in ähnlicher Form wie in den Fig. 1a und 1b verwirklicht, bis auf die Tatsache, daß jeder der Phasen schieberkanäle D in zwei Teilkanäle d₁ und d₂ unterteilt ist.

Genauer gesagt besteht die Linse L aus einem längs der X- Achse verlaufenden Stapel von Phasenschieberkanälen D, die durch leitende Tafeln P_L voneinander getrennt sind, die pa rallel zur YZ-Ebene verlaufen und im wesentlichen im Abstand von 1/2 voneinander liegen, wobei 1 die Betriebswellenlänge der Linse ist. Die Phasenschieberplatten P sind in den Kanä len parallel zur XY-Ebene angeordnet.

Zwischen den zwei Tafeln P_L, die den Kanal D begrenzen, ist eine dritte leitende Tafel P_LI, eine sogenannte Zwischentafel angeordnet, die parallel zu den zwei vorgenannten Tafeln verläuft. Die Tafel P_LI kann oder kann nicht in der Mitte zwi schen den zwei Tafeln P_L angeordnet sein. Jeder der Teilkanä le d₁ und d₂ ist somit durch eine der Tafeln P_L und die Zwi schentafel P_LI begrenzt.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines der Phasenschieber kanäle D von Fig. 2 genauer dargestellt.

Im Inneren jedes Teilkanals d₁ und d₂ sind mehrere Phasenver schiebungszellen angeordnet, die jeweils von mehreren Phasen schieberplatten (die Platten P₁ und P₂ für die Teilkanäle d₁ und d₂) gebildet sind, wobei sie längs der Bahn der Höchst frequenzwelle hintereinander angeordnet sind. Wenn beispiels weise ein Phasenverschiebungswert gewünscht wird, der durch 5 Bits ausgedrückt ist, ist die Aufeinanderfolge der Phasenver schiebungszellen im gleichen Teilkanal wie folgt:

- Zelle Nr. 1: Phasenverschiebung 180°
- Zelle Nr. 2: Phasenverschiebung 90
- Zelle Nr. 3: Phasenverschiebung 45
- Zelle Nr. 4: Phasenverschiebung 22,5°
- Zelle Nr. 5: Phasenverschiebung 12,25°.

Der Teilkanal d₁ enthält also mehrere Platten P₁, mit denen die Zellen Nr. 2 bis Nr. 5 verwirklicht werden können, woran sich eine Anordnung P_P1 anschließt, die eine Phasenverschie bung von 180° (Zelle Nr. 1) sowie eine Drehung der Polarisa tion der von ihr empfangenen Welle um 90° gewährleistet. Die Anordnung P_P1 liegt am Ende des Teilkanals (im Beispiel der Figur am rechten Ende). Dieser Teilkanal d₁ umfaßt ferner an seinen zwei Enden Mittel zur Impedanzanpassung. In der Figur sind diese Impedanzanpassungsmittel A_Z1 an dem der Anordnung P_P1 gegenüberliegenden Ende angebracht; am anderen Ende sind die Impedanzanpassungsmittel bei dieser Ausführungsform in die Anordnung P_P1 integriert.

Der Teilkanal d₂ ist in gleicher Weise wie der Kanal d₁ gebildet, jedoch ist die Anordnung der Elemente bezüglich letz terer umgekehrt, was bedeutet, daß nacheinander eine Anord nung P_P2 zur Phasenverschiebung um 180° und zur Polarisa tionsdrehung ähnlich der Anordnung P_P1, dann die die Zellen Nr. 2 bis Nr. 5 bildenden Platten P₂ und schließlich die Im pedanzanpassungsmittel A_Z2 zu erkennen sind. Die Anordnung P_P2 ist somit an einem der Anordnung P_P1 gegenüberliegenden Ende angebracht.

Die Anordnungen P_P1 oder P_P2 können mit bekannten Mitteln verwirklicht werden, die folgendes bewirken:

- eine gesteuerte Phasenverschiebung von 180° der sie durch laufenden Welle;
- eine Drehung der Polarisation der sie durchlaufenden Welle um 90°;
- eine Impedanzanpassung, um zu vermeiden, daß die Anwesen heit dieser Anordnungen Störreflexionen der sie durchlau fenden Welle bewirken.

Beispielsweise kann die Phasenverschiebung von 180° durch die Phasenschieberplatten P verwirklicht werden, während die Dre hung der Polarisation mit Hilfe einer Anordnung von Platten bewirkt werden kann, wie sie in dem Aufsatz "Broad-Band Wide- Angle Quasi-Optical Polarization Rotators" von Noach AMITAY und Adel A. M. SALEH in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Antennas and Propagation", Bd. AP-31, Nr. 1 vom Januar 1983, beschrieben ist, wobei die Plattengruppe im Hinblick auf eine Anpassung gemäß bekannter Verfahren dimensioniert ist.

Im Betrieb wird die Linse L von den zwei Wellen 1 und 2 mit gekreuzten Polarisationen gleichzeitig oder nicht gleichzei tig angestrahlt.

Die Welle 1 mit der Polarisation E₁ parallel zur X-Achse kann sich in dem Teilkanal d₁ ausbreiten und trifft dort nachein ander auf die Impedanzanpassungsmittel A_Z1, die Phasenver schiebungszellen Nr. 2 bis Nr. 5 und dann auf die Anordnung P_P1, die ihr je nach der Steuerung eine Phasenverschiebung von 180° oder keine Phasenverschiebung erteilt, was eine Dre hung ihrer Polarisation von 90° mit sich bringt. Die aus dem Teilkanal d₁ austretende Welle hat somit ein elektrisches Feld E₁, das von da ab parallel zur Y-Richtung verläuft.

Die Welle 2, deren elektrisches Feld E₂ parallel zu den Ta feln P_L und P_LI verläuft, kann sich in den Teilkanälen d₁ und d₂ ohne besondere Vorkehrungen nicht fortpflanzen. Bekannt lich kann sich eine Höchstfrequenzwelle zwischen zwei einen Wellenleiter bildenden Tafeln nur dann ausbreiten, wenn der Abstand h der Tafeln größer als λ/2 ist. Hier liegt der Ab stand h aber in der Größenordnung von λ/4 (wenn die Tafel P_LI in der Mitte des Kanals D angeordnet ist). Im Teilkanal d₂, in dem sich die Welle 2 ausbreiten soll, wird daher eine di elektrische Füllsubstanz angebracht, deren relative Dielek trizitätskonstante ε₁ größer als die von Luft (nahe 1) so bemessen ist, daß sie eine Ausbreitung einer Welle ermöglicht. Die Wellenlänge in einem solchen Milieu bei einer geführten Ausbreitung, d. h. wenn das Feld E parallel zu den Tafeln ver läuft, ergibt sich bekanntlich wie folgt:

Beispielsweise kann als Füllsubstanz ein Polyurethanschaum oder ein dazu äquivalentes Material verwendet werden, dessen Dielektrizitätskonstante (ε₁) in der Größenordnung von 2,2 liegt.

Auf diese Weise kann sich die Welle 2 im Teilkanal d₂, und zwar nur in diesem Teilkanal, ausbreiten. Die Welle 2 erfährt dabei unter der Einwirkung der Anordnung P_P2 je nach Fall eine Phasenverschiebung von 180°, und ihre Polarisation wird um 90° gedreht, so daß sie parallel zur X-Achse verläuft. Die Welle breitet sich dann durch die verschiedenen Phasenschie berplatten P₂ der verschiedenen Zellen 2 bis 5 bis zum Impe danzanpassungsmittel A_Z2 aus, worauf sie den Teilkanal d₂ mit einer Polarisation E₂ parallel zur X-Achse verläßt.

Es sei bemerkt, daß die dielektrische Füllsubstanz auf die Anordnung P_P2 begrenzt ist. Da das Feld E₂ der Welle 2 nach der Anordnung P_P2 senkrecht zu den Tafeln P_L und P_LI ver läuft, kann sich die Welle 2 dann im Kanal d₂ ausbreiten, ohne daß die dielektrische Substanz vorhanden ist. Überdies kann sich die Welle 1, deren Feld E₁ senkrecht zu den Tafeln verläuft, im Kanal d₂ ausbreiten; sie durchläuft die Anord nung P_P2, die eine Drehung ihres elektrischen Feldes E₁ be wirkt, so daß dieses parallel zu den Tafeln ausgerichtet wird. Da die dielektrische Substanz auf die Anordnung P_P2 begrenzt ist, kann sich die Welle 1 im Teilkanal d₂ nicht mehr weiter ausbreiten.

Die Teilkanäle d₁ und d₂ werden auf diese Weise von den Wel len 1 bzw. 2 beaufschlagt, was mit einer ausgezeichneten Ent kopplung (wenigstens in der Größenordnung von 70 dB) erfolgt.

Die Verwirklichung der zwei Teilkanäle mit Hilfe gleicher Elemente (auch wenn diese in umgekehrter Weise angeordnet sind) ermöglicht die Verwendung einer einzigen Diodensteuer schaltung für die beiden Teilkanäle.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Antenne ermöglicht somit die gleichzeitige oder nicht gleichzeitige Aussendung von zwei getrennten und unabhängigen Wellen 1 und 2, von de nen jede eine lineare Polarisation hat, die senkrecht zur Polarisation der anderen Welle verläuft.

Die Fig. 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen der Struktur und der Arbeitsweise einer besonderen Ausführungs form der Phasenschieberanordnung P_P1, die im Kanal der vorangehenden Figur verwendet wird, wobei natürlich zu erkennen ist, daß die Anordnung P_P2 vorteilhafterweise in analoger Weise verwirklicht ist.

Diese Anordnung wird durch eine Gruppe aus drei Platten F₁, A und F₂ verwirklicht. Diese sind im wesentlichen parallel zu einander und nacheinander im Weg der Höchstfrequenzwelle 1 angeordnet. Genauer gesagt verlaufen die Platten im wesentli chen senkrecht zur Z-Achse der Wellenausbreitung, wobei das elektrische Feld E₁ der Welle parallel zur X-Achse verläuft. Die Platte A liegt in einem Abstand d_1A von der Platte F₁ und in einem Abstand von d_A2 von der Platte F₂.

Fig. 5 zeigt eine der Platten F₁, F₂ in schematischer Weise.

Diese Platten sind passive Platten. Sie bestehen jeweils aus einem dielektrischen Träger 20, auf dem eine Struktur aus leitenden Drähten f angeordnet ist, die im wesentlichen pa rallel zueinander mit einer kleinen Schrittweite d liegen, die kleiner als λ, nämlich in der Größenordnung λ/10 bis λ/20 liegt. Die Drähte f sind beispielsweise auf den Träger 20 aufgedruckt.

Für die Platte F₁ verlaufen die Drähte f im wesentlichen pa rallel zur Y-Achse, während sie für die Platte F₂ im wesent lichen parallel zur X-Achse verlaufen.

Die Platte A ist eine aktive Platte, die gemäß der schemati schen Darstellung von Fig. 6a von zwei Strukturen aus ge kreuzten Drähten gebildet ist, die jeweils mit einer Diode versehen sind.

Eine der Flächen eines dielektrischen Trägers 21, der die Platte bildet, trägt eine Struktur aus Drähten f₁, die mit der Schrittweite d_A parallel zueinander verlaufen und an denen Dioden D₁ angeordnet sind, die alle in der gleichen Richtung angeschlossen sind. Auf der anderen Fläche des Trägers 21 ist eine weitere Struktur mit Drähten f₂ angeordnet, die mit der Schrittweite d_A parallel zueinander verlaufen und die eben falls gleichsinnig angeschlossene Dioden D₂ aufweisen. Die Drähte f₁ verlaufen im wesentlichen senkrecht zu den Drähten f₂. Der Abstand d_A liegt in der Größenordnung der Wellenlänge, genauer gesagt in der Größenordnung von λ/2.

Fig. 4b ist eine schematische Darstellung, die die Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung P_P1 ermöglicht.

Es sind die erste Platte F₁ durch ihre parallel zur Y-Achse verlaufenden Drähte f, die dritte Platte F₂ durch ihre pa rallel zur X-Achse verlaufenden Drähte f sowie die Platte A durch einen ihrer Drähte f₁, der mit der X-Achse einen Winkel von im wesentlichen +45° bildet, sowie einen ihrer Drähte f₂, der mit der Y-Achse einen Winkel von im wesentlichen +45° bil det, dargestellt.

Die Platten F₁ und F₂ arbeiten wie folgt:

- Wenn das elektrische Feld der einfallenden Welle senkrecht zu den die Platte bildenden Drähten verläuft, ist diese durchlässig,
- wenn das elektrische Feld parallel zu den Drähten der Platte verläuft, wirkt diese reflektierend.

Die Platte A arbeitet wie folgt: Wenn die Dioden einer der Drahtstrukturen, beispielsweise die Dioden D₁ der Drähte f₁, so vorgespannt sind, daß sie leiten, sind die Dioden der ande ren Drahtstruktur (D₂) in den Sperrzustand vorgespannt, so daß nur eine Höchstfrequenzwelle, deren elektrisches Feld parallel zu den Drähten f₁ verläuft, durch die Platte A übertragen wer den kann. Wenn dagegen die Dioden D₁ gesperrt und die Dioden D₂ leitend sind, kann nur eine Welle übertragen werden, deren elektrisches Feld parallel zu den Drähten f₂ verläuft:

Die Arbeitsweise der drei Platten ist in Fig. 4b zusammenge faßt.

In einer ersten Betriebsart (Betriebsart 1) verläuft das elektrische Feld E₁ der an die Anordnung angelegten Höchst frequenzwelle 1 parallel zur X-Achse. Diese Welle wird somit vollständig von der Platte F₁ übertragen, was der Pfeil 11 in dieser Figur angibt. In dieser Betriebsart sind die Dioden D₁ in Durchlaßrichtung vorgespannt, während die Dioden D₂ ge sperrt sind, so daß nur die Komponente der Welle, deren Pola risation (d. h. elektrisches Feld) parallel zu den Drähten f₁ verläuft, durch die Platte A übertragen werden kann, was durch den Pfeil 12 der Figur veranschaulicht ist. Die Platte F₂ hat schließlich die Aufgabe, ein Komplement der Drehung (45°) der Polarisation der von der Platte A kommenden Welle zu bewirken; sie überträgt nur die Komponente der Welle, de ren Polarisation senkrecht zu ihren Drähten, d. h. parallel zur Y-Achse verläuft, was durch den Pfeil 13 veranschaulicht ist. Es ist somit zu erkennen, daß in dieser ersten Betriebs art die ursprünglich parallel zur X-Achse verlaufende Polari sation der Welle am Ausgang der Anordnung parallel zur Y- Achse und gegen negative Y-Werte (mit der in der Figur ange wendeten Vorzeichenordnung) gerichtet wird.

In der zweiten Betriebsart (Betriebsart 2) sind die Dioden D₂ in Durchlaßrichtung vorgespannt, während die Dioden D₁ ge sperrt sind. Dabei ist in analoger Weise zu erkennen, daß die Welle 1, deren elektrisches Feld E₁ parallel zur X-Achse ver läuft, durch die Platte F₁ übertragen wird (Pfeil 21), wobei nur die Komponente dieser Welle, deren Feld parallel zu den Drähten f₂ verläuft, durch die Platte A übertragen wird (Pfeil 22) und die aus der Platte F₂ kommende Welle (Pfeil 23) ein Rotationskomplement seines elektrischen Feldes er fährt, das dadurch wie zuvor parallel zur Y-Achse, jedoch in Richtung zu positiven Y-Werten gelenkt wird.

Es ist somit zu erkennen, daß je nach der Steuerung der Platte A, d. h. gemäß dem an die von ihr getragenen Dioden ange legten Vorstrom, die austretende Welle ein gegen positive oder gegen negative Y-Werte gerichtetes elektrisches Feld hat. Auf diese Weise wird zwischen den Betriebsarten 1 und 2 eine relative Phasenverschiebung von 180° erhalten.

Es sei ferner bemerkt, daß dann, wenn die Anordnung eine li near polarisierte Höchstfreguenzwelle empfängt, deren elek trisches Feld parallel zur X-Achse verläuft, die Platte F₁ unter diesem Gesichtspunkt nicht benötigt wird. Jedoch sind vorzugsweise die Impedanzanpassungsmittel vorgesehen, damit die Verluste und Mehrfachreflexionen soweit wie möglich be grenzt werden. Die Platte F₁ kann zu diesem Zweck benutzt werden.

Die oben beschriebene Arbeitsweise gilt für den Fall, daß der Abstand zwischen zwei Tafeln (P_L und P_PI), die einen Teilka nal begrenzen, größer als λ/2 ist, damit sich eine Welle dar in fortpflanzen kann. Wenn dagegen dieser Abstand in der Grö ßenordnung von oder kleiner als λ/2 ist, kann sich bekannt lich eine Welle, deren elektrisches Feld parallel zu den Ta feln verläuft, in einer solchen Struktur nicht fortpflanzen. Erfindungsgemäß wird daher in der Struktur zumindest nach der Platte A eine dielektrische Füllsubstanz vorgesehen, deren relative Dielektrizitätskonstante ε₁ größer als die von Luft (ε, nahe 1) und so bemessen ist, daß sie die Fortpflanzung einer Welle unabhängig von der Richtung ihres elektrischen Feldes ermöglicht. Die Wellenlänge in einem solchen Milieu ergibt sich bekanntlich wie folgt:

- für eine Fortpflanzung im freien Raum, d. h. dann, wenn das elektrische Feld E parallel zur Y-Achse verläuft:
λ₁ = λ/√ε₁
- für eine geführte Ausbreitung, d. h. dann, wenn das elektri sche Feld E parallel zur X-Achse verläuft: λ_G1, gegeben durch den oben angegebenen Ausdruck (1).

Beispielsweise kann für die Füllsubstanz ein Polyurethan schaum oder ein äquivalentes Material verwendet werden, des sen Dielektrizitätskonstante (ε₁) in der Größenordnung von 2,2 liegt.

Schließlich sei bemerkt, daß die Platten F₁ und F₂ auch mit anderen Mitteln als mit parallelen und eng nebeneinander an gebrachten Leiterdrähten verwirklicht werden können, bei spielsweise mit Höchstfrequenzschaltungen mit passiven Kompo nenten.

Fig. 6b zeigt eine Ausführungsform der Platte A, die in der zuvor beschriebenen Anordnung verwendet wird.

Diese Platte ist aus einem dielektrischen Substrat 21 herge stellt, bei dem auf jeder Fläche im wesentlichen kreisförmi ge, kapazitive Scheibchen in Zeilen und in Spalten so ange bracht sind, daß die Scheibchen 31 auf einer der Flächen den Scheibchen 32 auf der anderen Fläche gegenüberliegen. Die Scheibchen 31 sind elektrisch mittels der Leiter f₁ verbun den, während die Scheibchen 32 mit Hilfe der Leiter f₂ ver bunden sind. Ferner sind zwischen zwei Scheibchen an den Lei tern f₁ und f₂ Dioden D₁ bzw. D₂ angebracht, wobei im Ausfüh rungsbeispiel der Figur jeweils nur eine Diode vorgesehen ist.

Die Funktion der Scheibchen besteht darin, die Impedanzanpas sung der Platte zu bewirken. Es sei bemerkt, daß sie kreis förmig dargestellt sind, jedoch können sie auch andere Formen haben (Ringform, Flächen mit Einschnitten, usw.), wobei die jeweilige Form im Hinblick auf die Verbesserung der Impedanz anpassung der Platte experimentell bestimmt wird, was auch für die Breite der Leiter f₁ und f₂, den Durchmesser der Scheibchen, die Schrittweite und die Kennlinien der Dioden gilt.

In den Fig. 7a bis 7d ist eine praktische Ausführungsform der Platte A dargestellt, die sich für das Einschieben in einem Teilkanal eignet, wobei von dem in Fig. 6b angegebenen Schema ausgegangen wurde.

In dieser Ausführungsform ist die Platte A von einem isolie renden Substrat 30 gebildet, das beispielsweise aus einem Glas/Harz-Laminat besteht und zwischen den Tafeln P_L und P_LI angeordnet ist. In Löchern, die in dem Substrat 30 gebildet sind, sind die Dioden D₁ und D₂ angeordnet und befestigt.

Fig. 7a zeigt eine erste Fläche 31 des Substrats 30. Aus der Fläche treten zwei Gruppen von Dioden heraus, abwechselnd die Dioden D₁ und D₂, die in dem Substrat befestigt sind. Die Fläche 31 trägt Scheiben 63 oder Halbscheiben angrenzend an die Tafeln, die in Fünfergruppen angeordnet sind. Nur die Dioden D₁ sind elektrisch in nicht dargestellter Weise bei spielsweise durch Löten mit den Scheiben 63 verbunden. Die Halbscheiben 63 sind durch Leiter 61 (in der Darstellung oben) und 62 (in der Darstellung unten) miteinander verbun den. Zur Verdeutlichung der Zeichnung sind die metallisierten Abschnitte, die nicht im Schnitt zu erkennen sind, ebenso wie die Dioden (D₁), die mit ihnen verbunden sind, schraffiert dargestellt. Bezüglich des Schemas von Fig. 3 sind die Leiter f₁ auf ein Minimum verringert.

Fig. 7b zeigt das elektrische Schaltbild der Schaltung auf der Fläche 31. Es ist zu erkennen, daß die Dioden D₁ jeweils paarweise in Serie geschaltet sind, wobei die Diodenpaare parallel zwischen ihren Vorspannungsanschlüssen liegen, die von den Leitern 61 und 62 gebildet sind.

Fig. 7c zeigt die andere Fläche 32 des Substrats 30. Die Flä che 32 trägt wie die Fläche 31 kreisförmige oder halbkreis förmige Scheiben 63, die in Fünfergruppen angeordnet und elektrisch jeweils nur mit den Dioden D₂ sowie mit den Versorgungsleitern 61 und 62 der Dioden verbunden sind. Die ver schiedenen Elemente sind mit der gleichen Bedeutung wie oben schraffiert.

Fig. 7d zeigt das elektrische Schaltbild der Schaltung auf der Fläche 32. Es ist zu erkennen, daß wie bei der Fläche 31 die Dioden (hier D₂) paarweise in Serie und dann parallel zwischen ihre Vorspannungsanschlüsse geschaltet sind. Vor zugsweise sind diese letzteren ebenfalls durch die Leiter 61 und 62 gebildet, und die Dioden D₂ sind entgegengesetzt zu den Dioden D₁ eingebaut; eine zwischen die zwei Tafeln in einer Richtung angelegte Potentialdifferenz bewirkt somit eine Vorspannung einer Gruppe von Dioden (beispielsweise D₁) in Durchlaßrichtung und der anderen Gruppe (D₂) in Sperrich tung. Die gleiche Potentialdifferenz ermöglicht bei ihrer Anlegung in der anderen Richtung die Sperrung der Dioden D₁ und die Vorspannung der Dioden D₂ in Durchlaßrichtung.

Es sei bemerkt, daß bei einer Verwirklichung der Anordnung P_P1 oder P_P2 gemäß den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 7 die Fortpflanzung der Welle E₁ im Kanal d₂ (Fig. 3) von der ersten Platte (F₁) der Anordnungen P_P2, deren Drähte parallel zu ihrer Polarisation verlaufen, nicht möglich ist. In diesem Fall können die Impedanzanpas sungsmittel A_Z1 des Kanals d₁ beispielsweise so verwirklicht werden, wie in dem Aufsatz "Design of corrugated plates for Phased Array Matching" in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Antennas and Propagation", Bd. AP-16, Nr. 1, vom Januar 1968 (Seite 37 ff) beschrieben ist. Die Mittel A_Z1 sind durch eine Blende gebildet, die entsprechend Fig. 7 dieses Aufsat zes vor dem von der Platte F₁ im Kanal d₂ gebildeten Kurz schluß angeordnet ist.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der hier zu be schreibenden Linse mit Doppelpolarisation, bei der die elek tronische Strahlablenkung in zwei zueinander senkrechten Ebe nen erfolgt.

Bei dieser Ausführungsform ist das System von zwei Linsen L₁ und L₂ gebildet, die nacheinander in Richtung der Z-Achse der Ausbreitung der Höchstfrequenzenergie angeordnet sind. Die erste Linse L₁ ist beispielsweise von einer Linse L von Fig. 2 gebildet, wobei die Tafeln P_L parallel zur YZ-Ebene liegen. Die zweite Linse L₂ ist ebenso wie die Linse L₁ aufgebaut, jedoch um 90° gedreht, was bedeutet, daß ihre Tafeln P_L pa rallel zur XZ-Ebene verlaufen. Bei der in Fig. 8 dargestell ten Ausführungsform enthält die Anordnung außerdem Impedanz anpassungsmittel A_Z, die nach der Linse L₂ angebracht sind. Diese Mittel sind beispielsweise von einer dielektrischen Schicht gebildet, die typischerweise im Abstand von etwa λ/4 von der Ausgangsfläche der Linse L₂ mit einer Dicke (in Rich tung der Z-Achse) in der Größenordnung von λ/2 angebracht ist und eine Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 3 aufweist. In einer abgewandelten Ausführung wird eine dielek trische Anpassungsschicht, ähnlich der Schicht A_Z auch zwi schen den zwei Linsen L₁ und L₂ angebracht. Solche Anpas sungsmittel A_Z werden benutzt, um die Impedanz an die Welle anzupassen, deren Polarisation parallel zu den Kanälen ver läuft; diese Mittel werden beispielsweise mit einem Blind leitwert verwirklicht, der keinen Einfluß auf die gewünschte Welle hat.

Auf diese Weise wurde eine Antenne mit elektronischer Strahl ablenkung in zwei zueinander senkrechten Ebenen geschaffen, die mit zwei gekreuzten Polarisationen arbeitet.

Claims

1. Höchstfrequenzlinse für den Empfang einer sich in einer ersten Richtung (Z) ausbreitenden elektromagnetischen Welle mit mehreren Phasenschieberkanälen (D), die in einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung (X) auf einanderfolgen und voneinander durch leitende Tafeln (P_L) getrennt sind, die senkrecht zu der zweiten Richtung (X) verlaufen, wobei jeder der Kanäle mehrere Phasenschieber platten (P) aufweist, die senkrecht zu der ersten Richtung (Z) verlaufen, wobei jede der Platten (P) Leiterdrähte (2) trägt, die parallel zu der zweiten Richtung (X) angeordnet sind und mit Dioden (3) versehen sind, wobei die Steuerung des Durchlaß- oder Sperrzustandes der Dioden einer Platte ermöglicht, die von der Platte an einer sie durchlaufenden Welle hervorgerufene Phasenverschiebung zu verändern, und wobei jeder Kanal in wenigstens zwei Teilkanäle (d₁, d₂) mit Hilfe einer leitenden Zwischentafel (P_LI) unterteilt ist, die zwischen den zwei Tafeln (P_L) angeordnet ist und paral lel zu diesen verläuft, wobei die Teilkanäle jeweils mehrere Phasenschieberplatten (P₁, P₂) enthalten und die zwei Teil kanäle (d₁, d₂) jeweils von zwei Wellen (1, 2) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer Zwischentafel (P_LI) und einer benachbarten Leitertafel klei ner oder gleich der halben Betriebswellenlänge der Linse ist, daß die elektrischen Felder (E₁, E₂) der beiden Wellen (1, 2) senkrecht zueinander verlaufen, und daß die Teilkanä le jeweils Dioden enthaltende Mittel (P_P1, P_P2) zum Drehen der Polarisation der einfallenden Welle um 90° entsprechend der Zustandssteuerung der Dioden enthalten.

2. Linse nach Anspruch 1, bei der der erste Teilkanal (d₁) von derjenigen Welle (1) beaufschlagt wird, deren elek trisches Feld (E₁) senkrecht zu den Tafeln (P_L, P_LI) ver läuft, und daß er nacheinander längs der Bahn der Welle (1) folgendes enthält:

- die Phasenschieberplatten (P₁);
- erste Dioden enthaltende Mittel (P_P1) zum:
Erzielen einer Phasenverschiebung der sie durchlaufenden Welle um 180° entsprechend der Zustandssteuerung der Dioden;
Erzielen einer Drehung der Polarisation der sie durchlaufenden Welle um 90°.

3. Linse nach Anspruch 2, bei der der erste Teilkanal ferner Mittel (A_Z1) zur Impedanzanpassung in der Bahn der Welle (1) vor den Phasenschieberplatten (P₁) enthält und daß die ersten Mittel (P_P1) unter anderem eine Impedanzanpassung bewirken.

4. Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Teilkanal (d₂) von derjenigen Welle (2) be aufschlagt wird, deren elektrisches Feld (E₂) parallel zu den Tafeln (P_L, P_L1) verläuft, und daß er nacheinander längs der Bahn der Welle (2) folgendes enthält:

- zweite Dioden enthaltende Mittel (P_P2) zur Erzielung:
einer Phasenverschiebung der sie durchlaufenden Welle um 180° gemäß der Zustandssteuerung der Dioden,
einer Drehung der Polarisation der sie durchlaufenden Welle um 90°,
- die Phasenschieberplatten (P₂).

5. Linse nach Anspruch 4, bei der der zweite Teilkanal außerdem Mittel (A_Z2) zur Impedanzanpassung enthält, die in der Bahn der Welle (2) nach den Phasenschieberplatten (P₂) angebracht sind, und daß die zweiten Mittel (P_P2) außerdem eine Impedanzanpassung bewirken.

6. Linse nach Anspruch 3, bei der die ersten Mittel (P_P1) nacheinander in der Bahn der elektromagnetischen Welle folgendes enthalten:

- aktive, Dioden enthaltende Mittel (A) zur Erzielung der Drehung der Polarisation (E) einer einfallenden Welle (10) um +45° oder -45° entsprechend der empfangenen Zustandssteuerung der Dioden;
- passive Mittel (F₂) die ein Komplement der Drehung der Polarisation der von den aktiven, Dioden enthaltenden Mitteln abgegebenen Welle um 45° bewirken;

sowie eine dielektrische Füllsubstanz, deren Dielektri zitätskonstante so gewählt ist, daß die Ausbreitung einer Höchstfrequenzwelle mit einem parallel zu den Platten ver laufenden elektrischen Feld ermöglicht wird, und die zu mindest nach den aktiven, Dioden enthaltenden Mitteln (A) angeordnet ist.

7. Linse nach Anspruch 6, bei der die passiven Mittel eine erste Platte (F₂) aufweisen, die senkrecht zu der er sten Richtung (Z) angeordnet ist, wobei die erste Platte eine Struktur aus Leiterdrähten (f) aufweist, die parallel zu der zweiten Richtung (X) verlaufen, wobei die Drähte (f) in einer Schrittweite (d) angeordnet sind, die klein gegen die Betriebswellenlänge der Linse ist.

8. Linse nach Anspruch 7, bei der die passiven Mittel außerdem eine zweite Phase (F₁) enthalten, die parallel zu der ersten Platte (F₂) angeordnet ist und von dieser durch die steuerbaren Mittel (A) getrennt ist, wobei die zweite Platte (F₁) eine Struktur aus Leiterdrähten (f) aufweist, die parallel zu einer dritten Richtung (Y) senkrecht zu den zwei ersten Richtungen verlaufen, wobei die Drähte (f) mit einer Schrittweite (d) angeordnet sind, die klein gegen die Betriebswellenlänge der Linse ist.

9. Linse nach Anspruch 6, bei der die aktiven, Dioden enthaltenden Mittel (A) zwei Drahtstrukturen (f₁, f₂) auf weisen, die jeweils Dioden (D₁, D₂) enthalten, daß die Dräh te (f₁) der ersten Struktur in einer senkrecht zur ersten Richtung (Z) verlaufenden Ebene und parallel zueinander mit einer gegebenen Schrittweite (d_A) angeordnet sind, daß sie mit der zweiten Richtung (X) einen Winkel von +45° bilden, daß sie mit Dioden (D₁) versehen sind, die alle in der glei chen Richtung angeschlossen sind, daß die Drähte (F₂) der zweiten Struktur in einer senkrecht zur ersten Richtung (Z) verlaufenden Ebene und parallel zueinander mit der gleichen gegebenen Schrittweite (d_A) angeordnet sind, daß sie mit einer dritten Richtung (Y), senkrecht zu den beiden ersten Richtungen, einen Winkel von +45° bilden und daß sie mit Dioden (D₂) versehen sind, die alle in der gleichen Richtung angeschlossen sind.

10. Linse nach den Ansprüchen 3 und 5, bei der die zwei ten Dioden enthaltenden Mittel (P_P2) den ersten Dioden ent haltenden Mitteln (P_P1) analog sind.

11. Antenne mit elektronischer Strahlablenkung mit Sen de/Empfangs-Mitteln (S) für eine elektromagnetische Welle und einer im Weg dieser Welle angeordneten Höchstfrequenzlinse, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (L) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und daß die Sende/Empfangs-Mittel das Senden und Empfangen von zwei elektromagnetischen Wellen gewährleisten, deren elektrische Felder jeweils senkrecht zueinander verlaufen.

12. Antenne nach Anspruch 11, die unter anderem in einer Anordnung nach der Linse (L₁) und parallel zu dieser eine zweite Linse (L₂) aufweist, die analog zur ersten Linse aus gebildet, jedoch um 90° in bezug auf diese gedreht ist.