EP0044502B1 - Vor einer Parabolreflektorantenne angeordnete Einrichtung zur Umwandlung von linear polarisierten in zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen - Google Patents

Vor einer Parabolreflektorantenne angeordnete Einrichtung zur Umwandlung von linear polarisierten in zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen Download PDF

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EP0044502B1
EP0044502B1 EP81105473A EP81105473A EP0044502B1 EP 0044502 B1 EP0044502 B1 EP 0044502B1 EP 81105473 A EP81105473 A EP 81105473A EP 81105473 A EP81105473 A EP 81105473A EP 0044502 B1 EP0044502 B1 EP 0044502B1
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/12—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism functioning also as polarisation filter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/425—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising a metallic grid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H01Q15/242—Polarisation converters
    • H01Q15/244—Polarisation converters converting a linear polarised wave into a circular polarised wave

Definitions

  • the invention relates to a device for converting linearly polarized electromagnetic waves into circularly polarized waves, consisting of a primary radiation detector and a target follower radar antenna arranged in front of the radiating opening of the parabolic reflector and consisting of a primary radiator and a parabolic reflector and integrated into a curved cover (radome) of this opening
  • a device for converting linearly polarized electromagnetic waves into circularly polarized waves consisting of a primary radiation detector and a target follower radar antenna arranged in front of the radiating opening of the parabolic reflector and consisting of a primary radiator and a parabolic reflector and integrated into a curved cover (radome) of this opening
  • a cover (radome) is known from GB-A-1 240 529 for a target follower radar antenna consisting of a primary radiator and a parabolic reflector for the radiating opening of the parabolic reflector, in which a device for converting linearly polarized electromagnetic waves into circularly polarized waves is integrated .
  • This known device consists of a lattice structure with two lattice layers, each of which consists of thin, parallel wires.
  • a Cassegrain antenna with a primary radiator with a sub-reflector consisting of a three-layer grating structure and with a flat main reflector is known.
  • This subreflector has the task, for. B. right-handed circularly polarized waves emanating from the primary radiator to reflect to the main reflector and to let through the waves polarized by the main reflector in a left-handed circular polarization unhindered.
  • This subreflector has a middle layer in the lattice structure, which transmits the waves of a specific linear polarization and reflects waves polarized perpendicular to it.
  • the two outer layers of the grating structure convert circularly polarized waves into linearly polarized waves in one beam passage direction and linearly polarized waves into circularly polarized waves in the opposite beam passage direction.
  • This subreflector accordingly fulfills the function, among other things, of converting the left-hand circularly polarized waves reflected by the main reflector as the radiating opening of the antenna into vertically linearly polarized waves and then converting them back into left-hand circularly polarized waves.
  • the suppression or decoupling of the cross polarization compared to a desired linear polarization is for many applications, e.g. B. also of great importance in order to achieve the necessary accuracy in target radar methods that work with parabolic mirror antennas.
  • gratings with metal strips or wires running perpendicular to the E vector can be used.
  • the cross polarization component running parallel to the wires is reflected and thus suppressed.
  • the degree of suppression of the cross-polarization components is further increased.
  • Such a linear polarization filter also forms the middle layer of the grating structure of the subreflector according to US Pat. No. 3,340,535.
  • the object of the invention is to improve a device of the type mentioned at the outset in such a way that any given linear polarization, that is to say possibly with interfering cross-polarization components, of a target following radar device is converted into a purely circular polarization.
  • the rectilinear conductors of the layer of the lattice structure closest to the radiating opening are inclined by 45 ° with respect to their main direction of expansion with respect to the conductors of the layer or layers further away from the radiating opening, that the conductors in the individual layers of the lattice structure are etched, strip-shaped conductor tracks on one plastic film per layer, and that the specified main directions of expansion of the conductors are related to the projection in a plane perpendicular to the main radiation axis of the target secondary radar antenna.
  • linear polarization filtering For the linearly polarized radiation emanating from the radiating opening of the parabolic reflector and thus from the entire target slave radar antenna, which can have cross-polarization components at various points in this opening, linear polarization filtering is first carried out and then the filtered out ideal linear polarization is converted into radiation with pure circular polarization. In the case of linear polarization filtering, only that radiation component is let through whose E vector is perpendicular to the straight conductors running parallel to one another.
  • the other layers of the lattice structure are arranged one or more layers with rectilinear and parallel conductors, whose main direction of expansion corresponds to that of the conductors of the layer closest to the radiating opening.
  • the invention can e.g. B. apply to a cone-shaped cover of the parabolic reflector.
  • insulating layers are advantageously used which consist of hard foam or are designed as a honeycomb structure.
  • the lattice structure shown in Figures 1 and 2 consists of two layers 1 and 2, which are formed by parallel, straight conductor tracks, and three layers 3, 4 and 5, each of several, in the form of meandering lines parallel to each other 6 exist.
  • the direction of skin expansion of the meandering conductor tracks 6 is inclined by 45 ° with respect to that of the conductor tracks 7 of the layers 1 and 2.
  • the combined grating structure lies in front of the radiation aperture of a target follower radar antenna, which is composed of a primary radiator 8 and a parabolic reflector 9.
  • the primary radiator 8 emits a radiation X in linear polarization with a polarization direction, which is indicated by the arrow 10.
  • Cross-polarization components arise during the reflection at the parabolic reflector 9.
  • Radiation with non-ideal linear polarization then falls on the grating structure in front of the antenna aperture.
  • the first two layers 1 and 2 of this grating structure then effect a linear polarization filtering, so that only the radiation with the polarization indicated by the arrow 10 is passed to the layers 3, 4 and 5 because of the vertical alignment of the conductor tracks 7.
  • the layers 3, 4 and 5 then bring about the conversion of the ideal linear polarization arriving there into a circular polarization, which then no longer has any orthogonal polarization components.
  • FIG. 3 shows a section of the polarization grating according to FIGS. 1 and 2 with five interconnect layers one above the other, which are each produced on a plastic film 11, 12, 13, 14 and 15 by an etching process.
  • a large number of meandering conductor tracks 16 are applied to each of the three plastic films 11, 12 and 13.
  • the two conductor track layers on the plastic films 14 and 15 consist of a large number of rectilinear conductor tracks 17 the foils 11 to 15 can be adhered to, insulating layers 18, 19, 20 and 21 are arranged between these foils, which are advantageously embodied in a honeycomb structure, in particular for reasons of weight saving.
  • the thickness of the entire multilayer grating structure is, for example, half a wavelength.
  • the conductor tracks 16 and 17 correspond to the conductor tracks 6 and 7 in FIG. 1.
  • the meandering conductor tracks 16 have, for example, an amplitude of one eighth wavelength and a spacing of approximately one tenth wavelength.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine vor der strahlenden Öffnung des Parabolreflektors einer aus einem Primärstrahler und einem Parabolreflektor bestehenden Zielfolgeradarantenne angeordnete und zugleich in eine gekrümmt ausgebildete Abdeckhaube (Radom) dieser Öffnung integrierte Einrichtung zur Umwandlung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen in zirkular polarisierte Wellen, bestehend aus einer Gitterstruktur mit mehreren Schichten, von denen jede aus bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung parallel zueinander verlaufenden dünnen Leitern besteht.
  • Primärstrahler für 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 der Antennenapertur in eine zirkulare Polarisation umgewandelt. Ein solcher Polarisationswandler mit Gitterstruktur in Form von in Hauptausdehnungsrichtung parallel zueinander verlaufenden Mäanderleitern ist z.B. aus US-A-3 754 271 bekannt.
  • Darüber hinaus ist aus GB-A-1 240 529 bei einer aus einem Primärstrahler und einem Parabolreflektor bestehenden Zielfolgeradarantenne für die strahlende Öffnung des Parabolreflektors eine Abdeckhaube (Radom) bekannt, in die eine Einrichtung zur Umwandlung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen in zirkular polarisierte Wellen integriert ist. Diese bekannte Einrichtung besteht aus einer Gitterstruktur mit zwei Gitterschichten, von denen jede aus dünnen, parallel zueinander verlaufenden Drähten besteht. Hierbei erzeugen die unter 45° zum E-Vektor (= elektrischer Feldvektor) der einfallenden Welle verlaufenden Drähte durch die kapazitive bzw. induktive Beeinflussung der senkrecht und parallel zu ihnen liegenden E-Vektor-Komponenten einen Phasenunterschied, für den bei geeigneter Dimensionierung der beiden Dratgitterschichten und des Abstands dieser Schichten der für zirkulare Polarisation notwendige Wert von 90° erreicht wird.
  • Aus US-A-3 340 535 ist eine Cassegrain-Antenne mit einem Primärstrahler, mit einem aus einer dreischichtigen Gitterstruktur bestehenden Subreflektor und mit einem ebenen Hauptreflektor bekannt. Dieser Subreflektor hat die Aufgabe, z. B. rechtsdrehend zirkular polarisierte Wellen, die vom Primärstrahler ausgehen, zum Hauptreflektor zu reflektieren und die vom Hauptreflektor in eine linksdrehende Zirkularpolarisation umpolarisierten Wellen ungehindert durchzulassen. Dieser Subreflektor weist in der Gitterstruktur eine mittlere Schicht auf, die die Wellen einer bestimmten Linearpolarisation durchlässt, und senkrecht dazu polarisierte Wellen reflektiert. Die beiden äusseren Schichten der Gitterstruktur wandeln in der einen Strahldurchgangsrichtung jeweils zirkular polarisierte in linear polarisierte Wellen und in umgekehrter Strahldurchgangsrichtung linear polarisierte Wellen in zirkular polarisierte Wellen um. Dieser Subreflektor erfüllt demgemäss unter anderem die Funktion, die vom Hauptreflektor als strahlende Öffnung der Antenne reflektierten, linkszirkular polarisierten Wellen zunächst in vertikal linear polarisierte Wellen und diese dann wiederum in linkszirkular polarisierte Wellen zurückzuwandeln.
  • Die Unterdrückung bzw. Entkopplung der Kreuzpolarisation gegenüber einer gewünschten Linearpolarisation ist für viele Anwendungen, z. B. auch zur Erzielung der nötigen Genauigkeit bei Zielfolgeradarverfahren, die mit Parabolspiegelantennen arbeiten, 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 solches Linearpolarisationsfilter bildet auch die mittlere Schicht der Gitterstruktur des Subreflektors nach US-A-3 340 535.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass jede gegebene lineare, also möglicherweise mit störenden Kreuzpolarisationskomponenten behaftete Polarisation einer Zielfolge-Radareinrichtung in eine reine zirkulare Polarisation umgewandelt wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die geradlinig verlaufenden Leiter der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht der Gitterstruktur hinsichtlich ihrer Hauptausdehnungsrichtung gegenüber den Leitern der von der strahlenden Öffnung weiter entfernt liegenden Schicht bzw. Schichten um 45° geneigt sind, dass die Leiter in den einzelnen Schichten der Gitterstruktur geätzte, streifenförmige Leiterbahnen auf jeweils einer Kunststofffolie pro Schicht sind, und dass die angegebenen Hauptausdehnungsrichtungen der Leiter auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsachse der Zielfolgeradarantenne bezogen sind. 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.
  • Zur Verbesserung der Linearpolarisationsfilterwirkung sind in vorteilhafter Weise zwischen der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht und den übrigen Schichten der Gitterstruktur noch eine oder mehrere Schichten mit geradlinig und parallel verlaufenden Leitern angeordnet, deren Hauptausdehnungsrichtung mit derjenigen der Leiter der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht übereinstimmt.
  • 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.
  • Für die die Umwandlung der ausgefilterten idealen Linearpolarisation in eine Strahlung mit Zirkularpolarisation bewirkenden Schichten der Einrichtung nach der Erfindung gilt, dass deren Leiter nicht nur geradlinig, sondern auch in Form von z. B. Mäanderlinien oder Linien-Reckteckkombinationen verlaufen können, wobei sich jedoch an der Hauptausdehnungsrichtung der Leiter nichts ändert.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier Figuren erläutert, die ein Modell mit einer ebenen Ausführungsform einer mehrschichtigen Gitterstruktur zeigen. Diese ebene Ausführung 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 zeigen
    • 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 Figuren 1 und 2 und
    • Fig. 4 in Draufsicht einen Ausschnitt von mäanderförmigen Leiterbahnen.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Gitterstruktur besteht aus zwei Schichten 1 und 2, welche durch parallel zueinander verlaufende, geradlinige Leiterbahnen gebildet werden, und drei Schichten 3, 4 und 5, die jeweils aus mehreren, in Form von Mäanderlinien parallel zueinander verlaufenden Leitern 6 bestehen. Die Hautausdehnungsrichtung 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 X in linearer Polarisation mit einer Polarisationsrichtung 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 Polarisation 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 mehr aufweist.
  • Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Polarisationsgitters nach den Figuren 1 und 2 mit fünf Leiterbahnenschichten übereinander, welche jeweils auf einer Kunststofffolie 11, 12, 13, 14 und 15 nach einem Ätzverfahren hergestellt sind. Auf jeder der drei Kunststofffolien 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 Leiterbahnenschichten auf den Kunststofffolien 14 und 15 bestehen aus einer Vielzahl von geradlinigen Leiterbahnen 17. Damit ein bestimmter Abstand zwischen den Folien 11 bis 15 eingehalten 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 (4)

1. Vor der strahlenden Öffnung des Parabolreflektors (9) einer aus einem Primärstrahler (8) und einem Parabolreflektor bestehenden Zielfolgeradarantenne angeordnete und zugleich in eine gekrümmt ausgebildete Abdeckhaube (Radom) dieser Öffnung integrierte Einrichtung zur Umwandlung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen in zirkular polarisierte Wellen, bestehend aus einer Gitterstruktur mit mehreren Schichten (1 bis 5), von denen jede aus bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung parallel zueinander verlaufenden dünnen Leitern (7, 6) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinig verlaufenden Leiter (7) der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht (1) der Gitterstruktur hinsichtlich ihrer Hauptausdehnungsrichtung gegenüber den Leitern (6) der von der strahlenden Öffnung weiter entfernt liegenden Schicht bzw. Schichten (3 bis 5) um 45° geneigt sind, dass die Leiter in den einzelnen Schichten der Gitterstruktur geätzte, streifenförmige Leiterbahnen (16, 17) auf jeweils einer Kunststofffolie (11 bis 15) pro Schicht sind, und dass die angegebenen Hauptausdehnungsrichtungen der Leiter auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlungsachse (X) der Zielfolgeradarantenne bezogen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht (1) und den übrigen Schichten (3 bis 5) der Gitterstruktur noch eine oder mehrere Schichten (2) mit geradlinig und parallel zueinander verlaufenden Leitern (7) angeordnet sind, deren Hauptausdehnungsrichtung mit derjenigen der Leiter der am nächsten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht (1) übereinstimmt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstandshaltung zwischen den Folien (11 bis 15) Isolierstoffschichten (18 bis 21) angeordnet sind, welche aus Hartschaum bestehen oder als Wabenstruktur ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (6) der am entferntesten zur strahlenden Öffnung liegenden Schicht (5) und die Leiter in denjenigen Schichten (4, 3), deren Leiter die gleiche Hauptausdehnungsrichtung wie die Leiter der am entferntesten zur strahlenden Öffnung liegenden Schichten haben, die Form von Mäanderlinien oder Linien-Rechteckkombinationen aufweisen.
EP81105473A 1980-07-17 1981-07-13 Vor einer Parabolreflektorantenne angeordnete Einrichtung zur Umwandlung von linear polarisierten in zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen Expired EP0044502B1 (de)

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