DE2808035C3

DE2808035C3 - Polarisator für Höchstfrequenzwellen

Info

Publication number: DE2808035C3
Application number: DE2808035A
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Bourg-La-Reine Biansan
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1981-10-29
Also published as: IT1101884B; NL174783C; DE2808035B2; FR2382109A1; DE2808035A1; NL7802030A; IT7848161A0; FR2382109B1; US4266203A; GB1605119A; NL174783B

Description

Die Erfindung betrifft einen Polarisator für Höchstfrequenzwellen der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art.

Unter Polarisator ist dabei ein Gerät zu verstehen, das allgemein den Polarisationszustand einer Welle verändert. Der Polarisator, der in den Ausbreitungsweg von Höchstfrequenzwellen gesetzt wird, hat die Aufgabe, die einfallende Welle, die eine bestimmte Polarisation aufweist, in eine Ausgangswelle umzusetzen, deren Polarisationszustand sich vom Polarisationszustand der Eingangswelle unterscheidet. Insbesondere kann ein derartiger Polarisator eine Welle mit linearer Polarisation in eine Welle mit zirkularer Polarisation

oder umgekehrt umwandeln.

Beispielsweise beim Nachweisen von elektromagnetischer Strahlung kann die lineare Polarisation der Übertragungswelle in eine zirkuläre Polarisation der Ausgangswelle umgewandelt werden, wenn die durch Regen oder Störeinflüsse erzeugten Echos eliminiert werden sollen. Es ist möglich, die Störleistung der empfangenen Strahlung zu vermindern, indem der Drehsinn der Polarisation umgekehrt wird. Für den Fall,

ι» daß das verfolgte Ziel beispielsweise eine für den Nachweis mit zirkulär polarisierter Strahlung zu geringe Fläche aufweist, ist es vernünftig, mit dem Nachweis mit linear polarisierter Strahlung zu arbeiten. Es gibt verschiedene Arten von Polarisatoren, die im

I=- freien Raum in den Strahlengang eines Bündels von Höchstfrequenzstrahlen gesetzt werden oder die in den Strahlengang von teilweise geführten Wellen, beispielsweise im Inneren eines Hornstrahlers, eingefügt werden. Ein Polarisator der einleitend genannten Art ist aus IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Januar 1965, Seiten 3 bis 5, bekannt.

Der bekannte Polarisator erzeugt für eine Wellenkomponente mit bestimmter Polarisationsrichtung eine Phasenverschiebung gegenüber einer Wellenkomponente mit dazu senkrechter Polarisationsrichtung. Ist diese Phasenverschiebung beispielsweise durch Konstruktion des Polarisators zu 90° gewählt, so wird eine linear polarisierte Welle — sofern ihr E-Vektor unter 45° zu den Polarisatorleiterdrähten steht — in eine

so zirkulär polarisierte Welle umgewandelt. Eine Steuerung des genannten Phasenunterschiedes ist bei dem fertig zusammengesetzten Polarisator nicht möglich. Sie wäre nur durch Drehung des Polarisators zu erreichen, was jedoch bei bestimmten Einsatzfällen des Polarisa-

ii tors aufwendig und störend, manchmal sogar gänzlich unmöglich ist.

Aus der US-PS 39 55 201 ist eine Radarradomantenne bekannt, die aus kurzen Dipolsegmenten besteht, welche unter sich durch einen Schalter verbunden sind.

Durch selektive Betätigung der Schalter kann der Reflexionskoeffizient oder die Richtwirkung der Antenne eingestellt werden. Ein Polarisator der einleitend genannten Art ist aus dieser Entgegenhaltung nicht bekannt.

ti Aus der US-PS 32 7b 023 ist eine Antenne mit einem Gitterreflektor bekannt, dessen Gitter aus durch Schalter verbundenen Dipolen besteht. Es ist bekannt, mehrere Gitter hintereinander anzuordnen, insbesondere ist die Möglichkeit aufgezeigt, die Gitter so anzuordnen, daß die Dipole verschiedener Gitter senkrecht zueinander gerichtet sind.

Aus »Nachrichtentechnische Fachberichte«, 1961, Seiten 99 bis 106, ist ein Polarisator (Zirkularisator) bekannt, der aus verschiedenen Metallplatten besteht,

■>' deren Flächennnrmale senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle und gegen den E-Vektor der Welle um 45° geneigt ist. Der Polarisator weist keine Dioden auf und ist nur mechanisch mit Hilfe von Hubmagneten steuerbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarisator der einleitend genannten Art zu schaffen, dessen Polarisationseigenschaften ohne mechanische Bewegung geändert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden

*>"> Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Gemäß der Erfindung ist die Verwendung eines ■ litters von Leiterdrähten vorgesehen, das eine gewisse Anzahl von Dioden aufweist, die in dielektrische Platten

versenkt sind und elektronisch gesteuert werden. Diese Platten werden im Strahlengang der Wellen in einer bestimmten Position angeordnet, so daß die Änderung des Leitungszustandes des Drahtgitters zur Änderung der Polarisation der Weilen führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine dielektrische Platte mit einem Gitter von Leiterdrähten, die mit Unterbrechern ausgerüstet sind,

Fi g. 2 eine dielektrische Platte mit zwei Gittern von Leiterdrähten, wobei die beiden Gitter senkrecht zueinander verlaufen und eines der beiden Gitter mit Unterbrechern ausgerüstet ist,

F i g. 3 eine dielektrische Platte mit zwei Leiterdrahtgittern, die beide mit Unterbrechern ausgerüstet sind,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Polarisators gemäß der Erfindung,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform eines Polarisators nach der Erfindung.

Gemäß der Erfindung besteht ein Polarisator aus einer oder mehreren Platten aus dielektrischem Material, in denen Leiterdrähte versenkt sind. Die Leiterdrähte weisen Unterbrecher in Form von Dioden auf, deren Vorspannung geändert werden kann, so daß sie entweder leitend gemacht oder gesperrt werden. Es ist bekannt, daß die Dioden in diesem Fall eine induktive oder kapazitive Impedanz aufweisen, wodurch die elektrischen Eigenschaften der Leiter, in denen sie angeordnet sind, verändert werden.

Fig. 1 zeigt eine dielektrische Platte 1, in der ein Leitungsdrahtgitter 3.1 bis 3.n versenkt ist. Die Leiterdrähte sind durch Dioden 4.10 bis 4.nO unterbrochen. Alle Drähte sind gegenseitig parallel und weisen einen gegenseitigen Abstand auf, der etwa zwischen λ/5 und λ/2 liegt, wobei λ die Wellenlänge im Dielektrikum ist. Die hintereinandergeschalteten Dioden der Leiter weisen im allgemeinen einen gegenseitigen Abstand von λ/5 bis λ auf. Diese Dioden werden durch Anlegen einer Spannung (Spannungsquelle 5) in Leit- oder Sperrichtung gesteuert.

Die Leiter der dielektrischen Platte sind so angeordnet, daß sie mit dem Vektor des elektrischen Feldes der einfallenden, linear polarisierten Welle etwa einen Winkei von 45° bilden. In diesem Fall induziert die Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zu den Leitern der dielektrischen Platte ist, in dem Gitter Ströme, deren Phasenlage von dem Schaltungszustand der Dioden abhängt, während die zu den Leitern senkrechte Komponente eine konstante Phasenverschiebung erhält. In der Tat ist die durch das Leitergitter hervorgerufene Impedanz abhängig vom Zustand der Dioden. Wenn die Dioden leitend sind, ist die Impedanz des Gitters induktiv und verursacht ein Vorauseilen der Phase der parallelen Feldkomponente, während bei gesperrten Dioden die Impedanz kapazitiv oder mindestens weniger induktiv als im vorgenannten Fall ist, wodurch eine Phasenverzögerung der Parallelkomponente hervorgerufen wird. Je nach der Anzahl der Dioden, die in deh Leitern angeordnet werden können und folglich je nach Größe der Platte können verschiedene Phasenverschiebungswerte erzielt werden. Wenn für einen bestimmten Zustand der Dioden für die Parallelkomponente eine Phasenverzögerung von etwa 90° in bezug auf die Senkrechtkomponente der Welle erreicht wird, ist die den Polarisator verlassende Welle zirkulär polarisiert, wenn die Eingangswelle linear polarisiert war. Wenn der Unterschied der Phasenverzögerung, cer di;rch eine einzige Platte erzielt werden kann, nicht ausreicht, können mehrere ähnliche Platten hintereinander aufgereiht werden, bis der gewünschte Phasenunterschied erreicht isL Die Zahl -, der Platten ist in keiner Weise beschränkt

Da die Phasenverzögerung der Parallelkomponente, d. h. also derjenigen Komponente des elektrischen Feldes, die parallel zu den Drähten ist, für den anderen Zustand der Dioden nicht gleich Null ist, folgt, daß für

ίο diesen Zustand der ursprüngliche Polarisationszustand der Welle nicht erhalten bleibt.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, kann eine dielektrische Platte verwendet werden von der Art, wie sie in Fig.2 dargestellt ist. Diese Platte 1 enthält in ihrer

ι "ι Dicke 2 zwei Gitter von parallelen Leiterdrähten, die jedoch eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Das erste Gitter erzeugt einen Phasenunterschied, so daß, falls gewünscht, stets die lineare ursprüngliche Polarisation erhalten bleiben kann.

in Das erste Gitter, das aus den Drähten 3.1 bis 3.n besteht, welche die in Serie geschalteten Dioden 4.10 bis 4.n0 aufweisen, ist identisch dem Gitter der Platte gemäß Fig. 1.

Das zweite Gitter besteht aus parallelen Leiterdräh-

2^r< ten 6.1 bis 6.n, die senkrecht zu den Drähten des ersten Gitters ausgerichtet sind.

Das erste Gitter ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, durch die an den Enden der Leiter eine Spannung in Leit- oder in Sperrichtung angelegt wird,

id wodurch der Schaltzustand der Dioden des Gitters verändert wird.

Folglich arbeitet dieses Gitter genau gleich wie das anhand von F i g. 1 beschriebene.

Was das zweite Gitter 6.1 bis 6.n betrifft, das die

r, elektrische Feldkomponente beeinflußt, die senkrecht zum ersten Gitter steht, so ist dieses so ausgelegt, daß es eine induktive Impedanz aufweist, die gleich der induktiven Impedanz des ersten Gitters ist, sofern die Dioden sich in dem Zustand befinden, der die lineare

in Polarisation der Welle beibehält. Diese Anordnung führt dazu, daß die Amplituden der Komponenten sowie ihre relative Phasenverschiebung unverändert bleiben, wodurch der Polarisationszustand der Ausgangswelle gleich dem Polarisationszustand der Eingangswelle ist.

v. F i g. 3 zeigt eine dielektrische Platte von der gleichen Art wie die Platte nach F i g. 2, bei der zwei Leiterdrahtgitter verwendet werden, von denen jedoch jedes in Serie geschaltete Dioden in den Leitern aufweist. Wie bei dem Gitter gemäß Fig.2 sind die

in beiden Gitter senkrecht zueinander angeordnet. Jedes der Gitter ist mit seinen Enden an eine Spannungsquelle angeschlossen, die das Anlegen einer Leit- oder Sperrspannung an die Dioden wunschgemäß ermöglicht.

η Mit einem vertikalen Vektor des elektrischen Feldes it kann somit gleichzeitig auf die Amplitude und die Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten des Feldes, die jeweils parallel zu den Richtungen der Leiterdrähte jedes Gitters sind, eingewirkt werden.

>o Dadurch kann die lineare Polarisation der Eintrittswelle in eine rechtszirkulare oder linkszirkulare Polarisation der Austrittswelle umgewandelt werden.

F i g. 4 zeigt einen Polarisator gemäß der Erfindung.
Es ist ein Hornstrahler 7 dargestellt, der eine Welle

>■'> erze"gt. deren Polarisation, dargestellt durch den Vektor E linear ist. Der Vektor c steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle ist ein Polarisator gemäß der

Erfindung angeordnet, der in dem gewählten Ausführungsbeispiel drei dielektrische Platten 8, 9 und 10 aufweist, von der Art, wie sie anhand von F i g. 3 beschrieben wurden, d. h., diese Platten besitzen zwei Gitter aus parallelen Leiterdrähten, wobei in den Leiterdrähten beidpr Gitter, die zueinander senkrecht liegen, Dioden eingefügt sind. Die beiden Gitter schließen mit der Richtung des Vektors des elektrischen Feldes ffder einfallenden Welle einen Winkel von 45° ein.

Im Lichte der Erläuterung, die im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 3 gegeben wurden, ist es evident, daß im allgemeinen die Polarisation der einfallenden Welle je nach dem Zustand, in dem sich die Dioden befinden, also je nachdem, ob diese leitend sind oder nicht, geändert wird. Es können vier Fäile betrachtet werden.

Für den ersten Fall soll angenommen werden, daß die Dioden der beiden Gitter leitend sind. Die Polarisation der einfallenden Welle sei als linear angenommen. In diesem Fall ist die Polarisation der auslaufenden Welle ebenfalls linear, da keine differentielle Phasenverschiebung stattfindet

Im zweiten Fall sind die Dioden des ersten Gitters leitend und die Dioden des zweiten Gitters gesperrt. Die lineare Polarisation der einfallenden Welle wird in eine rechtszirkulare Polarisation der auslaufenden Welle umgewandelt.

Im dritten Fall sind die Dioden des ersten Gitters blockiert und die Dioden des zweiten Gitters leitend. Die lineare Polarisation der einfallenden Welle wird in eine linkszirkulare Polarisation umgewandelt.

Im vierten Fall sind die Dioden der beiden Gitter blockiert. Die Polarisation der einfallenden Welle wird beibehalten.

Es muß stets darauf geachtet werden, daß keine reflektierenden störenden Wellen vorhanden sind. Reflektierende Wellen werden durch geeignete Wahl der Dicken der elektrischen Platten und durch gleichzeitige geeignete Wahl der Plattenabstände beim Herstellen des Polarisators unterdrückt.

Die Dicke der Platten wird so gewählt, daß die Platten auf eine Komponente des Feldes für einen bestimmten Zustand der Dioden abgestimmt sind. Im allgemeinen beträgt diese Dicke etwa A/10 bis A/200.

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Platten wird so gewählt, daß die reflektierten Wellen für den anderen Zustand der Dioden unterdrückt werden. In der Praxis liegt dieser Abstand zwischen A/5 und A/2.

Die Platten werden mechanisch durch Stützen 12 bis 14 gehalten, durch die sie am Hornstrahler befestigt sind. Die erste Platte befindet sich in einem Abstand von A/20 bis A/10 von der Mündung des Hornstrahler.

F i g. 5 zeigt einen Polarisator, der vor einem Hornstrahler durch eine Verlängerung 18 der Wände des Hornstrahler?, gehalten wird. Die Verlängerung 18 verläuft parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Es ist offensichtlich, daß ein Polarisator gemäß der Erfindung in den Strahlengang von Wellen, die durch einen Reflektor reflektiert werden, geschaltet werden kann, an welchem Reflektor er in geeigneter Weise befestigt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Polarisator für Höchstfrequenzwellen mit einer Anzahl von senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle angeordneten dielektrischen Platten, die jeweils von mindestens einem Gitter von parallelen zur Richtung des elektrischen Feldes der einfallenden Welle einen Winkel von etwa 45° einnehmenden Leiterdrähten durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Leiterdrähte (3, 1) Dioden (3, 10) aufweist, die an eine ihren Schaltzustand steuernde Spannungsquelle (5) angeschlossen sind.

2. Polarisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenunterschied zwischen der zum Gitter parallelen und der zum Gitter senkrechten Feldkomponente 90° erreichen kann, so da3 eine einfallende linear polarisierte Welle in eine zirkulär polarisierte Welle umgewandelt wird.

3. Polarisator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte (8) von zwei Leiterdrahtgittern (F i g. 2) mit parallelen Drähten durchsetzt ist, wobei die beiden Drahtgitter zueinander senkrecht verlaufen, daß die Leiterdrähte mindestens eines der Drahtgitter in Serie geschaltete Dioden (3, 10) aufweisen und daß die induktive Impedanz des zweiten Drahtgitters gleich der induktiven Impedanz des ersten Gitters ist, wenn die Dioden sich in demjenigen Schaltzustand befinden, der die Linearpolarisation der einfallenden Welle unverändert läßt.

4. Polarisator nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte (8) von zwei Leiterdrahtgittern mit parallelen Leitern durchsetzt ist, die in Serie geschaltete Dioden aufweisen, wobei die Drähte eines Gitters senkrecht zu den Drähten des zweiten Gitters sind und daß das Umschalten der Dioden der Leiterdrahtgitter von einem Zustand in den anderen sich auf die relative Phasenverschiebung zwischen den Komponenten parallel und senkrecht zu den Gittern so auswirkt, daß die austretende Welle linkszirkular oder rechtszirkular polarisiert ist.

5. Polarisator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere parallel zueinander angeordnete dielektrische Platten (8, 9, 10) aufweist, die eine relative Gesamtphasenverschiebung erzeugen, die gleich der Summe der durch die einzelnen Platten hervorgerufenen relativen Einzelphasenverschiebungen ist.