DE3023561A1

DE3023561A1 - Polarisationsumwandler fuer elektromagnetische wellen

Info

Publication number: DE3023561A1
Application number: DE19803023561
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 8000 München Kandler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1982-01-14
Also published as: DE3023561C2; EP0042611B1; US4437099A; EP0042611A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA qq ρ g g Q q JC

Polarisationsumwandler für elektromagnetische Wellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation unter Verwendung einer vor einer Strahlungsapertur angebrachten ein- oder mehrschichtigten Leitergitterstruktur .

Beispielsweise Radargeräte, insbesondere Zielfolgeradargeräte, werden oft für lineare Polarisation gebaut, da mit dieser unter Normalbedingungen die größte Reichweite erzielt werden kann. Mit einer linear polarisierten Antenne kann man aber Regenwolken-Echosignale, die eine ähnliche Spektralverteilung wie Flugziel-Echosignale haben, von "echten" Flugziel-Echosignalen nicht unterscheiden. Bei Verwendung von Zirkularpolarisation werden dagegen Regenwolken-Echosignale stark gedämpft und es ist eine Unterscheidung zwischen Flugzielen und Regenwolken leichter möglich. Es wird deswegen in vielen Fällen die Linearpolarisation einer Antenne,beispielsweise durch ein vor der Strahlungsapertur angebrachtes Polarisationsgitter, welches in das Radom gewöhnlich integriert ist, in Zirkularpolarisation umgewandelt. Solche bekannten und beispielsweise in der US-Patentschrift 3 754 271 beschriebenen Zirkularpolarisationsgitter sind eben ausgebildet.

Ein solches ebenes Zirkularpolarisationsgitter läßt sich jedoch häufig in ein bereits bestehendes Radom vor einer Strahlungsapertur wegen der dort verfügbaren Einbaumaße nicht einbauen.

VL 1 A-fch / 23.06.80

ü
-Z- VPA 80 P 6 6 0 3 BE

Aufgabe der Erfindung ist es, für solche Fälle eine Anleitung zur Konstruktion eines Zirkularpolarisationsgitters der eingangs genannten Art anzugeben. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitergitterstruktur in einer nicht ebenen Fläche angeordnet ist und daß der geometrische Verlauf der Gitterstruktur auf der nicht ebenen Fläche durch die Projektion einer fiktiven, in der Aperturebene angeordneten und eine zirkuläre Polarisation erzeugenden Gitterstruktur auf die nicht ebene Fläche bestimmt ist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die bei ebenen Zirkularpolarisationsgittern verwendeten Leiterstrukturen auf nicht ebene, insbesondere gekrümmte Flächen zu übertragen.

Als Metallstrukturen werden wegen der wirtschaftlichen Herstellung auf Flächen aufgeätzte Muster häufiger verwendet als rostartige Lamellengitter und dergleichen.

Deshalb ist es zweckmäßig, als gekrümmte Fläche die Kegelmantelfläche auszuwählen, die durch Aufrollen der in einer ebenen Fläche geätzten Metallstrukturen gebildet werden kann. Beim kegelmantelformigen Zirkularpolarisationsgitter nach der Erfindung tritt bei der Herstellung zwar das Problem auf, das ebene Muster in der Kegelgrundfläche auf die Kegelmantelfläche zu projizieren. Da die Leiterschichten nicht ohne weiteres in Kegelform hergestellt werden können, wickelt man die Kegelmantelfläche in vorteilhafter Weise in die ebene Form ab. Das gleiche Herstellungsprinzip gilt für andere, nicht ebene Flächen, auf denen das anzufertigende Zirkularpolarisationsgitter verlaufen soll.

Für die insbesondere bei Zielfolgeradareinrichtungen übliche Frequenzbandbreite kommen verschiedene Leiternaister des Zirkularpolarisationsgitters in Frage. Die Gitterstruktur kann "beispielsweise aus stetigen Linien, Mäanderlinien9 aneinandergereihten Rechteckzeilen oder

130062/3244

3023551 - ζ - VPA 80 P 6 6 0 3 BE

dergleichen bestehen.

Wenn durch unterschiedliche Verkopplung beim kegelmantelförmigen oder anderen nicht ebenen Zirkularpolarisationsgitter andere Abstände zwischen den stetigen Linien, Mäanderlinien, Rechteckzeilen und dergleichen für eine optimale Zirkularpolarisation notwendig sind als für ein ebenes Gitter, so kann eine dementsprechende Korrektur bei der Herstellung des Gitters,

z. B. bei der Ätzung der Kegelmantelfläche, berücksichtigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von mehreren, in sieben Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 untereinander in Seitenansicht und Draufsicht ein kegelmantelförmiges Zirkularpolarisationsgitter nach der Erfindung mit einer Linienstruktur,

Fig. 2 untereinander in Seitenansicht und Draufsicht ein kegelmantelförmiges Zirkularpolarisationsgitter nach der Erfindung mit Mäanderstruktur,

Fig. 3 untereinander in Seitenansicht und Draufsicht ein kegelmantelförmiges Zirkularpolaristionsgitter nach der Erfindung mit Linien-Rechteck-Muster ,

Fig. 4 die Abwicklung der Kegelmantelfläche des Gitters nach Fig. 1,

Fig. 5 die Abwicklung der Kegelmantelfläche des Gitters nach Fig. 2,

Fig. 6 die Abwicklung der Kegelmantelfläche des Gitters nach Fig. 3,und

Fig. 7 die Abwicklung einer Kegelmantelfläche, auf welche als einfaches Beispiel eine Sinuslinie mit ihrer Grundlinie projiziert wurde.

130062/0244

- VPA 80 P 6 6 0 3 BE

Fig. 1 zeigt oben in einer Seitenansicht und darunter in einer Draufsicht ein Zirkular-Polarisationsgitter nach der Erfindung, welches kegelmantelförmig ausgebildet und mit dem Radom des Reflektorspiegels einer Zielfolgeradarantenne integrierbar ist. Das Gitter besteht aus metallischen Leitern 1, welche sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht geradlinig und parallel zueinander verlaufen und gleiche Abstände zueinander aufweisen. Der Parameter für den Linienabstand ist mit k bezeichnet.

Ein ähnliches Zirkularpolarisationsgitter zeigt in Seitenansicht und Draufsicht die Fig. 2. Hierbei besteht jedoch die Gitterstruktur nicht aus geradlinigen, sondern aus mäanderförmig ausgebildeten Metalleitern 2. Diese verlaufen in Draufsicht und Seitenansicht bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung parallel zueinander und weisen gleiche Abstände untereinander auf. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist nur ein kleiner Teil der Gitterstruktur als Mäanderlinie dargestellt.

Ein ähnliches Zirkularpolarisationsgitter zeigt ebenfalls in Seitenansicht und Draufsicht die Fig. 3. Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht die Gitterstruktur nach Fig. 3 jedoch aus einem Linien-Rechteck-Muster. Dieses Muster ist so ausgebildet, daß sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht zueinander parallel verlaufende Linien und Rechteckreihen vorgesehen sind, wobei stets zwei Rechteckreihen unmittelbar benachbart sind und erst dann wieder eine Linie folgt. Die einzelnen Rechtecke sind mit 3 und die Linien mit 4 bezeichnet, wobei auch in dieser Figur nur einige Rechtecke angedeutet sind.

Bei den vorstehend beschriebenen kegelförmigen Zirkularpolarisationsgittern tritt - wie bereits erwähnt - das Problem auf, das ebene Muster in der Kegelgrundfläche auf die Kegelmantelfläche zu projizieren. Da die Gitter-

130062/0244

30235§1 -3 - VPA 80 P 6 6 O 3 DE

struktur nicht in der Kegelmantelform hergestellt werden kann, wird diese Kegelmantelfläche dazu in die ebene Form abgewickelt.

Figur 4 zeigt die Abwicklung der Kegelmantelfläche mit dem Zirkularpolarisationsgitter nach Fig. 1. Die Linien dieser Gitterstruktur sind in Fig. 4 ebenfalls mit 1 bezeichnet. Die Abwicklung der Kegelmantelfläche nach Fig.4 ergibt sich durch Aufschneiden des Kegelmantels nach Fig. 1, ausgehend von einem Randpunkt 5, 6 an der Kegelgrundfläche bis zur Spitze 7 der Kegelmantelfläche. Die beiden in der Abwicklung auseinanderfallenden Punkte 5 und 6 fallen bei der tatsächlichen Kegelmantelfläche gemäß Fig. 1 zusammen. Der Punkt 7 der Abwicklung der Kegelmantelfläche bildet die Spitze des kegelmantelförmigen Zirkularpolarisationsgitters nach Fig.

Die Fig. 5 und 6 zeigen gleichartige Abwicklungen der Kegelmantelfläche für die Zirkularpolarisationsgitter nach den Fig. 2 und 3.

Auch gekrümmte Linien-Muster, die in Form von mathematischen Gleichungen explizit für die ebene Fläche eines Zirkular-Polarisationsgitters gegeben sind, können auf den Kegelmantel zur Ausbildung eines kegelmantelförmigen Zirkularpolarisationsgitters projiziert werden.

Fig. 7 zeigt die Abwicklung einer Kegelmantelfläche, auf welche eine ebene Sinuslinie mit deren Grundlinie projiziert wurde. In der Abwicklung ergibt sich dann in diesem Bereich des Kegelmantels eine gekrümmte Grundlinie 8, um die eine verzerrte Sinuslinie 9 verläuft. Würde man die in Fig. 7 dargestellte Abwicklung zu einer tatsächlichen Kegelmantelfläche zusammenrollen, do ho die Punkte 5 und 6 miteinander verbinden, so daß sich eine Spitze 7 bildet, so ergäbe sich bei Drauf-

130082/0244

3Q235S1 -6"- VPA 80 P 6 6 O 3 DE

sieht und Seitenansicht auf die Kegelmantelfläche eine geradlinige und senkrechte Grundlinie 8, um welche eine unverzerrte Sinulinie 9 schwingt.

Die in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 3 dargestellten oder ähnliche, hinsichtlich ihrer Oberflächengestalt passend ausgebildete Zirkular-Polarisationsgitter lassen sich ohne Schwierigkeiten in bereits bestehende Radome, ζ. Β. einer Zielfolgeradarantenne, einbauen, bei denen aufgrund der verfügbaren Einbaumaße ein ebenes Zirkularpolarisationsgitter nicht verwendet werden kann. Eine elektrische Einbuße ist durch eine Gestaltung des Gitters nach der Erfindung nicht ■ gegeben.

9 Patentansprüche
7 Figuren

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.) Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation unter Verwendung einer vor einer Strahlungsapertur angebrachten ein- oder mehrschichtigen Leitergitterstruktur, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitergitterstruktur (1) in einer nicht ebenen Fläche angeordnet ist und daß der geometrische Verlauf der Gitterstruktur (1) auf der nicht ebenen Fläche durch die Projektion einer fiktiven, in der Aperturebene angeordneten und eine zirkuläre Polarisation erzeugenden Gitterstruktur auf die nicht ebene Fläche bestimmt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht ebene Fläche eine vor einer kreisförmig ausgebildeten Strahlungsapertur nach außen ragende Kegelmantelfläche ist, deren Symmetrieachse mit der Mittelsenkrechten auf der Strahlungsapertur (= Kegelgrundfläche) zusammenfällt, und daß der geometrische Verlauf der Gitterstruktur (1) auf der Kegelmantelfläche durch d£ Projektion der fiktiven, in der Kegelgrundfläche angeordneten und eine zirkuläre Polarisation erzeugenden Gitterstruktur auf die Kegelmantelfläche bestimmt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in der nicht ebenen Fläche verlaufende Gitterstruktur in einer ebenen Abwicklungsform hergestellt und dann zusammengefügt bzw. aufgerollt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die/in der Kegelmantelfläche verlaufende Gitterstruktur (1) in der ebenen Abwicklungsform hergestellt und dann aufgerollt wird.

130062/0244

ORtGiNAL IhortCTED

-yar- VPA 80 P 6 60 3 DE

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Herstellung der Gitterstruktur diese in ihrem geometrischen Verlauf so korrigiert ist, daß von der in Anspruch 1 angegebenen Gitterstruktur aufgrund von unterschiedlichen Verkopplungen entstehende Abweichungen berücksichtigt sind.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die GitterStrukturen (1) geätzte Metallstreifen auf einer Kunststoff-Folie sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur aus stetigen Linien (1), Mäanderlinien (2), aneinandergereihten Rechteckzeilen (3) oder dergleichen besteht.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Aperturabdeckung einer Antenne.

9· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Antenne eine Zielfolgeradarantenne mit einem abgedeckten Reflektorspiegel ist und daß die Gitterstruktur mit der Reflektoraperturabdeckung (Radom) integriert ist.

130062/0244