DE69528480T2

DE69528480T2 - Kontaktlose Wellensignalbeobachtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69528480T2
Application number: DE69528480T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kitayoshi
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2015-01-13
Also published as: EP0977053A3; EP0667538A3; EP0667538A2; DE69528481D1; EP0977052A3; DE69528479D1; DE69528480D1; DE69528482D1; EP0977050B1; EP0977053A2; US5656932A; EP0981055A3; EP0981055B1; EP0977050A3; EP0977052B1; DE69528482T2; DE69517453T2; DE69528479T2; DE69517453D1; EP0977052A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontaktlose Wellensignalbeobachtungsvorrichtung. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen, die Eigenschaften wie z. B. Stärke, axiales Verhältnis, Richtung von Achsen, axiale Neigung usw. von räumlich polarisierten Wellenvektoren räumlich polarisierter elektromagnetischer Wellen mißt, die sich ausbreiten, gestreut werden oder auf irgendeine Art vorhanden sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zunächst wird der Stand der Technik bezüglich der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Elektromagnetische "Verlust"- oder "Leck"-Wellen werden von einer elektromagnetischen Wellenausbreitungsumgebung ausgestrahlt, zum Beispiel durch Verbundstreuung, wenn eine elektromagnetische Welle sich in einem nicht einheitlichen Medium ausbreitet, und in der Vergangenheit wurden diese elektromagnetischen Leckwellen wie nachfolgend beschrieben gemessen.
Das heißt, die Stärke einer elektromagnetischen Wellenkomponente mit einer besonderen Art oder Richtung der Polarisation wurde mit Hilfe einer Antenne gemessen, zum Beispiel einer Yagiantenne, einer Spiralantenne oder eines Hornstrahlers, die in der Lage ist, genau diese eine Art von polarisiertem Signal zu messen. Genauer gesagt, war eine Yagiantenne nur geeignet für den Empfang von linear polarisierten elektromagnetischen Wellen, und Spiralantennen waren nur geeignet für den Empfang von kreisförmig polarisierten elektromagnetischen Wellen. Die beobachtbare Polarisationsinformation wurde durch die für die Beobachtung benutzte Antenne begrenzt. Im allgemeinen gibt es aber elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen Polarisationsarten im Beobachtungsraum. Um das vollständige Informationskomplement zu erhalten, ist es notwendig, elektromagnetische Wellen, wie z. B. waagrecht polarisierte Wellen, senkrecht polarisierte Wellen, rechts polarisierte Wellen und links polarisierte Wellen zu erfassen und eine Gesamtanalyse der erfaßten Signale durchzuführen.
Außerdem war es bis heute schwierig, ein Bild der räumlichen Verteilung zu erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert eine Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen, bei der eine elektromagnetische Welle an jedem Beobachtungspunkt einer Beobachtungsebene von einem Paar orthogonal angeordneter Antennen empfangen wird, die je ein Peilachtstrahl-Empfangsmuster aufweisen. Das Ausgangssignal jedes der Antennenpaare wird in ein komplexes Signal umgewandelt. Außerdem wird ein Bezugssignal erhalten und in ein komplexes Bezugssignal umgewandelt - dieses Signal wird dazu dienen, eine Bezugsphase zu definieren. Die von den empfangenen orthogonalen Polarisationskomponenten an jedem Beobachtungspunkt auf der Beobachtungsebene abgeleiteten komplexen Signale werden durch das komplexe Bezugssignal dividiert, um Interferenzdaten zu erzeugen. Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen der Beobachtungsebene werden an den verschiedenen Interferenzdaten durchgeführt, um für jeden Beobachtungspunkt (u, v) orthogonale Komponenten Ha(u, v) und Hb(u, v,) zu erzeugen, die als senkrechte und waagrechte Komponenten des polarisierten Wellenvektors einer elliptisch polarisierten Welle angenommen werden. Vorzugsweise werden Ha(u, v) und Hb(u, v) angezeigt, um die Stärke des polarisierten Wellenvektors anzugeben, zusammen mit der Anzeige des axialen Verhältnisses, der Richtung der Achse, der Neigung usw. für jeden Beobachtungspunkt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Bilds, das unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 1 erzeugt werden könnte.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung zur Information über Interferenzen komplexer Wellen, die zur Anzeige von Daten verwendet werden kann, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen erhalten wurden.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel von unter Verwendung der Vorrichtung aus Fig. 3 angezeigten Ergebnissen.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Beobachtungseinrichtung für zweidimensionale Interferenzdaten zeigt, die verwendet werden kann, um Daten zur Anzeige mit Hilfe der Anzeigevorrichtung aus Fig. 3 zu liefern.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erklärt.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein elektromagnetische Welle wird an mehreren Beobachtungspunkten einer Beobachtungsebene 311 für elektromagnetische Wellen von einer Abtastantennenempfangseinrichtung 312 empfangen. In der Abtastantennenempfangseinrichtung wird mindestens ein Paar von Antennen 313a, 313b verwendet (wie zum Beispiel ein Paar aus einer Ringantenne und einer Dipolantenne). Jede Antenne des Paars hat ein Peilachtstrahl-Empfangsmuster, im Gegensatz zu den Antennen, die nur einen Polarisationsmodus empfangen können, und die Antennen des Paars sind orthogonal zueinander angeordnet.
Entweder wird ein Antennenpaar 313a, 313b zu jedem Beobachtungspunkt auf der Beobachtungsebene bewegt, und das empfangene Ausgangssignal wird gemessen, oder es wird eine Gruppierung von Antennenpaaren verwendet, die an jedem Beobachtungspunkt ein Antennenpaar aufweist, wobei die Antennenpaare nacheinander selektiv gesteuert werden, um empfangene Signale auszugeben.
Das von den Antennen 313a, 313b in bezug auf jeden Beobachtungspunkt ausgegebene Paar von empfangenen Signalen wird in komplexe Signale Va, Vb umgewandelt. Zum Beispiel gibt ein Schalter 314 selektiv die von den Antennen 313a und 313b erzeugten Signale aus und liefert sie an einen Frequenzwandler 315, der an einen lokalen Oszillator 316 gekoppelt ist, welcher ein Signal der Frequenz fL ausgibt, das sie in Zwischenfrequenzsignale umwandelt. Die Zwischenfrequenzsignale werden je in der diskreten Fourier-Transformations-Einheit 317 einer diskreten Fourier-Transformation (DFT) unterworfen, um die komplexen Signale Va(x, y) und Vb(x, y) zu erzeugen, die den Ausgangssignalen der Antennen 313a bzw. 313b in bezug auf den Bezugspunkt (x, y) entsprechen.
Eine feste Antenne 318 gibt ein Bezugssignal aus, das verwendet wird, um einen Phasenbezug für die von den Antennen 313a und 313b empfangenen Signale zu liefern. Das von der ortsfesten Antenne 318 ausgegebene Bezugssignal wird in ein komplexes Signal VR umgewandelt, indem es in einem Frequenzwandler 319 (der es unter Verwendung des Ausgangssignals vom lokalen Oszillator 316 in ein Zwischenfrequenzsignal umwandelt) frequenzumgewandelt und durch die diskrete Fourier- Transformations-Einheit 321 einer diskreten Fourier-Transformation unterzogen wird.
Das Paar von komplexen Signalen Va(x, y) und Vb(x, y) für jeden Beobachtungspunkt wird von einem Interferometer 322 durch das komplexe Bezugssignal VR dividiert, um Interferenzdaten Ea(x, y), Eb(x, y) zu erzeugen. Diese Interferenzdatensignale werden über einen Schalter 323 selektiv an entsprechende Interferenzdatenspeicher 324, 325 eingespeist. Eine Steuereinheit 326 verwendet als Adresse zum Speichern der Interferenzdaten für einen gegebenen Beobachtungspunkt (x, y) in den Interferenzdatenspeichern 324, 325 eine Information, die diesen Beobachtungspunkt (x, y) identifiziert. Außerdem steuert die Steuereinheit 326 den Betrieb der Schalter 314, 323.
Die Interferenzdaten Ea(x, y), Eb(x, y) werden aus den Interferenzdatenspeichern 324, 325 ausgelesen und von Hologramm-Rekonstruktionseinheiten 327, 328 Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen der Beobachtungsebene der elektromagnetischen Welle entsprechend den folgenden Gleichungen unterzogen:
Ha(u, v) = Ea(x, y)exp{-j2π(ux + vy)}dxdy
Hb(u, v) = Eb(x, y)exp{-j2π(ux + vy)}dxdy (1),
wobei u und v je der Seiten- bzw. der EL-Winkel eines unter Beobachtung stehenden Punkts sind, gesehen vom Punkt (x, y) auf der Beobachtungsebene 311.
Die Ergebnisse Ha(u, v), Hb(u, v) dieser Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen werden in holographischen Speichern 329 bzw. 331 gespeichert. Es wird angenommen, daß diese Hologramm-Rekonstruktionsergebnisse (Ha(u, v), Hb(u, v) senkrechte bzw. waagrechte Komponenten einer elliptisch polarisierten, elektromagnetischen Welle sind. Der polarisierte Wellenvektor Hab(u, v, φ) dieser Welle wird für jeden Beobachtungspunkt (u, v) durch eine Polarisationsberechnungseinheit 332 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
Hab(u, v, φ) = ha(u, v)cosφ + Hb(u, v)sinφ (2)
Der polarisierte Wellenvektor Hab ist gleich der waagrechten Komponente Hb(u, v), wenn φ = π/2, und ist gleich der senkrechten Komponente Ha(u, v), wenn φ = 0. Die Winkel φMA und φMB, bei denen der Absolutwert des polarisierten Wellenvektors ein Maximum bzw. ein Minimum wird, werden für jeden Beobachtungspunkt (u, v) bestimmt. Hab(u, v, φMA) ist eine große Achse der elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle am Beobachtungspunkt (u, v), und Hab(u, v, φMI) ist die kleine Achse der elliptisch polarisierten Welle. Daher wird das axiale Verhältnis AR(u, v) der elliptisch polarisierten Welle durch die folgende Gleichung angegeben:
AR(u, v) = Hab(u, v, φMA) / Hab(u, v, φMI) (3)
Wenn das axiale Verhältnis gleich 1 ist, zeigt dies eine kreisförmig polarisierte, elektromagnetische Welle an. Wenn das axiale Verhältnis gleich Unendlich ist, zeigt dies eine linear polarisierte, elektromagnetische Welle an.
Weiter wird die Neigung θ(u, v) (die Ausrichtung des polarisierten Wellenvektors in der Ebene senkrecht zu der Richtung, in der die elliptisch polarisierte Welle fortschreitet) als eine Differenz zwischen der Phase der senkrechten Komponente Ha(u, v) und der Phase der waagrechten Komponente Hb(u, v) erhalten.
Die Polarisationsberechnungseinheit 332 kann einen beliebigen oder alle der folgenden Parameter aus den elektromagnetischen Wellenvektoren Hab(u, v, φ) jedes Beobachtungspunkts berechnen: axiales Verhältnis AR(u, v); Drehwinkel (großer Achswinkel); φMA; Stärke (große Achse), Hab(u, v, φMA) ; und Neigung zur Ausbreitungsrichtung θ(u, v). Diese Parameter der polarisierten Wellenvektoren Hab werden auf einer Anzeige 333 in Zusammenhang mit den entsprechenden Beobachtungspunkten (u, v) angezeigt. Zum Beispiel wird einer der Parameter axiales Verhältnis AR(u, v); Drehwinkel φMA(u, v) und Neigung zur Ausbreitungsrichtung θ(u, v) von einem Schalter 334 ausgewählt und in einen Farbtonwandler 335 eingegeben. Der Farbtonwandler 335 wandelt den ausgewählten Parameter in ein Farbtonsignal entsprechend seiner Größe um und zeigt es auf der Anzeige 333 an (die in diesem Fall eine Farbanzeige ist). So werden die auf der Farbanzeigeeinheit 333 angezeigten Farben vom Wert des gewählten Ausgangssignals (axiales Verhältnis, Drehwinkel und Neigung) gesteuert, und die auf der Farbanzeigeeinheit 333 angezeigten Helligkeiten werden entsprechend der Stärke H(u, v, φMA) gesteuert.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Bilds, das auf der Farbanzeige 333 angezeigt werden könnte, wenn die Beobachtungsebene eine Verluststrahlung beobachtet, die aus der elektronischen Ausstattung austritt, und der Schalter 334 den Drehwinkel-Parameter φMA auswählt. Das Bild ist so zu verstehen, daß diese Anzeige eine Verluststrahlung anzeigt, die aus der linken Seite eines Teils der elektronischen. Ausstattung austritt, mit der Hauptachse der elliptisch polarisierten Strahlung auf ihrer Seite, d. h. in einer waagrechten Richtung, im rosafarbenen Bild unten links auf dem Anzeigeschirm liegend. Das gelbe Bild über dem rosa Bild gibt an, daß die Hauptachse in Längsrichtung liegt, d. h. in der senkrechten Richtung, wobei der helle untere Abschnitt dieses gelben Bilds angibt, daß dort die elektromagnetische Wellenstärke groß ist, und der dunklere obere Abschnitt des gelben Bilds angibt, daß die Wellenstärke schwächer ist.
Die Schalter 314, 323 der oben beschriebenen Vorrichtung aus Fig. 1 können weggelassen werden. In einem solchen Fall kann ein Paar von Frequenzwandlern vorgesehen sein, um die jeweiligen Ausgangssignale von den Antennen 313a, 313b umzuwandeln, ein Paar von DFT-Einheiten würde die Zwischenfrequenzsignale transformieren und ein Paar von Interferometern 322 würde auf die transformierten Signale einwirken. Die Ausgangssignale der Interferometer 322 würden an die Interferenzdatenspeicher 324 bzw. 325 gespeist werden. Die Ausgangssignale der Interferenzdatenspeicher können umgeschaltet werden, die ausgelesenen Daten an eine einzige Hologramm-Rekonstruktionseinheit geliefert werden, und die Ergebnisse der Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen können an die holographischen Speicher 329, 331 umgeschaltet werden.
Wenn die Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen zur Beobachtung von Verluststrahlung von einer elektronischen Ausstattung verwendet wird, die nur eine Signalquelle hat, kann die feste Antenne 318, die das Bezugssignal erzeugt, weggelassen werden. Um die gewünschten komplexen Signale zu erhalten, werden in einem solchen Fall zwei Ausgangssignale von um 90º phasenverschoben erfaßten, empfangenen Signalen wie reelle und imaginäre Teile des jeweiligen komplexen Signals behandelt. Um jede Frequenzkomponente zu bestimmen, wird in diesem Fall die bei der phasenverschobenen Erfassung verwendete lokale Frequenz geändert, um nacheinander mehrere verschiedene diskrete Werte anzunehmen. Außerdem können Hologramm- Rekonstruktionsberechnungen bezüglich von Orten (u, v) nahe der Beobachtungsebene 311 auch entsprechend anderer bekannter Gleichungen durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß werden die elektromagnetischen Wellen an jedem Beobachtungspunkt der Beobachtungsebene für elektromagnetische Wellen von einem Paar von Antennen empfangen, die zueinander senkrechte Peilachtstrahl-Empfangsmuster haben. Zwei empfangene Signale werden in komplexe Signale umgewandelt, und die komplexen Signale werden unter Verwendung einer Hologrammrekonstruktion umgewandelt. Unter der Annahme, daß die Ergebnisse waagrechte und senkrechte Komponenten eines elliptisch polarisierten Wellenvektors sind, können die Polarisationszustände der elektromagnetischen Wellen der Quelle von elektromagnetischen Wellen bestimmt werden.
Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Anzeige von Informationen über komplexe Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung. Zweidimensionale Interferenzdaten H(x, y) betreffend elektromagnetische Wellen im dreidimensionalen Raum werden von der Interferenzdatenbeoachtungseinrichtung 511 erhalten. In diesem Beispiel sind die Positionen (x, y) in der Beobachtungsebene unter Verwendung eines orthogonalen Koordinatensystems bezeichnet. Ein Beispiel einer möglichen Aufbauform der Interferenzdatenbeobachtungseinrichtung 511 werden weiter unten angegeben. Eine Hologramm-Rekonstruktionseinheit 512 führt unter Verwendung der zweidimensionalen Interferenzdaten H(x, y) Hologramm-Rekonastruktionsberechnungen durch. Die Fraunhofer-Transformation wird bei den Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen gemäß der folgenden Gleichung verwendet:
I(u, v) = H(x, y)exp{-2jπ(ux + vy)}dxdy (4),
wobei u und v aus der Sicht des Punkts (x, y) der Beobachtungsebene der Seiten- bzw. der EL-Winkel sind. Zum Beispiel werden an den Beobachtungspunkten (x, y) in der Beobachtungsebene mit einem Abstand Z von der Quelle elektromagnetischer Wellen zweidimensionale Interferenzdaten H(x, y) beobachtet, die die Daten von der Quelle darstellen, welche der Übertragungsfunktion von exp {(jπ/λZ)(x² + y²)} unterliegen. Wenn die Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen an diesen zweidimensionalen Interferenzdaten H(x, y) durchgeführt werden, wird die obige Ausbreitungsfunktion zu jλZ exp {-jπλZ(u² + v²)}. Zusätzlich wird das Fourier- Integral der Beobachtungsebene in diesem gefaltet.
Ein Koordinatenwandler 513 wandelt das Ergebnis solcher Hologramm- Rekonstruktionsberechnungen von orthogonalen Koordinaten in Polarkoordinaten I(u, v) um. Das heißt, daß der reelle Teil und der imaginäre Teil von I(u, v) berechnet werden. Die Amplitude und die Phase von I(u, v), die diesen reellen und imaginären Teilen entsprechen, werden ebenso berechnet. Ein Farbtonumwandler 514 wandelt die Phaseninformation θ(u, v) der koordinativ umgewandelten Daten in ein Farbsignal F[θ(u, v)] eines entsprechenden Farbtons um. Eine Multiplikationseinrichtung 515 moduliert das Farbsignal F[θ(u, v)], indem sie es mit der Amplitudeninformation I(u, v) der koordinativ umgewandelten Daten vom Koordinatenwandler 513 multipliziert. Das modulierte Ausgangssignal I(u, v) ·F[θ(u, v)] wird auf einer Farbanzeigeeinheit 516 als ein Farbbild in der Ebene von u und v dargestellt.
Für eine Quelle einer elektromagnetischen Welle, die sich in der Nähe der Beobachtungsebene befindet, ist die beobachtete Amplitudeninformation I(u, v) von I(u, v) groß und fällt zur Peripherie des der Quelle entsprechenden Bildes schnell ab, und die beobachtete Phaseninformation θ(u, v) ändert sich von der Mitte zur Umgebung des der Quelle entsprechenden Bildes vergleichsweise langsam. Für eine Quelle einer elektromagnetischen Welle, die weiter von der Beobachtungsebene entfernt angeordnet ist, ist andererseits die beobachtete Amplitudeninformation von I(u, v) gering und fällt verhältnismäßig langsam von der Mitte zur Peripherie des der Quelle entsprechenden Bildes ab, und die beobachtete Phaseninformation ändert sich von der Mitte zur Umgebung des der Quelle entsprechenden Bildes verhältnismäßig schnell.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines auf der Anzeigeeinrichtung 516 dargestellten Bildes, wenn Verlust-/Leckstrahlung von einem Teil einer elektronischen Ausstattung von der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Beobachtungsebene beobachtet wird, Interferenzdaten komplexer zweidimensionaler elektromagnetischer Wellen erhalten werden und die Verarbeitung wie im Fall von Fig. 3 erfolgt. Das große Bild 521 im linken oberen Teil der Anzeige ist hell, wobei die Helligkeit schnell zur Peripherie des Bildes hin abnimmt, und die Farbstreifen im Bild sind breit, was bedeutet, daß die beobachtete Phaseninformation sich verhältnismäßig langsam von der Mitte zur Umgebung des Bildes ändert. Dies bedeutet, daß das Bild 521 nahe der Beobachtungsebene liegt. Außerdem erscheinen die Farbstreifen auf der linken Seite breiter als auf der rechten Seite des Bildes 521, woraus geschlossen wird, daß eine elektromagnetische Welle diese Verluststrahlung von links ausstrahlt, wie es in den Figuren gezeigt ist.
Das Bild 522 rechts und geringfügig oberhalb des Bilds 521 auf der Bildanzeige ist kleiner als das Bild 521, hat eine geringe Helligkeit, und die Farbstreifen sind detailliert. Dies bedeutet, daß die Phase sich von der Mitte des Bildes bis zu den Rändern schnell ändert, und die Streifen rechts im Bild sind gröber als links. Daraus wird geschlossen, daß das Bild 522 einer Strahlungsquelle entspricht, die weiter weg und weiter rechts angeordnet ist, als die Strahlungsquelle, die Bild 521 entspricht.
Das Bild 523 zwischen dem unteren rechten Bereich des Bildes 521 und dem Bild 522 ist geringfügig breiter und heller als das Bild 522, und die Breite des Farbstreifens ist ungefähr die gleiche wie beim Bild 522. Daher wird die Strahlungsquelle des Bilds 521 so eingeschätzt, daß sie ungefähr im gleichen Abstand wie das Bild 522 zur Beobachtungsebene angeordnet ist. Jedoch entspricht das Bild 523 einer geringfügig stärkeren Quelle, und vom Farbstreifen ist ersichtlich, daß diese Quelle nach links ausstrahlt, da die Farbstreifen auf der rechten Seite dünner sind als auf der linken Seite.
Das Bild 524, das mit Abstand zum Bild 521 angeordnet ist, hat dunkle und helle Bereiche, wobei die Mama der Farbstreifen nur geringfügig breiter sind als die des Bilds 522. Dies führt zu der Einschätzung, daß es einer schwachen Strahlungsquelle mit einem Abstand entspricht, der der gleiche oder größer ist als der Abstand der Bilder 522, 523 von der Beobachtungsebene in Richtung senkrecht zur Beobachtungsebene.
Ähnlich wird das Bild 525, das zwischen dem Bild 521 und dem Bild 524 liegt, so eingeschätzt, daß es einer schwachen Strahlungsquelle entspricht, die nach links ausstrahlt und relativ nah an der Beobachtungsebene liegt.
Als nächstes wird ein konkretes Beispiel der Beobachtungseinrichtung 511 für zweidimensionale Interferenzdaten, die hier verwendet wird, um die räumliche Ausbreitung einer elektromagnetischen Verlust-/Leckstrahlung von einer elektronischen Ausstattung zu beobachten, und die für die Verwendung mit der Bildanzeigeeinheit der Fig. 3 geeignet ist, unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Das Paar von Antennenelementen 534a, 534b, die zueinander senkrechte Peilachtstrahl-Empfangsmuster haben, empfangen wie im oben beschriebenen Fall eine Strahlung an jedem Beobachtungspunkt (x, y) der Beobachtungsebene 533. Die empfangenen Ausgangssignale der Antennen 534a, 534b werden schaltbar ausgewählt von einem Schalter 574 und werden an einen Frequenzwandler 575 geliefert, wo sie unter Verwendung eines lokalen Signals der Frequenz fL vom lokalen Oszillator 576 in Zwischenfrequenzsignale (IF) umgewandelt werden. Jedes IF-Signal wird einer Umwandlung durch eine diskrete Fourier-Transformations-Einheit 577 unterzogen. Als Ergebnis werden komplexe Signale Va(x, y) und Vb(x, y) erhalten, die den Signalen entsprechen, welche von den Antennen 534a und 534b an jedem Beobachtungspunkt auf der Beobachtungsebene 533 empfangen werden.
Zusätzlich ist eine feste Antenne 578 vorgesehen, deren Ausgangssignal ein Bezugssignal ist, das eine Bezugsphase für die von den Antennen 534a und 534b empfangenen Signale wird; auch dieses Bezugssignal wird in ein komplexes Signal umgewandelt. Das heißt, das Ausgangssignal der festen Antenne 578 wird in einem Frequenzwandler 579 unter Verwendung des lokalen Signals vom lokalen Oszillator 576 in ein IF- Signal umgewandelt, eine diskrete Fourier-Transformation wird durch die diskrete Fourier-Transformations-Einheit 581 an diesem umgewandelten IF-Signal durchgeführt, und das komplexe Bezugssignal VR wird als Ergebnis erhalten.
Die komplexen Signale Va(x, y) und Vb(x, y) für jeden Beobachtungspunkt (x, y) werden im Interferometer 582 durch das komplexe Bezugssignal VR dividiert, um zweidimensionale Interferenzdaten Ha(x, y) bzw. Hb(x, y) zu erzeugen. Diese im Interferometer 582 zur Erzeugung zweidimensionaler Interferenzdaten Ha(x, y) und Hb(x, y) durch das komplexe Bezugssignal VR dividierten Interferenzsignale werden schaltbar vom Schalter 583 ausgewählt und in Interferenzdatenspeichern 584, 585 gespeichert. In diesem Beispiel wird die Information, die den durch die Steuereinheit 586 designierten Beobachtungspunkt (x, y) angibt, als Adressensignal für die Speicher 584, 585 verwendet. Außerdem steuert die Steuereinheit 586 die Schalter 574 und 583.
Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen der Beobachtungsebene 533 werden an den Interferenzdaten Ha(x, y) und Hb(x, y) durch die Hologramm-Rekonstruktionsberechnungseinheiten 587, 588 entsprechend den folgenden Gleichungen durchgeführt:
Ia(u, v) = Ha(x, y)exp{-j2π(ux + vy)}dxdy
Ib(u, v) = Hb(x, y)exp{-j2π(ux + vy)}dxdy (5),
Die aus diesen Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen resultierenden Ia(u, v) und Ib(u, v) werden in holographischen Speichern 589 bzw. 591 gespeichert. In diesem Fall wird angenommen, daß die erfaßten elektromagnetischen Wellen elliptisch polarisiert sind, daß das axiale Verhältnis usw. der Polarisation des polarisierten Wellenvektors Iab(u, v, φ) gemessen werden kann, und daß die Hologramm-Rekonstruktionsergebnisse Ia(u, v) und Ib(u, v) die senkrechten und waagrechten Komponenten des elliptisch polarisierten Wellenvektors sind. Eine Polarisationsberechnungseinheit 592 bestimmt den Wellenvektor für jeden Beobachtungspunkt (u, v) gemäß der folgenden Gleichung:
Iab(u, v) = Ia(u, v)cosφ + Ib(u, v)sinφ (6).
Das heißt, der polarisierte Wellenvektor Iab ist gleich der waagrechten Komponente Ib(u, v), wenn φ = π/2, und ist gleich der senkrechten Komponente Ia(u, v), wenn φ = 0.
Für jeden Beobachtungspunkt (u, v) werden die Werte cpMA und PMI berechnet, bei denen der Absolutwert des polarisierten Wellenvektors Iab ein Maximum bzw. ein Minimum wird. Iab(u, v, θMA) ist eine Hauptachse der elliptisch polarisierten elektromagnetischen Welle am Beobachtungspunkt (u, v), und Ia(u, v, φMI) ist die Nebenachse der elliptisch polarisierten Welle. Daher wird das axiale Verhältnis AR(u, v) der elliptisch polarisierten Welle durch die folgende Gleichung angegeben:
AR(u, v) = Iab(u, v, φMA) / Iab(u, v, φMI) (7)
Wenn das axiale Verhältnis AR(u, v) gleich 1 ist, zeigt dies eine kreisförmig polarisierte, elektromagnetische Welle an. Wenn das axiale Verhältnis AR(u, v) gleich Unendlich ist, zeigt dies eine linear polarisierte, elektromagnetische Welle an.
Zusätzlich wird die Neigung θ(u, v) in der Richtung, in der die elliptisch polarisierte Welle fortschreitet, als eine Differenz zwischen der Phase der senkrechten Komponente Ia(u, v) und der Phase der waagrechten Komponente Ib(u, v) erhalten.
Der Wert φMA, bei dem der Absolutwert des polarisierten Wellenvektors Iab ein Maximum wird, wird durch die folgende Gleichung angegeben:
φMA = (1/2)tan&supmin;¹{2 Ia(u, v) Ib(u, v) cos(θ(u, v))/ Ia(u, v)² + Ib(u, v)²)} (8)
Da diese Information eine Phase ist, wird sie in den Farbtonwandler 514 eingegeben. Da das axiale Verhältnis AR(u, v) keine Phaseninformation ist, wird ein Winkel der elliptischen Öffnung τ(u, v), der der Phase entspricht, gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
τ(u, v) = (1/2)sin&supmin;¹{2 Ia(u, v) Ib(u, v) sin(θ(u, v))/( Ia(u, v) ² + Ib(u, v) ²)} (9)
Jeder der Parameter Neigung θ(u, v), axiales Verhältnis AR(u, v) oder Drehwinkel φMA (Hauptachswinkel) kann ausgewählt und an den Farbtonwandler 514 der Fig. 3 geliefert werden, und die Stärke (Hauptachse) Ia(u, v, φMA) kann an die Multiplikationseinheit 515 geliefert werden. In diesem Fall wird vorher eine Koordinatenumwandlung von orthogonalen Koordinaten zu Polarkoordinaten durchgeführt.
Mit der oben beschriebenen Anzeigevorrichtung können Interferenzdaten komplexer zweidimensionaler Wellen derart angezeigt werden, daß man ein Gefühl für den rechtwinkligen Abstand zur Beobachtungsebene bekommt, indem die Phaseninformation in ein Farbtonsignal umgewandelt und das Farbtonsignal mit der Amplitudeninformation moduliert wird. Somit kann der komplexe dreidimensionale Raum unter Verwendung zweidimensionaler Computergraphiken dargestellt werden.
Selbstverständlich können die Polarisationsinformation usw., die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung berechnet werden, auf andere Weise ausgegeben werden als über die oben besprochene Bildanzeige. Die Daten können beispielsweise an einen Drucker zum Ausdrucken in jeder gewünschten Form, einschließlich aber nicht ausschließlich einer Bilddarstellung, digitaler Daten, eines Graphen oder Diagramms, usw., an eine Speichervorrichtung, eine weitere Datenverarbeitungseinrichtung, usw. geliefert werden.

Claims

1. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen, die räumliche elektromagnetische Wellen an mehreren Beobachtungspunkten einer Beobachtungsebene (311) für elektromagnetische Wellen empfängt und die Zustände der elektromagnetischen Wellen in einem Zielraum analysiert, und die aufweist:

- eine Abtastantennenempfangseinrichtung (312) zum Empfang elektromagnetischer Wellen an den Beobachtungspunkten durch ein Paar von Antennenelementen (313a, 313b) mit zueinander orthogonalen Peilachtstrahl-Empfangsmustern;

- Wandlereinrichtungen (314-317) für komplexe Signale zum Umwandeln der beiden empfangenen Signale von dem Paar von Antennenelementen (313a, 313b) in komplexe Signale;

- eine Bezugssignalempfangseinrichtung (318) zum Empfang eines Bezugssignals, das zu einer Bezugsphase für die empfangenen Signale wird;

- Mittel (319, 321) zur Umwandlung des Bezugssignals in ein komplexes Bezugssignal;

- Mittel (322) zur Berechnung der Interferenzdaten von orthogonal polarisierten Wellenkomponenten der empfangenen Signale, die ein komplexes Signal dividiert durch das komplexe Bezugssignal verwendet,

- Mittel (327, 328) zur Berechnung von Hologrammen, die Hologramm-Rekonstruktionsberechnungen der Interferenzdaten über der Beobachtungsebene verwenden;

- Mittel (332) zur Berechnung polarisierter Wellenvektoren, wobei die Hologramme senkrechte und waagrechte Komponenten von elliptisch polarisierten Wellen sind, am rekonstruierten Analysepunkten im Zielraum; und

- Anzeigemitteln (33) zur Anzeige von Parametern der polarisierten Wellenvektoren an den rekonstruierten Analysepunkten.

2. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1, beider die Bezugssignalempfangseinrichtung aus einer festen Antenne (318) besteht.

3. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Umwandlungseinrichtung für komplexe Signale aus Mitteln (315, 316) zur Umwandlung des empfangenen Signals in ein IF-Signal und Mitteln (317) zur Umwandlung des IF-Signals unter Verwendung der diskreten Fourier-Transformation besteht.

4. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Anzeigeeinrichtung (333) helligkeitsmodulierte Bilder entsprechend der Stärke der polarisierten Wellenvektoren und farbtonmodulierte Bilder entsprechend anderer Parameter der polarisierten Wellenvektoren an den rekonstruierten Analysepunkten anzeigt, wobei der Zielraum auf der Anzeigefläche abgebildet ist.

5. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Abtastantennenempfangseinrichtung (312) aus einer Array-Antenne des Paars von Antennenelementen auf der Beobachtungsebene besteht, und empfangene Signale dieser Array-Antenne abgetastet und dann ausgegeben werden.

6. Analysevorrichtung für räumliche elektromagnetische Wellen nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei der die Abtastantennenempfangseinrichtung (312) aus einer Abtastantenne des Paars von Antennenelementen besteht, die zu spezifizierten Positionen auf der Beobachtungsebene bewegt wird, und empfangene Signale der Abtastantenne an spezifizierten Positionen ausgegeben werden.