Einrichtung zur Polarisationsumwandlung elektromagnetischer Wellen

Abstract

 Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation unter Verwendung eines sogenannten Zirkularpolarisationsgitters. Dieses besteht aus mehreren schichtartig übereinander angeordneten Gitterstrukturen aus Leitern in Form von periodischen und im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Mäanderlinien (4 bis 10).
Die Elliptizität der Zirkularpolarisation, welche durch ein solches Gitter erzeugt wird, wird über die gesamte Bandbreite dadurch erheblich verringert, daß die mäanderförmigen Leiterstrukturen (6,7,8) von mindestens einer der Gitterstrukturen hinsichtlich ihres geometrischen Verlaufs nicht alle gleichphasig sind, sondern einen Phasenversatz zwischen jeweils benachbarten Linien aufweisen. Das Zirkularpolarisationsgitter ist insbesondere zur Integration in eine Radom einer Zielfolgeradarantenne geeignet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation unter Verwendung mehrerer vor einer Strahlungsapertur in Schichten angeordneter Gitterstrukturen, die aus Leitern bestehen, welche in Form von bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung im wesentlichen parallel verlaufenden, periodischen Mäanderlinien ausgebildet sind.

[0002] Beispielsweise Radarantennen, insbesondere Zielfolgeradarantennen, werden im allgemeinen für lineare Polarisation ausgelegt, da damit unter Normalbedingungen die größte Reichweite erzielt werden kann. Mit einer linear polarisierten Antenne kann man jedoch Regenwolken-Echosignale, die eine ähnliche Spektralverteilung wie Flugziel-Echosignale aufweisen, von-"echten" Flugziel-Echosignalen nicht unterscheiden. Bei zirkularer Polarisation werden die Regenwolken-Echosignale stark gedämpft. Im allgemeinen ist durch den großen Pegelabstand dann eine ausreichende Unterscheidung zwischen Flugzielen und Regenwolken möglich. Technologisch wird dieses Problem gewöhnlich so gelöst, daß die lineare Polarisation der Antenne durch ein Polarisationsgitter, welches in das vor der Strahlungsperatur angebrachte Radom integriert ist, in eine zirkulare Polarisation umgewandelt wird. Ein Maß für die Güte eines solchen Zirkularpolarisationsgitters sind die Elliptizität der erzeugten Zirkularpolarisation und die Einfügungsdämpfung (Einfügungsdämpfung = dielektrische Verluste und Reflexionen am Polarisator).

[0003] Bei den bekannten Zirkularpolarisationsgittern weisen alle Schichten gleiche Mäanderlinienstrukturen auf, die zwar - wie nach der US-PS 3 754 271 - bei Draufsicht von Schicht zu Schicht hinsichtlich ihrer Achsenlage versetzt sein können.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Elliptizität der erzeugten Zirkularpolarisation über die gesamte Bandbreite gegenüber den bekannten Zirkularpolarisationsgittern erheblich verringert wird.

[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest eine der Gitterstrukturen so ausgebildet ist, daß deren Mäanderlinien hinsichtlich ihres geometrischen Verlaufs nicht alle gleichphasig sind, sondern benachbarte Linien einen Phasenversatz untereinander aufweisen.

[0006] Bei Verwendung dreier in Schichten angeordneter Gitterstrukturen ist z. B. die mittlere Gitterstruktur eine solche, deren benachbarte Mäanderlinien stets einen Phasenversatz aufweisen, und die beiden äußeren Gitterstrukturen sind solche, deren Mäanderlinien zueinander alle gleichphasig verlaufen. Genauso läßt sich aber auch bei Verwendung dreier in Schichten angeordneter Gitterstrukturen die mittlere Gitterstruktur als eine solche ausbilden, deren Mäanderlinien zueinander alle gleichphasig verlaufen, während die beiden äußeren Gitterstrukturen solche sind, deren benachbarte Mäanderlinien stets einen Phasenversatz aufweisen.

[0007] Die einzelnen Gitterstrukturen werden in vorteilhafter Weise räumlich zueinander so angeordnet, daß die an sich im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Achsen der Mäanderlinien jeweils zweier benachbarter Gitterstrukturen bei Draufsicht zueinander versetzt sind. Durch diese Maßnahme wird die Bandbreite des Zirkularpolarisationsgitters, insbesondere an der oberen Frequenz- grenze,vergrößert.

[0008] In vorteilhafter Weise werden die mäanderförmigen Leiter einer Gitterstruktur als geätzte Metallstreifen auf einer Kunststoff-Folie realisiert. Zur Abstandshaltung werden dabei zwischen den Folien Isolierstoffschichten einge_- fügt, welche z. B. in Form einer Wabenstruktur ausgebildet sein können, aber auch beispielsweise aus P_olymethacrylimid-Hartschaumstoff als echte Isolierstoffschichten bestehen können.

[0009] Bei einer gekrümmten, d. h. nicht ebenen Gitterstruktur, werden in zweckmäßiger Weise die vorstehend angegebenen Maßnahmen hinsichtlich des Verlaufs der Mäanderlinien auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlachse, d. h. parallel zur Strahlungsapertur bezogen.

[0010] Das Zirkularpolarisationsgitter nach der Erfindung kann als Aperturabdeckung einer Antenne verwendet werden oder in eine solche Abdeckung (Radom) integriert werden. Insbesondere bei einer Zielfolgeradarantenne mit einem Reflektorspiegel ist eine solche Integration in die Reflektorabdeckung vorteilhaft zu realisieren.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in vier Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht des Aufbaus eines dreischichtigen Zirkularpolarisatonsgitters nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Aufbau dieses dreischichtigen Gitters,

Fig. 3 in Draufsicht die Gitterstruktur der beiden äußeren Schichten, und

Fig. 4 in einer Draufsicht die Gitterstruktur der Mittelschicht.

[0012] In Fig. 1 ist die perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines dreischichtigen Zirkularpolarisationsgitters nach der Erfindung dargestellt. Dieses Gitter besteht aus drei Trägerschichten 1, 2 und 3, welche durch Kunststoff-Folienrealisiert sind. Auf diesen Schichten 1, 2 und 3 sind geätzte mäanderlinienförmige Metallstrukturen 4 bis 10 vorgesehen, welche bezüglich ihrer Achsen parallel verlaufen und von denen auf jeder Schicht nur einige wenige als Beispiel eingezeichnet sind. Bei Draufsicht auf das Gitter sind die beiden Metallstrukturen 4, 5 und 9, 10 auf den beiden äußeren Trägerschichten 1 und 3 deckungsgleich, wogegen die Metallstrukturen 6, 7 und 8 der mittleren Trägerschicht 2 so versetzt sind, daß sie etwa in den Lücken zwischen den Metallstrukturen 4, 5 bzw. 9, 10 verlaufen. Zwischen den Trägerschichten 1, 2 und 3 ist zur Abstandshaltung jeweils eine Schicht 14 bzw. 15 aus Isolierstoffmaterial eingebracht, welches vorzugsweise als Wabenstruktur ausgebildet ist. Die mäanderlinienförmigen Metallstrukturen 4 und 5 der Trägerschicht 1 sind hinsichtlich ihres geometrischen Verlaufs zueinander gleichphasig, ebenso wie die mäanderlinienförmigen Metallstrukturen 9 und 10 der Trägerschicht 3. Anders verhält sich dies bei der mittleren Trägerschicht 2. Hier weisen die einzelnen mäanderförmigen Metallstrukturen 6, 7 und 8 einen geometrischen Phasenversatz zueinander auf. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß bei jeder der drei Trägerschichten 1, 2 und 3 nur ein kleiner Teil der mäanderlinienförmigen Metallstrukturen dargestellt ist, die in ihrer Gesamtheit pro Schicht jeweils eine Gitterstruktur bilden.

[0013] Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht die obere Trägerschicht 3, auf welche unter anderem die mäanderlinienförmigen Metallstrukturen 9 und 10 aufgebracht sind. Es ist aus dieser Figur zu erkennen, daß die einzelnen parallel zueinander verlaufenden Metallstrukturen keinen geometrischen Phasenversatz untereinander aufweisen. In gleicher Weise ist die untere Trägerschicht 1 mit ihren Metallstrukturen 4 und 5 ausgebildet.

[0014] Eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der mittleren Trägerschicht 2 mit ihren mäanderlinienförmigen Metallstrukturen 6, 7 und 8 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Länge einer Mäander-Periode ist mit 1 bezeichnet. In diesem Beispiel beträgt der Versatz 1/4. Es kann auch ein anderer Versatz als 1/4 zu einer Verbesserung des Meßparameters "Elliptizität der Zirkularpolarisation" führen. Der Versatz ist allgemein l/n, wobei n zwischen 0 und 1 gewählt werden kann (Versatz = l/n, 0 < n < 1 ) .

[0015] Fig. 2:^_zeigt in einer Querschnittsansicht den Aufbau des dreischichtigen Mäander-Zirkularpolarisationsgitters nach Fig. 1. Es ist zu sehen, daß die beiden äußeren Trägerschichten 1 und 3 Metallschichten 11 bzw. 12 mit einer geometrisch gleichphasigen Mäanderstruktur, vergleiche9 und 10 in Fig. 3, aufweisen. Die Schnittstelle ist in Fig. 3 mit A-B bezeichnet. Die mittlere Trägerschicht 2 weist dagegen eine Metallschicht 13 mit einer phasenmäßig versetzten Mäanderstruktur, vgl. die mäanderförmigen Linien 6, 7 und 8 in Fig. 4, auf. Die Schnittstelle hierzu ist in Fig. 4 mit C-D bezeichnet.

[0016] Durch schichtmäßiges Vertauschen von hinsichtlich ihrer geometrischen Phase "gleichen" und "versetzten" Mäanderstrukturen sind auch noch andere Kombinationen eines dreischichtigen Mäander-Gitteraufbaus möglich. So kann _z. B. die mittlere Mäanderlinienstruktur ein geometrisch "g_leichphasiges" Gitter sein, während die beiden äußeren Strukturen jeweils aus phasemäßig zueinander "versetzten" Mäanderlinien bestehen.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer Wellen mit einer gegebenen Polarisation in solche mit zirkularer Polarisation unter Verwendung mehrerer vor einer Strahlungsapertur in Schichten angeordneter Gitterstrukturen, die aus Leitern bestehen, welche in Form von bezüglich ihrer Hauptausdehnungsrichtung im wesentlichen parallel verlaufenden, periodischen Mäanderlinien ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest eine der Gitterstrukturen so ausgebildet ist, daß deren Mäanderlinien (6, 7, 8) hinsichtlich ihres geometrischen Verlaufs nicht alle gleichphasig sind, sondern benachbarte Linien einen Phasenversatz untereinander aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung dreier in Schichten angordneter Gitterstrukturen die mittlere Gitterstruktur eine solche ist, deren benachbarte Mäanderlinien (6, 7, 8) zueinander stets einen Phasenversatz aufweisen, und die beiden äußeren Gitterstrukturen solche sind, deren Mäanderlinien (4, 5 bzw. 9, 10) zueinander alle gleichphasig verlaufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung dreier in Schichten angeordneter Gitterstrukturen die mittlere Gitterstruktur eine solche ist, deren Mäanderlinien zueinander alle gleichphasig verlaufen, und die beiden äußeren Gitterstrukturen solche sind, deren benachbarte Mäanderlinien zueinander stets einen Phasenversatz aufweisen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gitterstrukturen räumlich zueinander so angeordnet sind, daß die an sich im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Achsen der Mäanderlinien (4, 5 bzw. 6, 7, 8) jeweils zweier benachbarter Gitterstrukturen bei Draufsicht zueinander versetzt sind.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmigen Leiter (4 bis 10) geätzte Metallstreifen auf einer Kunststoff-Folie (1, 2,. 3) sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß zur Abstandshaltung zwischen den Folien Isolierstoffschichten (14, 15) vorgesehen sind, welche in Form einer Wabenstruktur oder als Hartschaumstoff ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gekrümmten, d. h. nicht ebenen Gitterstruktur, die in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Maßnahmen hinsichtlich des Verlaufs der Mäanderlinien auf die Projektion in einer Ebene senkrecht zur Hauptstrahlachse, d. h. parallel zur Strahlungsapertur bezogen sind.

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 Reflektorspiegel ist und daß die Gitterstrukturen in die Reflektorabdeckung (Radom) integriert sind.

Zeichnung