Einrichtung zur Polarisationsumwandlung elektromagnetischer Wellen

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 Strahlungsapertur 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 (Einfügungdämpfung = dielektrische Verluste und Reflexionen am Polarisator).

[0003] Bei den bekannten Zirkularpolarisationsgittern weisen alle Schichten gleiche Mäanderlinienstrukturen auf, die zwar - wie nach der US-PS 3754271 - 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 benachbarten 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 Frequenzgrenze, vergrössert.

[0008] In vorteilhafter Weise werden die Mäanderlinien einer Gitterstruktur als geätzte Metallstreifen auf einer Kunststoff-Folie realisiert. Zur Abstandshaltung werden dabei zwischen den Folien Isolierstoffschichten eingefügt, welche z.B. in Form einer Wabenstruktur ausgebildet sein können, aber auch beispielsweise aus Polymethacrylimid 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 Abdekkung (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 Zirkularpolarisationsgitters 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-Folien realisiert sind. Auf diesen Schichten 1, 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. 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.

[0013] 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 I bezeichnet. In diesem Beispiel beträgt der Versatz 1/4. Es kann auch ein anderer Versatz als 1/4 zu einer Verbesserung des Messparameters «EIliptizität der Zirkularpolarisation» führen.

[0014] 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, vergleiche 9 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.

[0015] 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 «gleichphasiges» Gitter sein, während die beiden äusseren Strukturen jeweils aus phasenmässig 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 (1, 2, 3) angeordneter Gitterstrukturen (4 bis 10), 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 angeordneter 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 Mäanderlinien (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 Reflektorabdekkung (Radom) integriert sind.

Claims

1. A device for converting electro-magnetic waves of a given polarisation into waves having a circular polarisation, employing a plurality of lattice structures (4 to 10) arranged in layers in front of a radiation aperture and consisting of conductors designed in the form of periodic meander-lines each of whose main direction extends mutually parallel, characterised in that at least one of the lattice structures is so designed that its meander-lines (6, 7, 8) are not all in-phase in respect of their geometrical course, adjacent lines exhibiting a phase shift relative to one another.

2. A device as claimed in Claim 1, characterised in that when using three lattice structures arranged in layers, the central lattice structure is a structure whose adjacent meander-lines (6, 7, 8) always exhibit a phase displacement relative to one another, and the two outer lattice structures are structures whose meander-lines (4, 5 and 9, 10) all run in-phase relative to one another.

3. A device as claimed in Claim 1, characterised in that when using three lattice structures arranged in layers the central lattice structure is a structure whose meander-lines all run in-phase relative to one another, and the two outer lattice structures are structures whose adjacent meander-lines always exhibit a phase displacement relative to one another.

4. A device as claimed in one of the preceding Claims, characterised in that the individual lattice structures are spatially arranged relative to one another in such a manner that the mutually parallel axes of the meander-lines (4, 5 and 6, 7, 8) of two adjacent lattice structures are displaced relative to one another when viewed from above.

5. A device as claimed in one of the preceding Claims, characterised in that the meander-lines (4 to 10) are etched metal strips on a plastic film (1,2,3).

6. A device as claimed in Claim 5, characterised in that in order to maintain the spacing insu- lant layers (14, 15) are arranged between the films, which layers are in the form of a honycomb structure or a hard foam material.

7. A device as claimed in one of the preceding Claims, characterised in that in a curved, i.e. nonplanar lattice structure, the measures in respect of the course of the meander-lines which are described in Claims 1 to 4 are related to their projection in a plane perpendicular to the main beam axis, i.e. parallel to the radiation aperture.

8. A device as claimed in one of the preceding Claims, characterised by the use of an antenna as an aperture cover.

9. A device as claimed in Claim 8, characterised in that the antenna is a tracking radar antenna with a reflector mirror and that the lattice structures are integrated into the reflector cover (Radom).

Revendications

1. Dispositif pour transformer des ondes électromagnétiques d'une polarisation donnée en ondes électromagnétiques à polarisation circulaire, avec mise en ceuvre de plusieurs structures en forme de grilles (4 à 10) disposées en couches (1, 2, 3) devant une ouverture de rayonnement, et constituées par des conducteurs qui sont réalisés sous la forme de lignes en méandres, périodiques et s'étendant sensiblement parallèlement par rapport à leur direction principale d'extension, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des structures en forme de grilles est réalisée de telle manière que ses lignes en méandres (6, 7, 8) ne sont pas toutes, du point de vue de leur allure géométrique, de même phase, mais que par contre des lignes voisines présentent entre elles un déphasage.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cas de la mise en oeuvre de trois structures en forme de grilles disposées en couches, la structure médiane en forme de grille est une structure en forme de grille dont les lignes en méandres (6, 7, 8) présentent toujours entre elles un déphasage, et les deux structures extérieures en forme de grilles sont des structures en forme de grilles dont les lignes en méandres (4, 5 et 9, 10) s'étendent en phase entre elles.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le cas de la mise en oeuvre de trois structures en forme de grilles disposées en couches, la structure médiane en forme de grille est une structure en forme de grille en méandres s'étendent toute en phase entre elles, et les deux structures en forme de grilles extérieures sont des structures en forme de grilles dont les lignes en méandres présentent toujours un déphasage entre elles.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les différentes structures en forme de grilles sont disposées dans l'espace de telle manière que les axes des lignes en méandres (4, 5 et 6, 7, 8) de deux structures voisines en forme de grilles, qui s'étendent sensiblement parallèlement entre eux, sont décalés entre eux, en vue en plan.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les lignes en forme de méandres (4 à 10) sont des bandes métalliques obtenues par attaque chimique sur une feuille en matière plastique (1, 2, 3).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que pour assurer l'écartement entre les feuilles, on prévoit des couches d'une matière isolante (14, 15) qui sont réalisées sous la forme d'une structure en nid d'abeilles ou d'un produit alvéolaire dur.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans le cas d'une structure courbe en forme de grille, c'est-à-dire non plane, les mesures prévues dans les revendications 1 à 4 sont, du point de vue de l'allure de la lignes en méandres, rapportées à la projection dans un plan perpendiculaire à l'axe du rayon principal, c'est-à-dire parallèle à l'ouverture du rayonnement.

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la mise en oeuvre d'une couverture de l'ouverture d'une antenne.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'antenne est une antenne de radar de poursuite avec un réflecteur et que les structures en forme de grille sont intégrées dans la couverture du réflecteur (Radom).

Zeichnung