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EP 0 042 612 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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12.10.1983 Patentblatt 1983/41 |
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Anmeldetag: 22.06.1981 |
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Einrichtung zur Polarisationsumwandlung elektromagnetischer Wellen
Arrangement for transforming the polarization of electromagnetic waves
Dispositif de changement de la polarisation d'ondes électromagnétiques
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Benannte Vertragsstaaten: |
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BE CH FR GB IT LI NL |
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Priorität: |
24.06.1980 DE 3023562
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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30.12.1981 Patentblatt 1981/52 |
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Anmelder: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
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80333 München (DE) |
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Erfinder: |
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- Kandler, Erich, Dipl.-Ing.
D-8000 München 80 (DE)
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Entgegenhaltungen: :
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[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.
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.
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).
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).