DE1081075B - Dielektrische Linse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische Linse für Mikrowellen, die eine linear polarisierte elektromagnetische Welle mit einem gegebenen Feldquerschnittsbild in eine ebene, homogene, zirkulär polarisierte Welle transformiert und auch die umgekehrte Tranformation vornimmt.

Man versteht unter einer elektromagnetischen Welle mit einem gegebenen Feldquerschnittsbild eine Welle, die durch eine Kurvenfamilie bestimmt ist, deren Kurven in einer Wellenfläche liegen und die entweder die Kraftlinien des elektrischen Feldes oder die Kraftlinien des magnetischen Feldes der Welle sind, d. h. eine Kurvenfamilie, deren Kurven auf der Wellenfläche verlaufen und zu denen das elektrische Feld oder das magnetische Feld der Welle an allen Punkten tangential verläuft. ¹S

Gegenstand der Erfindung ist eine Linse, die eine linear polarisierte Welle mit vorgegebenem Feldquerschnittsbild in eine ebene, homogene, zirkulär polarisierte Welle transformiert und auch Tranformierungen in umgekehrter Richtung vornimmt. Eine derartige Linse kann dazu benutzt werden, eine linear polarisierte, durch einen behebigen Hohlleiter geleitete Welle in eine zirkulär polarisierte Raumwelle umzuwandeln, und umgekehrt.

Gemäß derselben Erfindung wird die erfindungsgemäße Linse in dem besonderen Falle, wenn die zu ^a5 transformierende Welle eine Hy₁-WeIIe oder EjV₁-WeIIe ist, durch einen Rundhohlleiter gespeist, der von der HiV₁-WeIIe oder der EiV₁-WeIIe durchlaufen wird, und die Linse erzeugt eine ebene zirkulär polarisierte Welle.

Gemäß derselben Erfindung wird die erfindungsgemäße Linse in dem besonderen Falle, wenn die zu transformierende Welle eine H₀₁- oder E₀₁-WeIIe ist, durch durch konische Hörner begrenzte Rundhohlleiter (oder koaxiale Leiter) mit einer Welle gespeist, die eine Rotationssymmetrie (H₀₁, E₀₁, TEM) um die Achse des Leiters, der koaxialen Leiter und der Hörner aufweist, und die Linse transformiert diese Welle in eine zirkulär polarisierte WeUe.

Derartige Linsen dienen dazu, entweder zirkulär polarisierte Wellen, die von einem Generator erzeugt und der Linse durch einen beliebigen, durch ein Horn begrenzten Hohlleiter zugeleitet werden, in den Raum auszustrahlen oder umgekehrt zirkulär polarisierte Raumwellen zu empfangen, um sie einem geeigneten Empfänger zuzuleiten. Wenn der Leiter ein Rundhohlleiter ist, ist die von dem Leiter kommende und der Linse durch das Horn zugeleitete Welle eine sphärische WeUe.

Die Linsen gemäß der Erfindung sind durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

1. Die Oberfläche der Linse ist in NM Sektoren der Wellenebene mit einem hinreichend kleinen Scheitelwinkel unterteilt, damit das elektrische Feld der linear polarisierten Welle, deren HiV₁- oder Ea^-Feldbild man

Anmelder:
Georges Robert Pierre Marie, Paris

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart O, Richard-Wagnex-Str. 16

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 24. April 1956 und 27. März 1957

Georges Robert Pierre Marie, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

kennt, dort als homogen betrachtet werden kann, d. h. eine feste Richtung besitzt, und man verschiebt die Phase der einfallenden WeUe, die in dem Sektor von der Ordnung ;ö der WeUenebene mittels eines planparaUelen Plättchens, das an der Oberfläche der Linse angeordnet wird und eine Dicke aufweist, die rechnungsmäßig so bemessen ist, daß sie eine Phasenverzögerung hervor-

2m

bringt, die gleich dem (N—l)-fachenWinkel -p

NM

den die Sektorhalbierende mit einer festen Richtung der WeUenebene bildet.

Wenn es sich um eine linear polarisierte HiV₁-WeIIe oder EiV₁-WeUe handelt, hat das planparaUele, an dem ^-ten Sektor der Linse angeordnete Plättchen eine Dicke, welche eine Phasenverzögerung hervorruft, die gleich dem Azimut dieses Sektors relativ zu einer festen Richtung ist.

2. Jeder Sektor der Linse ist mit einem sektorförmigen Viertelwellenplättchen bedeckt, das so angeordnet ist, daß der zwischen der langsamen und der schneUen Achse dieses ViertelweUenplättchens liegende Winkel durch den elektrischen Feldvektor in diesem Sektor halbiert wird.

3. Die Linse wird an der einen Seite durch einen Diopter begrenzt, welcher die Oberfläche der WeUe, die von dem Strahlungssender ausgesandt wird, in eine ebene WeUe transformiert. Wenn die WeUe von einem Horn ausgesandt wird und eine sphärische WeUenfläche besitzt, ist der Diopter ein sphärischer Diopter. Auf der anderen Seite ist die Linsenfläche durch eine Ebene begrenzt, auf welcher die sektorförmigen Viertelwellenplättchen und die sektorförmigen planparaUelen Plättchen angeordnet sind.

Es sind bereits Linsen bekannt, die eine erste ebene Oberfläche besitzen und eine zweite spiralförmige Ober-

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fläche, die dazu dient, eine rotationssymnietrische linear Fig. 4 das Qtierschnittsbild der H₁₁-WeIIe in einem

polarisierte Welle in eine zirkulär polarisierte WeQe zu Rundhohlleiter,

transformieren. Aber bei diesen bekannten Linsen wird Fig. 5 eine Linse, die eine ebene, homogene, zirkulär

die Transformation der linear polarisierten Welle in eine polarisierte Welle in eine H₁₁-WeIIe transformiert oder

zirkulär polarisierte Welle insgesamt für die gesamte 5 die umgekehrte Transformation vornimmt,

Wellenfläche mittels einer Phasenverschiebung bewirkt, Fig. 6 das Querschnittsbild der H₃₁-WeIIe in einem

die gleich dem Azimut jedes Flächenelementes um die Rundhohlleiter,

Linsenachse bewirkt wird. Dagegen wird durch die Fig. 7 eine Linse, die eine ebene, homogene, zirkulär

Linsen gemäß der Erfindung die linear polarisierte Welle, polarisierte Welle in eine H₃₁-WeIIe transformiert oder

die in jedem Flächenelement der Welle gelegen ist, in io die umgekehrte Transformierung vornimmt.

eine zirkulär polarisierte Welle transformiert, die in dem In Fig. 1 ist 37 eine Linse, die eine linear polarisierte

gleichen Flächenelement der Welle gelegen ist, und man spärische, von der Emissionsquelle A ausgehende Welle

verschiebt die Phase der so transformierten Welle um in eine ebene, linear polarisierte Welle transformiert, deren

einen Winkel, der gleich ist dem Azimut dieses Flächen- elektrischer Feldvektor durch den Pfeil 38 bezeichnet ist.

elementes um die Linsenachse. 15 39 ist ein Viertelwellenplättchen, dessen schnelle und

Daraus resultiert ein geringerer Prozentsatz von seit- langsame, mit 40 bzw. 41 bezeichneten Achsen einen

liehen Abweichungen. Man weiß nämlich, daß eine linear Winkel bilden, der durch den elektrischen Feldvektor

polarisierte Welle immer als die Summe von zwei zirkulär (Pfeil 38) halbiert wird. Am Ausgang des Viertelwellen-

polarisierten und entgegengesetzt umlaufenden Wellen plättchens 39 befindet sich eine ebene, homogene, zirkulär

der gleichen Amplitude betrachtet werden kann. Diese 20 polarisierte Welle, deren elektrischer Feldvektor 42 mit

beiden Wellen transportieren jeweils die gleiche elektro- der Richtung des Feldvektors 38 einen Winkel von 2 π ft

magnetische Energie. Bei den vorbekannten Linsen läuft bildet, wobei f die Trägerfrequenz der Welle und i die

eine dieser Wellen in dem vorgegebenen Sinne relativ zu Zeit ist,

dem Sinn der spiralförmigen Oberfläche um, damit alle 43 ist ein zweites ViertelweEeaplättchen, dessen Strahlungen der verschiedenen Flächenelemente einer 25 schnelle und langsame Achsen mit 44 bzw. 45 bezeichnet Wellenfläche sich an jedem auf der Linsenachse liegenden sind. Dieses zweite Viertelwellenplättchen liegt in der Punkte verstärken. Die andere Welle läuft im entgegen- Verlängerung des ersten Viertelwellenplättchens 39.
gesetzten Sinne um, und die Vektorsumme der elek- S sei ein Wellenflächenelement beim Eintritt in das irischen Feldvektoren der im entgegengesetzten Sinne erste Plättchen 39. S' sei das entsprechende Wellenumlaufenden Wellen ist gleich Null für die Gesamtheit 30 flächenelement an einem anderen Querschnitt eines der Flächenelemente der Wellenebene, und zwar in jedem parallelen von S ausgehenden Wellenstrahles, wobei dieser Punkt, der auf der Linsenachse liegt. Die entsprechende Querschnitt beim Austritt des Strahles aus dem ersten Energie findet sich in den seitlichen Abweichungen Viertelwellenplättchen 39 und beim Eintritt in das zweite wieder. Viertelwellenplättchen 43 liegt. S" ist ein analoges

Gemäß der Erfindung dagegen wird die linear polari- 35 Wellenflächenelement beim Austritt aus dem zweiten sierte Welle örtlich mittels eines Viertelwellenplättchens Viertelwellenplättchen 43. 42 sei der elektrische Feldin eine zirkulär polarisierte Welle transformiert, wobei vektor in dem Wellenflächenelement S', und 46 sei der der Drehsinn der zirkulär polarisierten Welle umgekehrt elektrische Feldvektor in dem Wellenflächenelement S". verläuft wie die Dickenzunahme der Linse, woraus sich S" ist genügend klein, so daß die Welle hier als homogen ergibt, daß alle Strahlungen der verschiedenen Sektoren 40 und linear polarisiert angesehen werden kann. Man sich auf der Linsenachse verstärken. nimmt z. B. WeHenflächeneleiaiente mit einer Oberfläche

Es handelt sich hier um eine dielektrische Linse, die in der Größenordnung 1OP, wobei 2 die Wellenlänge der

einerseits aus einer Kombination einer plankonvexen Welle im freien Raum ist Man will ein elektromagneti-

Linse gebildet ist, die auf der einen Seite durch einen die sches Feld .erhalten, dessen elektrischer Feldvektor

Wellenfläche einer linear polarisierten WeIe in eine Ebene 45 tangential zu einer Familie von vorgegebenen Kurven 54

verwandelnden Diopter und auf der anderen Seite durch verläuft.

eine mit abgeteilten Flächenelementen versehene ebene Wenn man von der Stellung ausgeht, in der die lang-Fläche begrenzt ist, wobei die Flächenelemente so klein same und schnelle Achse 44 bzw. 45 des Viertelwellensind, daß das elektrische Feld darin überall parallel zu plättchens 53 parallel liegen zu der langsamen and sich selbst ist, und die andererseits mit planparallelen 50 schnellen Achse 40 bzw. 41 des Viertelwellenplättchens 39, dielektrischen Plättchen versehen ist, von denen jeweils ist die Polarisationsrichtung der durch den Pfeil 46 beeines auf die Flächenelemente der ebenen Linsenfläche zeichneten Welle in dem Wellenflächenelement S" die aufgebracht ist und deren Dicke proportional dem Winkel gleiche wie die Polarisationsrichtung der durch den ist, den der elektrische Vektor des Flächenelements mit Pfeil 38 bezeichneten Welle in dem Wellenflächeneiner festen Richtung der Wellenflache bildet, und die 55 element S, und die Schwingungen 46 und 38 weisen außerdem mit einem Viertelwellenplättchen versehen ist, gegeneinander einen Phasenunterschied φ auf.
das derart angeordnet ist, daß der von seiner langsamen Wenn man das Viertelwellenplättchen 43 um einen und seiner schnellen Achse gebildete Winkel durch den Winkel Θ gegenüber dem Viertelwellenplättchen 39 entelektrischen Vektor des Flächenelements halbiert wird. gegengesetzt dem Drehsinn der zirkulär polarisierten

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der 60 Welle mit elektrischem Feldvektor 42 dreht, dreht sich

nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der die Polarisationsrichtung 46 um einen Winkel <9, und

Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch .anderseits erhält die Schwingung 46 in bezug auf die

dargestellt ist. Im einzelnen zeigt Schwingung 38 eine Phasenvoreilung Θ. Tatsächlich hat

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Fokalisie- für eine zirkulär polarisierte WeEe, die von 39 nach 43

rungsvorganges gemäß der Erfindung, 65 läuft, eine Drehung des Viertelwellenplättchens 43 um

Fig. 2 das Querschnittsbild der H₀₁-WeIIe in einem seine Achse um den Winkel Θ relativ zn dem Viertel-Rundhohlleiter, wellenplättchen 39 die gleiche Wirkung wie eine Phasen-

Fig. 3 eine Linse, die eine ebene, homogene, zirkulär verschiebung, die einem Drehwinkel Θ entspricht.

polarisierte Welle in eine H₀₁-WeIIe transformiert oder Damit die neue Phasenverschiebung zwischen den

die umgekehrte Transformation vornimmt, 70 Schwingungen 46 und 38, die sich um Θ verkleinert hat,

5 6

wieder ihren ursprünglichen Wert φ erhält, muß zwischen Außerdem vergrößert sich, wenn man von einem

5' und S" ein planparalleles isotropes Plättchen 47 mit Untersektor zum andern übergeht, der Winkel Θ, den der

einer Dicke e angebracht werden, die so groß ist, daß eine elektrische Feldvektor 46 der durch die Linse hindurch-

Phasenverzögerung von Θ erzeugt wird. Die Dicke e ist gegangenen Welle mit einer im Raum feststehenden

bestimmt durch die Gleichung ⁵ Richtung Ox bildet (s. Fig, i, 2, 4l und 6), um den oben

e Θ definierten Betrag ^-, vermindert oder vermehrt um den

"^ ^ "' Winkel -^-z, den die Winkelhalbierenden zweier benach-

wobei -n 4er (optische) Brechungsindex des isotropen « barter Untersektoren bilden- Man kann also sagen, daß Plättchens 47 ist. Wird ein dielektrisches Material mit diese Vergrößerung ΔΘ von Θ wie folgt definiert ist:
einer Dielektrizitätskonstanten £ verwendet eo hat man 2 π 2 η N ^ 1

Um⁶-die durch den Vektor 42 bezeichnete zirkulär ^{M 1}^^ ^NM

polarisierte Welle in eine linear polarisierte., durch den ¹S Diese Vergrößerung Θ hat, um die Phase wiederherzu-Vektor 46 bezeichnete Welle zu transformieren, muß man stellen, eine Vergrößerung ß der Dicke <? des isotopen also in den Strahlengang ein Viertelwellenplättchen 43 Plättchens zur Folge, die sich nach der Gleichung (i) einschalten, wobei der Vektor 46 den durch die schnelle errechnet zu

und längsame Achse 44 bzw. 45 gebildeten Winkel __ N £ 1 „.

halbiert und außerdem ein isotropes Plättchen 47, dessen ^ ⁰ ~ NM (η—ΪΓ*~

Dicke e proportional ist dem Azimut Θ des elektrischen
Feldvektors 46 relativ "zu einer festgelegten Richtung. Hieraus ergibt sich, daß jeder Untersektor durch ein

Um die Struktur der Linse zu bestimmen, die eine Viertelwellenplättchen gebildet ist, 'dem ein planparalleles ebene zirkulär polarisierte ÜNf oder Ei^₁-WeUe in Zy!in- Plättchen angeschlossen ist, dessen Dicke von einem

derkoordinaten transformiert, muß folgendermaßen, vor- ^S Umtersektor zum nächsten %m Δ& wächst. Der Fall der gegangen werden: H₀].- und E_orWellen bildet .eine mathematische Singulars

Das Querschnittsbüd des .elektrischen Feldes einer tat auf Grund der Tatsache, dajß N ;= .0 ist,
solchen Welle in einer Wellenebene stellt eine Wieder- . Damit die Gleichungen [2) und {3} einen Sinn behalten, holungsordnung N dar, d. h. daß das Qaerschnittsbild muß man sich vorstellen,, daß M unendlich ist ,und daß

j ι τ j. · i. T^ υ - -j 2-ze 3° das Produkt NM -einen ganzen endlichen Wert behält,

des elektrischen Feldes m gegeneinander um -^ ver- _der ^ _{R bezeichnet w}J?_{den sdL Der Zentriwin]sel 4er} schebenen Abschnitten identisch ist Um auf diese Weise _{Ujltersektoren ist äami leida} ^ _{und Me Linse} ^ zn lokalisieren, müssen die anisotropen F-lemente .der " ~ ° K

Linse, die die Richtung des elektrischen Feldes be- durch K Untersektoren gebildet. Der Winkel zwischen stimmen, um die Achse der Linse dieselbe Wiederholungs- 33 der langsamen und schnellen Achse einerseits und den Ordnung aufweisen. Daher setzt sich die Linse aus N Winkelhalbierenden der Untersektoren anderseits ist identischen, nebeneinanderliegenden Sektoren mit einem überaE der gleiche, nämlich 45°. Die Vergrößerung dieses

,7 , .. . , , Zn Winkels beim Übergang von einem Sektor zum andern ist

Zentriwinkel von -^r- zusammen. ■ ^& -^to '

τ, j. O₁, ·,· ., . .,„ . ,, gleich Null, denn er beträgt ■= (M ist unendlich). Die

Jeder dieser Sektoren ist einerseits in M Untersektoren 4P ^{δ 6}M^ '

unterteilt, die ihrerseits nicht mehr identisch sind, aber Gleichung (3) ergibt für die "Änderung der Dicke von j ,., ,7 χ ■ · ι ι 2π , , ,, ..,,, j. einem Untersektor zum folgenden:
den gleichen Zentriwinkel -^j- haben. Man wählt die

Zahl M so, daß in jedem Untersektor der elektrische Ae= —— —. (4)

Feldvektor im wesentlichen «die gleiche Richtung hat. 45 - v* ~~ ^

Weiter taben wurde ausgeführt, daß die -Oberfläche jedes Die Fig. 3 zeigt eine Linse, die eine ebene zirkulär

_O1, si' ,. „ .„ , <nioT_^ i_--n polarisierte Welle in eine H₀₁-WeIIe (Fig. 2) oder in eine

Sektors r-~- die Größenordnung von 1OP hat, wobei R i-, _ΤΙΓ -,, · . „ j,", n ■*. \ L · α. τ-ν· NM ° ' E₀₁-WeIIe m einem Rundholüleiter transformiert. Die

der Radius der Linse ist. Wenn man auf dem gewünschten symmetrisch umlaufende Welle wird durch einen Rund-Querschnittsfeldbild in einer vorgegebenen Entfernung so hohlleiter 1 zur ^Empfangs- oder Sendestelle geleitet, vom Mittelpunkt längs eines Kreises 3 umläuft, ändert Dieser Rundhohlleiter 1 läuft in ein konisches Mundsich der Winkel ß, den der elektrische Feldvektor 46 mit stück 2 aus. Die Linse 9 befindet sich am Ende dieses der Radialrichtung OM (Fig. 1, 2, 4 und 6) bildet, Mundstückes.

kontinuierlich und kehrt zu seinem Anfangswert, der -um .. In Fig. -3 hat die Linse 9 eine erste ebene Fläche 21

2 π erhöht ist, zurück, wenn man :um den Zentriwinkel .55 und eine zweite konvexe Fläche 7, die mit .kreisförmigen

e τ. .. „. , in ,,. . , „. Rillen 10 versehen ist, die eine nichtreflektierende

eines Sektors, nämlich um -^r- umgelaufen ist. Wenn man _c -,· ·,, ,·,·! -,· τ- · a · -j j.

jv ^& üchicht bilden, die Energiereflexionen vermeidet, wenn

von einem Untersektor zum nächsten übergeht, muß diese Fläche von der Welle durchdrungen wird. Diese dieser Winkel also annähernd um % variieren. Die Linse ^f¹ J^{0 haben} f¹¹?. ^{Tiefe von} ftwaehfa Viertel der

M 6o Wellenlänge, und die gegenseitige Entfernung zweier

ist aus anisotropen strahlenförmigen Plättchen zu- nebeneinanderhegender Rillen 10 ist geringer als .eine sammengesetzt, die einen Zentriwinkel Jg- und eine ^aIU Wellenlänge, um die Bildung von Wellen höherer

MM Ordnung zu verhindern.

solche Struktur haben, daß sie sich wie Viertelwellen- Die Vorderfläche der Linse setzt sich aus einer ge-

plättchen verhalten. Die Plättchen sind so .angeordnet, ,65 wissen Anzahl von Untersektoren aus einem für die be-

daß beim Übergang von einem Untersektor zum folgenden nutzten Wellen durchlässigen Material mit einer Dielektri-

Untersektor die Winkel, die die schnelle und die !langsame zitätskonstanten ε zusammen. Es sind im ganzen neun

Achse mit der Winkelhalbierenden des Untersektoxs gleichartige Untersektoren vorhanden, -von denen sechs,

-•υ . , . ··, 2«r „_o und zwar U bis 15 und 19, in der Fig. 3 dargestellt sind,

bilden, sich leweils um — vergrößern. _c"n. χ χ·· jv -u « j· ^ -ui j _Ττ . ι _A

^J M ⁵ 70 Selbstverständlich muß die Zahl der Untersektoren

7 8

verhältnismäßig groß sein, aber sie braucht nicht gerade langsamen Achsen auf der ganzen Oberfläche der Linse

neun zu betragen. gleichbleibt.

Diese Sektoren sind mit geradlinigen Rillen 20 ver- Die Linse gemäß der Erfindung besteht aus einer

sehen, die mit der Winkelhalbierenden des zugehörigen gewöhnlichen Linse und einem Viertelwellenplättchen 4,

Untersektors einen Winkel von 45° bilden. Die Rillen 20 5 das diese Linse bedeckt. Dieses Viertelwellenplättchen

haben eine Tiefe j>, eine Breite ö und einen Abstand α hat die Form einer mit Rillen 5 versehenen Kreisscheibe,

voneinander. Diese Abmessungen sind zweckmäßig so Die Rillen 5 verlaufen auf der ganzen Oberfläche der

gewählt, daß der Untersektor ein Viertelwellenplättchen Kreisscheibe in gleicher Richtung. Das Viertelwellen-

bildet. Jeder Untersektor ruht mit seiner ebenen Seite plättchen transformiert die zirkulär polarisierte Welle in

auf der ebenen Seite 21 der Linse 9 unter Zwischen- io eine linear polarisierte Welle um, und die gewöhnliche

schaltung einer gewissen Anzahl planparalleler Sektor- Linse fokalisiert, wie dies aus der Optik bekannt ist, eine

,..,,, _ ., , ■ , .._a. τ.. ■, λ linear polarisierte ebene Welle nach einem Modul, der in

plattchen 8 mit einer gleichmaß_lgen Dicke ^-^. _erster ^^^g _{einer HirWeUe entspric]lt}.

Unterhalb des Untersektors 11 befindet sich kein plan- Fig. 6 zeigt im Querschnitt das elektrische Feldbild

paralleles Sektorplättchen, unter dem Untersektor 12 15 der zirkulären H₃₁-WeIIe. Die Linien des elektrischen ein Plättchen usf., und unterhalb des Untersektors 19 Feldes sind mit 54 bezeichnet. Man sieht, daß das Feldbild befinden sich acht Plättchen. Hieraus ergibt sich, daß eine Winkelwiederholungssymmetrie der Ordnung drei die Stufen zwischen einem Untersektor und dem nächsten zeigt.

_TT.., λ ,, j-vi- je** Die drei Sektoren I, II und III mit einem Zentriwinkel

eine Hohe von—_; rr haben: nur die absteigendebtuie _Hrtr._o . ,, , ,. _π ,. _{ΛΟ Λη} __ , , _τ .

9(w—l) ' * so von 120 sind durch die Radien 48, 49, 50 getrennt. Jeder

zwischen dem Untersektor 19 und dem Untersektor 11 Sektor ist in vier Untersektoren mit einem Zentriwinkel

, . -ρ..., λ von 30° unterteilt, und zwar I₁ bis I₄, H₁ bis H₄ und IH₁

nat eine ±ione von ^-j. _bis ^ _{In den Uniersektoren} T_{1 bis} ^ _z. _B. _{ist das durcll}

Die Achse der Linse 9 verläuft vertikal (vgl. Fig. 3). den Pfeil 46 bezeichnete Feld nacheinander — in einem Die Linse ist nach vorn durch eine Glocke 22 abgedeckt, 25 bestimmten Augenblick — radial zentrifugal, tangential in welcher ein gegen die Vertikale um 45° geneigter entgegen dem Uhrzeigersinne, radial zentripetal und Spiegel 23 angeordnet ist, der den von der Linse 9 aus- tangential im Uhrzeigersinne.

gehenden Strahl in eine horizontale Richtung reflektiert. Fig. 7 zeigt eine der Flächen der Linse, deren andere

Die Glocke 22 kann um die Achse der Linse 9 gedreht Fläche eine zur Erzeugung der gewünschten Fokalisation werden, um den Strahl in die gewünschte Richtung zu 30 (Umwandlung einer sphärischen Welle in eine ebene werfen. Welle z. B.) erforderliche Form aufweist. Diese andere

Der Brechungsindex eines Untersektors 11 bis 19 für Seite ist z. B. konvex wie die Fläche 7 der Linse 9 in parallel zur Richtung der Rillen 20 polarisierte Wellen ist Fig. 3. Die Linse umfaßt zwölf Untersektoren 511, 512,

513, 514, 521, 522, 523, 524, 531, 532, 533, 534 mit einem 35 Zentriwinkel von je 30°, die durch anisotrope Plättchen gebildet werden, die die Stellung der Untersektoren I₁ bis I₄, H₁ bis H₄, HI₁ bis HI₄ der Fig. 6 einnehmen,
und für senkrecht hierzu polarisierte Wellen Gemäß Fig. 6 dreht sich beim Übergang von einem

Sektor zum andern das Azimut Θ des elektrischen FeId-

(a -f- V) 40 vektors 46 relativ zu einer festen Richtung Ox der Ebene

0 -\- Ba T₁₁₁₁ einen Winkel von weniger als -=~ (der Vektor 46 jjdes

Damit die Wegdifferenz zwischen den in diesen beiden Untersektors I₁ bildet mit Ox einen Winkel Θ gleich

τ,. , , ' . . , ,_T7 τ, j tit . λ T..-1. Null, und der Vektor 46 des folgenden Untersektors I₂

Richtungen polarisierten Wellen den Wert - erhalt, _4g ^ ^ _Οχ ^ _ψ^ _Q ^ _6QO)_ _{Dies ist alg0} ^

müssen die Rillen eine Tiefe f haben, die sich aus der Hinweis, den man bei den Gleichungen (2) und (3) zu Gleichung berücksichtigen hat.

Die Dicke des Sektorplättchens 511 hat einen be- \ ) ■ stimmten Wert e, und diese Dicke vergrößert sich von

-\- εα 5° einem Untersektor zum folgenden um

λ Ν — ¹ ο ^λ «a

errechnet Δ & = λ = (ο)

Wenn man als Material für die Untersektoren Poly- NM{n — l) 6 (w —1)

thene verwendet, für welches ε = 2,6 ist, muß die Tiefe Die Viertelwellenplättchensektoren 511 bis 534 haben

der Rillen 14,3 mm für eine Welle der Länge von 8 mm 55 den gleichen Aufbau wie die Sektorplättchen 11 bis 19

betragen, wenn a = b ist. der Fig. 3, d. h., sie sind Platten aus dielektrischem

Bei H_u-Wellen (Fig. 4) ist der Winkel β des elek- Material, die Rillen 55 von der Breite δ und der Tiefe φ

trischen Feldvektors 46 mit der Radialrichtung OM in haben, zwischen denen sich parallele Rippen 56 von der

der intensiven Feldzone, in der die Feldlinien 54 an- Breite α befinden.

nähernd parallel sind, annähernd gleich dem Winkel oder 60 Sie sind als Abdeckung eines jeden Untersektors in der Azimut γ (Fig. 4) zwischen der Radialrichtung OM und Weise angeordnet, daß die Rillen des abgedeckten Untereiner festen Richtung Ox (diese feste Richtung ist die sektors unter 45° gegen den elektrischen Feldvektor 46 Linie des stärksten Feldes). Der Winkel β vergrößert (Fig. 6) geneigt sind. Die Werte p, a, l· müssen der vorsieh wie das Azimut dieser Radialrichtung, das in dem stehenden Gleichung (5) entsprechen,
a,»- χ TT j. TJ. · τ-, τ. i_ -xj. 2π , , .. . _TT , 65 Wenn die Linse im Bereich der sichtbaren Wellen be-M-ten Untersektor im Durchschnitt -^-betragt. Unter _nutzt ^d, _können die anisotropen Plättchen aus paraUel

diesen Bedingungen bleibt die Richtung des elektrischen zur sechszähligen Hauptachse geschnittenen Quarz-Feldvektors 46 im Bereich des intensiven Feldes an- plättchen bestehen.

nähernd fest, und die Variation Ae ist gleich Null. Obwohl die im einzelnen beschriebenen Beispiele

Hieraus ergibt sich, daß die Richtung der schnellen und 70 speziell eine Linse beschreiben, die eine ebene, homogene,

zirkulär polarisierte Welle in eine H₀₁-WeIIe, eine E₀₁-Welle, eine H₁₁-WeIIe oder eine H₃₁-WeIIe, und umgekehrt, transformiert, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß man gemäß der Erfindung auch Linsen konstruieren kann, die eine zirkulär polarisierte Welle in eine Welle mit vorgegebenem Feld umwandeln können.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dielektrische Linse zur Umwandlung einer linear polarisierten Welle mit vorgegebenem Feld- *° querschnittsbild in eine ebene, zirkulär polarisierte Welle, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse einerseits aus einer Kombination einer plankonvexen Linse gebildet ist, die auf der einen Seite durch einen die Wellenfläche einer linear polarisierten J-5 Welle in eine Ebene verwandelnden Diopter und auf der anderen Seite durch eine mit abgeteilten Flächenelementen versehene ebene Fläche begrenzt ist, wobei die Flächenelemente so klein sind, daß das elektrische Feld darin überall parallel zu sich selbst ist, und die ao andererseits mit planparallelen dielektrischen Plättchen versehen ist, von denen jeweils eines auf die Flächenelemente der ebenen Linsenfläche aufgebracht ist und deren Dicke proportional dem Winkel ist, den der elektrische Vektor des Flächenelements mit einer festen Richtung der Wellenfläche bildet, und die außerdem mit einem Viertelwellenplättchen versehen ist, das derart angeordnet ist, daß der von seiner langsamen und seiner schnellen Achse gebildete Winkel durch den elektrischen Vektor des Flächenelements halbiert wird.

2. Dielektrische Linse nach Anspruch 1, die dazu dient, eine linear polarisierte sphärische Welle, die ein Querschnittsbild mit der Struktur der Module H^₁ und EjV₁ in einem Rundhohlleiter aufweist, in eine zirkulär polarisierte ebene Welle zu transformieren, dadurch gekennzeichnet, daß sie plankonvex ist, daß sie MN planparallele Sektorplättchen besitzt, wobei N die Ordnung in dem tangentialen Sinne des betrachteten Moduls und M eine Zahl ist dergestalt, daß der elektrische Feldvektor der Welle eine im wesentlichen unveränderte Richtung in einem Winkelsektor mit dem Zentriwinkel-Jr=^j: hat, daß jedes Plättchen eine Dicke aufweist, die proportional ist dem (N-—l)-fachen des Winkels, den die Winkelhalbierende des Sektors mit einer festen Richtung bildet, wobei diese Plättchen nebeneinander auf der ebenen Fläche der Linse angeordnet sind, daß sie NM sektorförmige Viertelwellenplättchen besitzt, deren senkrecht zueinander stehende schnelle und langsame Achse derart angeordnet sind, daß jede dieser Richtungen zu dem elektrischen Feldvektor der linear polarisierten Welle in dem Sektor um 45° geneigt ist, wobei auch diese Sektoren nebeneinander auf der Oberfläche der Linse angeordnet sind.

3. Dielektrische Linse nach Anspruch 1, die dazu dient, eine linear polarisierte sphärische Welle mit einem Querschnittsbild, das die Struktur der Module H₀₁, E₀₁ in einem Rundhohlleiter aufweist, in eine zirkulär polarisierte Welle umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß sie plankonvex ist, daß sie K planparallele, sektorförmige Plättchen aufweist, wobei K eine Zahl ist dergestalt, daß der elektrische Feldvektor der Welle eine im wesentlichen unveränderte Richtung in einem Sektor mit dem Zentriwinkel — ist, wobei jeder Sektor eine Dicke hat, die

proportional ist dem Winkel, den die Winkelhalbierende des Sektors mit einer festen Richtung bildet, daß die Sektoren nebeneinander auf der ebenen Fläche der Linse angeordnet sind, und daß sie eine Anzahl von K sektorförmigen Viertelwellenplättchen aufweist, deren schnelle und langsame Achse derart angeordnet sind, daß jede von ihnen unter 45° gegen die Winkelhalbierende des Sektors geneigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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