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Zirkulare Polarisation mit Hornstrahlern


Bild 1: zirkulare Polarisation durch die Speisung

Eine zirkulare Polarisation in einem Hornstrahler kann mit zwei separaten Einspeisungen mit 90° Phasenunterschied zwischen beiden Signalen in einen Hohlleiterabschnitt erzielt werden. Die Verzögerung eines Signalanteils um 90° bewirkt die zirkulare Polarisation.


Bild 2: Polarisationsändernde Platte

Wenn ein linear polarisiertes Signal durch eine Polarisationsebene geführt wird, kann ebenfalls eine zirkulare Polarisation entstehen. Die Polarisationsebene ist um 45° verdreht, so dass eine Komponente des Signals ungehindert passieren kann, während die andere Komponente eine Verzögerung erleidet.

Diese Methode der Polarisationsänderung wird auch bei einigen Cassegrain- Antennen verwendet.)

Übergang von Koaxialkabel
zum Hohlleiter
um 45° gedreht

Bereich der Umwandlung in eine orthogonale Richtung und Verzögerung einer Komponente

Bild 3: Polarisationsänderung in einem Hohlleiterabschnitt

Eine weitere Methode ist, die Speisung des Hohlleiterabschnittes gegenüber dem Hornstrahler um 45° versetzt anzubringen. Es können dann mehrere Methoden angewendet werden, um eine ausgewählte orthogonale Komponente zu verzögern.


Bild 4: Übergang von rechteckigem zu rundem Hohlleiterquerschnitt für den Anschluss von runden Rillenhornstrahlern


Bild 4: Übergang von rechteckigem zu rundem Hohlleiterquerschnitt für den Anschluss von runden Rillenhornstrahlern

Lambda-Viertel-Platte

Bild 5: Lambda-Viertel-Platte für elektromagnetische Wellen

Bild 5: Lambda-Viertel-Platte für elektromagnetische Wellen

Um zu verstehen, was in dieser Platte geschieht, muss man sich in Erinnerung rufen, was mit elektromagnetischen Wellen geschieht, wenn sie auf ein elektrisch leitendes Hindernis stoßen, welches eine wesentliche Ausdehnung in der Richtung der elektrischen Feldlinien hat. Hier sind es erst einmal nur dünne gespannte Drähte, die in Richtung der Feldlinien des elektrischen Feldes gespannt sind. In unserem Fall ist dieses Objekt wesentlich größer als die Wellenlänge - es wirkt als Reflektor. Wenn jedoch die geometrische Länge senkrecht zu den elektrischen Feldlinien steht, dann wirkt nur die Dicke des Drahtes. Diese ist gegenüber der Wellenlänge vernachlässigbar klein und dieser Draht hat also keine Auswirkung auf die Ausbreitung der Welle.

Wenn diese Drähte jedoch um 45° gedreht werden, dann teilt sich die elektromagnetische Welle auf: ein Teil passiert das Hindernis um mindestens 3 dB gedämpft, ein zweiter Teil wird durch die Drähte aufgenommen. Ist der Draht relativ dünn, dann wird dieser Teil reflektiert.

Wenn dieser Draht in Ausbreitungsrichtung der Welle eine größere Dimension hat (praktisch in Form von Lamellen: siehe Bild: 5), dann wird der von diesem elektrischen Leiter aufgenommene Energieanteil nicht reflektiert, sondern in Ausbreitungsrichtung weitergeleitet und dort wieder abgestrahlt.

Beide Komponenten haben eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit: die Welle im Freiraum hat etwa Lichtgeschwindigkeit, die leitungsgebundene Welle in der Lambda-Viertel-Platte ist um einen Faktor (materialabhängig etwa 0,7-fach) langsamer. Wenn die Breite der Lamellen abgestimmt ist, dass die leitungsgebundene Komponente um genau ein Viertel der Wellenlänge verzögert wird, dann überlagern sich beide Komponenten zu einer zirkular polarisierten Welle, ähnlich wie bei der Speisung eines Hohlleiters mit zwei um 90° versetzten Dipolen. Der Drehrichtungssinn ist abhängig davon, ob die Lamellen um +45° oder um -45° angeordnet sind. (Wichtig: die Breite der Lamellen ist nicht ¼λ, sondern die Verzögerung der einen Teilkomponente während der Breite der Lamellen beträgt ¼λ!)

Der Vorgang ist reversibel indem die Lamellen in einer nachfolgenden Platte um 90° gedreht angeordnet werden. Mehrere derartige Lambda-Viertel-Platten, deren Lamellen alle gleich ausgerichtet sind, haben dagegen folgende Wirkung:

  1. aus einer linear-horizontal polarisierten Welle wird eine zirkular polarisierte Welle;
  2. in der Folge wird daraus in einer zweiten Platte wieder eine linear polarisierte Welle, jedoch nun vertikal polarisiert;
  3. danach in einer dritten Platte wird daraus wieder eine zirkular polarisierte Welle, deren Drehrichtungssinn entgegengesetzt zu 1. ist;
  4. in der vierten Platte (praktisch nach 360° Verzögerung einer Komponente) wird daraus wieder die Polarisationsart und -richtung der Ausgangswelle, hier also linear-horizontal.