用于电磁波的可控相位控制元件制造技术

一种根据本发明专利技术的可控相位控制元件，包括驱动单元(2)和支撑件(3)，至少两个在波的入射方向上前后排列的偏振器(4)安装在该支撑件上。每个偏振器(4)均设计为能够将圆形偏振信号转换为线性偏振信号。驱动单元(2)被设计为使得支撑件(3)以及连同的偏振器能够以可自由选择的角度范围旋转。

Controllable Phase Control Element for Electromagnetic Wave

A controllable phase control element according to the present invention includes a driving unit (2) and a support (3), on which at least two polarizers (4) arranged in front and back of the incident direction of the wave are mounted. Each polarizer (4) is designed to convert a circularly polarized signal into a linearly polarized signal. The driving unit (2) is designed to enable the support (3) and the polarizer together to rotate in a freely selected angle range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电磁波的可控相位控制元件
本专利技术涉及一种用于电磁波的可控相位控制元件，特别是用于GHz频率范围并且特别用于天线。
技术介绍
多种HF系统在信号处理时使用可控相位控制元件(“移相器”)。一个重要的应用领域是天线或天线系统，其主要是涉及信号的相位相干叠加。已知借助可控相位控制元件(“移相器”)能够空间地改变静止的天线组的天线图。从而主射束能够转向不同方向。此外相位控制元件改变由阵列天线的不同的单个天线接收或发送的信号的相对相位。如果通过相位控制元件相应地调整单个天线的信号的相对相位，则阵列天线的天线方向图的主瓣(“主射束”)指向期望的方向。当阵列天线在诸如汽车、飞机或轮船这样的移动载体上时，相位控制的任务是在移动载体的空间运动期间使阵列天线的主射束总是最优地对准目标。相反地，例如在静止的雷达天线的情况下，能够借助相位控制跟踪移动的目标。当前已知的相位控制元件主要由非线状实体(“固态移相器”)，主要为铁氧体、微开关(MEMS技术，二进制开关)或液晶(“liquidcristals”)构成。然而这些技术都具有如下缺点，即它们都经常导致严重的信号损失，因为高频功率的部分在相位控制元件中被耗散。特别是在GHz范围的应用中，阵列天线的天线效率由此急剧下降。此外，使用传统的相位控制元件的相控阵列天线非常昂贵。特别是对于10GHz以上的民用应用，这阻碍了应用。另一个问题是对阵列天线的天线图的精确控制的要求。如果阵列天线用于与卫星的无线电中继应用，则对天线图的调整一致性具有严格要求。在发送模式中，对于每个主射束方向，调整掩膜的图都必须遵从。这只能通过使阵列天线的每个单个的天线元件的幅度和相位在各个时间点均为已知来可靠地确保。然而，当前已知的用于相位控制元件的技术均无法在相位控制元件之后实现可靠的瞬时的，即，即时的、无需额外计算即可的信号的相位的确定。因此，需要随时能够可靠地确定相位控制元件的状态。然而，这实际上对于固态移相器和MEMS移相器或者液晶移相器都是不可行的。从DE3741501已知一种用于天线的馈送系统，其能够传输不同的极化波。该馈送系统使用固定的90°的移相器和移动的180°的移相器，从而能够互相调整两个波的相位。EP0196081A2示出一种高频耦合器，其具有多个顺次排列的移相器。从DE3920563A1已知一种用于抛物面天线的馈送系统，其安装在可旋转支撑件上，并且包括偏振器(Polarisator)和偏振分向滤波器(Polarisationsweiche)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可控的相位控制元件，特别是对于GHz频率范围并且特别是用于天线，其中1.允许信号的相对相位的精确控制；2.不引起损耗或者仅引起非常小的损耗；3.在任何时刻都允许瞬时确定所施加信号的相位；并且4.能够低成本地实现。通过根据本专利技术的具有权利要求1和19的特征的可控相位控制元件以及具有该相位控制元件的天线实现上述目的。从从属权利要求、说明书以及附图获得本专利技术的其它有利改进方案。一种根据本专利技术的可控相位控制元件，包括驱动单元(2)和支撑件(3)，至少两个在波的入射方向上前后排列的偏振器(4)安装在该支撑件上。每个偏振器(4)均被设计为能够将圆形偏振信号转换为线形偏振信号。驱动单元(2)设计为使得支撑件(3)能够旋转。从而，偏振器(4)旋转并且以自由选择的角度旋转，并且根据期望地调整信号的相位。附图说明图1示出了操作原理，其它视图示出了：图2示出圆波的相移；图3示出平面图中的偏振器；图4示出波导中的相位控制元件；图5示出一个天线内部的多个相位控制元件；图6示出具有侧面地布置的驱动器的相位控制元件的另一实施例；图7、8示出具有偏振器对的相位控制元件的其他实施例；图9-11示出具有额外的偏振器的相位控制元件的其他实施例以及圆波的相移。参考标记列表1相位控制元件2驱动单元3支撑件4，4a，4b偏振器5旋转轴6天线元件10馈送网络11微处理器31耦出件32耦入件33连接元件41，42其他偏振器50波导管节51波导52波导轴53滚轮54链轮55齿轮联轴器56轴具体实施方式在图2中示出了本专利技术的基本操作原理。具有圆形偏振和相位的入射波5a通过第一偏振器4a转换为具有线性偏振5b的波。其通过第二偏振器4b再次转换为具有圆形偏振5c的波。如果此时相位控制元件1借助驱动单元2转动角度Δθ，则线性波的偏振矢量5b在两个偏振器4a与4b之间在与传播方向垂直的平面中跟着旋转。因为偏振器4a和4b同样跟着旋转，所以由第二偏振器4b生成的圆波5c具有的相位，如图2所示。由于根据本专利技术的可控相位控制元件的构造，出射的圆波5c与入射的圆波5b之间的相位角差与相位控制元件1的旋转之间的关系是严格的线性的、稳定的并且为严格的2π周期。此外，任何相位旋转或相移都可以通过驱动单元2连续地调节。因为在电动力学上，相位控制元件1有利地是纯无源部件，其不必包含任何非线性部件，所以其功能是完全互易的。即，从下向上穿过相位控制元件1的波与从上向下穿过相位控制元件1的波的相位以相同的方式旋转。并且，设备的波阻抗在设计上完全与入射波和出射波的相对相位无关，与诸如半导体移相器或液晶移相器这样的非线性移相器的情况不同。在这些移相器中波阻抗取决于相对相位，使得这样的部件难以控制。优选地，至少两个偏振器4a和4b安装为与入射波的传播方向垂直并且在支撑件3中互相平行。旋转轴6优选地位于入射波的传播方向上。这种情况下，可控相位控制元件实际上无损耗地操作，因为在适当的布局下由偏振器4a、4b和电介质保持器3造成的损失非常小。例如在20GHz的频率下，总损失少于0.2dB，相当于超过95％的效率。相比之下，传统的移相器通常在该频率下已经具有几dB的损耗。如果驱动单元2此外还配备有角位置传感器或者如果其自身已经被赋予角位置(就像例如在某些压电电机中的情况一样)，则出射波5c的相位能够准确地瞬间确定。因为相位控制元件1的简单构造以及仅需要构造十分简单的驱动单元2的事实，使得能够非常低成本地实现相位控制。而且，大量复制也很容易实现。作为驱动单元2，可以是例如低成本的电动机以及压电电机或由电活性材料构成的简单致动器。偏振器4a、4b例如可以由简单的、平坦的弯曲型偏振器构成，其施加在支撑材料上，例如射频电路板。这些偏振器可以通过已知的蚀刻方法或者通过加成法(“电路印刷”)制造。如图3所示，至少两个偏振器4a和4b优选地具有关于轴5对称的形状。图3所示的偏光镜4a、4b被设计为弯曲型偏振器。然而，如本领域技术人员已知的，还存在许多其他可行的用于电磁波的偏振器的实施方式，其能够将圆形偏振的波转换为线性偏振的波。对于支撑件3，可以使用介电材料，如具有非常小的HF损耗的低密度的闭孔泡沫，还可以使用塑料材料，如聚四氟乙烯(Teflon)或聚酰亚胺。因为在一个波长范围内，特别是在10GHz以上的频率中，相位控制元件的尺寸小，所以相应的阻抗匹配下HF损耗也非常小。参考以下附图借助多个实施例说明本专利技术的操作原理。图4示意性地示出一个示例性应用中的天线元件6，根据本专利技术的相位控制元件连接在该天线元件的上游。在发送操作中，信号经由耦入部31向波导管节2中输入。然后信号经过相位控制元件1，并且经由耦出部32导向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁波的可控相位控制元件(1)，具有：驱动单元(2)；支撑件(3)；以及至少两个偏振器(4)，其中所述至少两个偏振器(4)安装在所述支撑件3上，每个所述偏振器(4)均设计为将圆形偏振信号转换为线性偏振信号，并且所述驱动单元(2)与所述支撑件(3)连接为使得所述偏振器(4)能够旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.08 DE 102016112583.01.一种用于电磁波的可控相位控制元件(1)，具有：驱动单元(2)；支撑件(3)；以及至少两个偏振器(4)，其中所述至少两个偏振器(4)安装在所述支撑件3上，每个所述偏振器(4)均设计为将圆形偏振信号转换为线性偏振信号，并且所述驱动单元(2)与所述支撑件(3)连接为使得所述偏振器(4)能够旋转。2.根据权利要求1所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述偏振器(4)互相平行地并且与入射波的传播方向垂直地安装在所述支撑件(3)上。3.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述支撑件(3)能够绕着位于入射波的传播方向上的轴旋转。4.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述偏振器(4)和/或所述支撑件(3)具有关于所述支撑件(3)的旋转轴旋转对称的形状。5.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述偏振器(4)设计为弯曲型偏振器或者片式偏振器。6.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述支撑件(3)具有轴，该轴与所述驱动单元(2)连接。7.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述支撑件(3)由塑料构成。8.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述支撑件(3)由闭孔泡沫构成。9.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，具有轴对称形状。10.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述驱动单元(2)包含电动机或压电电机。11.根据前述权利要求之一所述的可控相位控制元件(1)，其中，所述驱动单元(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：约格·欧本兰德，亚历山大·莫辛格，
申请(专利权)人：利萨·德雷克塞迈尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE