[发明专利]用于改变和测量无线电波的偏振的装置以及该装置的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置及其用于测量旋转角度和移位的应用。

背景技术

本发明涉及一种用于改变和测量无线电波的偏振的装置，还涉及一种传感器，其通过无线电波的偏振来测量旋转的机械角度和移位。其能够快速并且没有很长延迟的(实时的)进行测量，从而允许该装置被用于移动迅速的物体的控制回路，例如在伺服机构中。

利用合适的传感器能够通过测量偏振光来测量旋转的机械角(DE 10 2005 031 966 B4)。这种类型的角度传感器具有多种良好的特性，这使得其区别于其他的角度传感器。最显著的特性在于，传感器和信号发射器之间的平移不变性。一方面，这使得调节和校准过程明显简化，另一方面，这带来了对于机械振动的不敏感性。

在某些情况中，采用偏振光来测量角度，尽管有其稳健性，仍然存在一些缺陷。一个缺陷在于，采用光学材料作为转换器。一些光学材料是易碎的(玻璃)或者容易刮伤的(塑料薄片)。对于传感器来说，很难将光的发射器和接收器集成起来，因为二者一般是由不同材料制成的，虽然已经取得了一些进步(例如，芯片上的OLED)。此外，LED的使用寿命是有限的，特别是在高温或腐蚀环境中。最后，采用光要求透明度以及或多或少清洁的表面，这一方面制约了什么样的材料能够被使用，另一方面，在极端粗糙的条件下，使得传感器的运行困难。

因此，倘若能够利用偏振测量的有利之处，同时又能够消除与光学器件相关的问题，倘若受到LED和光学偏振过滤器限制的温度范围能够扩宽，将会很好。

偏振是所有电磁波的重要特性，从射频段到光频段及其之外的频段。在光学领域，偏振被用于多种情形中，例如用于抑制反射或机械应力的可视化。在偏振传感器的辅助下，表面特征同样可以被检测到(EP 1 507 137 B1)。在通讯技术中，光的偏振还被用于调制光信号(CA 2 193 754C)。

在无线电波波段(最广义来讲是指射频段)偏振有时被用于提高通讯信道的数据速率，因为正交偏振波彼此不相干涉(GB 618 615 A)。相反地，天线发射的主要的偏振能量将会导致不良影响，例如，在无线电天线没有对齐的情况中，就会出现接收差的现象。

DE 10 2011 078 418 A1描述了一种通过毫米波的方式来进行的表面椭圆分析，其同样是基于对偏振的变化的计算。这涉及粗糙度、层厚度以及其他参数的确定。

当从光波改变成明显减慢的无线电波时，用于这些波的材料也会显著改变。发射器和接收器的组件以及发射器和接收器的特性也存在显著的改变。就这点而言，用于无线电波的天线与LED或光电二极管没有任何共同之处。对于材料，无线电波的显著增长的波长产生这样的效果，即在很大程度上灰尘的影响明显减小，这归因于波长和物体的尺寸之间的关系，也归因于灰尘的特性。同时金属和沙子对于光频具有可比性，而基于较长的无线电波的效果完全不同。

同样地，在雷达技术中，偏振被用于一些情况中，例如，为了测量诸如隐藏的管道的物体的位置(US 4，728，897)。这里的应用是基于这样的事实，即如果采用不同偏振的发射信号重复雷达测量并形成关联，隐藏的细长物体的较弱的回波能够从较强的非期望的回波中区别开来。然而，雷达技术通常涉及测量距离和速度，例如测量运行时间或多普勒效应。在该篇文献中，偏振是相当混乱的，由于其能够加重某种物体的可探测性，因为物体的雷达回波能够随着其相对于雷达单元的对准情况而改变。

雷达一般应用于未知物体/不属于雷达单元的物体的探测。这些物体可能是隐藏的管、其他船或飞机、汽车或人类。

所使用的雷达频率取决于各自的应用，例如，因为可获取的范围和分辨率的变化取决于频率，还因为期望被探测到的物体(汽车或人类)必须被准确地探测。因此，很长时间内，非常高的频率只能通过特殊管道的方式产生，后来是通过昂贵的特殊半导体来产生，但是最近也通过硅来产生。除了微电子学中的卓越进步使得传统开关技术应用至较低的THz范围成为可能，还存在非常精巧的方式来以管道原有的操作方式来操作半导体，例如通过激发等离子体振动(Pfeiffer，“0.25微米CMOS工艺技术中的0.65THz焦平面阵列”，IEEE，固态电路杂志，第44卷，第7期，2009年7月)。这样的方式允许采用相对较小并且低成本的系统，在理想的情况中，可以是单片集成的系统，来产生和探测THz范围内的无线电波。