DE2441540C3 - Selbsttragende, reflexionsarme, dielektrische Abdeckung für Mikrowellenantennen - Google Patents
Selbsttragende, reflexionsarme, dielektrische Abdeckung für MikrowellenantennenInfo
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- H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
- H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
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Description
Die Erfindung betrifft eine selbsttragende, reflexionsarme, dielektrische Abdeckung für Mikrowellenantennen,
bestehend aus einer tragenden Kernschicht und mindestens zwei auf beiden Seiten der Kernschicht
angeordneten Transformationsschichten, deren Stärke t»
einem Viertel der Betriebswellenlänge innerhalb der Transformationsschichten beträgt und deren Dielektrizitätskonstanten
unterschiedlich sind.
Derartige Verkleidungen von Richtfunkantennen werden zur Eisverhütung und/oder aus architektonisehen
Gründen vorgesehen und sind als Radome bekannt. Hierdurch ergeben sich Einfügungsdämpfung
und Diagrammverzerrung in der Hauptstrahlrichtung als wesentliche elektrische Eigenschaften, während
Reflexion und Richtdiagrammveränderung bei hohen "><> Winkeldämpfungen von untergeordneter Bedeutung
sind.
Bei Richtfunkantennen dagegen sind Reflexionen sehr viel kritischer, weil stehende Wellen auf der
Antennenzuleitung zu Gruppenlaufzeitverzerrungen r>r>
und damit zu Störgeräuschen durch Interkanalmodulation führen. Bei Richtfunkantennen sind außerdem in
einem dicht vermaschten Richtfunknetz sehr hohe Anforderungen an die Winkeldämpfung gestellt, um
eine gegenseitige Störung der Strecken zu verhindern. w
Die Verkleidung zur Verhinderung von Reflexionen an dielektrischen oder metallischen Teilen von Hochfrequenz-Sendle-
und Empfangseinrichtungen, bei welchen auf wenigstens einer Fläche des zu verkleidenden Teils
eine Anordnung von wenigstens zwei aufeinanderfol- '··"> genden dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen,
von der Außenseite zu dem Teil hin wachsenden Dielektrizitätskonstanten angebracht ist (nach der
DE-AS 14 41 626) so zu gestalten, daß die dielektrischen Schichten aus homogenen, verlustarmen Materialien
bestehen, ist bekannt Störende Reflexionen werden jedoch von der äußeren, ggf. sofern vorhanden, inneren
Schutzschicht der Radarkuppel hervorgerufen.
Der Reflexionsfaktor kann durch die Schichtung von Materialien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten
in einem bestimmten Frequenzbereich reduziert werden. Aus der Radartechnik sind »Sandwich«-Radome
bekannt, bei denen zwei dünne feste Schichten mit hoher Dielektrizitätskonstante eine dicke Schicht aus
weichem Material (Hartschau, Waben o. ä.) umschließen. Mit dieser Konstruktion lassen sich Reflexionsfaktoren
unter ca. 10% bei relativen Bandbreiten über ca. 20% nicht erreichen. Ferner sind mehrfach geschichtete
Sandwich-Radome bekannt (Oleesky, S.S. et al.: Multiple Sandwich Broad Band Radome. US Patent
30 02 190, 1961), bei denen dünne feste Schichten, die naturgemäß eine hohe Dielektrizitätskonstante haben,
mit ebenfalls verhältnismäßig dünnen Schichten, die stark aufgeschäumt sind und daher eine niedrige
Dielektrizitätskonstante haben, abwechseln. Dadurch wird eine hohe mechanische Festigkeit erreicht und
wegen eier geringen Dicke der Einzelschichten verhält sich die geschichtete Platte bis zu hohen Frequenzen
wie eine Platte aus homogenem Materia! mit einer Mischdielektrizitätskonstanten. Die weichen Schichten
sind etv/a um den Faktor 7 dicker als die harten Schichten, daher ist die Mischdielektritzitätskonstante
verhältnismäßig niedrig. Der Reflexionsfaktor einer solchen Struktur — wie zu diesem Aufbau durchgeführte
Rechnungen ergaben — ist aber nicht kleiner als bei Platten aus Hartschaum mit großer Wandstärke und
niedriger Dielektrizitätskonstanten.
Große Bandbreiten bei niedrigeren Reflexionsfaktoren sind durch eine Stufung der Dielektrizitätskonstanten
erreichbar, wie sie aus der Theorie mehrstufiger Hochfrequenztransformatoren bekannt ist (Mayer:
Mehrstufige λ/4 Transformatoren. AEÜ21 (1967) S. 131 -139). Die Schichtung muß dabei in Stufen einer
Viertelwelieiiiänge vom optisch dünnen zum optisch dichten Medium erfolgen, weil der Brechungsindex
proportional zum Wellenwiderstand ist.
Bei Kunststoff-Hartschaum ist die Dielektrizitätskonstante (Quadrat des Brechungsindex) proportional zum
spezifischen Gewicht bzw. der mechanischen Dichte. Die Oberfläche der Abdeckplatte ist bei einer
breitbandigen Stufung so weich, daß sie nicht der Witterung ausgesetzt werden kann. Dünne mechanisch
feste Schutzschichten aus Kunststoffen mit notwendigerweise hoher Dielektrizitätskonstante lassen aber
den Effekt der breitbandigen Reflexionsarmut der geschichteten Platten weitgehend verloren gehen.
Die Erfindung geht dabei von einer selbsttragenden, dielektrischen Abdeckung für Mikrowellenantennen
aus, die ähnlich der US-PS 30 02 190 aus mehreren, unterschiedlich dicken Schichten verschiedener mechanischer
Festigkeit und Dielektrizitätskonstanten zusammengesetzt ist und bei der auch wenigstens auf einer der
beiden Außenseiten eine dünne feste Schutzschicht vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei Verwendung von Schutzschichten, dafür zu sorgen, daß an der
Oberfläche derartiger bekannter Abdeckungen ein möglichst niedriger Reflexionsfaktor erhalten bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Verwendung einer Schutzschicht auf der
Außenoberfläche von mindestens einer der äußersten
Transformationsschichten mit höherer mechanischer Festigkeit und höherer Dielektrizitätskonstante als
diese Transformationsschicht eine Kompensationsschicht
vorgesehen ist, deren Stärke und Dielektrizitätskonstante
der der Schutzschicht entspricht und die zwischen der äußersten und der nächst inneren
Transformationsschicht angeordnet ist, und daß die Kernschicht ungefähr eine Dicke eines Vielfachen der
halben Betriebswellenlänge aufweist Überraschend ist hierbei, daß durch Einfügen einer Kompensationsschicht unumgängliche und schädliche Reflexionen der
technisch notwendigen Schutzschicht aufgehoben werden.
Die Schichtung der dielektrischen Antennenabdekkung nach der Erfindung mit fester äußerer Schutzschicht
ist breitbandig in einem großen Winkelbereich reflexionsarm. Es ist damit möglich, mit wenigen
PlaUentypen den gesamten Frequenzbereich der Richtfunktechnik abzudecken.
Bei Veränderungen der Winkel zwischen Antennen und Abdeckplatte, bei Veränderung der Polarisation
und bei Frequenzänderungen innerhalb eines oder zweier in der Frequenz benachbarter Richtfunksysteme
sind keine baulichen Veränderungen erforderlich.
Zweckmäßig beträgt die elektrische Dicke der äußersten λ/4 Transformationsschicht und der Kompensationsschicht
zusammen etwa ein Viertel der Betriebswellenlänge.
Schutzschicht und Kompensationsschicht können auf beiden Seiten der Abdeckung oder in einer kostengünstigeren
Anordnung nur auf einer Seite der Abdeckung vorgesehen sein.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand zweier Figuren erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ausführungsform mit beidseitig aufgebrachter äußerer Schutzschicht,
Fig.2 eine Ausführungsform mit einseitig aufgebrachter
äußerer Schutzschicht.
In der F i g. 1 ist ein Querschnitt einer symmetrisch aufgebauten, aus 11 Schichten bestehenden Abdeckplatte
dargestellt. Die symmetrisch zur Kernschicht 6 angeordneten verschiedenen Schichten 1—5 tragen auf
beiden Seiten die gleichen Bezugszeichen.
Die Dichte der Kreuzschraffur ist etwa proportional zur Dielektrizitätskonstanten der Schichten. Die Schicht
1 ist eine mechanisch feste Schutzschicht. Die Schichtdicke soll so klein wie möglich, in jedem Fall
wesentlich kleiner als die Viertelwellenlänge der höchsten Betriebsfrequenz sein. Die Dielektrizitätskonstante
der Schutzschicht soll so niedrig wie möglich sein, so daß die notwendige mechanische Festigkeit der
Oberfläche gerade erreicht wird. Das Material soll außerdem wasserdicht und wasserabstoßend sein. Es
eigenen sich z. B. glasfaserverstärkte Kunststoffe mit einer Dielektrizitätskonstanten εΓ »4,5 und einer
Schichtdicke von 0,1 mm bis 0,5 mm oder Epoxidharz lacke mit er » 3,5 mit Schichtdicken von 03 bis 1 mm.
Die Schichten 2,4 und 5 sind in ihrer Dielektrizitätskonstanten
analog zu den bekannten Wellenwiderstandsstufungen bei Hochfrequenztransformatoren so
abgestuft, daß eine möglichst breitbandige Anpassung der Welle an die Dielektrizitätskonstante der mittleren
mechanisch tragenden Schicht 6 erfolgt Die Schichten 4 und 5 sind eine Viertelwellenlänge dick, wobei von der
Wellenlänge im jeweiligen Material auszugehen ist Die äußerste Transformationsschicht hat eine etwas abweichende
Bemessung ihrer Dicke, die noch erläutert wird. Die Anzahl der Zwischenschichten kann verändert
werden, z. B. kann die Schicht 5 entfallen oder zwischen den Schichten 5 und 6 können noch weitere Transformationsschichten
mit der Dicke einer Viertelwellenlänge liegen. Die Dielektrizitätskonstanten der Schichten 2,4,
5 und 6 steigen monoton an. Die Dicke der mittleren Schicht 6 beträgt etwa ein Vielfaches der halben
Betriebswellenlänge.
Nach der Erfindung wird nun zwischen den Schichten 2 und 4 eine Schicht 3 angebracht, die aus dem gleichen
Material wie die Schutzschicht 1 besteht und etwa die gleiche Schichtdicke hat. Die Schicht 3 dient zur
ίο Kompensation der Reflexion der Schicht 1. Die Dicke
der äußersten Transformationsschicht 2 wird so bemessen, daß sie zusammen mit der Dicke der
Kompensationsschicht 3 etwa ein Viertel der Betriebswellenlänge beträgt. Mit der Kompensationsschicht 3
-S5 lassen sich Reflexionsfaktoren unter 5% bei Bandbreiten
von elwa einer Oktave erreichen.
In Fig. 1 ist eine symmetrische Anordnung der
Schichten 1 bis 5 bezüglich der mittleren Schicht 6 dargestellt
4Ii Bei einer wetterfesten Verkleidung von Räumen ist
die Schutzschicht auf der Innenseite u. U. nicht erforderlich, hier ist die kostengünstigere unsymmetrische
Ausführungsrorm nach F i g. 2 anwendbar, bei der einseitig die Schutzschicht und die Kompensations-
■* > schicht fehlen. Die Dicke der Transformationsschicht 7
muß eine Viertelwellenlänge sein. Die Schicht 7 ist damit etwas dicker als die Schicht 2, besteht aber aus
demselben Material. Der übrige Aufbau und die Bemessung der Schichten entsprechen der Ausfüh-
■"><> rungsform nach F i g. 1.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Selbsttragende, reflektionsarme dielektrische Abdeckung für Mikrowellenantennen, bestehend aus
einer tragenden Kernschicht und mindestens zwei auf beiden Seiten der Kernschicht angeordneten
Transformationsschichten, deren Stärke einem Viertel der Betriebswellenlänge innerhalb der Transformationsschichten
beträgt und deren Dielektrizitätskonstanten unterschiedlich sind, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß bei Verwendung einer Schutzschicht auf der Außenoberfläche von mindestens
einer der äußersten Transformationsschichten mit höherer mechanischer Festigkeit und
höherer Dielektrizitätskonstante als diese Transformationsschicht
eine Kompensationsschiciit vorgesehen ist, deren Stärke und Dielektrizitätskonstante
der <Jer Schutzschicht entspricht und die zwischen
der äußersten und der nächst inneren Transformationsschicht angeordnet ist, und daß die Kernschicht
ungefähr eine Dicke eines Vielfachen der halben Betriebswellenlänge aufweist.
2. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Dicke der äußersten λ/4
Transformationsschicht (2) und der Kompensationsschicht (3) zusammen etwa ein Viertel der
Betriebswellenlänge beträgt.
3. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Schutzschicht (1) und Kompensationsschicht (3) auf beiden Seiten der Abdeckung
vorgesehen sind (F i g. 1).
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