DE69013839T2 - Zwei dielektrische Anpassungsschichten aufweisende Struktur für Radome und Linsen für grosse Einfallswinkel. - Google Patents
Zwei dielektrische Anpassungsschichten aufweisende Struktur für Radome und Linsen für grosse Einfallswinkel.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf Radome und Linsen, sowie insbesondere auf einen Radom oder eine Linse mit zwei impedanzmäßig abgestimmten Schichten.
- Elektromagnetische Antennen, einschließlich Radarantennen, werden unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen eingesetzt. Ohne Schutz sind solche Antennen nachteiligen Auswirkungen durch Regen, Hitze, Erosion, Druck und andere Schadensquellen ausgesetzt, abhängig davon, wo die Antenne verwendet wird. Radarantennen werden z. B. bei Raumfahrtanwendungen, Luftfahrtanwendungen, Schiffahrtanwendungen und bei Anwendungen zu Lande eingesetzt. Bei jeder dieser Anwendungen wird eine Antenne einer unterschiedlichen Folge von Umweltkräften ausgesetzt, von denen einige das Potential haben, eine nicht geschützte Antenne funktionsunfähig zu machen oder stark zu beschädigen.
- Um eine Antenne gegen die nachteiligen Auswirkungen ihrer Umgebung zu schützen, wurden Antennen durch Hüllen eingeschlossen, die die Antennen gegen ihre Umgebung schützen. Das Schützen der Antenne wird typischerweise durch Einschließen in einem relativ kleinen Gehäuse erreicht, das groß genug ist, um eine scannende Bewegung der Antenne nicht zu behindern. Die für Radarantennen benutzten abschirmenden Gehäuse werden üblicherweise Radome genannt.
- Um die Antenne gegen die umgebende Umwelt abzuschirmen, ist ein besonderes Design eines Radomes erforderlich, wobei gleichzeitig keine Beeinflussung der zu und von der Antenne transportierten Signale erfolgen darf und die Gesamtfunktion des Systems, auf dem die Antenne befestigt ist, nicht beeinträchtigt werden darf. Zum Beispiel schützt ein Radom eine Antenne bei Luftfahrtanwendungen gegen aerodynuische Kräfte und Meteoriten-Schäden, während zugleich eine Sendung und ein Empfang von Radarwellen ermöglicht wird, und wobei verhindert wird, daß die Antenne die aerodynamischen Charakteristika des Luftfahrzeugs verändert, an dem es befestigt ist. Radome werden bei Schiffahrtanwendungen eingesetzt, um Antennen gegen Wind- und Wasserschaden zu schützen und gegen Drücke von in der Nähe befindlichen Geschützen.
- Linsen wurden im Zusammenhang mit Hornantennen eingesetzt, um die Aussendung und das Empfangen von elektromagnetischen Signalen zu ermöglichen. Die Linse wird typischerweise im Ausbreitungsweg des elektromagnetischen Signals und vor der Hornantenne angeordnet. Die Linse wird verwendet, um das Signal abzulenken oder zu fokussieren, wenn das Signal ausgesendet oder empfangen wird.
- Von besonderer Bedeutung sind die elektromagnetischen Charakteristika des bei der Herstellung des Radoms oder der Linse verwendeten Materials. Gegenwärtig besitzen die zur Herstellung von Radomen und Linsen verwendeten Strukturen Dielektrizitätskonstanten, die nicht derjenigen des leeren Raums oder der Atmosphäre entsprechen. Die sich ergebende Fehlabstimmung der Impedanz kann zu Reflexionen an den Grenzen des Radomens oder der Linse führen, kann zu Verzerrungen und zum Verlust des elektromagnetischen Signals führen. Die nachteiligen Folgen einer Impedanz-Fehlabstimmung erlangen besondere Bedeutung, wenn die elektromagnetischen Signale unter großen Einfallswinkeln in bezug auf den Radom oder die Linse ausgesendet oder empfangen werden. Es wurden in der Vergangenheit Versuche angestellt, um die Auswirkungen der impedanzmäßigen Fehlabstimmung zwischen der Atmosphäre oder dem leeren Raum in Kontakt mit dem Radom oder der Linse zu minimieren. Zum Beispiel haben bisherige Versuche, einen Radom oder eine Linse mit einer Dielektrizitätskonstante von:
- εRadom oder Linse = 4 * ε&sub0;
- (wobei ε&sub0; die Dielektrizitätskonstante des leeren Raumes ist) impedanzmäßig abzustimmen, eine einfache impedanzmäßig abgestimmte Schicht zwischen dem Radom oder der Linse und der Atmosphäre umfaßt. Diese impedanzmäßig abgestimmte Schicht hat typischerweise eine Dielektrizitätskonstante, deren Wert zwischen der der Atmosphäre oder des leeren Raums und der des Radoms oder der Linse liegt. Diese impedanzmäßig abgestimmten Designs haben einen guten Erfolg nur dann gezeigt, wenn elektromagnetische Signale geringe Einfallswinkel aufweisen. Diese herkömmlichen Anordnungen haben gleichfalls eine erhebliche Sensitivität auf Signalpolarisation gezeigt.
- Gemäß der US-A-3 101 472 ist ein Verfahren bekannt geworden, um einzelne dielektrische Linsen frei von Reflexion zu halten, indem die Oberflächen mit einer Viertelwellen-Beschichtung eines Materials versehen werden, das einen Brechungsindex aufweist, das der Quadratwurzel des Brechungsindex der Linse entspricht. Bei einer alternativen Ausführung verwendet das bekannte Verfahren Phasenplatten, die aus einem geschichteten Dielektrikum bestehen, dessen Brechungsindex sowohl in radialer als auch in axialer Richtung variiert ist. Eine Anzahl von gehäuseartigen Schichten unterschiedlicher Brechungsindices, die eine phasenkorrigierende Anordnung bilden, die graduell in radialer und auch in axialer Richtung variiert, kann gemäß dieser Druckschrift verwendet werden.
- Ferner sei auf die DE-A-2 441 540 hingewiesen, die eine vielschichtige Struktur oder einen Radom gemäß dem Oberbegriff von Anspruch i bzw. 8 offenbart. Gemäß diesem Dokument kann eine vielschichtige Struktur oder ein Radom zahlreiche Schichten mit einer Dielektrizitätskonstante aufweisen, die von der Mitte zu der äußeren Schicht hin abnimmt. Gleichfalls können die verschiedenen Schichten abgestimmt werden, um eine möglichst optimierte Übertragungsbandbreite zu erreichen.
- Die gegenwärtige Erfindung stellt ein impedanzmäßig abgestimmtes Design für eine Anordnung, wie etwa eine Linse oder ein Radom und die umgebende Umwelt zur Verfügung. Das Design verwendet zwei impedanzmäßig abgestimmte Schichten. Die gegenwärtige Erfindung ermöglicht eine optimierte Übertragungscharakteristik, die eine minimale Polarisationsempfindlichheit aufweist. Gemäß der Erfindung wird eine vielschichtige Struktur, ein Radom oder eine Fokussierungseinrichtung mit einer Dielektrizitätskonstante größer als die des leeren Raumes auf ihre umgebende Umwelt durch die Verwendung von zwei optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten abgestimmt. Gemäß der Lehre der Erfindung ist die Dielektrizitätskonstante der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht, die in Kontakt mit der ersten impedanzmäßig abgestimmten Schicht neben dem umgebenden dielektrischen Medium ist, größer als die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes. Desweiteren ist die Dielektrizitätskonstante der ersten impedanzmäßig abgestimmten Schicht dividiert durch die Dielektrizitätskonstante der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht gleich der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstanten des umgebenden dielektrischen Mediums dividiert durch die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes.
- Die verschiedenen Aufgaben und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden den Fachleuten beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich, in der:
- Fig. 1 ein Strahlenweg durch vier (4) Dielektrika mit zunehmender Dielektrizitätskonstante ist;
- Fig. 2 ein Graph ist, der die Durchlaßcharakteristika von elektromagnetischer Energie in der transversalen magnetischen Polarisation für eine Anordnung zeigt, die zwei (2) optimierte impedanzmäßig abgestimmte Schichten wie in Fig. 2 für einen Einfallswinkel von sechzig Grad (60º) aufweist;
- Fig. 3 ist ein Graph, der die Durchlaßcharakteristika von elektromagnetischer Energie in transversaler magnetischer Polarisation für eine Anordnung mit zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten für einen Einfallswinkel von sechzig Grad (60º) zeigt;
- Fig. 4 ist ein Graph, der die Durchlaßcharakteristika von elektromagnetischer Energie in der transversalen magnetischen Polarisation für eine Anordnung zeigt, die die gleichen zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie in Fig. 2 für einen Einfallswinkel von fünfzig Grad (50º) aufweist;
- Fig. 5 ein Graph ist, der die Durchlaßcharakteristika von elektromagnetischer Energie in der transversalen elektrischen Polarisation für eine Anordnung zeigt, die die gleichen zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie in Fig. 2 für einen Einfallswinkel von fünfzig Grad (50º) aufweist;
- Fig. 6 eine Außenansicht ist, die einen Radom gemäß den Lehren dieser Erfindung zeigt, wobei der Radom auf einem Luftfahrzeug befestigt ist und
- Fig. 7 eine Außenansicht ist, die eine Fokussiereinrichtung gemäß dieser Erfindung zeigt, wobei die Fokussiereinrichtung verwendet wird, um eingehende und ausgehende elektromagnetische Signale in Zusammenhang mit einer Hornantenne abzulenken.
- Es sei auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Trag- oder Basiselement 2 mit impedanzmäßig abgestimmten Schichten 4 und 6 in Kontakt mit einem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8, wie etwa Luft oder dem leeren Raum, dargestellt ist. Die Dielektrizitätskonstante des Tragoder Basiselementes 2 ist ε&sub3;, die größer als die Dielektrizitäts- konstante der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 ist. Die Dielektrizitätskonstante der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 ist ε&sub2;, die größer als die Dielektrizitätskonstante der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 ist. Die Dielektrizitätskonstante der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 ist ε&sub1;, die größer als die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 ist. Die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 ist ε&sub0;, die typischerweise gleich der Dielektrizitätskonstante der Atmosphäre oder des leeren Raums ist. Ein einfallender Strahl 10 bewegt durch das benachbarte umgebende dielektrische Medium 8 und repräsentiert den Weg eines elektromagnetischen Signals, das durch das Trag- oder Basiselement 2 aus dem Medium 8 empfangen wird. Jedoch könnte der Weg des Strahles 10 auch ein elektromagnetisches Signal repräsentieren, das von dem Basiselement 2 in das Medium 8 übertragen wird. Der Strahl 10 bildet einen Einfallswinkel θ&sub0; in bezug auf die Normale 12 der Grenze zwischen der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 und dem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8.
- Wie dem Fachmann bekannt ist, wird der Strahl 10, wenn dieser die Grenze zwischen dem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8 und der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 überquert, gebrochen oder gemäß dem Snellius-Gesetz abgelenkt. Da die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 6 eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die des umgebenden dielektrischen Mediums 8 ist, wird deshalb der Winkel θ&sub1; kleiner als der Einfallswinkel θ&sub0; sein. Wenn der Strahl 10 die Grenze zwischen der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 und der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 überschreitet, wird er wieder gemäß dem Snellius-Gesetz gebrochen. Der Strahl 10 bildet den Winkel θ&sub1; in bezug auf die Normale 14 der Grenze zwischen der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 und der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6. Da die Dielektrizitätskonstante der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 größer als die der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 ist, wird der Winkel θ&sub2; kleiner als der Winkel θ&sub1; sein. Wenn der Strahl 10 die Grenze zwischen der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 und dem Trag- oder Basiselement 2 überschreitet, wird er in ähnlicher Weise gemäß dem Snellius-Gesetz gebrochen. Da die Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes 2 größer als die der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 ist, wird der Winkel θ&sub3; in bezug auf die Normale der Grenze zwischen der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 und dem Trag- oder Basiselement 2 kleiner als der Winkel θ&sub2; sein.
- Bei einer besonders nützlichen (aber nicht einschränkenden) Ausführung beträgt die Dicke X&sub1; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 1,441 Zentimeter (cm), und die Dicke X&sub2; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 beträgt 0,833 Zentimeter (cm), so daß die Schichten 6 und 4 auf ein elektromagnetisches Signal der Frequenz 6 GHz, wie in Fig. 1 gezeigt, abgestimmt sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, beträgt die Dielektrizitätskonstante ε&sub3; des Trag- oder Basiselements 2 das Vierfache der Dielektrizitätskonstante ε&sub0; des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 (4 * ε&sub0;). Auf der Basis dieser Dielektrizitätskonstanten für das Trag- oder Basiselement 2 beträgt die optimale Dielektrizitätskonstante ε&sub2; für die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 4 das Dreifache der Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 (3 * ε&sub0;). In ähnlicher Weise beträgt die optimale Dielektrizitätskonstante ε&sub1; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 das 1,5-fache der Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 (1,5 * ε&sub0;). Es versteht sich für die Fachleute, daß die Dicke X&sub2; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 und die Dicke X&sub1; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 6 geändert werden kann, um diese impedanzmäßig abgestimmten Schichten auf einfallende elektromagnetische Signale mit anderen Frequenzen als 6 GHz abzustimmen. Gleichfalls können optimale Übertragungscharakteristika sowohl für transversale magnetische als auch für transversale elektrische Polarisationen (quer polarisierte magnetische oder elektrische Polarisation) von elektromagnetischen Signalen zu oder von einem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8 mit der Dielektrizitätskonstante ε&sub0; erreicht werden für ein Trag- oder Basiselement 2 mit einer gegebenen Dielektrizitätskonstante ε&sub3;, indem die folgende Beziehung für die Dielektrizitätskonstante ε&sub2; der impedanzmäßig abgestimmten Schicht 4 und die Dielektrizitätskonstante ε&sub1; der abgestimmten Schicht 6 verwendet wird:
- ε&sub0; = Dielektrizitätskonstante des leeren Raums oder von Luft
- für Einfallswinkel von 0 ≤ θ&sub0; ≤ 60º; für elektromagnetische Signale im Bereich von Nikrowellen bis zu optischen Frequenzen; und für eine Übertragungsbandbreite von 60 % um die Abstimmfrequenz.
- Während Fig. 1 eine Ausführung der gegenwärtigen Erfindung mit einer ebenen oder flachen Form zeigt, versteht es sich, daß die gegenwärtige Erfindung wirkungsvoll bei einer gekrümmten vielschichtigen Struktur, wie etwa bei einem gekrümmten Radom oder einer gekrümmten Linse ausgeführt werden kann. Bei einem gekrümmten Radum oder eine gekrümmten Linse ergeben sich die Vorteile der gegenwärtigen Erfindung dann, wenn die Krümmung des Radoms oder der Linse "elektrisch groß" in bezug auf die einfallenden oder ausgesendeten elektromagnetischen Signale ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist eine gekrümmte vielschichtige Struktur elektrisch groß in bezug auf ein gegebenes Signal, falls der Krümmungsradius der vielschichtigen Struktur deutlich größer als die Wellenlänge des gegebenen elektromagnetischen Signals ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann dann, wenn eine vielschichtige Struktur elektrisch groß ist, die vielschichtige Struktur lokal als eine ebene oder flache vielschichtige Struktur, wie in Fig. 1 gezeigt, angenähert werden.
- Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen, in der die Übertragungscharakteristik einer vielschichtigen Struktur dargestellt ist, die aus einem Trag- oder Basiselement mit zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie die gemäß Fig. 1 für elektromagnetische Signale in der transversalen magnetischen Polarisation dargestellt ist. Die Übertragung ist in Dezibeln entlang der Achse 202 aufgetragen als eine Funktion der Signalfrequenz in GHz, die entlang der Achse 204 aufgetragen ist. Die Kurve 206 zeigt die Übertragungscharakteristik für einen Bereich einer Signalfrequenz in der Nähe von 6 GHz für ein elektromagnetisches Signal, das zu oder von dem benachbarten umgebenen dielektrischen Medium 8 mit einem Einfallswinkel θ&sub0; von sechzig Grad (60º) auf die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 6 übertragen wird. Die Übertragungscharakteristik von Fig. 2 zeigt die Situation, in der die Dicken X&sub1; und X&sub2; und die Dielektrizitätskonstanten der impedanzmäßig abgestimmten Schichten 6 und 4, die Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes 2 und die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 alle gleich den in Fig. 1 dargestellten sind.
- Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der die Übertragungscharakteristik einer vielschichtigen Struktur für elektromagnetische Signale in der transversalen elektrischen Polarisation dargestellt ist, die aus einem Trag- oder Basiselement mit zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie das gemäß Fig. 1 besteht. Die Übertragung in Dezibeln ist entlang der Achse 302 aufgetragen als eine Funktion der Signalfrequenz in GHz, die entlang der Achse 304 für dieselbe Oberfläche aufgetragen ist, die verwendet wurde, um die Charakteristik von Fig. 2 zu erzeugen. Die Kurve 306 zeigt die Übertragungscharakteristik für einen Bereich von Signalfrequenzen in der Nähe von 6 GHz, und für ein elektromagnetisches Signal, das zu oder von dem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8 mit einem Einfallswinkel θ&sub0; von sechzig Grad (60º) in bezug auf die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 6 übertragen wird. Die Übertragungscharakteristik von Fig. 3 zeigt die Situation, in der die Dicken X&sub1; und X&sub2;, die Dielektrizitätskonstanten der impedanzmäßig abgestimmten Schichten 6 und 4, die Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes 2 und die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 alle gleich den in Fig. 1 dargestellten sind.
- Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der die Übertragungscharakteristik für elektromagnetische Signale in der transversalen magnetischen Polarisation für eine vielschichtige Struktur dargestellt ist, die aus einem Trag- oder Basiselement mit zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie die gemäß Fig. 1 besteht. Die Übertragung in Dezibeln ist entlang der Achse 402 dargestellt als eine Funktion der Signalfrequenz, die in GHz entlang der Achse 404 für die gleiche Oberfläche aufgetragen ist, die verwendet wurde, um die Charakteristik gemäß Fig. 2 zu erzeugen. Die Kurve 406 zeigt die Übertragungscharakteristik für einen Bereich einer Signalfrequenz in der Nähe von 6 GHz und für ein elektromagnetisches Signal, das zu oder von einem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8 mit einem Einfallswinkel θ&sub0; von fünfzig Grad (50º) in bezug auf die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 6 übertragen wird. Die Übertragungscharakteristik gemäß Fig. 4 zeigt die Situation, in der die Dicken X&sub1; und X&sub2;, die Dielektrizitätskonstante der impedanzmäßig abgestimmten Schichten 6 und 4, die Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselements 2 und die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 alle gleich den in Fig. 1 dargestellten sind.
- Es sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in der die Übertragungscharakteristik einer vielschichtigen Struktur für elektromagnetische Signale in der transversalen elektrischen Polarisation dargestellt ist, die aus einem Trag- oder Basiselement mit zwei (2) optimierten impedanzmäßig abgestimmten Schichten wie die gemäß Fig. 1 besteht. Die Übertragung in Dezibeln ist entlang der Achse 502 dargestellt als eine Funktion der Signalfrequenz in GHz, die entlang der Achse 504 für die gleiche Oberfläche wie die zur Erzeugung der Charakteristik gemäß Fig. 2 verwendete aufgetragen ist. Die Kurve 506 zeigt die Übertragungscharakteristik für einen Bereich von Signalfrequenzen in der Nähe von
- 6 GHz und für eine elektromagnetisches Signal, das zu oder von dem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium 8 mit einem Einfallswinkel θ&sub0; von fünfzig Grad (50º) in bezug auf die impedanzmäßig abgestimmte Schicht 6 übertragen wird. In ähnlicher Weise zeigt die Übertragungscharakteristik gemäß Fig. 5 die Situation, in der die Dicken X&sub1; und X&sub2;, die Dielektrizitätskonstanten der impedanzmäßig abgestimmten Schichten 6 und 4, die Dielektrizitätskonstante des Trag- oder Basiselementes 2 und die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums 8 alle gleich denjenigen in Fig. 1 dargestellten sind.
- Es sei nun auf die Figuren 6 und 7 Bezug genommen, in denen zwei Ansichten von Ausführungen gemäß der gegenwärtigen Erfindung dargestellt sind. Fig. 6 zeigt die Verwendung eines Radoms gemäß der Lehre der gegenwärtigen Erfindung in Verbindung mit einem Luftfahrzeug 602. Die Radarantenne 604 ist innerhalb des Radoms eingeschlossen. Der Radom 606 weist einen freigeschnittenen Bereich auf, der die Schichten der Struktur freilegt, die verwendet sind, um den Radom 606 zu bilden. Die Schicht 608 ist eine erste impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zu der Schicht 6 gemäß Fig. 1. Die Schicht 610 ist eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zu der Schicht 4 gemäß Fig. 1 ist. Das Gehäuse 612 ist ein Basiselement, das im wesentlichen identisch zu dem Basiselement 2 in Fig. 1. ist. Die Schicht 614 ist eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zur Schicht 4 gemäß Fig. 1 ist. Gleichfalls ist die Schicht 616 eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zur Schicht 6 gemäß Fig. 1 ist. In dem typischen Radom müssen beide Seiten eines Gehäuses 612 aufihre umgebende Umwelt abgestimmt werden, da typischerweise eine Atmosphäre oder der leere Raum in Kontakt mit beiden Seiten des Gehäuses ist. Da beide Seiten eines gegebenen Gehäuses elektromagnetische Energie zu und von einem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium übertragen müssen, werden bei dem typischen Radom gemäß der gegenwärtigen Erfindung zwei (2) impedanzmäßig abgestimmte Schichten auf jeder Seite eines gegebenen Gehäuses verwendet.
- Fig. 7 zeigt die Verwendung einer Fokussiereinrichtung 706 gemäß der Lehre der gegenwärtigen Erfindung in Verbindung mit einer Hornantenne 702. Die Fokussiereinrichtung 706 ist dargestellt bestehend aus vier (4) impedanzmäßig abgestimmten Schichten 710, 712, 716 und 718 und aus einer Linse 714. Die Schicht 710 ist eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen zu der Schicht 6 gemäß Fig. 1 identisch ist. Die Schicht 712 ist eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zu der Schicht 4 gemäß Fig. 1 ist. Die Schicht 716 ist eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zu der Schicht 4 gemäß Fig. 1 ist. In ähnlicher Weise ist die Schicht 718 eine impedanzmäßig abgestimmte Schicht, die im wesentlichen identisch zur Schicht 6 gemäß Fig. 1 ist. Die Linse 714 ist ein Basiselement, das im wesentlichen identisch zu dem Basiselement 2 gemäß Fig. 1 ist. Ohne impedanzmäßig abgestimmte Schichten 710, 712, 716 und 718 wären beide Seiten der Linse 714 in Kontakt mit dem benachbarten umgebenden dielektrischen Medium, wie Luft oder der leere Raum in der umgebenden Umwelt. Um die Dielektrizitätskonstante der Linse 714 auf ihre umgebende Umwelt abzustimmen, ist die Fokussiereinrichtung 706 gemäß der gegenwärtigen Erfindung hergestellt und umfaßt zwei (2) impedanzmäßig abgestimmte Schichten auf jeder Seite der Linse 714.
- Eine im wesentlichen ebene Welle 708 ist einfallend auf die Linse 706 dargestellt. Die Welle 708 wird durch die Linse 706 beim Durchtritt durch die Linse abgelenkt. Eine im wesentlichen sphärische Welle 704 wird von der Linse 706 zu der Hornantenne 702 übertragen. Typischerweise kann die Hornantenne 702 elektromagnetische Signale sowohl aussenden als auch empfangen. Fig. 7 zeigt ein Senden sowohl als einen Empfang. Beim Senden sendet die Hornantenne 702 eine im wesentlichen sphärische Welle 704 aus. Die Welle 704 fällt auf die Linse 706 ein. Die Linse 706 lenkt die Welle 704 ab und überträgt eine im wesentlichen ebene Welle 708.
- Es versteht sich, daß obwohl die Erfindung anhand eines speziellen Ausfühuungsbeispiels beschrieben wurde, andere Modifikationen für die Fachleute nach dem Studieren der Beschreibung, der Zeichnung und der nachfolgenden Ansprüche möglich sind.
Claims (17)
1. Vielschichtige Struktur mit einem Basis- oder Tragelement
(2) zur Aufnahme und zum Transport einfallender
elektromagnetischer Energie zu und von einem benachbarten
umgebenden dielektrischen Medium (8), wobei die Struktur umfaßt:
- eine erste impedanzmäßig abgestimmte Schicht (6) in
Kontakt mit dem benachbarten umgebenden dielektrischen
Medium (8), wobei die erste impedanzmäßig abgestimmte
Schicht (6) eine Dielektrizitätskonstante (ε&sub1;)
aufweist, die größer ist als die (ε&sub0;) des benachbarten
umgebenden dielektrischen Mediums (8);
- eine zweite impedanzmäßig abgestimmte Schicht (4)
in Kontakt mit der ersten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (6), wobei die zweite impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (4) eine Dielektrizitätskonstante (ε&sub2;)
aufweist, die größer als die (ε&sub1;) der ersten impedanzmäßig
abgestimmten Schicht (6) ist;
wobei
- das Basiselement (2) in Kontakt mit der zweiten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (4) ist, und wobei
das Basiselement (2) eine Dielektrizitätskonstante
(ε&sub3;) besitzt, die höher als die (ε&sub2;) der zweiten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (4) ist; und
- die vielschichtige Struktur zur Erzeugung einer im
wesentlichen optimierten Übertragungsbandbreite sowohl
für elektrisch quer polarisierte (TE) als auch für
magnetisch quer polarisierte (TH) elektromagnetische
Energie mit weiten Einfallswinkeln (θ) ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante
(ε&sub2;) der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (4)
größer als die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante
(ε&sub3;) des Trag- oder Basiselementes (2) ist, und daß die
Dielektrizitätskonstante (ε&sub1;) der ersten impedanzmäßig
abgestimmten Schicht (6) dividiert durch die
Dielektrizitätskonstante (ε&sub2;) der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht
(4) gleich der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante
(ε&sub0;) des benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums
(8) ist, dividiert durch die Ouadratwurzel der
Dielektrizitätskonstante (ε&sub3;) des Trag- oder Basiselementes (2).
2. Vielschichtige Struktur nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante (ε&sub3;) des
Stütz- oder Basiselementes (2) viermal so groß ist wie die
Dielektrizitätskonstante (ε&sub0;) des benachbarten umgebenden
dielektrischen Mediums (8).
3. Vielschichtige Struktur nach irgend einem der Ansprüche
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dielektrizitätskonstante (ε&sub2;) der zweiten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (4) dreimal so groß ist wie die
Dielektrizitätskonstante (ε&sub0;) des benachbarten umgebenden dielektrischen
Mediums (8), und daß die Dielektrizitätskonstante (ε&sub1;) der
ersten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (6) das 1,5-fache
der Dielektrizitätskonstante (ε&sub0;) des benachbarten
umgebenden dielektrischen Mediums (8) ist.
4b Vielschichtige Struktur nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite impedanzmäßig abgestimmte Schicht
(4) eine dicke (X&sub2;) von 0,833 cm aufweist, und daß die erste
impedanzmäßig abgestimmte Schicht (6) eine Dicke (X&sub1;) von
1,441 cm aufweist.
5. Vielschichtige Struktur gemäß irgend einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
impedanzmäßig abgestimmten Schichten (4, 6) und das Basiselement
(2) eine im wesentlichen optimierte Übertragungsbandbreite
sowohl für quer polarisierte elektrische (TE) als auch
für quer polarisierte magnetische (TH) elektromagnetische
Energie mit einem Einfallswinkel zwischen 0 und 60 Grad
ausgelegt ist.
6. Vielschichtige Struktur gemäß irgend einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement das
Gehäuse (612) eines Radoms (606) ist.
7. Vielschichtige Struktur gemäß irgend einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement eine
Linse (714) einer Fokussierungseinrichtung (706) ist.
8. Radom zum Empfang und zur Weiterleitung einfallender
elektromagnetischer Energie zu und von einem benachbarten
umgebenden dielektrischen Medium, umfassend:
- eine erste impedanzmäßig abgestimmte Schicht (608)
in Kontakt mit dem benachbarten umgebenden
dielektrischen Medium, wobei die erste impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (608) eine größere Dielektrizitätskonstante
als die des benachbarten umgebenden dielektrischen
Mediums aufweist;
- eine zweite impedanzmäßig abgestimmte Schicht (610)
in Kontakt mit der ersten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (608), wobei die zweite impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (610) eine größere
Dielektrizitätskonstante als die der ersten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (608) besitzt; und
- ein Gehäuse (612) in Kontakt mit der ersten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (610), wobei das Gehäuse
(612) eine größere Dielektrizitätskonstante als die
der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (610)
besitzt;
wobei
- die beiden impedanzmäßig abgestimmten Schichten (608,
610) mit dem Gehäuse (612) zusammenwirken, um eine
im wesentlichen optimierte Übertragungsbandbreite
sowohl für quer polarisiert elektrische (TE) als auch
quer polarisiert magnetische (TH) elektromagnetische
Energie für Einfallswinkel zwischen 0 und 60 Grad
zu ermöglichen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der
zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (610) größer als
die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Gehäuses
(612) ist, und daß die Dielektrizitätskonstante der ersten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (608) dividiert durch die
Dielektrizitätskonstante der zweiten impedanzmäßig
abgestimmten Schicht (610) gleich der Quadratwurzel der
Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden
Dielektrischen Mediums ist, dividiert durch die Quadratwurzel der
Dielektrizitätskonstante des Gehäuses (612).
9. Radom nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
- eine dritte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (614)
in Kontakt mit dem Gehäuse (612), wobei die dritte
Schicht (614) in Kontakt mit der Oberfläche des
Gehäuses (612), gegenüber der Oberfläche des Gehäuses
(612), das in Kontakt mit der zweiten Schicht (610)
ist, wobei die dritte Schicht (614) eine
Dielektrizitätskonstante gleich der der zweiten Schicht (610)
besitzt;
- eine vierte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (616)
in Kontakt mit der dritten Schicht (614) auf einer
Seite, d.h. in Kontakt mit dem benachbarten umgebenden
dielektrischen Medium auf der anderen Seite, wobei
die vierte Schicht (616) eine Dielektrizitätskonstante
aufweist, die größer als die Dielektrizitätskonstante
der ersten Schicht (608) ist; und
- wobei die vier impedanzmäßig abgestimmten Schichten
(608, 610, 614, 616) mit dem Gehäuse (612)
zusammenwirken, um eine im wesentlichen optimierte
Übertragungsbandbreite sowohl für quer polarisierte
elektrische (TE) als auch quer polarisierte
magnetische (TH) elektromagnetische Energie für
Einfallswinkel zwischen 0 und 60 Grad zu ermöglichen.
10. Radom nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dielektrizitätskonstante des Gehäuses (12) viermal
so groß wie die des benachbarten umgebenden dielektrischen
Mediums ist.
11. Radom nach irgend einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante der zweiten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (610) dreimal so groß
wie die Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden
elektrischen Mediums ist, und daß die
Dielektrizitätskonstante der ersten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (608)
das 1,5-fache der Dielektrizitätskonstante des benachbarten
umgebenden dielektrischen Mediums ist.
12. Radom gemäß irgend einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (610, 614) eine Dicke von 0,833 cm
besitzen und daß die erste und die vierte impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (608, 616) eine Dicke von 1,441 cm
aufweisen.
13. Fokussierungseinrichtung zur Aufnahme und zur Weiterleitung
einfallender elektromagnetischer Energie zu und von einem
benachbarten umgebenden dielektrischen Medium, umfassend:
- eine erste impedanzmäßig abgestimmte Schicht (718)
in Kontakt mit dem benachbarten umgebenden
dielektrischen Medium, wobei die erste impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (718) eine Dielektrizitätskonstante
aufweist, die größer als die des benachbarten
umgebenden dielektrischen Mediums ist;
- eine zweite impedanzmäßig abgestimmte Schicht (716)
in Kontakt mit der ersten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (718), wobei die zweite impedanzmäßig
abgestimmte Schicht (716) eine Dielektrizitätskonstante
aufweist, die größer als die der ersten impedanzmäßig
abgestimmten Schicht (718) ist; und
- eine Linse (714) in Kontakt mit der zweiten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (716), wobei die Linse
(714) eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die
größer als die der zweiten impedanzmäßig abgestimmten
Schicht (716) ist;
wobei
- die beiden impedanzmäßig abgestimmten Schichten (718,
716) zum Zusmmenwirken mit der Linse (714)
ausgebildet sind, um eine im wesentlichen optimierte
Übertragungsbandbreite sowohl für quer polarisierte
elektrische (TE) als auch für quer polarisierte magnetische
(TM) elektromagnetische Energie bei Einfallswinkeln
von 0 bis 60 Grad zu ermöglichen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante
der zweiten ipeedanzmäßig abgestimmten Schicht (716) größer
als die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante der
Linse (714) ist, und daß die Dielektrizitätskonstante der
ersten impedanzmäßig abgestimmten Schicht (718) dividiert
durch die Dielektrizitätskonstante der zweiten impedanzmäßig
abgestimmten Schicht (716) gleich der Quadratwurzel der
Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden
dielektrischen Mediums dividiert durch die Quadratwurzel
der Dielektrizitätskonstante der Linse (714) ist.
14. Fokussierungseinrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet
durch:
- eine dritte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (712)
in Kontakt mit der Linse (714), wobei die dritte
Schicht (712) in Kontakt mit der Oberfläche der Linse
(714) gegenüber der Oberfläche der Linse (714) ist,
die in Kontakt mit der zweiten Schicht (716) ist,
wobei die dritte Schicht (712) eine
Dielektrizitätskonstante aufweist, die gleich der
Dielektrizitätskonstante der zweiten Schicht (716) ist;
- eine vierte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (710)
in Kontakt mit der dritten Schicht (712) auf einer
Seite von in Kontakt mit dem benachbarten umgebenden
dielektrischen Medium auf der anderen Seite, wobei
die vierte Schicht (710) eine Dielektrizitätskonstante
gleich der der ersten Schicht (718) aufweist; und
- wobei die vier impedanzmäßig abgestimmte Schichten
(718, 716, 712, 710) derart ausgebildet sind, daß
sie mit der Linse (714) zusammenwirken, um eine im
wesentlichen optimierte Übertragungsbandbreite sowohl
für quer polarisierte elektrische (TE) als auch für
quer polarisierte magnetische elektromagnetische
Energie mit Einfallswinkeln zwischen 0 und 60 Grad
zu ermöglichen.
15. Fokussierungseinrichtung gemäß irgend einem der Ansprüche
13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dielektrizitätskonstante der Linse (714) viermal so groß wie die
Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden dielektrischen
Mediums ist.
16. Fokussierungseinrichtung gemäß irgend einem der Ansprüche
13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dielektrizitätskonstante der zweiten impedanzmäßig abgestimmten Schicht
(716) das dreifache der Dielektrizitätskonstante des
benachbarten umgebenden dielektrischen Mediums beträgt,
und daß die Dielektrizitätskonstante der ersten
impedanzmäßig abgestimmten Schicht (718) das 1,5-fache der
Dielektrizitätskonstante des benachbarten umgebenden
dielektrischen Mediums ist.
17. Fokussierungseinrichtung gemäß irgend einem der Ansprüche
13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die
dritte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (716, 712) eine
Dicke von 0,833 cm aufweisen, und daß die erste und die
vierte impedanzmäßig abgestimmte Schicht (718, 710) eine
Dicke von 1,441 cm aufweisen.
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