CN109891669A - 用于通信应用的雷达罩壁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在17GHz至31GHz的频带中的通信、尤其是数据传输的雷达罩壁(1)，该雷达罩壁尤其用于商用飞机，本发明还涉及具有相应的雷达罩壁(1)的雷达罩。根据本发明的用于商用飞机的、用于在17GHz至31GHz的频带中的通信的雷达罩壁(1)包括多层结构，该多层结构具有由吸收力的固定的盖层(11、12、13、12'、11')和抗剪切的芯层(21、22、22'、21')交替形成的布置，其中雷达罩壁(1)包括至少四个盖层(11、12、3、12'、11')，盖层中的两个盖层(11、11')形成雷达罩壁(1)的外侧面，并且其中盖层(11、12、13、12'、11')和芯层(21、22、22'、21')由介电材料构成。本发明还涉及用于商用飞机的雷达罩，该雷达罩的壁根据本发明进行设计。

Description

用于通信应用的雷达罩壁

技术领域

本发明涉及一种用于在17GHz至31GHz的频带中的通信、尤其是数据传输的雷达罩壁，该雷达罩壁尤其用于商用飞机，本发明还涉及一种具有相应的雷达罩壁的雷达罩。

背景技术

为了保护用于发射和/或接收电磁辐射的天线免于外部机械或化学的、例如风和雨的影响，已知用于天线的、被称为“雷达罩”的保护套。除了为保护天线所需要的结构强度之外，对于雷达罩来说重要的是雷达罩具有适当的透射特性，即对于电磁辐射而言，雷达罩能被以足够的程度透射，该电磁辐射在与待保护的天线相关的频率范围中用于例如17GHz至31GHz的通信应用，例如用于数据传输。

特别对于无法任意自由选择雷达罩造型的应用而言，还需要的是：雷达罩的壁在足够大的入射角范围中也具有良好的透射特性，该入射角源自正交地射到壁上的辐射。这种应用的一个实例是保护用于在商用飞机处进行卫星通信的天线，其中雷达罩出于空气动力学的原因必须匹配于飞机罩壳的造型，但是电磁辐射由此通常不正交地射到或者穿过雷达罩。

在现有技术中，例如在EP 2 747 202 A1中总结的那样，已知包括玻璃纤维增强塑料和泡沫材料片层的、由三片层或五片层的夹层结构构成的雷达罩，这种雷达罩一方面具有足够的透射特性，另一方面在低重量的情况下提供足够的结构强度。为此，能够计算适合于期望的频率范围的片层布置，尤其在各个片层的厚度方面进行计算，其中还必须考虑各个片层材料的介电常数。

然而，现有技术的缺点在于：在入射角与电磁辐射到雷达罩壁上的正交入射偏离的情况下，透射特性的品质很强地取决于各个片层对预先计算的厚度的维持。因此，制造公差与各个片层的厚度相比是很小的，这导致高耗费和高成本的制造。

发明内容

本发明的目的是提出一种雷达罩壁，其中现有技术中的缺点不再出现或至少仅还以减小的程度出现。

该目的由根据独立权利要求所述的雷达罩壁和根据并列的权利要求12所述的雷达罩实现。有利的改进方案是从属权利要求的内容。

因此，本发明涉及一种雷达罩壁，其用于在17GHz至31GHz的频带中的通信、尤其是数据传输，该雷达罩壁用于商用飞机，该雷达罩壁包括多层结构，该多层结构具有由吸收力的固定的盖层和抗剪切的芯层交替形成的布置，其中，雷达罩壁包括至少四个盖层，这些盖层中的两个盖层形成雷达罩壁的外侧面，并且其中，盖层和芯层由介电材料构成。

本发明还涉及一种用于商用飞机的雷达罩，该雷达罩的壁根据本发明进行设计。

根据本发明的雷达罩壁的特征在于：雷达罩壁以夹层结构方式借助数量n≥4的盖层和(因为壁的外侧面应分别由盖层形成)数量为n-1的芯层形成。盖层为吸收力的固定的层，盖层由仅形状稳定的芯层支撑并保持间距。芯层在此与盖层相比仅吸收一小部分作用于构件上的力，但是芯层在负荷的情况下仍仅具有几乎不显著的且在运行负荷的情况下可忽略的变形(通常远低于1％)。在通常情况下，盖层的比重大于芯层的比重。在现有技术中，相应的夹层结构方式原则上已知并且被广泛推广，不仅与雷达罩相关。特别已知的是：借助夹层结构方式能够在重量小的同时实现好的刚性。

为了对雷达罩使用夹层结构方式，还需要的是：由此形成的雷达罩壁具有良好的透射特性。特别地，在与由雷达罩保护的天线相关的频率范围中应在尽可能大的入射角范围实现尽可能小的衰减或尽可能大的电磁穿透性。虽然原则上在三个或五个片层的夹层结构的情况下也能够实现相应情况，但是这需要高精度的制造。尤其关于各个层的厚度方面，在现有技术中必须维持极小的制造公差，以便可靠地避免透射特性变差。

本发明基于如下知识，即在雷达罩壁的多层结构的情况下，借助至少四个盖层、也就是至少七个片层的夹层结构引起厚度波动相对较小的、公差明显更大的设计，而不造成相关的透射特性相应变差。尽管层的数量较大并且因此产生的制造耗费较大，相对于现有技术中的三片层或五片层的设计仍能够减小根据本发明的雷达罩壁的制造成本，因为能够以明显更大的范围选择制造公差。同时，能够实现雷达罩壁的大的总体强度，该总体强度能够至少对应于三片层或五片层设计的总体强度。通常，相对于现有技术还可以节约重量。

通过适当地选择各个盖层的和芯层的厚度，在考虑相应的介电常数的情况下，对于期望的频率范围能够通过简单的、本领域技术人员原则上已知的参数学习来确定各个层的最佳的厚度，借助所述厚度能够实现期望的频率范围中的良好的电磁透射特性。在此，能够在0°至大约65°的大的角度范围分别关于雷达罩壁的外侧面的面法线在电磁辐射入射的部位处实现良好的透射特性。这尤其有利于用于在商用飞机的机舱处进行卫星通信的天线的雷达，这种天线通常在17GHz至31GHz的频率范围中工作。因此可行的是：雷达罩在空气动力学方面有利地构造为飞机的外罩的一部分，而不会造成严重的带宽损失。因此，能够实现用于宽带式卫星数据传输的、安装在机身或尾翼处的天线。

优选的是：雷达罩壁相对于雷达罩壁的中间平面是面对称的。由对称的构造确保的是：对于通过由雷达罩壁保护的天线发送信号和接收信号而言存在相同的好的透射特性。

还优选的是：与雷达罩壁的外侧面最接近的两个芯层比与雷达罩壁的中间平面最接近的(多个)芯层更厚。通过这些层的相应的设计方案，确保尤其在宽的入射角度范围(例如0°至65°)的良好的透射度。

盖层的厚度的公差对于直至1mm的额定厚度能够为±30％，优选±20％，并且对于超过1mm的额定厚度为±0.3mm，优选±0.2mm。芯层的公差优选为±0.4mm，还优选±0.3mm，进一步优选±0.2mm。相应的公差能够在制造根据本发明的雷达罩壁时实现，而为此无需高耗费的和高成本的制造方法。

在一个优选的实施方式中，设有四个盖层和三个芯层，这些盖层的材料厚度和芯层的材料厚度依次优选为0.42mm(盖层)、2mm(芯层)、0.21mm(盖层)、1mm(芯层)、0.21mm(盖层)、2mm(芯层)、0.42mm(盖层)。这些材料厚度显然能够配备上述公差。

在一个可选的优选实施方式中，设有五个盖层和四个芯层，这些盖层的材料厚度和芯层的材料厚度依次优选为0.63mm(盖层)、2.5mm(芯层)、0.84mm(盖层)、2mm(芯层)、1.06mm(盖层)、2mm(芯层)、0.84mm(盖层)、2.5mm(芯层)、0.63mm(盖层)。在此也能设置上述公差。

两个优选的实施方式示出用于0°至65°的入射角范围的很好的透射特性，其中能够经由用于盖层和芯层的材料的介电常数决定性地确定用于良好透射特性的频率范围。对于本领域技术人员容易可行的是：为了实现期望的频率范围而确定所需要的介电常数。在此优选的是：盖层的介电常数大于芯层的介电常数。

对于17GHz至31GHz的频率范围，盖层的介电常数优选在2.8与4之间，更优选在3与3.6之间。芯层的介电常数优选在1与1.4之间，还优选在1和1.2之间。

盖层优选各自由一个或多个片层形成，所述片层由预浸材料、优选由石英玻璃纤维/环氧树脂预浸料构成。片层尤其能够是用树脂预浸渍的石英纤维织物，其中树脂优选是热固性的，更优选是环氧树脂。使用聚酯树脂同样是可行的。在此，单独的预浸料的厚度优选为0.21mm。利用相应的预浸料，能够容易地实现优选实施方式的各个盖层的厚度。

芯层优选分别由泡沫材料、优选由聚酰亚胺硬泡沫材料形成。由此，雷达罩壁的尤其小的比重是可行的。通过适当地选择泡沫材料，能够确保所需要的形状稳定性和电介质的穿透性。优选地，利用泡沫材料能够制造均匀的表面，该表面实现与平放的盖层的大面积的连接。

根据本发明的雷达罩与现有技术中已知的雷达罩的区别仅在于雷达罩壁的设计。为了阐述根据本发明的雷达罩，因此参考前述实施方案。

附图说明

现在，参考附图根据优选的实施方式来示例性地描述本发明。附图示出：

图1示出贯穿根据本发明的雷达罩壁的第一实施例的剖面示意图；和

图2示出贯穿根据本发明的雷达罩壁的第二实施例的剖面示意图。

具体实施方式

图1以剖面图示出用于在17GHz至31GHz的频带中的通信、尤其是数据传输的雷达罩壁1的第一实施例，该雷达罩壁用于商用飞机。

雷达罩壁1包括四个盖层11、12、12'、11'和三个芯层21、22、21'。盖层11和11'各自形成雷达罩壁1的外侧面，而芯层21、22、21'各自设在两个盖层11、12或12'、11'之间。

盖层11、12、12'、11'由石英玻璃纤维/环氧树脂预浸料形成，其中单独的预浸料片层的厚度为0.21mm，并且盖层11、12、12'、11'的厚度分别刚好是预浸料片层的厚度的数倍。

芯层21、22、21'由泡沫材料、也就是由聚酰亚胺硬泡沫材料构成。

雷达罩壁1关于中间平面2面对称地构造，其中与雷达罩壁1的外侧面最接近的两个芯层21、21'比位于雷达罩壁1的中间平面2的芯层22更厚。

各个盖层11、12、12'、11'的和芯层21、22、21'的厚度以及其相应的介电常数从下面的表格中得出：

用于盖层11、12、12'、11'的上述厚度配备有±20％的公差。对于芯层21、22、21'的厚度而言，公差为±0.2mm。

尽管公差相对较大，示出的雷达罩壁1对于17GHz至31GHz的频率范围而言在0°至65°之间的任意的入射角α的情况下仍具有很好的透射特性。

图2示出根据本发明的雷达罩壁1的第二实施例的剖面示意图，该雷达罩装置为了用于商用飞机而同样设计用于在17GHz至31GHz的频带中的通信或数据传输。

雷达罩壁1依次包括五个盖层11、12、13、12'、11'和四个芯层21、22、22'、21'。在此，盖层11和11'又各自形成雷达罩壁1的外侧面。其余的层12、13、12'、21、22、22'、21'的布置由图2给出。盖层11、12、13、12'、11'和芯层21、22、22'、21'与根据图1的实施例类似地构造。

根据图2的雷达罩壁1也相对于中间平面2面对称地构造，其中与雷达罩壁1的外侧面最接近的两个芯层21、21'比与雷达罩壁1的中间平面2相邻的芯层22、22'更厚。

各个盖层11、12、13、12'、11'的和芯层21、22、22'、21'的厚度以及其相应的介电常数从下面的表格中得出：

层	厚度	介电常数
			11	0.63mm	3.3
21	2.5mm	1.2
			12	0.84mm	3.3
22	2mm	1.2
			13	1.06mm	3.3
22'	2mm	1.2
			12'	0.84mm	3.3
21'	2.5mm	1.2
			11'	0.63mm	3.3

用于盖层11、12、12'、11'的上述厚度配备有±20％的公差。对于芯层21、22、22'、21'的厚度以及盖层13的厚度而言，公差为±0.2mm。

图2中示出的雷达罩壁1对于17GHz至31GHz的频率范围而言在0°至65°之间的任意的入射角α的情况下也具有很好的透射特性。

Claims (12)

1.一种雷达罩壁(1)，用于在17GHz至31GHz的频带中的通信，所述雷达罩壁用于商用飞机，所述雷达罩壁包括多层结构，所述多层结构具有由吸收力的固定的盖层(11、12、13、12'、11')和抗剪切的芯层(21、22、22'、21')交替形成的布置，

其特征在于，

所述雷达罩壁(1)包括至少四个盖层(11、12、13、12'、11')，所述盖层中的两个盖层(11、11')形成所述雷达罩壁(1)的外侧面，其中，所述盖层(11、12、13、12'、11')和所述芯层(21、22、22'、21')由介电材料构成。

2.根据权利要求1所述的雷达罩壁，其特征在于，所述雷达罩壁(1)相对于所述雷达罩壁(1)的中间平面(2)是面对称的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，与所述雷达罩壁(1)的所述外侧面最接近的两个芯层(21、21')比与所述雷达罩壁(1)的所述中间平面(2)最接近的芯层(22、22')更厚。

4.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述盖层(11、12、13、12'、11')的厚度的公差对于直至1mm的额定厚度为±30％，优选±20％，并且对于超过1mm的额定厚度为±0.4mm，优选±0.3mm，进一步优选±0.2mm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，设有四个盖层(11、12、12'、11')和三个芯层(21、22、21')，所述盖层的材料厚度和所述芯层的材料厚度依次优选为0.42mm、2mm、0.21mm、1mm、0.21mm、2mm、0.42mm。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，设有五个盖层(11、12、13、12'、11')和四个芯层(21、22、22'、21')，所述盖层的材料厚度和所述芯层的材料厚度依次优选为0.63mm、2.5mm、0.84mm、2mm、1.06mm、2mm、0.84mm、2.5mm、0.63mm。

7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述盖层(11、12、13、12'、11')的介电常数大于所述芯层(21、22、22'、21')的介电常数。

8.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述盖层(11、12、13、12'、11')的介电常数在2.8与4之间，优选在3与3.6之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述芯层的介电常数在1与1.4之间，优选在1与1.2之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述盖层(11、12、13、12'、11')各自由一个或多个片层形成，所述片层由预浸材料、优选由石英玻璃纤维/环氧树脂预浸料构成，其中所述预浸料的厚度优选为0.21mm。

11.根据前述权利要求中任一项所述的雷达罩壁，其特征在于，所述芯层(21、22、22'、21')分别由泡沫材料、优选由聚酰亚胺硬泡沫材料形成。

12.一种用于商用飞机的雷达罩，其特征在于，所述雷达罩的壁根据前述权利要求中任一项进行设计。