DE102019002665A1

DE102019002665A1 - Radarantenne

Info

Publication number: DE102019002665A1
Application number: DE102019002665.9A
Authority: DE
Inventors: Franz Münzhuber
Original assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-10-15
Also published as: WO2020208057A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radarantenne (14, 14', 14").Um eine Verringerung einer optischen Apertur bei Vorhandensein einer nach vorne ausgerichteten Radarantenne (14, 14', 14") zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Radarantenne (14, 14', 14") als optisch transparente metallische Beschichtung ausgeführt ist, die in Antennenform gebildet und auf einem optisch transparenten Körper (12) aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarantenne, vorzugsweise für einen Lenkflugkörper.
Lenkflugkörper sind oftmals mit einem Suchkopf ausgestattet, der einen optischen Detektor und eine Suchkopfoptik enthält, durch die optische Signaturen auf den Detektor abgebildet werden. Die optischen Signaturen werden von einer Steuereinheit ausgewertet und der Flugkörper wird unter Verwendung der Auswertungsergebnisse gesteuert.
Eine frühzeitige Erkennung von kleinen oder weit entfernten Flugobjekten erfordert eine hoch auflösende Optik im Suchkopf. Eine einfachere frühe Erkennung ist mittels eines Radars möglich. Hierfür ist es erforderlich, dass der Flugkörper zusätzlich zur Suchkopfoptik mit Linsen und/oder Spiegeln eine Radarantenne aufweist. Diese kann seitlich am Flugkörper angeordnet sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere für Lenkflugkörper verbesserte Radarantenne anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Radarantenne gelöst, die erfindungsgemäß als optisch transparente metallische Beschichtung ausgeführt ist, die in Antennenform gebildet und auf einem optisch transparenten Körper aufgebracht ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine radial außen am Lenkflugkörper angeordnete Radarantenne eine Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Lenkflugkörpers nach sich zieht. Flug-, Steuerungs- und Stabilitätseigenschaften des Flugkörpers werden hierdurch in Mitleidenschaft gezogen. Es ist daher wünschenswert, wenn die Radarantenne nicht radial außen sondern eher radial zentriert am Flugkörper angeordnet ist.
Bei einem Suchkopf eines Lenkflugkörpers bildet häufig ein Großteil der nach vorne ausgerichteten Außenfläche - bezogen auf die Flugrichtung des Lenkflugkörpers - eine Apertur für eine Detektionseinheit, beispielsweise einen optischen Sucher. Eine zusätzliche Radarapertur muss daher zu einer deutlichen Verkleinerung einer großen, nach vorne ausgerichteten optischen Apertur führen.
Durch die Ausführung der Radarantenne als optisch transparente metallische Beschichtung kann zumindest einer dieser Nachteile überwunden werden. Der optisch transparente Körper kann als Apertur eines optischen Suchers verwendet werden und die Radarantenne kann als metallische Beschichtung auf dem optisch transparenten Körper aufgebracht sein, sodass weder die aerodynamischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden, noch die optische Apertur verkleinert werden muss.
Der optisch transparente Körper ist zweckmäßigerweise Teil einer optischen Vorrichtung, die im optischen Spektralbereich sensitiv ist. Der optische Spektralbereich soll in diesem Zusammenhang auch den infraroten Spektralbereich mit umfassen, auch in Bezug auf eine optische Transparenz. Der optisch transparente Körper kann ein optischer Fensterkörper sein, insbesondere ein Schutzfenster einer Kamera oder eines Fahrzeugs, beispielsweise eines bemannten oder unbemannten Luftfahrzeugs, wie eines Flugzeugs oder eines Lenkflugkörpers. Insofern kann der optisch transparente Körper ein Fensterkörper sein, der eine Außenhaut eines Fahrzeugs bildet, zum Beispiel eines Suchkopfs oder Flugkörpers.
Der optisch transparente Körper ist zumindest im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich transparent, zweckmäßigerweise in dem Spektralbereich, in dem ein dahinterliegendes Gerät sensitiv ist. Der optisch transparente Körper kann Teil einer optischen Einheit sein, deren optischer Kanal durch den optisch transparenten Körper hindurch verläuft und somit auch durch die Radarantenne hindurch. Der optisch transparente Körper kann aus Glas oder Plexiglas sein oder aus Silizium oder einem anderen im optischen Spektralbereich transparenten Material. Zweckmäßigerweise besteht der optisch transparente Körper zumindest überwiegend, insbesondere im Wesentlichen, aus einem dielektrischen Material, auf das die metallische Beschichtung aufgebracht ist. Besonders geeignet ist ein infrarottransparentes Material, wie Saphir, Spinell, MgF, Diamant, ZnSe oder dergleichen.
Ist der optisch transparente Körper ein Fensterkörper kann die Fensterfläche des Fensterkörpers diejenige Fläche sein, durch die die Strahlung einfallen kann, also beispielsweise die Oberfläche des Fensterkörpers ohne einen Randbereich, der von einem Rahmen überdeckt wird. Der optische Fensterkörper bzw. das optische Fenster ist zweckmäßigerweise gasdicht und kann einen optischen Detektor oder einen Beobachter vor äußeren Einflüssen schützen. Es ist auch möglich, dass der optisch transparente Körper im Innern einer optischen Vorrichtung, beispielsweise eines Suchkopfs, angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist eine Fensterfläche des optisch transparenten Körpers zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere überall im Bereich der Antennenfläche gekrümmt. Hierdurch können optische Eigenschaften des optisch transparenten Körpers an die Bedürfnisse der optischen Vorrichtung angepasst werden.
Auf dem optisch transparenten Körper kann die metallische Beschichtung in einer Geometrie aufgebracht werden, sodass sie als Sende- und Empfangsantenne für Radarstrahlung geeignet ist. Radarstrahlung soll in diesem Zusammenhang auch den Spektralbereich der Mikrowellen umfassen, zumindest einen Bereich zwischen 1 GHz und 100 GHz. Als Geometrie kann zum Beispiel ein Array aus Patch-Antennen aufgebracht werden. Es kann auf diese Weise ein Phased Array Radar oder anderes Radar direkt auf ein Fenster oder eine Domspitze, also den zentralen Bereich eines Doms, eines Suchkopfs für einen Lenkflugkörper aufgebracht werden. Die Geometrie der Radarantenne kann für beliebige Radarfrequenzen ausgelegt sein, beispielsweise für das L-, S-, C-, J-, X-, K-, V- oder E-Band. Die Struktur selbst kann eine Patch-Antenne, Ringantenne, Yagi-Antenne oder eine andere Antenne bilden.
Zweckmäßigerweise existiert eine elektrische Verbindung von der metallischen Beschichtung an eine metallische Kontaktierung am optisch transparenten Körper, die ebenfalls als metallische Beschichtung auf dem optisch transparenten Körper aufgebracht sein kann, jedoch nicht optisch transparent sein muss. Die elektrische Verbindung kann Teil einer Signalleitung zwischen der Radarantenne und einer Radarauswerteeinheit sein, die zum Auswerten der Signale aus der Radarantenne vorbereitet ist und Teil einer Steuereinheit eines Flugkörpers sein kann. Bei einer Ausführung des optisch transparenten Körpers als Fenster oder Dom eines Suchkopfs bzw. Flugkörpers kann das Radarsignal über die elektrische Verbindung vom Fenster oder Dom zu einer Radarauswerteeinheit abgeführt werden, beispielsweise bis hinter eine optische Empfangseinheit, wo es elektronisch weiterverarbeitet wird. Dadurch bleibt der optische Empfangskanal ohne weitere Störung erhalten.
Durch ihre optische Transparenz weist die metallische Beschichtung einen Transmissionsgrad im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich von zumindest 70 %, insbesondere von zumindest 90 % auf. Hierbei ist eine solche Transparenz in einem Teilbereich des gesamten visuellen und/oder infraroten Spektralbereichs ausreichend. Eine solche Transparenz kann durch eine sehr dünne metallische Beschichtung realisiert werden, die flächig auf dem optisch transparenten Körper aufgebracht ist, insbesondere beschränkt auf den Bereich, der die Antennenform bildet.
Eine besonders gute optische Transparenz kann erreicht werden, wenn die metallische Beschichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung metallische Drähte enthält, die ein elektrisch leitfähiges metallisches Netz bilden. Die elektrischen Drähte können sehr dünn sein, sodass sie die optischen Eigenschaften des optisch transparenten Körpers nur sehr wenig negativ beeinflussen.
Eine geringe optische Beeinflussung der Eigenschaften des optisch transparenten Körpers kann erreicht werden, wenn die metallischen Drähte Metallnanodrähte umfassen bzw. enthalten, die ein elektrisch leitfähiges und ungeordnetes metallisches Netz bilden. Metallnanodrähte sind optisch im Wesentlichen transparent und können trotz ihrer geringen radialen Ausdehnung zu einem sehr geringen elektrischen Flächenwiderstand führen. Besonders durch die Bildung eines metallischen Netzes kann der elektrische Flächenwiderstand gering gehalten werden. Ein Metallnanodraht ist zweckmäßigerweise ein längliches Gebilde aus Metall, beispielsweise einem metallischen chemischen Element oder eine Legierung aus mehreren metallischen chemischen Elementen, dessen mittlere Dicke im Nanometerbereich bleibt, also unterhalb von 1 µm liegt. Die Länge eines Metallnanodrahts übersteigt zweckmäßigerweise zumindest das Zehnfache seiner Dicke bzw. seiner mittleren radialen Ausdehnung bei einer Axialrichtung parallel zu seiner Längenrichtung.
Der Flächenwiderstand kann durch die Wahl der Dichte der Metallnanodrähte auf der Oberfläche des optisch transparenten Körpers eingestellt werden. Die Dichte der Metallnanodrähte und die Trägersubstanz sind hierbei zweckmäßigerweise so gewählt, dass die optische Transparenz des optisch transparenten Körpers, insbesondere seiner Fensterfläche im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich weitgehend erhalten bleibt, beispielsweise zu mehr als 80 %. Eine Dämpfung der Transmission durch die Metallnanodrähte tritt zweckmäßigerweise erst oberhalb von einer Wellenlänge von 5 µm auf.
Zur Bildung eines metallischen Netzes, das zu einem geringen Flächenwiderstand der Oberfläche des optisch transparenten Körpers führt, sind Metallnanodrähte besonders geeignet, die eine Länge von 1 µm bis 100 µm und eine Dicke zwischen 10 nm und 500 nm aufweisen. Es können elektrische Flächenwiderstände von unter 10 Ω/square erzielt werden bei einer Transparenz von über 70 %, insbesondere unter 7 Ω/square bei einer Transparenz von über 90 %.
Besonders gute Radarempfangseigenschaften hat die Radarantenne, wenn das elektrisch leitfähige metallische Netz einen mittleren elektrischen Flächenwiderstand zwischen 0,1 Ω/square und 100 Ω/square aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Metallnanodrähte Silbernanodrähte. Silber lässt sich in einfacher Form zu Metallnanodrähten verarbeiten und ist elektrisch sehr leitfähig. Metallnanodrähte aus Silber sind im Spezialhandel erhältlich, und können - in eine Suspension gebracht - in einfacher Weise auf den optisch transparenten Körper aufgebracht werden.
Um die optische Transmission des optisch transparenten Körpers wenig zu beeinflussen bei gleichzeitig niedrigem elektrischen Flächenwiderstand, ist es vorteilhaft, wenn die metallischen Drähte innerhalb der Antennenfläche eine gleichmäßige Schicht bilden. Dies kann besonders einfach erreicht werden, wenn die metallischen Drähte in einer Suspension auf den optisch transparenten Körper aufgesprüht sind und die Suspension dort getrocknet wurde. Insbesondere Metallnanodrähte sind so leicht, dass sie in einer Suspension schwimmen und dort ausreichend gleichmäßig verteilt werden können. Die Suspension kann auf die Oberfläche des optisch transparenten Körpers aufgetragen werden, beispielsweise wird die Suspension aufgesprüht. Wenn die Suspension ein Lösungsmittel enthält, so kann dieses verflüchtigt werden, sodass die Metallnanodrähte auf dem optisch transparenten Körper verbleiben.
Die metallischen Drähte, insbesondere die Metallnanodrähte können in einer Trägersubstanz vorliegen, beispielsweise Vinyl. Die einzelnen metallischen Drähte, insbesondere die Metallnanodrähte können hierbei mit einer Umhüllung aus der Trägersubstanz versehen sein. Ebenfalls besonders geeignet ist ein Metalloxid, sodass die metallischen Drähte einen Metalloxidmantel aufweisen. Der Metalloxidmantel schirmt den Metallkern der Drähte zumindest weitgehend durch Metalloxid nach außen ab.
Obgleich Metall an sich optisch intransparent ist, kann eine Umhüllung der metallischen Drähte mit einer Metalloxidschicht die optische Sichtbarkeit der metallischen Drähte reduzieren. Das oder die metallischen Elemente des Oxids müssen hierbei nicht das oder die metallischen Elemente der metallischen Drähte sein. Es kann sogar zweckmäßig sein, wenn das Metall der metallischen Drähte ein anderes ist, als das Metall, das zu Oxidbildung der Umhüllung verwendet wird. Eine einfache Herstellung der Metalloxidschicht kann jedoch erreicht werden, wenn das Metall der metallischen Drähte auch zur Oxidbildung der Umhüllung verwendet wird. Hierfür bietet sich, insbesondere bei Silbernanodrähten, Silber an, das außen zu Ag₂O oxidiert wird. Der Vorteil dieser Materialkombination liegt darin, dass die beiden Materialien verschiedene Suszeptibilitätsvorzeichen haben, sodass sich deren Dipolmoment im visuellen Spektralbereich verringert oder sogar zumindest im Wesentlichen aufhebt. Hierdurch kann eine gute optische Transparenz erreicht werden.
Bei einem makroskopischen Aufbringen der metallischen Drähte, insbesondere der Metallnanodrähte, auf den optisch transparenten Körper, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen, kann in sehr einfacher Weise ein ungeordnetes metallisches Netz der metallischen Drähte bzw. der Metallnanodrähte erzeugt werden. Um eine Radarantennengeometrie zu erzeugen, kann eine Schablone verwendet werden, durch die hindurch die metallischen Drähte gesprüht oder gestrichen werden.
Eine sehr exakte Geometrie der Radarantenne beziehungsweise der metallischen Beschichtung kann erreicht werden, wenn die metallischen Drähte durch ein Lithographieverfahren auf den optisch transparenten Körper aufgebracht sind. Mit gleichem Vorteil können die metallischen Drähte durch ein photokatalytisches Verfahren auf den optisch transparenten Körper aufgebracht werden.
Um eine hohe optische Transparenz des optisch transparenten Körpers, speziell eines Fensterkörpers, zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die metallische Beschichtung maximal ein Viertel der optischen Fläche, durch die Strahlung einfallen kann, bzw. der Fensterfläche des optisch transparenten Körpers bedeckt.
Ebenfalls einer guten Transparenz ist es förderlich, wenn die metallische Beschichtung eine homogene Metallschicht aufweist, die über die gesamte Antennenfläche ausgedehnt ist, insbesondere wenn die Metalldichte bezogen auf die gesamte Antennenfläche homogen ist. Die Antennenfläche, also die antennenaktive Fläche der Radarantenne, kann hierdurch weitgehend optisch transparent bleiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der optisch transparente Körper ein Dom eines Flugkörpers. Alternativ kann der optisch transparente Körper ein anderer optischer Körper bzw. ein anderes optisches Element einer Optik sein, beispielsweise ein Schutzfenster einer Kamera oder eine optische Linse, insbesondereeine Linse einer Suchoptik eines Flugkörpers.
Insbesondere durch das Aufbringen der als Radarantenne ausgebildeten metallischen Beschichtung auf einen transparenten Fensterkörper am vorderen Ende eines Suchkopfs kann ein großer Antennengain in Vorwärtsrichtung realisiert werden. Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Radarantenne zumindest überwiegend auf dem nach vorne weisenden Flächenviertel eines Fensterkörpers, wie beispielsweise eines Fensterkörpers eines Suchkopfs oder eines Doms eines Flugkörpers oder eines Schutzfensters einer Kamera, aufgebracht ist.
Ein mechanischer Schutz gegen Abrasion oder andere mechanische Beeinträchtigungen der Radarantenne kann erreicht werden, wenn die metallische Beschichtung auf der Innenseite eines Fensterkörpers eines Suchkopfs oder eines Doms eines Flugkörpers oder eines Schutzfensters einer Kamera angeordnet ist. Ist bspw. ein Aufbringen der metallischen Beschichtung nur auf der äußeren Einflüssen ausgesetzten Fläche des optisch transparenten Körpers möglich, ist das Vorsehen einer Schutzbeschichtung auf dieser Fläche von Vorteil. Die Schutzbeschichtung kann beispielsweise aus SiO₂, AIN oder Spinell gebildet sein. Vorteilhafterweise weist die Schutzbeschichtung eine Dicke von 0,5 - 10 µm auf.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Suchkopf für einen, insbesondere unbemannten, Flugkörper umfassend ein optisches Fenster mit einer wie oben beschriebenen Radarantenne. Das optische Fenster bildet hierbei den optisch transparenten Körper, auf den die metallische Beschichtung aufgebracht ist.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die teilweise in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Die Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
Es zeigen:

1 einen Lenkflugkörper mit einem Suchkopffenster mit einer Radarantenne,
2 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit der Radarantenne,
3 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit einer alternativen Ausgestaltung der Radarantenne,
4 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Radarantenne, und
5 eine Mikroskopansicht auf eine Radarantenne.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
1 zeigt einen Lenkflugkörper 2 mit einem Suchkopf 4, der eine Optik 6 zum Abbilden einer Objektszene auf einen Matrixdetektor 8 enthält. Zum Schutz der Optik 6 ist der Suchkopf 4 nach vorne hin durch einen Dom mit einem optischen Fenster 10 verschlossen, dessen optisch transparenter Körper 12 mit einer Radarantenne 14 versehen ist. Die Radarantenne 14 ist in 1 durch eine gestrichelte Linie auf dem optisch transparenten Körper 12 schematisch dargestellt. Eine mit dem Detektor 8 und der Radarantenne 14 signaltechnisch verbundene Steuereinheit 16 lenkt den Flug des Lenkflugkörpers 2, indem sie aus Bildsignalen des Matrixdetektors 8 und/oder Radarsignalen der Radarantenne 14 Lenkbefehle ableitet und hiermit Lenkflügel 18 ansteuert. Zur Auswertung der Radarsignale der Radarantenne 14 enthält die Steuereinheit 16 eine Radarauswerteeinheit.
Das optische Fenster 10 ist im infraroten und/oder visuellen Spektralbereich spektral durchlässig. Die Radarantenne 14 ist als eine optisch transparente metallische Beschichtung auf dem optisch transparenten Körper 12 ausgeführt und ist grundsätzlich ebenfalls im infraroten und/oder visuellen Spektralbereich durchlässig. Die metallische Beschichtung enthält zwar Metallnanodrähte 20 (3), die Strahlung aus dem hindurchgelassenen Spektrum etwas abdämpfen. Doch ihre Größe und Dichte ist so gering, dass elektromagnetische Strahlung im infraroten und visuellen Spektralbereich durch die metallische Beschichtung nur insgesamt maximal 10 % der durch den optisch transparenten Körper 12 hindurchtretenden Strahlung absorbiert oder reflektiert wird. Insofern bleibt die Intensität dieser Strahlung beim Durchtritt des Doms zur Optik 6 weitgehend erhalten.
2 zeigt den Lenkflugkörper 2 in einer schematischen Darstellung von vorne. Zu sehen ist die radiale Außenhaut 22 des Lenkflugkörpers 2, der nach vorne ausgerichtete Dom mit seinem optisch transparenten Körper 12 und die Lenkflügel 18. Am Rand des optisch transparenten Körpers 12 ist eine elektrische Leiterbahn 24 in Form einer metallischen Beschichtung angebracht, die signaltechnisch mit der Steuereinheit 16 verbunden ist. Mit dieser Leiterbahn 24 ist die Radarantenne 14 elektrisch verbunden, die in 2 in einer Draufsicht von oben bzw. aus Sicht des Lenkflugkörpers 2 von vorne dargestellt ist.
Die Radarantenne 14 hat im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer Patch-Antenne mit mehreren Antennenelementen 26, die elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ hierzu sind jedoch auch andere geometrische Formen der Radarantenne möglich und sinnvoll, beispielsweise Ringe oder Mäander oder eine Ausgestaltung als Multi-Segment-Antenne. Alternative geometrische Ausgestaltungen für die Radarantenne 14 sind beispielsweise in den 3 und 4 dargestellt. Die Radarantenne 14, 14', 14" ist in 2, 3 und 4 nur schematisch dargestellt. Ihre Größe und Geometrie kann von der gezeigten Variante abweichen.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich zwar auf das Ausführungsbeispiel nach 2, können aber gleichermaßen für die Ausführungsbeispiele gemäß 3 und 4 herangezogen werden.
Die Radarantenne 14 ist durch eine metallische Beschichtung gebildet, die von innen oder von außen auf den Fensterkörper 12 des Doms aufgebracht ist. Die metallische Beschichtung ist in 2 durch die dort gezeigten schwarzen Flächen und die elektrischen Leiter gebildet. Über elektrische Leitungen 28, die ebenfalls als metallische Beschichtungen auf den Fensterkörper 12 aufgebracht sind, ist die Radarantenne 14 elektrisch mit der Leiterbahn 24 und damit mit der Steuereinheit 16 verbunden. Die Leitungen 28 sind ebenfalls optisch transparent.
Die Radarantenne 14 ist im Wesentlichen mittig auf dem Dom angeordnet und nach vorne ausgerichtet, um einen möglichst großen Gain in Vorwärtsrichtung des Lenkflugkörpers 2 zu erzielen. Die empfangsaktive Antennenfläche der Radarantenne 14 bedeckt weniger als 10 % der optischen Apertur des optisch transparenten Körpers 12. Da sie zudem im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich mehr als 70 % transparent ist, der Wert bezieht sich auf den beschichteten Bereich, stört sie die optischen Eigenschaften des Doms nicht oder nur unwesentlich.
5 zeigt einen mikroskopischen Ausschnitt aus der Draufsicht auf die Radarantenne 14. Gezeigt ist eine Ansicht auf einen Ausschnitt der metallischen Beschichtung eines Antennenelements 26. Die metallische Beschichtung hat zwei Zonen: eine Umrandung 30, die rings um das Antennenelement 26 geführt ist, und die Innenfläche des Antennenelements 26. Die Innenfläche enthält die Metallnanodrähte 20, die in diesem Ausführungsbeispiel in ihrem Inneren zumindest im Wesentlichen aus Silber und insofern Silbernanodrähte sind. Nach außen hin sind die Metallnanodrähte 20 mit einem Metalloxid beschichtet. Die Umrandung 30 kann aus Metallnanodrähten gebildet sein oder aus einem zumindest weitgehend umlaufenden und gleichmäßig durchgehenden elektrischen Leiter, der optisch transparent sein kann, aber nicht sein muss.
Der überwiegende Teil der Metallnanodrähte 20 weist eine Länge von 10 µm bis 40 µm und einen Durchmesser von etwa 15 nm auf. Die mittlere Länge der Metallnanodrähte 20 liegt beispielsweise bei 30 µm. Die Metallnanodrähte 20 sind an ihren Kreuzungspunkten elektrisch leitend miteinander verbunden und in ihrer Länge und Dichte so bemessen, dass sie ein elektrisch leitendes Netz über die gekrümmte Fensterfläche des optisch transparenten Körpers 12 bilden. Das elektrisch leitende Netz ist hierbei mit der Umrandung 30 elektrisch verbunden, die über die Leitungen 28 mit der Leiterbahn 24 verbunden ist.
Um eine gute Antennenwirkung zu entfalten, reduziert das elektrisch leitende Netz den mittleren elektrischen Flächenwiderstand über die Antennenfläche der Radarantenne 14 auf etwa 10 Ω/square. Der geringe elektrische Flächenwiderstand führt dazu, dass auf die Radarantenne 14 einfallende Radarstrahlung teilweise absorbiert und in ein Radarsignal umgewandelt wird.
Zum Herstellen der Radarantenne 14 auf dem optisch transparenten Körper 12 wird beispielsweise zunächst eine Suspension mit einem Lösungsmittel und den Metallnanodrähten 20 hergestellt. Diese Suspension kann nun auf den Körper 12 aufgebracht werden. Eine exaktere Geometrie der Radarantenne 14 kann erreicht werden, wenn die Metallnanodrähte 20 durch ein Lithographieverfahren oder ein photokatalytisches Verfahren auf den optisch transparenten Körper 12 aufgebracht werden. Auch wenn anstelle von Metallnanondrähten 20 metallische Drähte oder eine metallische Beschichtung allgemein aufgebracht wird, kann hierfür ein Lithographieverfahren oder ein photokatalytisches Verfahren eingesetzt oder eine Suspension verwendet werden.
Zum Aufbringen der Radarantenne auf den optisch transparenten Körper 12 über eine Suspension werden Metallnanodrähte 20 in die Suspension mit einem Lösungsmittel gebracht. Anschließend wird diese Suspension auf den optisch transparenten Körper 12 aufgebracht, beispielsweise aufgesprüht. Um die Geometrie der Radarantenne 14 zu erzielen, kann eine Schablone verwendet werden, auf die die Suspension aufgesprüht wird. Nach dem Aufbringen wird das Lösungsmittel aus der Suspension entfernt, beispielsweise durch Erwärmen oder Ruhenlassen des beschichteten optisch transparenten Körpers 12. Dieser Schritt des Aufbringens und Verdampfens des Lösungsmittels kann mehrfach wiederholt werden, beispielsweise dreimal, sodass nacheinander drei Schichten Metallnanodrähte 20 auf den optisch transparenten Körper 12 aufgebracht werden.
Zum Schutz der Metallnanodrähte 20 und vor allem zur Verringerung ihres optischen Streuquerschnitts ist es vorteilhaft, diese in eine Hülle aus Metalloxid einzuhüllen. Da Metalloxid in der Regel die elektrische Verbindung von einander überkreuzenden Metallnanodrähten 20 verringert, werden die Metallnanodrähte 20 erst zum elektrisch leitenden Netz verbunden und dieses wird anschließend als Ganzes mit der Metalloxidschicht überzogen beziehungsweise das Netz wird anschließend oxidiert. Bei einer Materialkombination von Silber und Silberoxid kann das metallische Netz als Ganzes oxidiert werden, sodass sich der äußere Bereich der Metallnanodrähte 20 zu Silberoxid umwandelt.
Um einen mechanischen Schutz der Radarantenne 14 zu erreichen, beispielsweise gegen Abrasion während des Flugs des Lenkflugkörpers 2, insbesondere wenn die Radarantenne 14 auf der Außenseite des optisch transparenten Körpers 12 bzw. seiner den Witterungseinflüssen ausgesetzten Fensterfläche aufgebracht ist, kann eine Schutzschicht über die Radarantenne 14 aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Lacks oder eines anderen geeigneten optisch transparenten Materials, wie beispielsweise SiO₂, AIN oder Spinell.
Bezugszeichenliste

2: Lenkflugkörper
4: Suchkopf
6: Optik
8: Matrixdetektor
10: Fenster
12: Körper
14, 14', 14": Radarantenne
16: Steuereinheit
18: Lenkflügel
20: Metallnanodrähte
22: Außenhaut
24: Leiterbahn
26, 26', 26": Antennenelement
28, 28', 28": Leitungen
30: Umrandung

Claims

Radarantenne (14, 14', 14") ausgeführt als optisch transparente metallische Beschichtung, die in Antennenform gebildet und auf einem optisch transparenten Körper (12) aufgebracht ist.
Radarantenne (14, 14', 14") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung metallische Drähte enthält, die ein elektrisch leitfähiges metallisches Netz bilden.
Radarantenne (14, 14', 14") nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte Metallnanodrähte (20) enthalten, die ein elektrisch leitfähiges und ungeordnetes metallisches Netz bilden.
Radarantenne (14,14', 14") nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallnanodrähte (20) eine Länge von 1 µm bis 100 µm und eine Dicke von 10 nm bis 500 nm aufweisen.
Radarantenne (14, 14', 14") nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige metallische Netz einen mittleren elektrischen Flächenwiderstand zwischen 0,1 Ω/square und 100 Ω/square aufweist.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallnanodrähte (20) Silbernanodrähte sind.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte in einer Suspension auf den optisch transparenten Körper (12) aufgesprüht sind und die Suspension dort getrocknet wurde.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte einen Metalloxidmantel aufweisen, sodass deren Metallkern zumindest weitgehend durch Metalloxid nach außen abgeschirmt ist.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte durch ein Lithographieverfahren auf den optisch transparenten Körper (12) aufgebracht sind.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte durch ein photokatalytisches Verfahren auf den optisch transparenten Körper (12) aufgebracht sind.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung maximal ein Viertel der optischen Fensterfläche des optisch transparenten Körpers (12) bedeckt.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung eine homogene Metallschicht aufweist, die über die Antennenfläche ausgedehnt ist.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch transparente Körper (12) ein Dom eines Flugkörpers (2) ist.
Radarantenne (14, 14', 14") nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ihre Anordnung zumindest überwiegend auf dem nach vorne weisenden Flächenviertel des Doms.
Radarantenne (14, 14', 14") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung auf der Innenseite oder Außenseite eines Doms eines Flugkörpers (2) angeordnet ist.
Suchkopf (4) für einen unbemannten Flugkörper (2) umfassend ein optisches Fenster (10) mit einer Radarantenne (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.