DE2211438A1

DE2211438A1 - Antennenverkleidung

Info

Publication number: DE2211438A1
Application number: DE19722211438
Authority: DE
Inventors: Yoshizo Yamashita Shohachi ro Osaka Shibano (Japan) P
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-09
Publication date: 1972-09-21
Also published as: JPS5148435B2; IT953492B; DE2211438C3; GB1375906A; DE2211438B2; JPS4724254A; US3780374A

Description

Sumitomo Electric Industries, Ltd« Osaka (Japan)

Antennenverkleidung

Die Erfindung betrifft eine Antennenverkleidung mit Anpassungsschichten. Für Antennen am meisten gebrachte Antennenverkleidungen werden bekanntlich aus dünnen Kunststoffplatten hergestellt; insbesondere aus dielektrischen Platten bestehend aus einer einlagigen gleichmässigen Schicht, deren Dicke wesentlich dünner als die Wellenlänge der Betriebswelle der Antenne ist.

Im Bereich der V.H.P. und der V.H.P., wo die Wellenlängen gross genug sind, wirkt die Anwesenheit einer mit dünnen Platten gebauten, den Strahlengang kreuzende Antennenverkleidung nicht störend auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Strahlung.

In einem Frequenz-Bereich, dessen Wellenlängen sehr kurz sind, z.B. eine Frequenz von 12 G Hz, und wenn die einlagige Schicht einer Antennenverkleidung beispielsweise mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit aus 0,4 mm dickem, fiberverstärktem

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Kunststoff (P.R.P.: "Fiber Reinforced Plastic)gebaut werden muss, weist der Welligkeitsfaktor VSWR bei frontal einfallenden Wellen einen Wert von 1,2 auf.

In diesem Fall ist die Anpassung zwischen der Luft und der dielektrischen Platte kaum erreichbar. Selbst, wenn der Welligkeitsfaktor VSWR kleiner als der erwähnte Wert ist, wird der angepasste Frequenzbereich sehr schmal und der Leistungsübertragungsverlust sehr gross. Dadurch kann eine einlagige Schicht für Antennenverkleidungen praktisch nicht gebraucht werden, im Frequenzbereich, wo die Dicke der Schicht mit der Wellenlänge einer Betriebswelle vergleichbar ist.

Mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit, muss die Platte so dick wie möglich sein. Trotzdem kann man die Platte nicht dicker anfertigen, wegen den durch den VSWR bedingten Einschränkungen, dem Uebertragungsverlust und anderen Anforderungen an die elektrische Eigenschaften. Um dieses Problem zu umgehen, ist schon eine bekannte Sandwich-Antennenverkleidung vorgeschlagen worden. Die Herstellung solcher Antennenverkleidungen ist schwierig, da sich verschiedene schwer zu lösende Entwicklungs- und Fabrikationsprobleme ergeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Antennenverkleidung zu schaffen, deren Welligkeitsfaktor einen niedrigen Wert über ein breites Frequenzband aufweist, die einen kleinen Leistungsübertragungsverlust ergibt.und die trotzdem eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.

Die erfindungBgemässe Antennenverkleidung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Oberflächen einer einlagigen dielektrischen Platte mit der Dielektrizitätskonstante £ , Anpassungsschichten angeordnet sind, und dass die Dielektrizitätskonstante der Anpassungsschichten ^t ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Pig. la eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungs einer Antennenverkleidung,

Pig. Ib eine Seitenansicht der Antennenverkleidung nach Pig.

la, ·

Pig. 2 eine schematische Darstellung zur Erklärung der elektrischen Eigenschaften der Antennenverkleidung,

Pig. 3,4,5 graphische Darstellungen des· Uebertragungsverlustes in Punktion der Frequenz und Welligkeitsfaktor VWSR in Punktion der Frequenz gemäss verschiedenen Dicken der Antennenverkleidungsplatte und

Fig. 6 einzelne Teile der Antennenverkleidung zur Erklärung des Fabrikationsverfahrens.

In den Fig. la und Ib ist eine Antennenverkleidung bildende dielektrische Platte 1 und sind Impedanzanpassungsschichten 2 dargestellt. Diese Impedanzanpassungsschichten 2 bestehen aus Streifen, die aus dielektrischem Material hergestellt sind und eine Breite V/ und eine Dicke t-, haben. Diese Streifen sind in einem Abstand P von Mitte Streifen zu Mitte Streifen parallel an den Oberflächen der Platte 1, deren Dicke tp ist, angeordnet. Die Richtung der Streifen stimmt mit der Richtung des polarisierten elektrischen Feldes überein.

Wenn das elektrische Feld aus zwei senkrechten Komponenten besteht, wird vorzugsweise eine Gitterausführung an Stelle der parallelen Streifen verwendet.

Wenn der Abstand P einen genügend kleinen Wert im Vergleich mit der Wellenlänge einer Betriebsfrequenz aufweist, so sind

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die aus streifenförmigen Anpassungsschichten 2 aus Material mit Dielektrizitätskonstante £ , gleichwertig mit den bekannten homogenen dielektrischen Schichten mit einer Dielektrizitätskonstante <: .

Die beiden Konstanten sind durch die folgende Gleichung miteinander verknüpft

E' = ι + (E₇, - D w (D

e P

wobei W die Breite der streifenförmigen Anpassungsschichten 2 und P den Abstand von Mitte zu Mitte Streifen darstellen. Somit könnte man die t., dicken Anpassungs schicht en 2 durch ein einlagige gleichwertige t., dicke dielektrische Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante £. ersetzen.

Die Anpassungssohicht hat die Aufgabe eine mittlere Impedanz zwischen der einlagigen Antennenverkleidungsplatte 1 und dem freien Raum zu schaffen, um die Impedanz der Antennenverkleidungsplatte 1 an die charakteristische Impedanz des freien Raumes anzupassen. In der Schaltungstheorie wird eine solche Impedanz Konversion als 1/4 Wellenlänge Transformator bezeichnet .

Die charakteristische Impedanz der dielektrischen Platte mit der spezifischen Dielektriztätskonstante C ist l/\X~, wobei die Dielektrizitätskonstante des freien Raumes 1 ist.

Demzufolge wird die charakteristische Impedanz der Anpassungsschicht durch folgende Formel gegeben

L,

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Da £ durch die Gleichung (2) gegeben ist, kann W/P mit Hilfe der Gleichung (1) berechnet werden. Wenn verschiedenes Material zur Herstellung der Anpassungsschicht und der Antennenverkleidungsplatte verwendet wird, sind £_ au3 der Gleichung (1) und die Gleichung (2) nicht gleich.

Die Dicke der Anpassungsschicht, die effektiv den Wert einer 1/4-Wellenlänge hat, hängt von der Wellenlänge des freien Raumes X. ab, sowie von dör gleichwertigen Dielektrizitätskonstante <£ oder der Eonstante £ .

e r

-fc ₌ * Q _ ^o (3)

Der Wert des Abstandes P kann frei gewählt werden unter der Bedigung, dass P genügend kleiner als die Wellenlänge Λ ist (wobeiX= X /4£ . In der Praxis liegt P etwa bei Λ./4.

O Q

In einem. Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die einlagige Antennenverkleidungsplatte 1 und die streifenfö'rmigen Anpassungsschichten 2 aus dem gleichen faserverstärkten Material hergestellt. Es sei angenommen, dass die Betriebsfrequenz 12 GH betrage und £ = 4 ist. Aus der Gleichung (2) ergibt sich £_Q = 2. Aus der Gleichung (1) ist W/P = 1/3. Gibt man dem Abstand P einen Wert von λ /4 = 6,25 mm (entsprechend einer Frequenz von 12 GH ), so ergibt sich ein Wert von 2,08 mm für die Breite W. Aus der Gleichung (3) erhält man t-, = 4,42 mm. Folgende Erklärungen beziehen sich auf den Uebertragungskoeffizienten T und den Reflektionskoeffizienten ' der Anpassungsschicht 2 gemäss der vorliegenden Erfindung.

Die Uebertragungseigenschaften einer Antennenverkleidung mit Anpassungsschichten werden durch die Uebertragungseigenschaften eines dreilagigen Elementes gegeben, dessen Dielektrizitätskonstanten <L und £ sind, siehe Fig. 2.

^rl 2

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Die vier Abschlusskonstanten der Schaltungstheorie der Anpassungsschichten sind durch folgende Gleichungen gegeben, wobei der Uebertragungsverluat nicht beachtet wird.

A = D = cos (— ±_ ±- ) (4)

B = 3

^κο

sin ( (6)

Die vier Abschlusskonstanten, welche die Antennenverkleidungsplatte charakterisieren sind durch folgende Gleichungen gegeben, wobei der Uebertragungsverlust in Betracht gezogen wird. '

_{= cos} ( 2^^r2 ^t2 ) _{cosh (} _2_ Z* /^r2 ^t2 tan/)

+ j sin (^^ξ ^-) sinn (-±— Z^-± ^ tan^) (7)

O₀₃
2

_oosh

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Eine Vierpolschaltung mit den Konstanten Ao, Bo, Co und Do, die gleichwertig mit den drei in Reihe geschalteten Vierpolschaltungen ist, kann mit den vier obenerwähnten Konstanten leicht errechnet werden.

Der üebertragungskoeffizient T und der Reflektionskoeffizient lⁿ der Antennenverkleidung mit Anpassungsschichten werden durch folgende Formeln gegeben:

JL Ao + Bo + Co + Do (10)

T " - 2

Π _ Ao - Do + Bo - Co

' ~ Ao + Bo +' Co + Do (11)

Der Uebertragungsverlust in dB und Welligkeitsfaktor VSWR für frontal einfallende Strahlen, wird über den Frequenzbereich von 11.O bis 13.0 GHz ausgerechnet, wobei angenommen wird, dass die Platte 1 und die Anpassungsschichten 2 aus faserverstärktem Material hergestellt sind, der Abstand P = 6.3 mm und die Breite V = 2.1 mm sind. Die entsprechenden Werte sind in den Fig. 3»4, 5 dargestellt. Unter diesen Voraussetzungen bei einer Plattendicke von t„ = 6.25 mm, 3 mm und 1 mm ergeben sich Diagramme die den Uebertragungsverlust und Welligkeitsfaktor VSWR darstellen und die in Fig. 3,4 und 5 graphisch dargestellt sind.

Aus den Fig. 3,4 und 5 ist ersichtlich, dass es einen optimalen Wert für die Dicke t₂ der Antennenverkleidung gibt. Im erwähnten Beispiel ist es bei t_? = 3 mm erreicht. Das bedeutet, dass die Dicke der einlagigen Antennenverkleidung ungefähr' X/4 beträgt.

Die obigen Angaben beweisen, dass die Dicke der einlagigen Antennenverkleidung sowie die der Anpassungsschichten einen optimalen Wert ergeben, wenn sie ungefähr ein ungerades Vielfaches von K/4 sind.

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Gemäss der Erfindung werden beide Oberflächen der dielektrischen Platte 1 mit Dielektrizitätskonstante <? mit Anpassungsschichten 2 bekleidet, die aus demselben oder aus anderem Material wie die Platte 1 bestehen, deren Oberflächen eine Gitterstruktur aufweisen können. Die Dicke der Anpassungsschichten entspricht ungefähr einer 1/4 - Wellenlänge und die Dielektrizitätskonstante hat einen mittleren Wert von ν t . in der Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert worden, bei dem die Polarisationsrichtungen der Anpassungsschichten mit der Richtung des elektrischen Feldes übereinstimmen.

Falls das elektrische Feld zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten aufweist, muss eine Gitterstruktur vorgesehen werden.

Die Fig. 6 zeigt Darstellungen, die zur Erläuterung des Fabrikationsvorganges dienen. Fig. 6a stellt ein Ausführungsbeispiel einer Methode dar, bei der die Anpassungsschichten 2,(d.h. die dielektrischen Streifen) mittels eines Klebstoffs auf der Platte 1 befestigt werden. Fig. 6b zeigt eine Methode bei der Nuten in eine dicke dielektrische Platte angebracht werden. Fig. 6c zeigt,eine Methode, bei welcher Kunststoff in einer metallischen Giessform geformt wird.

Die Fabrikation von Antennenverkleidungen gemäss der Erfindung kann mit den erwähnten Methoden einfach durchgeführt werden. Antennenverkleidungen mit den oben beschriebenen Anpassungsschichten weisen einen hohen Wirkungsgrad über einen breiten Frequenzbereich auf.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Cl j Antennenverkleidung mit Anpassungsschichten, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Oberflächen einer einlagigen dielektrischen Platte mit der Dielektrizitätskonstante c , Anpassungsschichten angeordnet sind, und dass die Dielektrizitätskonstante der AnpassungsschiehtenV£JT ist.
2. Antennenverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschichten aus dem gleichen oder einem anderen Material als die dielektrische Platte hergestellt sind.
3. Antennenverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschichten, eine parallele Streifenstruktur aufweisen, und dass der Abstand gemessen von Streifenmitte zu Streifenmitte kleiner als die Wellenlänge der Betriebsfrequenz der verkleideten Antenne ist, so dass sich die gleichwertige Dielektrizitätskonstante ve ergibt.
4. Antennenverkleidung nach den Ansprüchen 1 und 3_f dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Anpassungsschicht ein ungerades Vielfaches von X/4 ist, wobei X die Betriebs-Wellenlänge der verkleideten Antenne ist.
5. Antennenverkleidung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Platte wenigstens angenähert ein ungerades Vielfaches von Λ/4 ist, wobei X die Betriebs-Wellenlänge der verkleideten Antenne ist.
6. Antennenverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschicht eine regelmässig angeordnete erhabene Struktur aufweist.

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7. Antennenverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschicht eine Gitterstruktur aufweist, wobei der Abstand von Zentrum zu Zentrum zwei nebeneinander liegender Teile der Gitterstruktur kleiner als die Wellenlänge der Betriebsfrequenz der verkleideten Antenne ist.

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