DE2211438B2

DE2211438B2 - Verkleidung für Antennen

Info

Publication number: DE2211438B2
Application number: DE2211438A
Authority: DE
Inventors: Yoshizo Shibano; Shohachiro Yamashita
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-09
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS4724254A; US3780374A; DE2211438C3; IT953492B; GB1375906A; JPS5148435B2; DE2211438A1

Description

rung einer Antennenverkleidung,

Fig.2, 3, 4 grafische Darstellungen des Übertragungsverlustes bzw. der Dämpfung als Funktion der Frequenz und den Welligkeitsfaktor s als Funktion der Frequenz bei verschiedenen Dicken der Trägerplatte und

Fig.5 einzelne Teile der Antennenverkleidung zur Erklärung des Fabrikationsverfahrens.

In der Fig. 1 ist eine Antennen verkleidung aus Liner dielektrischen Trägerplatte 1 und Impedanzanpassungsschichten 2 dargestellt Diese Impedanzanpassungsschichten 2 bestehen aus Balken, die aus dielektrischem Material hergestellt sind und eine Breite b und eine Dicke d haben. Diese Balken sind in einem Abstand a von Mitte Balken zu Mitte Balken parallel an den Oberflächen der Trägerplatte 1, deren Dicke D ist, angeordnet Die Richtung der Balken stimmt mit der Polarisationsrichtung des elektrischen Feldes überein.

Die Trägerplatte 1 und die Balken der Anpassungsschichten 2 sind aus demselben Werkstoff mit einer Dielektrizitätskonstanten ε_Γ=4 hergestellt Durch die Ausbildung der Anpassungsschichten in Form von Balken wird erreicht, daß die wirksame Dielektrizitätskonstante der Anpassungsschichten 2 der Wurzel des Wertes der Dielektrizitätskonstanten der Trägerplatte 1 entspricht

Die Balkenabmessungen sind durch die folgende Gleichung miteinander verknüpft:

a _ I ir,— I
~b ~ " 7-¹T '

Der Wert des Abstandes a liegt etwa bei Ao/4.

Die Anpassungsschicht hat die Aufgabe, eine mittlere Impedanz zwischen der einlagigen Trägerplatte 1 und dem freien Raum zu schaffen, um in an sich bekannter Weise die Impedanz der Trägerplatte 1 an den Wellenwiderstand des freien Raumes anzupassen.

Die Dicke der Anpassungsschicht 2 berechnet sich unter Zugrundelegung eines effektiven Wertes einer '/4-Wellenlänge, die von der Wellenlänge λ₀ des freien Raumes abhängig ist, sowie der Dielektrizitätskonstanten ε_Γ:

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die einlagige Trägerplatte 1 und die balkenförmigen Anpassungsschichten 2 aus dem gleichen faserverstärkten Material hergestellt Aus der oben genannten Gleichung für die Balkenabmessungen ergibt sich

- = '/3. Aus der Bedingung, daß der Abstand a den

Wert von Ao/4 = 6,25mm entsprechend der Frequenz von 12 GHz hat, ergibt sich für die Breits b ein Wert von

ίο 2,08 mm. Die Dicke der Anpassungsschicht beträgt entsprechend der oben angegebenen Gleichung für c/=4,42 mm.

Der Übertragungsverlust in dB und der Welligkeitsfaktor 5 für frontal einfallende Strahlen wird über den Frequenzbereich von 11,0 bis 13,0 GHz ausgerechnet, wobei angenommen wird, daß die Trägerplatte 1 und die Anpassungsschichten 2 aus faserverstärktem Material hergestellt sind, der Abstand a=6,3 mm und die Breite 6=2,1 mm sind. Die entsprechenden Werte sind in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich bei einer Plattendicke von D=6,25 mm, 3 mm und 1 mm die dargestellten Diagramme für den Übertragungsverlust und den Welligkeitsfaktor s. Aus diesen ist ersichtlich, daß es unter Berücksichtigung des Übertragungsverlustes und des Welligkeitsfaktors s einen optimalen Wert für die Dicke D der dielektrischen Platte 1 gibt Diese ist 3 mm. Das bedeutet, daß die Dicke der einlagigen Trägerplatte 1 ungefähr λ/8 beträgt.

Die F i g. 5 zeigt Darstellungen, die zur Erläuterung des Fabrikationsvorganges dienen. Fig.5a stellt ein Ausführungsbeispiel einer Methode dar, bei der die Anpassungsschichten 2 (d. h. die dielektrischen Balken) mittels eines Klebstoffs auf der Trägerplatte 1 befestigt werden. F i g. 5b zeigt eine Methode, bei der Nuten in eine dicke dielektrische Platte angebracht werden.

F i g. 5c 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 geringe Leistungsverluste über einen breiten Frequenzbereich auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verkleidung für im GHz-Frequenzbereich arbeitende Antennen, bestehend aus einer dielektrischen Trägerplatte mit einer Dielektrizitätskonstanten B_r=A und auf beiden Seiten derselben angeordneten, aus Balken gebildeten, dielektrischen Impedanzanpassungsschichten, deren wirksame Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige der Trägerplatte ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) und die aus Balken gebildeten Anpassungsschichten (?) aus demselben Werkstoff hergestellt sind, daß die Anpassungsschichten auf gegenüberliegenden Seiten der Platte (1) angeklebt bzw. aus- oder angeformt sind, daß die Dicke der Trägerplatte (1) ungefähr '/β der Betriebswellenlänge λ beträgt und daß das Verhältnis der Breite (b) der Balken der Acpassungsschichten (2) zu deren Abstand (a% von Mitte zu Mitte gemessen, der Formel

entspricht, wobei a etwa λ/4 beträgt, und die Dicke (d) der Balken der Anpassungsschichten (2) der Formel

d = -r-i=

entspricht, wobei A₀ die Wellenlänge im freien Raum ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verkleidung für im GHz-Frequenzbereich arbeitende Antennen, bestehend aus einer dielektrischen Trägerplatte mit einer Dielektrizitätskonstanten ε_Γ=4 und auf beiden Seiten derselben angeordneten, aus Balken gebildeten, dielektrischen Impedanzanpassungsschichten, deren wirksame Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige der Trägerplatte ist.

Die für Antennen gebräuchlichsten Verkleidungen sind aus einer einlagigen gleichmäßigen Schicht aus dünnen Kunststoffplatten hergestellt, deren Dicke wesentlich dünner als die Wellenlänge der Betriebslänge der Antenne ist. Im Bereich der U.H.F. und der V.H.F., wo die Wellenlängen groß genug sind, wirkt die Anwesenheit einer mit dünnen Platten gebauten, den Strahlengang kreuzenden Antennenverkleidung auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Strahlung nicht störend. In einem Frequenzbereich, dessen Wellenlängen sehr kurz sind, z. B. eine Frequenz von 12 GHz, und wenn die einlagige Schicht einer Antennenverkleidung beispielsweise mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit aus 0,4 mm dickem, faserverstärktem Kunststoff gebaut werden muß, weist der Welligkeitsfaktor s, auch Stehwellenverhältnis genannt, 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 5 kleiner als der erwähnte Wert ist, wird der angepaßte Frequenzbereich sehr schmal und der Leistungsübertragungsverlust außerhalb des Anpassungsbereichs sehr groß. Dadurch kann die einlagige Schicht der Antennenverkleidungen in einem Frequenzbereich, in welchem die Dicke der Schicht der Wellenlänge einer Betriebswelle vergleichbar ist, Draktisch nicht verwendet werden. Aus der US-PS 33 10 807 ist eine Antennenverkleidung u.a. für den Mikrowellen-Bereich mit einem dreischichtigen Aufbau bekannt, wobei auf beiden Seiten einer Trägerplatte aus keramischmagnetischem Werkstoff je eine dielektrische Anpassungsschicht angeordnet ist Die Dicke jeder Anpassungsschicht beträgt λ/4. Ihre Dielektrizitätskonstante entspricht der Wurzel der Dielektrizitätskonstanten der Trägerplatte. Die Ausbildung dieser Antennenverkleidung zielt ίο darauf ab, einen möglichst geringen Leistungsübertragungsverlust zu erzielen. Innerhalb dieser technischen Lehre ist die Stärke der Trägerplatte als beliebig wählbar bezeichnet.

Aus der DE-AS 14 41 626 ist eine Verkleidung zur is Verhinderung von Reflexionen an dielektrischen oder metallischen Teilen von Höchstfrequenz-Sende- und Empfangseinrichtungen bekannt, bei welchen auf wenigstens einer Fläche des zu verkleidenden, dielektrischen oder metallischen Teils eine Anordnung von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen, von der Außenseite zu dem zu schützenden Teil hin wachsenden Dielektrizitätskonstanten angebracht ist Für die Verkleidung des dielektrischen Materials einer Radarkuppel sind nach dieser Offenbarung auf beiden Seiten des dielektrischen Materials der Radarkuppel wenigstens zwei aufeinanderfolgende Anpassungsschichten, insgesamt also vier Anpasüungsschichten, erforderlich. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind, um die Leistungsübertrajo gungsverluste auf 2% herabzusetzen, zu beiden Seiten des dielektrischen Materials der Radarkuppel sogar je drei Anpassungsschichten mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten angeordnet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenverkleidung der eingangs geschilderten Art derart zu verbessern, daß deren Welligkeitsfaktor über ein breites Frequenzband einen niedrigeren Wert aufweist als die bekannten einlagigen Antennenverkleidungen und daß bei einfacher Herstellungsweise ein annehmbar kleiner Leistungsübertragungsverlust erzielt ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Antennenverkleidung der eingangs geschilderten Gattung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst Durch die hier angegebene Bemessung der aus Balken gebildeten Anpassungsschichten wird erreicht, daß die wirksame Dielektrizitätskonstante der Schichten in an sich bekannter Weise der Wurzel der Dielektrizitätskonstanten der Trägerplatte entspricht. Durch das erste Teilmerkmal des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs (die Trägerplatte und die aus Balken gebildeten Anpassungsschichten sind aus demselben Werkstoff hergestellt, wobei die Anpassungsschichten auf gegenüberliegenden Seiten der Platte angeklebt bzw. aus- oder angeformt sind) ist die einfache Herstellungsweise gewährleistet. Die Stärke der Trägerplatte gemäß dem zweiten Teilmerkmal abhängig von der Wellenlänge auszubilden, um den Welligkeitsfaktor zu erniedrigen, bo war überraschend und nicht voraussehbar. Das dritte Teilmerkmal der Erfindung (die besondere Ausgestaltung der Balken der Anpassungsschichten nach dem Verhältnis ihrer Breite zu ihrem Abstand sowie ihrer Dicke nach) ergibt einen annehmbar kleinen Leistungs-Übertragungsverlust.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausfüh-