DE2211438C3 - Verkleidung für Antennen - Google Patents

Description

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

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entspricht, wobei Ao die Wellenlänge im freien Raum ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verkleidung für im GHz-Frequenzbereich arbeitende Antennen, beste- r, hend aus einer dielektrischen Trägerplatte mit einer Dielektrizitätskonstanten e_r— 4 und auf beiden Seiten derselben angeordneten, aus Balken gebildeten, dielektrischen Impedanzanpassungsschichten, deren wirksame Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige der w 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. Seiost wenn der Welligkeitsfak- t>o tor s 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, praktisch 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 keranBischmagnetischeni Werkstoff je eine dielektrische Anpassungsschicht angeordnet ist Die Dicke jeder Anpassungsschicht beträgt A/4. Ihre Dielektrizitätskonstante entspricht der Wurzel der Dielektrizitätskonstanten der Trägerplatte. Die Ausbildung dieser Antennenverkleidung zielt darauf ab, einen möglichst geringen Leistungsübertragungsverlust zu erzielen. Innerhalb dieser technischen Lehre ist die Starke der Trägerplatte als beliebig wählbar bezeichnet

Aus der DE-AS 1441 626 ist eine Verkleidung zur 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 Anpassungsschichten, erforderlich. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind, um die Leistungsübertragungsverluste 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, 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 Leistungsübertragungsverlust

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausfüh-

rung einer Antennen verkleidung,

Fig.2, 3, 4 grafische Darstellungen des Übeitragungsverlustes 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 F i g. 1 ist eine Antennenverkleidung aus einer dielektrischen Trägerplatte 1 und Impedanzanpassungschichten 2 dargestellt Diese !mpedanzanpassungsschichten 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:

JO

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 r> 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 ¹ /«-Wellenlänge, die von der Wellenlänge Ao des freien Raumes abhängig ist, sowie der Dielektrizitätskonstanten E₁-:

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 Äo/4=6,25mm entsprechend der Frequenz von 12 GHz hat, ergibt sich für die Breite Λ ein Wert von 2,08 mm. Die Dicke der Anpassungsschicht beträgt entsprechend der oben angegebenen Gleichung für d=4,42 mm.

Der Obertragungsverlust in dB und der Welligkeitsfaktor s 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=63 mm und die Breite 6=2,1 mm sind. Die entsprechenden Werte sind in den Fig. 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 £ Aus diesen ist ersichtlich, daß es unter Berücksichtigung des Übertragungsverlustes und des Welligkeitsfaktors feinen optimalen Wert für die Dicke D der dielektrischen Platte 1 gibt Diese ist 3 mm. Das bedeutet da3 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 (1)

1. Patentanspruch:

   Verkleidung für im GHz-Frequenzbereich arbeitende Antennen, bestehend aus einer dielektrischen Trägerplatte mit einer Dielektrizitätskonstanten 6r-4 und auf beiden Seiten derselben angeordneten, aus Balken gebildeten, dielektrischen Impedanzanpassungsschichten, deren wirksame Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige der Trägeplatte ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) und die aus Balken gebildeten Anpassungsschichten (2) 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 </s der Betriebswellenlänge A beträgt und daß das Verhältnis der Breite (b) der Balken der Anpassungsschichten (2) zu deren Abstand (a), von Mitte zu Mitte gemessen, der Foi mel

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