DE2339533A1 - ARTIFICIAL DIELECTRIC FOR CONTROL OF ANTENNA DIAGRAMS - Google Patents
ARTIFICIAL DIELECTRIC FOR CONTROL OF ANTENNA DIAGRAMSInfo
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Description
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293-21.191»Ρ(21.195H) 3· 8. 1973293-21.19 1 »Ρ (21.195H) 3 · 8th 1973
The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, L ο η d ο η, S.W.I., GroßbritannienThe Secretary of State for Defense in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, L ο η d ο η, SWI, Great Britain
Künstliches Dielektrikum zur Steuerung von AntennendiagrammenArtificial dielectric for controlling antenna diagrams
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Dielektrikum für die Steuerung von Antennendiagrammen, denen dadurch außerordentlich hohe Antennengewinne vermittelt werden können, indem künstliche Dielektrika mit Flugzeugkonstruktionswerkstoff kombiniert werden, was bei Aufrechterhaltung ihrer mechanischen Festigkeit die Installation erleichtert und das Gewicht nur geringfügig erhöht.The invention relates to an improved dielectric for the control of antenna diagrams, which thereby extraordinarily high antenna gains can be imparted by combining man-made dielectrics with aircraft structural material, which while maintaining their mechanical strength facilitates installation and increases the weight only slightly.
Flugzeugantennen können innerhalb oder außerhalb des Flugzeugs angebracht sein. Es gibt Fälle, wo das Antennendiagramm gesteuert werden muß, um möglicherweise besondersAircraft antennas can be mounted inside or outside the aircraft. There are cases where the antenna pattern needs to be controlled, possibly especially
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hohe Antennengewinne zu erzielen, indem abgestimmte Elemente, z.B. Yagi-Antennen,hinzugefügt werden, die jedoch Halterungsprobleme mit sich bringen. Die Steuerung von Antennendiagrammen durch normale dielektrische Linsen ist wegen des gewöhnlich damit verbundenen hohen Gewichts nicht zu empfehlen. Es ist bereits bekannt, daß leichte künstliche Dielektrika hergestellt werden können durch Mischen von metallischen Folien, Scheiben oder Kugeln mit einem Grundkörper niedriger Dielektrizitätskonstante, Derartig hergestellte Werkstoffe führen Jedoch zu außerordentlich hohen elektrischen Verlusten, mangelnder Steuerung der Dielektrizitätskonstanten oder zu einer Struktur, die nicht die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, insbesondere extrem leichtes Gewicht, für die Anwendung im Flugzeugbau besitzt.To achieve high antenna gains by adding matched elements, e.g. Yagi antennas, which, however, cause mounting problems. The control of antenna diagrams through normal dielectric lenses is not recommended because of the heavy weight that is usually associated with them. It is already known that lightweight artificial dielectrics can be made by mixing metallic dielectrics Foils, discs or balls with a base body with a low dielectric constant, materials produced in this way However, lead to extremely high electrical losses, lack of control of the dielectric constant or to a structure that does not have the required mechanical properties, especially extremely light weight, for use in aircraft construction.
Demgegenüber wird durch die Erfindung ein beladenes Dielektrikum zur Steuerung von Antennendiagrammen geschaffen, das dünne Schichten aus einem Dielektrikum aufweist, das zahlreiche diskrete bzw. gesonderte elektrische Leiter trägt, die in einem Dielektrikum verteilt sind, um die benötigte Dielektrizitätskonstante zu ergeben.In contrast, the invention creates a charged dielectric for controlling antenna diagrams, comprising thin layers of a dielectric comprising numerous discrete electrical conductors carries, which are distributed in a dielectric to give the required dielectric constant.
Die Leiter können hergestellt werden durch Drucken, Fotoätzen, Aufdampfen, Aufsprühen von Metall oder einem anderen geeigneten Leiter auf einer dünnen Kunststofffolie. Der Abstand zwischen diesen dünnen Folien kann variiert werden ebenso wie die Dichte und die Abmessungen der Leiter auf aufeinanderfolgenden Folien.The conductors can be made by printing, photo-etching, vapor deposition, metal spraying, or a another suitable conductor on a thin plastic sheet. The distance between these thin foils can be are varied as well as the density and the dimensions of the conductors on successive foils.
Vorzugsweise sind die dünnen leitertragenden Folien in einem Werkstoff von Zellenform wie Bienenwaben-, Wellenoder dergleichen Form eingebaut, indem entweder der Leiter auf d:en Zellwänden oder innerhalb der Zellen ohne Beeinträchtigung der Konstruktionsfestigkeit vorgesehen wird,Preferably, the thin conductor-carrying foils are in a material of cell shape such as honeycomb, corrugated or The same form incorporated by either placing the conductor on the cell walls or within the cells without impairment the structural strength is provided,
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Das Beladen kann gesteuert werden, um die gewünschte Dielektrizitätskonstante mit sehr großer Genauigkeit zu erreichen, wie sie zur. Steuerung des Antennendiagramms notwendig ist, ohne daß irgendeine meßbare Erhöhung der elektrischen Verluste eintritt.The loading can be controlled to get the desired dielectric constant with very great accuracy achieve how to use them. Control of the antenna diagram necessary without any measurable increase in electrical losses.
Ein bevorzugter Flugzeugkonstruktionswerkstoff verwendet eine Sandwich- oder Verbund-Konstruktion, die den beladenen Werkstoff als Kern benutzt, um ein leichtes, jedoch festes Material zu ergeben. Durch geeignete Anordnung der dünnen leitertragenden Folien kann eine Antenne mit Hochantennengewinn gefertigt werden, indem die· bevorzugte Sandwich-Konstruktion benutzt wird, um eine sehr feste, aber leichte Antenne zu ergeben.A preferred aircraft construction material uses a sandwich or composite construction, the loaded Material used as a core to make a light but strong material. By suitable arrangement of the thin Conductor-carrying foils, an antenna with high antenna gain can be manufactured by using the · preferred sandwich construction is used to make a very strong but lightweight antenna.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. la - Ic die Beladung von dünnen Folien aus Dielektrikum mit feinen diskreten metallischen Leitern verschiedener Form;Fig. La-Ic the loading of thin foils made of dielectric with fine discrete metallic conductors of various shapes;
Fig. 2, 2a, 3 und J5a Ausführungsbeispiele der BeladungFig. 2, 2a, 3 and J5a exemplary embodiments of the loading
von Zellwerkstoffen mit den beladenen Folien.von Fig. la - lc jof cellulose with the loaded foils. von Fig. la - lc j
Fig. 4 eine an der Hinterkante eines Hubschrauberrotorblattes montierter Antenne;4 shows one at the trailing edge of a helicopter rotor blade mounted antenna;
Fig. 5 ein typisches Strahlungsdiagramm; Fig. 5a ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm;Fig. 5 e in typical radiation pattern; 5a shows an asymmetrical radiation diagram;
Fig. 6 schematisch die Anbringung eines Rotodoms an einem Flugzeug;6 schematically shows the attachment of a rotodome to an aircraft;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Rotodom mit einerFig. 7 is a plan view of a rotodome with a
Reihe von Strahlern in der Nähe seiner Mittel-, ebene;Row of spotlights near its central, level;
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Fig. 7a eine abgewandelte Anordnung der Strahler im Vergleich zu Pig. 7; und7a shows a modified arrangement of the radiators compared to Pig. 7; and
Pig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Rotodoms von Fig. 7·Pig. 8 is an enlarged cross-sectional view of the rotodome of FIG.
Fig. la zeigt eine Folie 1 aus einem äußerst dünnen und leichten Dielektrikum, das eine Anzahl von kreuzförmigen Leitern 2 trägt, die durch Fotoätzen, Aufdampfen, Drucken, Aufsprühen oder irgendein anderes geeignetes Verfahren gebildet worden sind. Die Leiter sind elektrisch kurz, normalerweise beträgt ihre Länge ein Achtel der Wellenlänge der Be triebs frequenz,Fig. La shows a film 1 made of an extremely thin and light dielectric, which has a number of cross-shaped Carries conductors 2 formed by photo-etching, vapor deposition, printing, spraying or any other suitable method have been. The conductors are electrically short, typically one eighth the length of the wavelength Operating frequency,
Pig. Ib zeigt in einer Richtung verlaufende dünne Leiter 4 auf einer dielektrischen Folie 3.Pig. Ib shows unidirectional thin conductors 4 on a dielectric film 3.
Fig, lc zeigt dünne kreisrunde Leiterscheiben 6 auf einer dielektrischen Folie 5.FIG. 1 c shows thin circular conductor disks 6 on a dielectric film 5.
Der Abstand und die Abmessungen der Leiter 2,.4 und 6 können entsprechend der gewünschten Dielektrizitätskonstante variiert werden.The spacing and dimensions of conductors 2, 4 and 6 can be varied according to the desired dielectric constant.
Fig. 2 zeigt Folien 1 von Fig. la in einer gewellten oder geriefelten Konstruktion 7 eingebaut,- wobei die Folien mit dem Leiter 2 sich in dem erforderlichen Abstand befinden. Diese Abstände können gleich groß oder verschieden sein, um die gewünschten Dielektrizitätskonstanten zu ergeben.Fig. 2 shows foils 1 of Fig. La installed in a corrugated or corrugated construction 7, - the foils with the conductor 2 are at the required distance. These distances can be the same or different to give the desired dielectric constant.
Fig. 2a zeigt eine abgewandelte gewellte Konstruktion J, bei der die Folien 1 in Zellen 8 des gewählten Werkstoffs eingesetzt sind, wobei die Größe und Anzahl der Leiter in den einzelnen Zellen entsprechend der richtigen Dielektrizitätskonstante gewählt sind.2a shows a modified corrugated construction J in which the foils 1 are inserted into cells 8 of the selected material, the size and number of conductors in the individual cells being selected according to the correct dielectric constant.
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Pig. J zeigt den Einbau der Folien 1 in eine Honigwabenkonstruktion 9 aus einem Werkstoff 10 mit sechseckigen Wabenzellen, wobei die Folien 1 mit den Leitern 2 im erforderlichen Abstand angebracht sind.Pig. J shows the installation of the foils 1 in a honeycomb structure 9 made of a material 10 with hexagonal Honeycomb cells, the foils 1 with the conductors 2 being attached at the required spacing.
Fig. 3a zeigt eine abgewandelte Bienenwabenkonstruktion 9, bei der der Werkstoff 10, der die Zellwände bildet, durch Folien 1 im gewünschten Abstand ersetzt ist.3a shows a modified honeycomb construction 9, in which the material 10, which forms the cell walls, through Foils 1 is replaced in the desired distance.
Eine abgewandelte Anordnung (nicht gezeigt) für das Beladen des Bienenwabenwerkstoffs ähnlich der von Fig. 2a besteht darin, daß Abschnitte von Folien 1 in die Zellen des Bienenwabenwerkstoffs 10 eingesetzt sind. Die Größe und Anzahl der eingesetzten Leiter ist entsprechend der gewünschten Dielektrizitätskonstante gewählt. Bei allen obigen Anordnungen kann der Werkstoff 1 ersetzt werden entweder durch Werkstoff" 3 oder 5 gemäß Fig. Ib bzw. Ie mit abgewandelten Formen der Leiter 4 und 6. A modified arrangement (not shown) for loading the honeycomb material similar to that of FIG. 2a consists in that sections of foils 1 are inserted into the cells of the honeycomb material 10. The size and the number of conductors used is selected according to the desired dielectric constant. With all of the above In arrangements, the material 1 can be replaced either by material “3 or 5 according to FIG. 1b or 1e with modified shapes of the conductors 4 and 6.
Fig. 4 zeigt eine Antenne 13, die an der Hinterkante eines Hubschrauberrotorblattes 12 eingebaut ist. Das Innere des Rotorblattes 12 ist ein typischer Wellenleiter 11, der mit geneigten Schlitzen versehen ist, durch die die Antenne Funkwellen aussendet und empfängt. Vor dem Wellenleiter befindet sich ein keilförmiger zellularer dielektrischer Kern niedriger Dichte. Die dielektrischen Eigenschaften des Kerns sind abgewandelt, um die gewünschte Dielektrizitätskonstante zu ergeben, die für die erforderliche Richtcharakteristik benötigt wird, wenn die Folien 1, 3 oder 5 von Fig. la, Ib bzw. Ic verwendet werden, die geeignet beabstandet sind, um einen Werkstoff gleich oder ähnlich dem von Fig. 2, 2a, 3 oder 3a zu schaffen. Um eine feste mechanische Konstruktion zu erreichen, ist der zellulare Kern 14 von sehr zugfestenFIG. 4 shows an antenna 13 installed on the trailing edge of a helicopter rotor blade 12. The inner of the rotor blade 12 is a typical waveguide 11 which is provided with inclined slots through which the antenna Sends and receives radio waves. In front of the waveguide is a wedge-shaped cellular dielectric core low density. The dielectric properties of the core are modified to the desired dielectric constant to result, which is required for the required directional characteristic when the foils 1, 3 or 5 of Fig. la, Ib or Ic are used, which are suitably spaced, to create a material the same or similar to that of Fig. 2, 2a, 3 or 3a. To have a solid mechanical structure To achieve this, the cellular core 14 is of very high tensile strength
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dielektrischen Häuten 15 ummantelt, um eine Sandwich-Konstruktion zu ergeben. Die Häute 15 müssen normalerweise angepaßt werden, damit die Richtcharakteristik und der Antennengewinn erhalten bleiben, indem zum Beispiel ein elektrisch langer dünner Draht in der Haut vorgesehen wird.dielectric skins 15 sheathed to form a sandwich construction to surrender. The skins 15 must normally be adjusted so that the directional characteristic and the antenna gain can be maintained, for example by inserting an electrically long thin wire in the Skin is provided.
Fig. 5 zeigt ein typisches symmetrisches Strahlungsdiagramm. Fig. 5 shows a typical symmetrical radiation pattern.
Fig. 5a zeigt ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm, das durch asymmetrische Beladung des Kerns 14 und/oder Positionierung des Wellenleiters 11 erhalten wird. Es können auch metallische Oberflächen am Wellenleiter 11 verwendet werden.Fig. 5a shows an asymmetrical radiation diagram, which is obtained by asymmetrical loading of the core 14 and / or positioning of the waveguide 11. It Metallic surfaces can also be used on the waveguide 11.
Die Antenne 13 kann einen außerordentlich hohen Antennengewinn ergeben, indem die Folien 1, die die Leiter tragen, im Kern 14 geeignet angeordnet, werden und der Kern wie gezeigt verjüngt wird.The antenna 13 can have an extremely high antenna gain result in that the foils 1, which carry the conductors, are suitably arranged in the core 14, and the Core is tapered as shown.
Ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel einer in einem Hubschrauberrotorblatt eingebauten Antenne hatte die folgenden Parameter:A tried and tested embodiment of a The antenna built into a helicopter rotor blade had the following parameters:
Breite (vom Wellenleiter 11 zur Hinterkante): 25O mm; Länge (gemessen entlang des Rotorblattes): 26O nun; Schlitzabstand des Wellenleiters 11: 23 mm;Width (from waveguide 11 to the rear edge): 250 mm; Length (measured along the rotor blade): 26O now; The slot spacing of the waveguide 11: 23 mm;
gegenseitiger Abstand der Folien 1: 20 mm;mutual distance of the foils 1: 20 mm;
Anordnung der Leiter 2 auf den Folien 1 mit einem Versetzungsabstand von 5 mm bei einer Leiterlänge von 4,5 mm und einem Querschnitt von 0,5 · 0,05 mm; Werkstoff des Kerns 14: Nomex-Waben mit der Dichte von 2 lb/cu,ft mit hexagonalen Zellen von 4,7 mm;Arrangement of the conductors 2 on the foils 1 with an offset distance of 5 mm with a conductor length of 4.5 mm and a cross section of 0.5 x 0.05 mm; Material of the Core 14: Nomex honeycombs with the density of 2 lb / cu, ft with hexagonal cells of 4.7 mm;
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Häute 15: 0,75 mm dickes Glasfaserlaminat, beladen mit 0,06 mm - Durchmesser -Draht/bei 1,2 mm Abstand bzw. Teilung. Bei einer Betriebsfrequenz von 9,4 bis 9*8 GHz hatte die Charakteristik eine Breite von 23° bei 3 dB (halbe Leistung), und die Seitenkeulen waren besser als -13 dB in der Ebene senkrecht zur Richtung des Wellenleiters 11.Skins 15: 0.75 mm thick fiberglass laminate loaded with 0.06 mm - diameter wire / at 1.2 mm distance or Division. At an operating frequency of 9.4 to 9 * 8 GHz the pattern had a latitude of 23 ° at 3 dB (half power) and the sidelobes were better than -13 dB in the plane perpendicular to the direction of the waveguide 11.
Der in Fig. 2 und 3 gezeigte dielektrische Kernwerkstoff kann vorteilhafterweise in Rotodomen l6 (vgl. Fig. 6) verwendet werden, die auf einem Flugzeug 17 in Lagern montiert sind, so daß eine Drehung um eine vertikale Achse während des Flugs möglich ist. Die Rotodome l6 sind ungefähr elliptisch im Querschnitt und symmetrisch um eine vertikale Achse. Im Innern des Rotodoms l6 befindet sich ein Antennensystem zum Senden und Empfangen von Radarwellen bei Drehung des Rotodoms.The dielectric core material shown in Figs can advantageously be used in rotodomes 16 (see FIG. 6) which are in storage on an aircraft 17 are mounted so that rotation about a vertical axis is possible during flight. The rotodomes 16 are approximately elliptical in cross section and symmetrical about a vertical axis. Inside the rotodome l6 is located an antenna system for sending and receiving radar waves as the rotodome rotates.
Fig. 7 und 7a zeigen eine im Rotodom l6 montierte Strahleranordnung 18. Vor der Strahleranordnung 18, d.h. zwischen ihr und der Kante des Rotodoms 16, ist ein (querschnittsmäßig) verjüngter Kern 19 aus zellularem Dielektrikum angeordnet, das das künstlich beladene Material von Fig. 2, 2a, 3 oder 3a mit den Leiterelementen 2, 4 bzw. 5 aufweist, die so verteilt sind, daß die gewünschte Richtcharakteristik erzielt wird.7 and 7a show a radiator arrangement mounted in the rotodome 16 18. In front of the radiator assembly 18, i.e. between her and the edge of the rotodome 16, a (cross-sectional) tapered core 19 made of cellular dielectric is arranged, the artificially loaded material of Fig. 2, 2a, 3 or 3a with the conductor elements 2, 4 and 5, which are distributed so that the desired directional characteristic is achieved will.
In Fig. 7 ist die Strahleranordnung l8 in der Nähe der Mittelebene des Rotodoms l6 angeordnet, während in Fig. 7a die Strahleranordnung 20 gegen diese Ebene versetzt ist.In Fig. 7, the radiator arrangement is l8 in the vicinity of the Arranged central plane of the rotodome 16, while in Fig. 7a the radiator arrangement 20 is offset from this plane.
Ein weiterer Vorteil dieser Anwendungsbeispiele von leichtem künstlichen Dielektrikum ist, daß die Bandbreiten der resultierenden Antennen viel breiter als mit AnordnungenAnother advantage of these application examples of lightweight artificial dielectric is that the bandwidths the resulting antennas are much wider than with arrays
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sind, die abgestimmte Elemente oder Yagi-Elemente verwenden. Die Antennendiagramme können durch entsprechende Verteilung der künstlichen Dielektrikumbeladung auch so eingestellt werden, daß sie schwache Seitenkeulen oder -zipfel und eine bessere Reproduzierbarkeit bzw. Verstärkung ergeben.who use tuned elements or yagi elements. The antenna diagrams can also be achieved by appropriately distributing the artificial dielectric load be set so that they have weak side lobes or lobes and a better reproducibility or Result in reinforcement.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |