DE2354754C2

DE2354754C2 - Radom

Info

Publication number: DE2354754C2
Application number: DE2354754A
Authority: DE
Inventors: Robert Herblay Pierrot
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FR2205754B1; DE2354754A1; US3864690A; GB1396675A; FR2205754A1

Description

die kleinste verwendete Wellenlänge ist

2. Radom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der unzusammenhängenden metallischen Elemente durch einen Metallstreifenabschnitt gebildet ist, dessen Länge und Breite klein gegenüber der Wellenlänge λ sind.

3. Radom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung des Liniennetzes (8), auf dessen Linien die unzusammenhängenden metallischen Elemente liegen, gleich der Teilung des Netzes (7) aus durchgehenden Metalldrähten ist

4. Radom nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne:, daß das Netz (7) aus durchgehenden Drähten und die unzusammenhängenden metallischen Elemente auf ein dielektrisches Substrat gedruckt sind, das anschließend auf die Innenfläche der dielektrischen Wand geklebt ist

5. Radou. nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, d~ß das Netz (7) aus durchgehenden Drähten und die unzusammenhängenden metallischen Elemente -«uf ein dielektrisches Substrat gedruckt sind, das anschließend in das Material der dielektrischen Wand eingebettet ist

6. Radom nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Wand wenigstens ein Glasfasergewebe enthält, daß das Netz (7) aus durchgehenden Metalldrähten beim Weben in das Glasfasergewebe eingefügt ist und daß die unzusammenhängenden metallischen Elemer.te auf ein dielektrisches Substrat aufgedruckt sind, das anschließend auf die Innenfläche der dielektrischen Wand aufgeklebt ist

7. Radom nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Wand wenigstens ein Glasfasergewebe enthält, daß das Netz (7) aus durchgehenden Metalldrähten beim Weben in das Gewebe eingefügt ist und daß die unzusammenhängenden metallischen Elemente auf ein dielektrisches Substrat gedruckt sind, das anschließend in das Material der dielektrischen Wand eingebettet ist.

Die Erfindung betrifft ein Radom mit einer monolithischen dielektrischen Wand von solcher Dicke, daß sie für wenigstens eine Welle einer gegebenen Frequenz durchlässig ist, mit einem fest mit der Wand verbundenen Netz aus durchgehenden Metalldrähten und mit einer Anordnung von unzusammenhängenden metallischen Elementen, die gleichfalls mit der Wand fest verbunden und längs Linien angeordnet sind, die zwischen den Linien des Netzes parallel zu diesen ; verlaufen. Solche Radome werfen für den Schutz von Hochfrequenzgeräten bei Überschallflugzeugen verwendet Ein Radom dieser Art ist bereits in der DE-PS 23 21 044 unter Schutz gestellt . .

Die einzige Stelle, die bei einem Flugzeug für den Schutz der Geräte durch einen Radom verwendbar ist, ist die vordere Spitze, die wegen der aerodynamischen und mechanischen Belastungen eine konische oder spitzbogige Form hat Diese Belastungen machen auch

ίο die Verwendung einer monolithischen oder homogenen dielektrischen Wand notwendig, die beispielsweise ein mit Kunstharz oder Epoxyglas imprägniertes Glasfasergewebe ist Die dielektrischen Eigenschaften der Wand sind durch die hindurchgehende Welle vorgeschrieben

is Die Wand hat in allen Fällen eine Mindestdicke von einer halben Wellenlänge im Dielektrikum.

Es ist im allgemeinen nicht möglich, an Bord solcher Flugzeuge mehrere elektromagnetische Systeme zu verwenden, die mit sehr verschiedenen Frequenzen arbeiten. Wenn die elektrischen Eigenschaften der Wand an eine erste Welle angepaßt sind, trifft dies für eine andere Welle nicht mehr zu, da der Reflexionsfaktor an der Wand für diese zweite Welle dann zu groß ist Für eine zweite Welle, deren Frequenz beispielsweise niedriger als diejenige der ersten Welle ist, erscheint die dielektrische Wand dann entweder zu dünn gegenüber der halben Wellenlänge oder zu dick, als daß sie für eine vernachlässigbare Haut angesehen werden könnte.

Es ist bekannt, ditnn in die dielektrische Wand Netze

μ aus metallischen Drähten einzufügen, die induktiv sind, wenn die Polarisation parallel zu den Drähten liegt. Die ganze Anordnung verhält sich wie ein Bandfilter, dessen Bestandteile so bemessen sind, daß es entweder eine sehr große Bandbreite aufweist oder auf zwei verschiedenen Frequenzen anspricht

Diese Netze aus leitenden Drähten bilden praktisch ein Gitter, durch das die elektromagnetischen Wellen hindurchgehen müssen. Jeder freie Zwischenraum zwischen den Lettern bildet eine strahlende Öffnung.

Die Phasenverteilung in den sfahlenden öffnungen ist nicht gleichförmig, da das Radom ,.icht eben ist, woraus sich eine Verformung der Strahlungsdiagramme der im Inneren des Radoms liegenden Antennen ergibt Diese Verformung äußert sich im Erscheinen von Sekundären zipfeln, die im angelsächsischen Sprachgebrauch »grating lobes« genannt werden.

Bei dem eingangs beschriebenen Radom wird durch das zweite Netz aus unzusammenhängenden Metallstücken erreicht daß die Wand zur Übertragung

so verschiedener Frequenzen geeignet ist. Das Problem der Entstehung von Sekundärzipfeln wird jedoch durch diese Anordnung nicht gelöst

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Radoms, das keine solchen Verformungen des Strahlungsdiagramms ergibt

Diese Aufgabe wird durch ein Radom der eingangs genannten Art gelöst das dadurch gekennzeichnet ist,

daß die Teilung des Netzes kleiner als γ ist, worin λ die kleinste verwendete Wellenlänge ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Übertragungsfaktors einer Wand mit und ohne metallische Elemente als Funktion der Frequenz,
F i g. 2 das Ersatzschaltbild eines Radoms mit einem

Netz aus zusammenhängenden metallischen Drähten bei einer ersten Frequenz,

F i g. 3 das Ersatzschaltbild eines Radoms mit einem Net? aus zusammenhängenden metallischen Drähten bei einerzweiten Frequenz,

F i g, 4 das Ersatzschaltbild eines Radoms mit Netzen aus zusammenhängenden Drähten und unzusammenhängenden Elementen bei der ersten Frequenz,

F i g. 5 das Ersatzschaltbild eines Radoms mit Netzen aus zusammenhängenden Drähten und unzusammenhängenden Elementen bei der zweiten Frequenz und

F i g. 6 einen Abschnitt eines dielektrischen Substrats mit gedruckten metallischen Netzen.

F i g.· 1 zeigt ein Diagramm, das den Wert des Übertragungsfaktors T der Wand eines Radoms in Abhängigkeit von der Frequenz Feiner hindurchgehenden Welle und für eine gegebene Wanddicke, eine gegebene Dielektrizitätskonstante und einen gegebenen Einfallswinkel angibt

Die Kurve 1 entspricht dem Fall eines Radoms, das keine metallischen Elemente enthält Bei den niedrigen Frequenzen ist die Dicke klein gegen die Wellenlänge, und das Radom verhält sich wie eine sehr dünne Haut, deren Dämpfungswirkung vernachlässigba: ist Der Übertragungsfaktor hat dann den Wert 1. Mit zunehmender Frequnz wird die Dicke gegen die Wellenlänge immer weniger vernachlässigbar, und der Übertragungsfaktor nimmt ab. Jedoch wird er Übertragungsfaktor jedesmal dann wieder nahezu Eins, wenn ide Dicke des Dielektrikums gleich einem Vielfachen der halben Wellenlänge in dem Dielektrikum ist, d. h. für eine gegebene Dicke ebei den Frequenzen Fi, 2 Fi, 3 Fi .., wobei Fi die Frequenz ist, bei der die Wellenlänge im Dielektrikum gleich der doppelten Dicke eder Wand ist Es ist ferner zu bemerken, daß die Bandbreite bei den Frequenzen 2 Fi, 3 Fi... immer schmäler wird.

Die Kurve 2 entspricht dem Fall eines Radoms, das wenigstens ein Netz aus Metalldrähten enthält Für die Frequenzen, die keine Vielfache von F_t sind, bildet die dielektrische Wand ein kapazitives oder induktives Hindernis. Das oder die fest mit der Wand verbundenen Netze aus Metalldrähten bilden induktive bzw. kapazitive Hindernisse. Die Kombination der Wand und der Netze aus Metalldrähten bildet dann eine Anordnung, die bei einer gewählten Frequenz Fi in Resonanz ist, wobei für diese Frequenz der Übertragungsfaktor der Wand nahezu den Wert 1 annimmt Das Radom ist dann für wenigstens zwei Wellen mit den Frequenzen Fi und F₂ durchlässig. Dagegen wird es für niedrige Frequenzen undurchlässig, da die metallischen Hinternisse dann einen Faraday'schen Käfig bilden. Bei höheren Frequenzen fallen die beiden Kurven 1 und 2 zusammen.

F i g. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines mit einem Netz aus zusammenhängenden Drähten ausgestatteten Radoms bei der Frequenz Fi. Die dielektrische Wand und die Metalldrähte sind hochfrequenzmäßig einer Kapazität Q bzw. einer Induktivität L\ äquivalent, die parallel an einer Übertragungsleitung 3 liegen, die auf der einen Seite durch die bei der Frequenz Fi arbeitende elektromagnetische Anordnung und auf der anderen Seite durch den Raum außerhalb des Radoms abgeschlossen ist. Wenn die Bedingung Li Q a>2²= 1 bei der Frequenz Fi = ωι/2 π erfüllt wird, und die ohmschen Verluste vernachlässigt werden, ist die parallel zur Übertragungsleitung 3 liegende Gesamtimpedanz unendlich groß und die übertragene Welle wird nicht beeinflußt Der Übenragungsfaktor ist in Wirklichkeit praktisch gleich 1, da die Anpassungsbedingung der Wand für die Frequenz F₂ erfüllt ist

Um das schwierige Problem der Orientierung der

Drähte in bezug auf die Polarisation auf einfache Weise zu lösen, wird das induktive Element durch zwei Netze

> aus zueinander senkrechten Drähten gebildet, wodurch es isotrop gemacht wird und an dem Radom ohne Beachtung der Orientierung der Drähte angebracht werden kann.

F i g. 3 zeigt das Ersatzschaltbild des gleichen Radoms bei der Frequenz Fi. Der Wert der Induktivität Li, die durch das Metalldrahtnetz parallelgeschaltet wird, ist sehr viel größer als bei der Frequenz Fi. Ihre Auswirkung ist gering und kann durch eine geringfügige Vergrößerung der Dicke der dielektrischen Wand

ι 5 kompensiert werden, deren Ersatzschaltung dann eine kleine Kapazität Ci ist, die den Eingangsklemmen eines angepaßten Vierpols Q parallelgeschaltet ist, der die bei der Frequenz Fi angepaßte Wand allein darstellt Durch Erfüllung der Bedingung L₂CiW^=X bei der Frequenz Fi =0)1/2« wird die Anpassungsbedingung der Wand erfüllt

Anstatt nur ein Netz aus zi-cimmenhängenden Metalldrähten zu verwenden, enthalt das Radom ein Netz aus zusammenhängenden Drähten und ein Netz aus unzusammenhängenden metallischen Elementen (Netz 7 bzw. 8 von Fig.6). Diese Ausführungsform ergibt gegenüber den Netzen aus zusammenhängenden Drähten den Vorteil, daß keine Sekundärzipfel (»Netzzipfel«) bei der Frequenz Fi im Strahlungsdiagramm der

jo vom Radom geschützten Antenne verursacht werden.

Die unzusammenhängenden metallischen Elemente können verschiedene Formen haben. Sie sind in Linien gemäß einem Netz aus parallelen Linien oder auch in zwei Netzen aus zueinander senkrechten Linien angeordnet, wie es bei dem Netz bzw. den Netzen aus zusammenhängenden Metalldrähten der Fall ist. Die in Linien angeordneten unzusammenhängenden Elemente sind zwischen die zusammenhängenden Drähte eingefügt Das Netz aus unzusammenhängenden Elementen kann die gleiche Netzteilung wie das Netz aus zusammenhängenden Drähten haben (F i g. 6), oder diese Netzteilung kann je nach der gewünschten Wi-kung größer oder kleiner sein. Die metallischen Elemente sind entweder Abschnitte von Metalldrähten oder Abschnitte von Metallbändern bestimmter Breite und Dicke. Im Fall von F i g. 6 ist das Netz 8 aus quadratischen Metallstücken gebildet, die etwa eine Seitenlänge von λ/8 für die höchste Frequenz haben, wobei die Netzteilung den Wert A/2 hat. Das Radom enthält in diesem Fall abwechselnd zusammenhängende Drähte und Linien aus unzusammenhängenden Elementen.

F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild der von den Netzen und der Wand gebildeten Anordnung bei der Frequenz Fi. Die Netze sind einer Parallelschaltung aus einer Induktivität L₃ und einer Kapazität C₃ äquivalent, die parallel zu einer di? Wand darstellenden Kapazität Q liegt. Die Anpassungsbedingung L₃ (C, + C₃)(Oi² = 1 ist mit einer Induktivität L₃ erfüllt, die kleiner als die

en Induktivität Li im Fall eines Netzes ist, das nur aus zusammenhängen Jen Drähten besteht. Die Induktivität L₃ wird durch Verringerung der Netzteilung des Drahtnetzes kleiner gemacht Auf diese Weise ist es möglich, die Netzteilung so weit zu verringern, daß die

b-j Erscheinung von Netzzipfeln bei der Frequenz Fi vermieden wird.

F i g. 5 zeigt das Li jatzschaltbild bei der Frequenz F\. Das Netz ist wiederum einer Induktivität U von großem

Wert und einer Kapazität C₄ von kleinem Wert äquivalent, die den Eingangsklemmen des die Wand darstellenden angepaßten Vierpols Q parallelgeschaltet sind. Durch Erfüllung der Bedingung Z^Gwt²=! wird die ganze Anordnung für die Übertragung angepaßt.

Die Verwendung von unzusammenhängenden metallischen Elementen ergibt auf der Höhe der Wand eine kapazitive Impedanz. Ein Vorteil der Erfindung beruht darin, daß die dielektrische Wand für die Übertragung selbst in dem Fall angepaßt werden kann, daß die Wand bei der Frequenz F] wie in induktives Hindernis erscheint. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß das Netz aus unzusammenhängenden Elementen eine ausreichende kapazitive Impedanz aufweisen kann.

Die praktische Ausführung eines Radoms nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die Netze aus zusammenhängenden und unzusammenhängenden metallischen Elementen können zunächst durch Gravieren, Aufdrucken, Aufkleben oder Aufdampfen 2'j? sinsni dielektrischen Substrat fh

Polyäthylenterephthalat) gebildet werden, das dann einen integrierenden Bestandteil der Wand des Radoms bildet.

Die Wand selbst wird aus Keramik oder irgendeinem anderen temperaturfesten Material oder aus glasfaserverstärktem Kunstharz hergestellt.

Im Fall von glasfaserverstärktem Kunstharz wird das Radom dadurch gebildet, daß auf eine Form ein Glafasergewebe aufgelegt wird, das vernäht und anschließend mit Kunstharz imprägniert wird. Eine andere Herstellungsart besteht darin, daß die Glasfasern direkt auf die Form gewebt oder gewickelt werden, wodurch die Nähte vermieden werden. Im allgemeinen sind mehrere imprägnierte Gewebeschichten zur Erzielung der gewünschten Dicke notwendig.

Das Anbringen des metallisierten Substrats erfolgt vor oder während der Herstellung der Wand. Das Substrat wird dann vor dem Wickeln oder vor dem

in Auflegen des Glasfasergewebes auf die Form gebracht. Es kann auch zwischen zwei Gewebeschichten eingefügt werden.

Ein anderes Herstellungsverfahren besteht noch darin, daß ein metallisiertes Substrat hergestellt wird,

ι-, das nur die Netze aus unzusammenhängenden metallischen Elementen aufweist. Das Netz aus zusammenhängenden Drähten wird direkt beim Weben der Wand in die Wand des Radoms eingefügt. Im Fall eines Radoms, das bereits ein Netz aus zusammenhängenden Drähten

m enthält, wird ein metallisiertes Substrat mit einem Netz aus unzusammenhängenden Elemente, das auf der gleichen Form wie das Radom gebildet worden ist, an die Innenseite des Radoms angeklebt.

In allen Fällen kann das Anbringen des Substrats nach

>-, der Herstellung der Wand erfolgen. Das metallisierte Substrat wird an die Innenseite des Radoms angeklebt. Das Anbringen ist verhältnismäßig leicht, wenn die Form der Spitzkuppel nicht zu sehr von einem Kegel verschieben ist, was im allgemeinen der Fall ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radom mit einer monolithischen dielektrischen Wand von solcher Dicke, daß sie für wenigstens eine Welle einer gegebenen Frequenz durchlässig ist, mit einem fest mit der Wand verbundenen Netz aus durchgehenden Metalldrähten und mit einer Anordnung von unzusammenhängenden metallischen Elementen, die gleichfalls mit der Wand fest verbunden und längs Linien angeordnet sind, die zwischen den Linien des Netzes parallel zu diesen verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Teilung des Netzes (7) kleiner als — ist, worin Λ