DE3601553A1

DE3601553A1 - Anordnung zur aufteilung von hoechstfrequenzenergie

Info

Publication number: DE3601553A1
Application number: DE19863601553
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Adolph; Wolfgang Dr Ing Menzel; Lorenz-Peter Dr Ing Schmidt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-01-21
Filing date: 1986-01-21
Publication date: 1987-07-23
Anticipated expiration: 2006-01-22
Also published as: DE3601553C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die dazu dient, weit auseinanderliegende Frequenzen zu trennen. Zu diesem Zweck sind frequenz- oder polarisationsselektive Gitteranordnungen bekannt. Diese sind jedoch schmalbandig oder nur für bestimmte Polarisationen brauchbar und besonders bei nicht ebenen Strukturen schwierig aufzubauen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die breitbandig, leicht und kompakt ist und einfach herstellbar ist. Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung aus sieben aufeinandergeschichteten Dielektrika. Erforderlich sind 2n + 1 Schichten mit n1, also mindestens drei Schichten mit abwechselnd großer und kleiner Dielektrizitätszahl ε _ri. Die Schichtdicken d _i, i = 1 bis 2n + 1 und die ε _ri sind so bemessen, daß die Anordnung in einem oberen Frequenzbereich f _R ± Δ f als Bandsperre und Reflektor wirkt (für senkrecht oder unter kleinem Winkel einfallende Wellen). In einem unteren Frequenzbereich 0≦ωτf f _u werden die einfallenden Wellen dagegen nahezu ungedämpft durchgelassen. Die Dimensionierung der ε _ri und d _i berechnet der Fachmann nach bekannten physikalischen Gesetzen unter Berücksichtigung der Transmissionsfaktoren T _i und Reflexionsfaktoren R _i an den Schichtgrenzen.

Die Differenz zwischen den ε _ri aneinandergrenzenden Schichten ist möglichst groß zu wählen. Die großen Dielektrizitätszahlen sollten mindestens ε _rg≦λτ6, die kleinen mindestens ε _rk≦ωτ3 sein. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 haben die Dielektrika abwechselnd die Werte 10 und 2.

Die Dicken d _i werden vorzugsweise zu etwa λ _R/4 gewählt, wobei g _R die Wellenlänge im Dielektrikum für die zu reflektierende Frequenz f _R ist. Bei Vorgabe von Toleranzbereichen für Transmissionsfaktor T und Reflexionsfaktor R können die Schichtdicken optimiert werden, um die Charakteristik der Anordnung im interessierenden Frequenzbereich zu verbessern. Fig. 2 zeigt den Verlauf von T und R bei einem optimierten siebenschichtigen Dielektrikum nach Fig. 1, das bei 94 GHz reflektieren und im Bereich um 18 GHz durchlassen soll.

Ein kleines ε _r von 2 ist mit Teflon zu erzielen. Zum Erreichen großer ε _r (bis zu 30) eignen sich Füllmaterialien, insbesondere feingemahlenes Keramikpulver, das in ein Kunstharz geschmischt wird. Durch den Aufbau der einzelnen Schichten aus Thermoplasten und/oder Duroplasten wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung besonders einfach.

Wird die beschriebene Schichtstruktur als Parabol oder parabolähnlich ausgeformt, so kann sie im Frequenzbereich um f _R als Parabol- oder parabolähnliche Antenne eingesetzt werden. Wegen der oben beschriebenen Durchlaßeigenschaften der Schichtstruktur bei tieferen Frequenzen 0≦ωτf f _u können Antennen für diesen unteren Frequenzbereich hinter dem Parabol angebracht werden. Damit können beide Antennensysteme sehr raumsparend untergebracht werden und ein und dieselbe Apertur verwenden, ohne sich gegenseitig zu stören.

Daher ist die Erfindung sehr vorteilhaft für die Realisierung von Suchköpfen, die gleichzeitig mit weiter auseinanderliegenden Frequenzbereichen arbeiten, z. B. Suchköpfe mit kombiniertem ARM-Empfänger (bis 18 GHz, ARM = Anti Radar Missile) und mm-Wellen-Radar (z. B. bei 94 GHz). Eine entsprechende Antennenanordnung ist in Fig. 3 skizziert.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer solchen Antennenanordnung.

In Fig. 5 ist die Seitenansicht der Antenne senkrecht zu ihrer Mittelachse 11 dargestellt. Sie zeigt einen zylinderförmigen Trägerkörper 1, dessen Oberfläche 5 das geschichtete Dielektrikum zur einseitig gerichteten Reflexion elektromagnetischer Wellen des oberen Frequenzbereichs trägt. Zum Senden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen des unteren Frequenzbereichs sind unter der Oberfläche 5 vier Spiral- oder Wendelantennen 21 bis 24 eingelassen, von denen Fig. 5 nur die Antennen 21 und 22 zeigt. Da das geschichtete Dielektrikum im Vergleich zum Trägerkörper 1 dünn ist (einige Millimeter), sind in Fig. 5 die Oberfläche und das Dielektrikum mit dem gleichen Bezugszeichen 5 gekennzeichnet.

Fig. 6 zeigt die Antenne in Richtung auf die zur Reflexion bestimmte Oberfläche. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie ersichtlich, sind die hier vollzählig dargestellten vier Spiral- oder Wendelantennen 21 bis 24 gleichmäßig unter der zur Reflexion bestimmten Oberfläche 5 verteilt.

Mit 3 ist ein Hohlleiter, mit 31 dessen Abschluß und mit 4 ein Subreflektor für elektromagnetische Wellen des oberen Frequenzbereichs bezeichnet. Der Abschluß 31 kann aus Keramik bestehen und beispielsweise Millimeterwellen, parallel oder leicht gebündelt, im Sendebetrieb auf den Subreflektor 4 ausstrahlen, von dem sie dann auf das geschichtete Dielektrikum 5 geworfen und von dort abgestrahlt werden.

In vorteilhafter Weise ist die zur Reflexion bestimmte Oberfläche des Trägerkörpers 1 parabolisch gekrümmt und der Subreflektor 4 etwa in dem Brennpunkt der parabolisch gekrümmten Oberfläche angeordnet.

Gegenseitige Beeinflussungen der Antennen für die verschiedenen Frequenzbereiche werden dadurch vermieden, daß der Trägerkörper 1 aus elektromagnetische Wellen absorbierendem Hartschaumstoff besteht.

Als Antennen 21 bis 24 für den unteren Frequenzbereich, also beispielsweise für Frequenzen unter 10 GHz, können Spiralantennen oder Wendelantennen oder, falls eine gewünschte Richtcharakteristik erzielt wird, auch kegelspiralig gewundene Leiter verwendet werden. Besonders einfach im Aufbau haben sich auf eine Leiterplatte eingeätzte Breitbandspiral-Antennen erwiesen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Anordnung eben ist und schräg in den Strahlengang der durchzulassenden Frequenz gestellt ist. Eine Speiseanordnung für die zu reflektierende Frequenz kann dann seitlich angebracht werden.

Claims

1. Anordnung zur Aufteilung von Höchstfrequenzenergie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Anordnung besteht aus 2n + 1, n1, ganze Zahl, aufeinander geschichteten Dielektrika von abwechselnd großer und kleiner Dielektrizitätszahl;
- die Dicken d _i der Schichten und die Dielektrizitätszahlen ε _ri, i = 1 bis 2n + 1, sind so gewählt, daß die Anordnung in einem oberen Frequenzbereich f _R ± Δ f als Bandsperre und Reflektor wirkt und in einem unteren Frequenzbereich 0≦ωτf f _u durchlässig ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Dielektrizitätszahlen mindestens ε _rg≦λτ6 betragen und die kleinen mindestens ε _rk≦ωτ3 sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken d _i der Schichten etwa g _R/4 betragen, mit λ _R = Wellenlänge im Dielektrikum für die zu reflektierende Frequenz.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus Thermoplasten und/oder Duroplasten aufgebaut sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines großen e _r Füllmaterialien verwendet werden.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein feingemahlenes Keramikpulver einem Kunstharz beigemengt ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Parabol- oder parabolähnliche Antenne für die zu reflektierende Frequenz f _R geformt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa im Brennpunkt des Parabols ein Subreflektor für die zu reflektierende Frequenz f _R angeordnet ist, und daß in der Mittelachse des Parabols eine Speiseanordnung für diese Frequenz durch das geschichtete Dielektrikum geführt ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem geschichteten Dielektrikum breitbandige Spiral- oder Wendelantennen für den durchgelassenen unteren Frequenzbereich f angeordnet sind.

10. Anordnung nach Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen für den unteren Frequenzbereich vier gleichmäßig über die Apertur des Parabols verteilte planare Antennen sind.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschichtete Dielektrikum auf einen Trägerkörper aus elektromagnetische Wellen absorbierendem Hartschaumstoff aufgebracht ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen für den unteren Frequenzbereich in den Trägerkörper unter dem geschichteten Dielektrikum eingelassen sind.