DE3738292A1 - Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer Anordnung aus Antennenelementen, die innerhalb einer Antennenkuppel angeordnet sind.

Zielsuchende Flugkörper, die solche Anordnungen aufweisen, haben gewöhnlich hohe Geschwindigkeiten, so daß nach aerodynamischen Gesichtspunkten ein Antennenkuppelprofil höchster Genauigkeit, d. h. ein stark zugespitztes Profil, wie es in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist, erforder­ lich ist.

Wenn Zielsignale unter relativ kleinen Winkeln gegenüber der Antennenziellinie, die mit der Flug­ körperlängsachse als ausgerichtet angenommen wird, durch die Antennenkuppel hindurchgehen, dann haben sie einen hohen Auftreffwinkel an der Innenfläche der gegenüberliegenden Wand, und ein beträchtlicher Anteil der auftreffenden Energie wird reflektiert. Das re­ flektierte Signal kann von der Antenne abgefangen wer­ den, die dann sowohl Signale direkt als auch nach Reflexion empfangen wird. Eine Antenne mit einem großen Öffnungswinkel, wie sie in solchen Anordnungen er­ wünscht ist, wird beide Signale feststellen, und die Interferenz zwischen beiden Signalen wird dann zu einer Verschlechterung der Strahlungscharakteristik führen.

Die Antennenanordnung kann Paare von Antennenele­ menten aufweisen, um ein Ziel in Azimutrichtung und in Höhenrichtung abzutasten. Als Folge der Störungen wird der Abtastbereich von zwei Antennen Störungen in der erwünschten (innerhalb des Arbeitsbereiches) monotonen und angenähert linearen Differenzkennlinie aufweisen. Kleinere Störungen, die sich als Rippen in dem Abtast­ bereich darstellen, werden einen begrenzten Spurfehler erzeugen; größere Störungen werden die Steigung der Abtastkurve (Differenzcharakteristik) umkehren und zu zweideutigen Zielinformationen führen.

Das obige Problem ist nur eines von verschiedenen, die bei der Verwendung von stark zugespitzten Antennen­ kuppeln auftreten, die jedoch in einem geringeren Maße bei herkömmlichen Antennenkuppeln mit einem stetigen Profil vorliegen. Zu diesen Problem gehören die fol­ genden:

• 1. Direkte Reflexion von der Innenwand der An­ tennenkuppel - so wie oben ausgeführt.
• 2. Mehrfachreflexionen zwischen der Antenne und der Antennenkuppelwand.
• 3. Oberflächenschwingungseffekte längs der An­ tennenkuppelwand bei Signalen, die nahezu streifend auf­ treffen.
• 4. Streuungen und Kopplungen zwischen den Anten­ nenelementen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eines oder mehrere dieser genannten Probleme zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeich­ nenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung enthält eine Antennenanordnung eine Anordnung von Antennenelementen innerhalb einer Antennenkuppel, wobei die Antennenkuppelinnenwand mit Oberflächenschwingungen absorbierendem Material ausge­ kleidet ist und der verbleibende Raum zwischen der Antennenanordnung und der Antennenkuppel mindestens teilweise mit einem Radarsignale absorbierendem Mate­ rial ausgefüllt ist, wobei die Anordnung so ausgebil­ det ist, daß die Radarsignale, die die Antennenanord­ nung in einer anderen Richtung als direkt durch die Antennenkuppel erreichen, mindestens teilweise unter­ drückt werden. Das die Oberflächenschwingungen absor­ bierende Material bildet vorzugsweise eine Haut, die sich an die Innenwand der Antennenkuppel anlegt.

Die Antennenkuppel kann stark zugespitzt sein, und die Antennenanordnung kann mehrere Antennenelemen­ te aufweisen, die einheitlich um die Ziellinie der Anordnung herum verteilt sind, wobei jedes Antennen­ element nach vorn unter einem Winkel zur Ziellinie ausgerichtet ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Antennenkuppel für hohe Geschwindigkeiten, in der Paare von Antennenelementen orthogonal untergebracht sind und bei dem eine Auswahl von auftreffenden Strahlen dar­ gestellt ist;

Fig. 2(a) eine ideale Kennlinie für zwei Anten­ nenelemente, wobei die aufgenommenen Signalamplituden in Abhängigkeit von einer verschwenkten Ziellinie dargestellt sind;

Fig. 2(b) die entsprechende Differenzkennlinie oder Spurkurve;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Antennenanordnung mit Merkmalen nach der Erfindung; und

Fig. 4 ein Beispiel für eine Spurabtastkurve vor und nach Modifikation durch die Anordnung nach der Erfindung.

Die Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Antennen­ kuppel 1, die das vordere Ende eines Flugkörpers (nicht dargestellt) bildet und die ein mit einer scharfen Spitze versehenes Profil aufweist, das sich für hohe Fluggeschwindigkeiten eignet. Antennenelemente A und B sind zwei von vier Elementen in einer um die Ziellinie 5 einheitlich verteilten Anordnung, wobei die Ziellinie mit der Flugkörperachse zusammenfällt.

Die Elemente A und B können beispielsweise die Azimutspurabtastung des Ziels vornehmen, und das andere Paar, das nicht dargestellt ist, führt dann die Spur­ abtastung in Höhenrichtung aus. Die Antennenelemente enthalten jeweils eine breitbandige Spiralantenne mit einem Hohlraum auf der Rückseite, und die vier Ele­ mente sind auf einer pyramidenförmigen Grundebene 3 befestigt.

Da die Elemente A und B nach vorn, jedoch unter einem Winkel zur Ziellinie ausgerichtet sind, sind ihre individuellen Kennlinien A′ und B′ relativ zu­ einander versetzt, wie es in Fig. 2(a) dargestellt ist.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß die einzelnen Ele­ mente einen Öffnungswinkel aufweisen. Das sich erge­ bende Differenzsignal ist in Fig. 2(b) dargestellt, wobei der erforderliche Verlauf dieser Abtastkurve im wesentlichen monoton ist und im Gesichtsfeld zwischen den Scheitelwerten der einzelnen Elemente vorzugsweise linear ist.

Fig. 1 zeigt verschiedene auftreffende Strahlen, die Probleme verursachen können. Der Strahl R1 geht durch eine Wand der Antennenkuppel unter solch einem Winkel und an einer solchen Stelle hindurch, daß er eigentlich nicht von einem Antennenelement abgefangen würde. Er wird jedoch von der gegenüberliegenden Innen­ wand der Antennenkuppel auf das Element A reflektiert.

Ein Strahl R2 wird auf einem direkten Pfad durch das Element A empfangen, jedoch dann mindestens teil­ weise zur Antennenkuppelwand reflektiert und wieder zu dem gleichen Element A zurückreflektiert.

Ein Strahl R3 tritt in die Antennenkuppel ein und trifft dabei streifend auf die Antennenkuppel­ innenfläche auf, und die sich ergebende Oberflächen­ schwingung erzeugt eine Streuung für das danebenliegen­ de Antennenelement und folglich eine Signalinterferenz und eine verschlechterte Wirkungsweise.

Ein Strahl R4 trifft direkt auf dem Element B auf, wird jedoch teilweise gestreut und somit mit den ande­ ren Elementen verknüpft. Wiederum ergeben sich Inter­ ferenzen und eine verschlechterte Wirkungsweise.

Fig. 3 ist ähnlich der Fig. 1, zeigt jedoch die erfinderische Anordnung. Ein Kegel aus einem Oberflächen­ schwingungen absorbierenden Material ("SWAM") 6 ist in das Innere der Antennenkuppel winkelgetreu eingepaßt, und er wird durch ein Klebemittel oder mechanisch im Scheitel der Antennenkuppel fest gehaltert oder ist dort festgekeilt. Das die Oberflächenschwingungen ab­ sorbierende Material kann beispielsweise das Material Plessey Type Hr. X/79/0407/000 einer Dicke von 1,65 ± 0,1 mm sein. Der verbleibende Raum über den Antennen­ elementen ist mit "Radarsignale absorbierendem Material" ("RAM") 7 gefüllt, beispielsweise mit dem Material von Emerson & Cuming (UK) Ltd., Eccosorb AN73.

Die Kombination aus Oberflächenschwingungen ab­ sorbierendem Material und Radarsignale absorbierendem Material wird für die verschiedenen hier interessieren­ den Frequenzen dadurch optimalisiert, daß die Dicke der der Schicht 6 und die besondere Beschaffenheit des Materials eingestellt werden.

In Fig. 4 ist die sich für ein besonderes Beispiel ergebende Verbesserung dargestellt. Die Kurve 9 ist die Differenzkurve, d. h. die Kurve, die dem Mittelteil der Fig. 2(b) entspricht und zwar für eine unmodifi­ zierte Antennenanordnung, während die Kurve 11 die ver­ besserte Version für die gleiche Antennenkuppel ist, die eine Kombination aus Oberflächenschwingungen ab­ sorbierendem Material und Radarsignale absorbierendem Material enthält.

Die Erfindung eignet sich zwar insbesondere zur Verwendung bei Hochgeschwindigkeitsflugkörpern, die ein stark zugespitztes "vorderes Ende" aufweisen, jedoch lassen sich beträchtliche Verbesserungen auch bei Antennen/Antennenkuppel-Anordnungen in anderen Anwendungen erreichen, bei denen die oben geschilder­ ten Probleme der bekannten Anordnungen nicht so nachteilig sind.

Claims (3)

1. Antennenanordnung mit einer Anordnung (A, B, 3) aus Antennenelementen (A, B), die in einer Antennenkuppel (1) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Antennenkuppel (1) mit einer Schicht (6) aus Oberflächenschwingungen absorbierendem Material versehen ist und daß der Raum zwischen der Antennenanordnung (A, B, 3) und der Antennenkuppel (1) mindestens teilweise durch einen Körper (7) aus Radar­ signalen absorbierendem Material ausgefüllt ist, so daß Radarsignale, die die Antennenelemente (A, B) auf anderem Wege als direkt durch die Antennenkuppel (1) erreichen, mindestens teilweise unterdrückt werden.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6) eine Haut bildet, die sich an die Innenwand der Antennenkuppel (1) anlegt und daß der Körper (7) aus Radarsignale absorbierendem Material die Hülle ausfüllt.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkuppel (1) eine stark zugespitzte Flugkörperantennenkuppel ist und daß die Antennenelemen­ te (A, B) einheitlich um die Ziellinie (5) verteilt sind, wobei jedes Antennenelement (A, B) nach vorn unter einem Winkel zur Ziellinie (5) ausgerichtet ist.