DE3920110A1 - Elektromagnetisches fenster/radarabsorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Fenster oder einen Radarabsorber. Beide Bauteile sind insbesondere zur Anwendung an Fluggeräten vorgesehen, können aber auch an Schiffen, Bodenfahrzeugen oder stationären Anlagen Verwen­ dung finden.

Elektromagnetische Fenster (Radome) sind elektromagnetisch transparente Abdeckungen vor Radar- oder Funkantennen, die einen Schutz der Antenne vor Umwelteinflüssen bewirken und die äußere Geometrie etwa eines Fluggeräts gewährleisten. Bei Fluggeräten können die elektromagnetischen Fenster und der durch sie abgedeckte Raum (Antenne, Compartment, Elektronik) einen erheblichen Beitrag zum Radarrückstreu­ querschnitt (RCS) des Fluggeräts liefern. Bei Fluggeräten mit verringerter Radarsignatur ist es daher notwendig, die elektromagnetischen Fenster gegen Radar abzutarnen. Die elektromagnetischen Fenster können dazu reflektierend oder absorbierend ausgelegt werden, dabei wird aber die eigent­ liche Funktion des elektromagnetischen Fensters, im ent­ sprechenden Wellenlängenbereich elektromagnetisch transpa­ rent zu sein, aufgehoben.

Radarabsorber sollen den Radarrückstreuquerschnitt eines Gegenstands, insbesondere eines Fluggeräts, verkleinern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Fenster zu schaffen, dessen Transparenz reversibel ein­ stellbar ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radar­ absorber vorzuschlagen, dessen Absorptionsfähigkeit rever­ sibel einstellbar ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Lichtquelle und eine fotosensitive Schicht in oder auf der Oberfläche eines elektromagnetischen Fensters oder eines Radarabsorbers, wobei die photosensitive Schicht unter Ein­ fluß von Licht vom elektromagnetisch transparenten Zustand in einen reflektierenden Zustand übergeht. Der Mechanismus ist dabei, daß die photosensitive Schicht bei Beleuchtung ihre Leitfähigkeit ändert. Ähnlich dem Photoeffekt, bei dem Lichtquanten ausreichender Energie Elektronen freisetzen, erzeugen die Lichtquanten in der photosensitiven Schicht freie oder freibewegliche Ladungsträger, wodurch die Schicht dann als Reflektor wirkt. Als Licht kann neben dem sicht­ baren Licht auch infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht verwendet werden. Welche Energien (Wellenlängen) notwendig sind, um zum Beispiel Ladungsträger in ein nicht vollbe­ setztes Band zu heben, hängt von dem verwendeten Material oder seiner Dotierung ab.

Mit Hilfe dieser Schicht ist es erfindungsgemäß möglich, ein elektromagnetisches Fenster wahlweise auf elektro­ magnetisch transparent oder elektromagnetisch reflektierend zu schalten. Im elektromagnetisch reflektierenden Zustand bewirkt eine entsprechende geometrische Formgebung des elektromagnetischen Fensters, daß der Radarrückstrahlquer­ schnitt im jeweiligen Bedrohungsaspektwinkelbereich hin­ reichend klein ist. Im elektromagnetisch transparenten Zu­ stand kann die hinter dem elektromagnetischen Fenster be­ findliche Antenne senden oder empfangen.

Die photosensitive Schicht kann beispielsweise aus einem Halbleiter-Photowiderstand bestehen. Bei diesem Material bewirken einfallende Photonen eine Freigabe von Ladungs­ trägern im Material des Halbleiters. Die Leitfähigkeit ist dadurch abhängig von der Beleuchtungsstärke und in einem weiten Bereich reversibel änderbar, wodurch sich die Trans­ parenz des Materials ändert.

Die photosensitive Schicht kann auf der Innenseite des elektromagnetischen Fensters angebracht sein - gegebenen­ falls kann sie durch eine optisch transparente Schutz­ schicht abgedeckt sein. Die Ansteuerung erfolgt in diesem Fall durch eine Lichtquelle im Inneren des elektromagne­ tischen Fensters.

Die photosensitive Schicht kann auch auf der Oberfläche eines Lichtleiters (z. B. von Glasfasern, von Glasfaser­ bündeln, einer Glasplatte, einer lichtleitenden Kunststoff­ platte einer Lichtleitfolie oder eines Lichtsammlers) auf­ gebracht sein. Die Ansteuerung erfolgt in diesem Fall durch Einkoppelung des Steuerlichts in den Lichtleiter. Die photo­ sensitive Schicht kann sich bei diesem Konzept auch im Inne­ ran der Struktur des elektromagnetischen Fensters befinden.

Je nach Leitfähigkeitsbereich der photosensitiven Schicht kann es vorteilhaft sein, wenn zur Anpassung des Flächen­ widerstands der photosensitiven Schicht die photosensitive Schicht strukturiert ist oder mit einer Antennenbelegung (z. B. Dipolen oder Metallgittern) versehen ist. Das heißt, daß die photosensitive Schicht nicht über den gesamten Bereich des elektromagnetischen Fensters angeordnet ist, sondern nur bestimmte Bereiche abdeckt und andere frei läßt.

Bei einem Radarabsorber kann die photosensitive Schicht zum Beispiel als die hinterste wirksame Schicht vorgesehen sein, so daß bei Beleuchtung diese Schicht als Reflektor dient. Der gesamte Radarabsorber ist dann mit einem λ/4- Absorber oder einem Schichtabsorber vergleichbar, bei dem die hinterste Schicht reflektierend (meistens aus Metall) ist. Bei Beleuchtung mit entsprechendem Licht ist der Radarabsorber wirksam, ohne Beleuchtung nicht oder nur wesentlich eingeschränkt.

In einer weiteren Ausführung kann die photosensitive Schicht die vorderste wirksame Schicht bilden, so daß bei Beleuch­ tung der Radarabsorber von außen wie ein Radarreflektor wirkt. Schaltet man die Beleuchtung ab, ist diese äußerste Schicht transparent. Einfallende Radarstrahlung kann dann durch diese Schicht dringen und wird von an sich bekannten absorbierenden Schichten, denen sich auch wieder ein Reflek­ tor anschließen kann, absorbiert.

Diese beiden Ausführungen eignen sich zum sogenannten "Peace Time Masking". Das heißt, daß in Friedenszeiten der Radar­ absorber abgeschaltet sein kann, so daß das Fluggerät einen relativ großen Radarrückstrahlquerschnitt hat. Erst beim Einsatz im Verteidigungsfall wird der Radarrückstrahlquer­ schnitt durch Einschalten entsprechenden Lichtes - oder bei der anderen Ausführung durch Abschalten des Lichtes - ab­ sorbierend und verkleinert den Radarrückstrahlquerschnitt des Fluggerätes auf so niedrige Werte, wie sie der Gegner von Übungen her nicht kannte oder berechnen konnte.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen erfindungsgemäße elektromagne­ tische Fenster.

Fig. 4 zeigt zwei erfindungsgemäße Radarabsorber.

Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisches Fenster mit einer Struktur 2, die für die Festigkeit verantwortlich ist und die radartransparent ist. Diese Struktur 2 hat die Form einer Haube oder Hülse und dient als Radom oder Abdeckung für die Antenne 4. Erfindungsgemäß ist auf der Struktur 2 auf der Innenseite eine photosensitive Schicht 1 aufge­ tragen. Innerhalb des Radoms befindet sich die Lichtquelle 3, die hier als Torus die Antenne 4 umgibt.

Die Erfindung funktioniert wie folgt: Wenn die Lichtquelle 3 ausgeschaltet ist, ist die photo­ sensitive Schicht 1 ebenfalls radartransparent. Radarwellen können zur Antenne 4 oder von der Antenne 4 ausgehend im wesentlichen ungeschwächt das Radom durchdringen. Wird die Lichtquelle 3 eingeschaltet, so werden in der photosensi­ tiven Schicht 1 Ladungsträger freigesetzt, die photosensi­ tive Schicht 1 wird leitend und damit reflektierend. Die Antenne 4 kann nicht senden. Dafür werden einfallende Radarstrahlen nicht von der Antenne 4 zum Sender zurück­ reflektiert, sondern von der photosensitiven Schicht 1 zur Seite gelenkt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung eines elektromagne­ tischen Fensters. Die radartransparente Struktur 2 ist hier auf der Innenseite mit Glasfasern mit photosensitiver Beschichtung belegt. Diese Glasfasern oder Glasfaserbündel münden vor einer Lichtquelle 3. Die Glasfasern sind, wie die Vergrößerung links unten zeigt, mit photosensitivem Material beschichtet. Wird die Lichtquelle 3 eingeschaltet, wird das Licht durch die Glasfasern geleitet und erreicht die photosensitive Beschichtung, die daraufhin leitfähig und damit für Radarwellen reflektierend wird.

Fig. 3 zeigt links ein Radom im transparenten Zustand. Die Struktur 2 ist wiederum innen von der photosensitiven Schicht 1 belegt. Im Radom befinden sich die Antenne 4 und eine Lichtquelle 3. Die Lichtquelle 3 ist in diesem Fall so angeordnet, daß sie seitlich in die photosensitive Schicht 1 leuchtet. Die photosensitive Schicht 1 wirkt hier als Licht­ träger oder Lichtleiter. Auf dem linken Teilbild ist ein einfallender Radarstrahl gezeichnet, der, da die Lichtquelle 3 ausgeschaltet ist, das Radom praktisch ungeschwächt durch­ dringen kann. Die Antenne 4 kann den Radarstrahl registrie­ ren oder Funkwellen aussenden.

Auf der rechten Seite ist das gleiche Radom gezeigt, jedoch ist die Lichtquelle 3 eingeschaltet. Ihr Licht verteilt sich über die lichtleitende photosensitive Schicht 1. Einfallende Radarstrahlen, wie der links unten gezeichnete, werden an der nun reflektierenden Schicht abgelenkt.

Fig. 4 zeigt zwei Ausführungen von Radarabsorbern, wobei die Einfallrichtung des Radars jeweils oben ist.

In der oberen Ausführung befindet sich die photosensitive Schicht 1 an der Unterseite des Radarabsorbers. Er besteht aus einer äußeren Schicht 5 und einem Abstandshalter 6, der auch ein Radarabsorber sein kann. Wird die photosensi­ tive Schicht 1 beleuchtet, so bilden die Schichten 5 und 1 ein 1/4-Wellenlängensystem, bei dem durch Interferenz von oben einfallende Radarwellen sich gegenseitig auslöschen. Der Absorber reflektiert nicht in Einfallsrichtung des Radarstrahls.

Fig. 4 zeigt unten eine weitere Ausführung, bei der sich die photosensitive Schicht 1 als äußerste Schicht dort be­ findet, wo der Radarstrahl auftrifft. Wird die Schicht 1 beleuchtet, so ist der Gegenstand reflektierend. Wird die Beleuchtung ausgeschaltet, so durchdringen Radarwellen die photosensitive Schicht 1 und können in dem Absorber 6, der zum Beispiel auch als Schichtabsorber oder als 1/4-Wellen­ längenabsorber ausgebildet sein kann, zur hinteren, metal­ lisch leitenden Schicht 7. Auftreffende Radarwellen können beim Durchgang durch die Schicht 6 absorbiert werden oder durch Interferenzen zwischen Schicht 1 und Schicht 7 sich gegenseitig auslöschen.

Claims (6)

1. Elektromagnetisches Fenster (Radom) oder Radarabsorber, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (3) und eine photosensitive Schicht (1), die bei Be­ leuchtung reversibel vom elektromagnetisch transparenten Zustand in einen reflektierenden Zustand übergeht.

2. Fenster oder Radarabsorber nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die photosensitive Schicht (1) inner­ halb der Struktur (2) oder auf der äußeren Oberfläche oder auf der inneren Oberfläche angebracht ist.

3. Fenster oder Radarabsorber nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photosensitive Schicht (1) auf einem Lichtträger (Glasplatte, Glas­ faser, Glasfaserbündel, lichtleitende Kunststoffolie) aufgebracht ist.

4. Fenster oder Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strukturierung der photosensitiven Schicht (1) oder durch zusätzliche An­ tennenelemente in der photosensitiven Schicht (1).

5. Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die photosensitive Schicht (1) mit einem an sich bekannten λ/4-Radarabsorber oder einem an sich bekannten Schichtabsorber kombiniert ist und die hinterste Schicht bildet, die bei Beleuchtung als Reflektor dient.

6. Radarabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photosensitive Schicht (1) bei einem an sich bekannten Radarabsorber die vorderste wirksame Schicht bildet, so daß bei Beleuchtung ein Reflektor und ohne Beleuchtung ein Absorber vorliegt.