DE60003753T2 - Inductive lattice structure - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft induktive Gitterstrukturen. Die induktiven Gitterstrukturen können als Kurzschluß im Hochfrequenzbereich verwendet werden, um optische oder optronische Geräte vor Beschädigung durch elektromagnetische Strahlung zu schützen, sodaß sich das Gerät ungefähr wie ein Faraday'scher Käfig verhält. Die schädlichen elektromagnetischen Strahlungen können Funkwellen, Radarstrahlen, Hochfrequenzwaffen, starke Felder, elektromagnetische Impulse, Blitzschläge u.s.w. sein. Die optronischen Geräte können alle Arten von Bauelementen einschließen, die ein von einer Haube verschlossene optisches Fenster besitzen, wobei die Haube den mechanischen Verschluß des Bauelements gewährleistet. Die Haube muß dann auch in einem gewissen Maß das Bauelement elektrisch verschließen, indem es eine geringe Impedanz in einem gegebenen Hochfrequenz-Spektralband bietet.The present invention relates to inductive lattice structures. The inductive lattice structures can be short-circuited in the high-frequency range used to protect optical or optronic devices from damage To protect electromagnetic radiation, so that the device is approximately like a Faraday's cage behaves. The harmful electromagnetic radiation can cause radio waves, radar rays, High frequency weapons, strong fields, electromagnetic impulses, lightning strikes, etc. his. The optronic devices can do it all Types of components include one from a hood have closed optical windows, the hood the mechanical Closure of the Component guaranteed. The hood must then to a certain extent that too Close component electrically, by having a low impedance in a given high frequency spectral band offers.
Die Haube muß also folgende Eigenschaften besitzen: Einerseits muß sie eine Abschirmung im Mikrowellenbereich besitzen, indem sie in einem gegebenen Mikrowellen-Spektralband eine deutliche Abschirmung bewirkt, beispielsweise von 2 bis 18 GHz. Andrerseits muß sie optische Durchlaßeigenschaften aufweisen, damit sie in einem gegebenen optischen Spektralbereich deutlich transparent ist, beispielsweise von Ultraviolett bis Infrarot und soll eine gute Modulations-Transferfunktion im optischen Spektralbereich aufweisen.The hood must have the following properties own: On the one hand, it must have a shield in the microwave range by being in a given microwave spectral band causes a clear shielding, for example from 2 to 18 GHz. On the other hand, it must have optical transmission properties to be in a given optical spectral range is clearly transparent, for example from ultraviolet to infrared and is said to have a good modulation transfer function in the optical spectral range exhibit.
Das bei der Haube zu lösende Problem liegt also in der Suche nach einem guten Kompromiß zwischen den Mikrowelleneigenschaften und den optischen Eigenschaften, also zwischen einer guten Mikrowellenabschirmung und einer guten optischen Transparenz, was nachfolgend als "Mikrowellen-Optik-Kompromiß" bezeichnet wird. Diese Eigenschaften sind nämlich schwer zu vereinen, und oft läßt sich eine gute Mikrowellen-Abschirmung nur zu Lasten der optischen Übertragung erzielen, und zwar sowohl bezüglich der optischen Transparenz, also der durchgelassenen Energiemenge, als auch bezüglich der Modulations-Transferfunktion, also der Qualität der durchgelassenen Energie und umgekehrt. Je nach der Art der betrachteten Anwendung sind verschiedene Lösungen möglich.The problem to be solved with the hood lies in the search for a good compromise between the Microwave properties and the optical properties, i.e. between good microwave shielding and good optical transparency, what is referred to below as the "microwave optics compromise". Namely, these properties are difficult to unite, and often can good microwave shielding only at the expense of optical transmission achieve, both in terms of the optical transparency, i.e. the amount of energy let through, as well as regarding the modulation transfer function, i.e. the quality of the transmitted Energy and vice versa. Depending on the type of application considered different solutions possible.
Gemäß einem ersten Stand der Technik ist eine Haube vorgesehen, die eine dicke Halbleiterschicht enthält. Eine selektive Dotierung der Halbleiterschicht in Form eines Gitters ergibt die Abschirmeigenschaft. Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit der Halbleiter kann eine gute Mikrowellenabschirmung nur mit einer sehr dicken Halbleiterschicht erreicht werden, was dazu führt, daß die optische Transparenz und damit die optische Übertragung leidet. Für strenge Anforderungen bleibt der Mikrowellen-Optik-Kompromiß unzureichend. Außerdem ist es schwer, Halbleitermaterialien zu finden, die eine hohe optische Transparenz im optischen Spektralbereich des sichtbaren Lichts besitzt.According to a first state of the art a hood is provided which contains a thick semiconductor layer. A selective doping of the semiconductor layer in the form of a lattice gives the shielding property. Because of the low electrical conductivity the semiconductor can only provide good microwave shielding with one very thick semiconductor layer can be achieved, which leads to the optical Transparency and thus the optical transmission suffers. For strict The microwave optics compromise remains insufficient. Moreover it is difficult to find semiconductor materials that have a high optical Has transparency in the optical spectral range of visible light.
Gemäß einem zweiten Stand der Technik ist eine Haube vorgesehen, die eine dünne Schicht aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit enthält. Um eine gute Mikrowellen-Abschirmung zu erzielen, muß das Material der dünnen Schicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit und als Folge einen hohen Dämpfungkoeffizient selbst bei optischen Wellenlängen aufweisen, was die optische Transparenz und damit die Lichtübertragung mindert. Für strenge Anforderungen ist dann der Mikrowellen-Optik-Kompromiß unzureichend.According to a second prior art a hood is provided which is a thin layer of one material with high electrical conductivity contains. In order to achieve good microwave shielding, the material must the thin Layer a high electrical conductivity and as a result high damping coefficient even at optical wavelengths have what the optical transparency and thus the light transmission decreases. For the microwave optics compromise is then inadequate.
Gemäß einem dritten Stand der Technik
ist eine induktive und biperiodische Gitterstruktur, beispielsweise
von der Art eines Gitters mit quadratischen Maschen vorgesehen.
Die quadratischen Maschen gewährleisten
die Symmetrie der Polarität
und ergeben ein relativ einfaches Gitter. Das Material des Gitters
ist elektrisch leitfähig, beispielsweise
ein Metall oder ein Halbleiter. Mit a sei die Periode oder der Modul
des Netzes und mit
Die Erfindung beruht auf einer sehr deutlichenThe invention is based on a very clear
Verbesserung des Mikrowellen-Optik-Kompromisses. Hierzu verwendet die Erfindung eine induktive Gitterstruktur, die insbesondere eine gute Mikrowellen-Abschirmung sowie eine gleichmäßigere räumliche Verteilung der optischen Beugungsenergie ergibt, also der Beugungsenergie im optischen Spektralband. Die Qualität der optischen Übertragung der induktiven Gitterstruktur und der Gesamtheit des optischen Fensters, zu dem das Gitter gehört, wird dadurch wesentlich verbessert, da eine gleichmäßigere räumliche Verteilung der optischen Beugungsenergie die Modulations-Transferfunktion verbessert. Die Erfindung bietet auch den Vorteil, eine breitbandige Lösung für das optische Spektralband vorzuschlagen, da die Gitterform der induktiven Struktur die optische Übertragung im optischen Spektralband von der optischen Wellenlänge kaum abhängig macht.Improvement of the microwave optics compromise. For this purpose, the invention uses an inductive grating structure which, in particular, provides good microwave shielding and a more uniform spatial distribution of the optical diffraction energy, that is to say the diffraction energy in the optical spectral band. The Qua lity of the optical transmission of the inductive grating structure and the entirety of the optical window to which the grating belongs is significantly improved as a more uniform spatial distribution of the optical diffraction energy improves the modulation transfer function. The invention also offers the advantage of proposing a broadband solution for the optical spectral band, since the grating shape of the inductive structure hardly makes the optical transmission in the optical spectral band dependent on the optical wavelength.
Gegenstand der Erfindung ist eine induktive Gitterstruktur, die Elementarmaschen enthält, deren Seiten von elektrisch leitenden Drähten gebildet werden, wobei der mittlere Abdeckungsgrad der Elementarmaschen einerseits ausreichend groß ist, damit die Struktur in einem gegebenen Mikrowellen-Spektralband deutlich abschirmend wirkt, und andrerseits ausreichend gering ist, damit die Struktur in einem gegebenen optischen Spektralbereich im wesentlichen transparent ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Maschen ausreichend unregelmäßig ausgerichtet sind, um die Beugungsenergie im optischen Spektralband räumlich gleichförmiger als im Fall eines einheitlichen periodischen Gitters zu verteilen.The invention relates to a inductive lattice structure containing elementary meshes whose Sides are formed by electrically conductive wires, whereby on the one hand, the average degree of coverage of the elementary mesh is sufficient is great hence the structure clearly in a given microwave spectral band has a shielding effect and, on the other hand, is sufficiently low so that the structure in a given optical spectral range essentially is transparent, characterized in that the sides of the stitches are sufficient irregularly aligned are spatially more uniform than the diffraction energy in the optical spectral band to distribute in the case of a uniform periodic grid.
Die Erfindung und weitere Besonderheiten und Vorteile werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen, die nur als Beispiel dienen, näher erläutert.The invention and other special features and advantages are now shown in the accompanying drawings just serve as an example, closer explained.
Um die Beugungsenergie räumlich zu verteilen, sind die Seiten der Elementarmaschen der induktiven Gitterstruktur weniger gleichmäßig ausgerichtet als die Seiten der Elementarmaschen eines einzigen periodischen Gitters, z.B. eines Gitters mit quadratischen oder kreisförmigen Motiven. Hinsichtlich des Mikrowellen-Spektralbands handelt es sich für die induktive Gitterstruktur darum, möglichst gut den periodischen Charakter eines einzigen periodischen Gitters beizubehalten. Hinsichtlich des optischen Spektralbereichs handelt es sich darum, möglichst stark den periodischen Charakter eines einheitlichen periodischen Gitters zu verringern, ohne der Gitterstruktur die gute Transparenz eines einheitlichen periodischen Gitters mit geringem Abdeckungsgrad zu nehmen. Die induktive Gitterstruktur gemäß der Erfindung nutzt die Tatsache, daß die Wellenlängen des optischen Spektralbereichs geringer sind, und zwar oftmals deutlich geringer als die Wellenlängen des Mikrowellen-Spektralbands. Daher kann eine Veränderung der Regelmäßigkeit der Ausrichtung der Seiten der Elementarmaschen einer induktiven Gitterstruktur, die in einem gewissen Maß eine Form und eine Fläche der Elementarmaschen beibehält, die im wesentlichen der eines einheitlichen periodischen Gitters nahekommt, wie beispielsweise dem Gitter mit quadratischen Motiven, einen vernachlässigbaren Effekt auf die "großen" Wellenlängen des Mikrowellen-Spektralband haben und so nur wenig die Mikrowellen-Abschirmung verschlechtern, während sie einen starken Einfluß auf die "kurzen" Wellenlängen des optischen Spektralbereichs ausübt, indem eine Verteilung der Beugungsenergie im optischen Spektralband erfolgt, die räumlich wesentlich gleichförmiger als im Fall eines einheitlichen periodischen Gitters ist. Diese gleichförmigere räumliche Verteilung der optischen Beugungsenergie ermöglicht es für eine äquivalente globale Beugungsenergie, durch Verschiebung dieser Energie aufgrund der räumlichen Verteilung, die so die Intensität der Beugungsenergie-Spitzen des Beugungsmusters der induktiven Gitterstruktur verringert, die Modulations-Transferfunktion und somit die Qualität der optischen Übertragung deutlich zu verbessern.To spatially diffraction energy too distribute are the sides of the elementary meshes of the inductive lattice structure less evenly aligned than the sides of the elementary meshes of a single periodic Grids, e.g. a grid with square or circular motifs. With regard to the microwave spectral band, it is for the inductive Grid structure around, if possible well the periodic character of a single periodic grid maintain. It concerns the optical spectral range care about, if possible strongly the periodic character of a uniform periodic Lattice without reducing the lattice structure's good transparency of a uniform periodic grating with a low degree of coverage to take. The inductive grid structure according to the invention takes advantage of the fact that the wavelength of the optical spectral range are lower, often clearly less than the wavelengths of the microwave spectral band. Hence a change of regularity the alignment of the sides of the elementary meshes of an inductive Lattice structure, which to a certain extent has a shape and an area of Maintains elementary meshes, which is essentially that of a uniform periodic grid comes close, such as the grid with square motifs, a negligible Effect on the "long" wavelengths of the Have microwave spectral band and so do little to deteriorate the microwave shielding, while they have a strong impact the "short" wavelengths of the optical spectral range, by distributing the diffraction energy in the optical spectral band takes place spatially much more uniform than in the case of a uniform periodic grid. This uniform spatial distribution the optical diffraction energy allows for an equivalent global diffraction energy, by shifting this energy due to the spatial distribution that so the intensity the diffraction energy peaks of the diffraction pattern of the inductive grating structure reduced, the modulation transfer function and thus the quality of the optical transmission to improve significantly.
Hierzu werden zwei unterschiedliche Vorrichtungen vorgeschlagen. Die erste Vorrichtung verwendet mehrere induktive Gitterstrukturen, beispielsweise Gitter, die je einen deutlich periodischen Charakter haben können, aber deren Anordnung und Ausrichtung den periodischen Charakter der von den verschiedenen Strukturen gebildeten Einheit verringert. Diese Lösung läßt sich relativ einfach realisieren, aber ihre Wirksamkeit ist nicht optimal. Der erste Typ entspricht den beiden ersten Ausführungsformen. Der zweite Typ verwendet nur eine Gitterstruktur, deren unperiodischer Charakter ausgeprägt ist. Diese Lösung bietet mehr Schwierigkeiten bei der Realisierung, aber kann noch bessere Ergebnisse liefern. Der zweite Typ entspricht der dritten Ausführungsform. Die Lösungen der beiden Arten von Vorrichtungen können natürlich auch kombiniert werden, um die Wirksamkeit noch weiter zu verbessern, wenngleich die Komplexität bei der Herstellung dann zunimmt.Two different devices are proposed for this. The first device uses a plurality of inductive lattice structures, for example lattices, which can each have a clearly periodic character, but whose arrangement and alignment reduce the periodic character of the unit formed by the various structures. This solution is relatively easy to implement, but its effectiveness is not optimal. The first type corresponds to the first two embodiments. The second type uses only a lattice structure, the non-periodic character of which is pronounced. This solution is more difficult to implement, but can still give better results. The second type corresponds to the third Embodiment. The solutions of the two types of devices can of course also be combined in order to further improve the effectiveness, even if the complexity in the manufacture then increases.
Die Vorrichtung gemäß dem ersten Typ verwendet eine induktive Gitterstruktur, bestehend aus mehreren Elementargittern, die je gemäß einem Muster von Beugungsspitzen beugen, wobei die Muster von Beugungsspitzen gegeneinander deutlich im Raum versetzt sind. Der beste Wert ist erreicht, wenn die Beugungsspitzen eines Musters zu denen des nächsten deutlich versetzt sind, also sich nicht überlappen. Eine leichte Überlappung kann jedoch trotzdem zu einem zufriedenstellenden Ergebnis führen je nach der Art und der Bedeutung der von der betrachteten Anwendung gestellten Anforderungen. Je weiter die Beugungsmuster räumlich voneinander entfernt sind, umso gleichmäßiger verteilt sich die Beugungsenergie im optischen Spektralbereich und umso höher wird die Qualität der optischen Übertragung.The device according to the first Type uses an inductive grid structure consisting of several Elementary lattices, each according to a Diffraction peaks pattern, the pattern of diffraction peaks are clearly offset from each other in space. The best value is reached when the diffraction peaks of one pattern clearly differ from those of the next are offset, i.e. do not overlap. A slight overlap however, can still lead to a satisfactory result according to the type and meaning of the application under consideration requirements. The farther apart the diffraction patterns are removed, the more evenly distributed diffraction energy in the optical spectral range and the higher the quality the optical transmission.
Die Intensität der entsprechenden Beugungsspitzen bleibt vorzugsweise im wesentlichen von einem Muster zum nächsten konstant. So verteilt sich die Beugungsenergie im optischen Spektralbereich im wesentlichen gleichförmig zwischen den verschiedenen Beugungsmustern entsprechend den verschiedenen Elementargittern. Je konstanter die Intensität der Beugungsspitzen zwischen einem Muster und dem nächsten ist, umso gleichmäßiger verteilt sich die Beugungsenergie im optischen Spektralbereich räumlich.The intensity of the corresponding diffraction peaks preferably remains substantially constant from one pattern to the next. The diffraction energy is distributed in the optical spectral range essentially uniform between the different diffraction patterns corresponding to the different ones Elemental bars. The more constant the intensity of the diffraction peaks between one pattern and the next is distributed the more evenly the diffraction energy in the optical spectral range.
Die Struktur enthält funktional mehrere Elementargitter, die je virtuell ein Beugungsmuster besitzen, aber diese Elementargitter besitzen vorzugsweise alle die gleiche Fläche und bilden vorzugsweise strukturmäßig ein einheitliches Gitter. Im Fall von ebenen Elementargittern befinden sich dann alle Elementargitter in der gleichen Ebene und sind so aneinander gefügt, daß sie strukturell nur ein gemeinsames resultierendes Gitter ergeben. Wenn die verschiedenen Elementargitter je einen sehr ausgeprägten periodischen Charakter besitzen, beispielsweise quadratische Motive mit gleichen Abständen, dann liegen diese Elementargitter so daß der periodische Charakter des resultierenden Gitters wesentlich weniger ausgeprägt ist, wobei die Motive dann beispielsweise mehr oder weniger regelmäßige Polygone bilden. Der Vorteil einer solchen Gitterstruktur besteht darin, daß sich eine optische Übertragung ergibt, die mit der eines der Elementargitter vergleichbar ist und doch eine deutlich verbesserte Mikrowellen-Abschirmung ergibt.The structure contains several elementary lattices, each of which has a virtual diffraction pattern, but these elementary gratings preferably all have the same area and preferably form structurally uniform grid. In the case of flat elementary lattices then all elementary grids are on the same level and are like this joined together, that she structurally only result in a common resulting grid. If the various elementary grids each have a very pronounced periodic Have character, for example square motifs with the same intervals, then these elementary grids lie so that the periodic character the resulting grid is much less pronounced, the motifs then, for example, more or less regular polygons form. The advantage of such a lattice structure is that that itself an optical transmission which is comparable to that of one of the elementary lattices and but a significantly improved microwave shielding results.
In dem bevorzugten Fall, daß die Elementargitter im wesentlichen zueinander parallel angeordnet sind, aber nicht zu einer gemeinsamen Fläche gehören, müssen die Elementargitter ausreichend nahe nebeneinander liegen, also muß der Abstand zwischen den Elementargittern ausreichend gering bleiben, damit der unregelmäßige Charakter der Ausrichtung der Seiten der Elementarmaschen zu einer gleichmäßigeren räumlichen Verteilung der optischen Beugungsenergie führt. Beispielsweise hat eine Struktur, die aus zwei Elementargittern unterschiedlicher Ausrichtung mit quadratischen Motiven besteht, wenn die Elementargitter einen ausreichend großen Abstand im Vergleich zur optischen Wellenlänge besitzen, eine Beugungswirkung, die hauptsächlich gemäß zwei Richtungen wie ein periodisches einheitliches Gitter beugt.In the preferred case that the elementary lattices are arranged essentially parallel to each other, but not to a common area belong, have to the elementary lattices are sufficiently close together, that is must the The distance between the elementary lattices remains sufficiently small, hence the irregular character the alignment of the sides of the elementary meshes to a more even one spatial Distribution of the optical diffraction energy leads. For example, one Structure consisting of two elementary grids of different orientations with square motifs if the elementary lattice is sufficient huge Have a distance in comparison to the optical wavelength, a diffraction effect, the main one in two directions bends like a periodic uniform grid.
In dem Maß, wie man zur Gitterstruktur Elementargitter hinzufügt, bleibt die optische Übertragung vergleichbar, während die Mikrowellen-Abschirmung sich verbessert, aber der Grad der durch jedes zusätzliche Elementargitter erzielten Verbesserung nimmt ab, wenn die Anzahl von Gittern zunimmt. Daher bildet eine induktive Gitterstruktur aus nur zwei Elementargittern bereits einen vorteilhaften Kompromiß.To the extent how to get to the lattice structure Elementary grid, remains the optical transmission comparable while the microwave shielding improves, but the degree of through any additional elementary grid improvement improves as the number of grids increases. Therefore, an inductive lattice structure consists of only two elementary lattices already an advantageous compromise.
Damit die Anzahl von Elementargittern
die Verbesserung der Mikrowellen-Abschirmung der Gitterstruktur
optimiert, zu der die Elementargitter gehören, ist es günstig, wenn
die Elementargitter im wesentlichen den gleichen Abdeckungsgrad
besitzen, wobei das Optimum erreicht ist, wenn der Abdeckungsgrad
identisch ist. Die Elementargitter haben vorzugsweise elementare
Maschen von im wesentlichen quadratischer Form. Der im wesentlichen
quadratische Charakter der Elementarmaschen bietet einen guten Kompromiß zwischen Einfachheit,
Mikrowellen-Abschirmung, optischer Übertragung sowie Polarisationssymmetrie,
selbst wenn die Intensität
der Beugungsspitzen größer bleibt
als mit Elementargittern, deren Motive einen weniger gleichmäßige Form
besitzt.
Ein erstes Zahlenbeispiel betreffend
zwei Elementargitter G1 und G2 unterschiedlichen Moduls a1 bzw.
a2 ist in
Hierzu sollen vorzugsweise diese Überlappungen nur für hohe Beugungsordnungen stattfinden, sodaß die resultierende Energie der Summen der beiden entsprechenden Beugungsspitzen geringer als die optische Beugungsenergie der ersten Beugungsspitzen mindestens eines der Elementargitter ist. Die Moduln der verschiedenen Elementargitter werden so gewählt, daß jede Beugungsspitze aufgrund der vollständigen oder partiellen Überlappung mehrerer Beugungsspitzen aus den verschiedenen Elementargittern eine Intensität hat, die geringer als die oder höchstens gleich der Majorante der Gesamtheit der Intensitäten der Beugungsspitzen erster Ordnung für alle Elementargitter ist. Die Beugungsspitzen aufgrund der Kopplung zwischen Beugungsordnungen mehrerer Elementargitter entsprechen dann hohen und damit energiearmen Beugungsordnungen. So sind die aufgrund der Kopplung zwischen Elementargittern erhaltenen Beugungsspitzen nicht einschränkend, da sie intensitätsmäßig unter den ersten Beugungsspitzen mindestens eines der Elementargitter liegen.These overlaps should preferably be used for this purpose only for high diffraction orders take place, so that the resulting energy the sum of the two corresponding diffraction peaks is less than the optical diffraction energy of the first diffraction tips at least is one of the elementary lattices. The modules of the various elementary grids are chosen so that each Diffraction peak due to the complete or partial overlap several diffraction peaks from the different elementary gratings has an intensity which are less than or at most equal to the major of the total of the intensities of the diffraction tips first Okay for all elementary grid is. The diffraction peaks due to the coupling between diffraction orders of several elementary gratings then high and thus low-energy diffraction orders. That's how they are diffraction peaks obtained due to the coupling between elementary gratings not restrictive, since they are under intensity the first diffraction peaks lie at least one of the elementary gratings.
Die Moduln der verschiedenen Elementargitter sind auch vorzugsweise so gewählt, daß jede Beugungsspitze aufgrund der vollständigen oder partiellen Überlappung mehrerer von unterschiedlichen Elementargittern kommenden Beugungsspitzen, deren Intensität größer als die oder höchstens gleich der Majorante der Gesamtheit der Intensitäten der Beugungsspitzen erster Ordnung aller Elementargitter ist, außerhalb des Felds des optischen Fensters liegt, in das die Gitterstruktur integriert ist. Die Beugungsspitzen aufgrund der Kopplung zwischen Beugungsordnungen mehrerer Elementargitter, die Beugungsordnungen außerhalb des Felds des optronischen Fensters entsprechen, sind nicht begrenzend, da sie vom Bild der durch das optische Fenster betrachteten Szene ausgeschlossen sind.The modules of the various elementary grids are also preferably chosen so that each Diffraction peak due to the complete or partial overlap several diffraction peaks coming from different elementary gratings, their intensity larger than the or at most equal to the major of the total of the intensities of the diffraction tips first Order of all elementary grids is outside the field of the optical Window is in which the lattice structure is integrated. The diffraction tips due to the coupling between diffraction orders of several elementary gratings, the diffraction orders outside the field of the optronic window are not limitative, since it is from the image of the scene viewed through the optical window excluded are.
In der nachfolgend beschriebenen Tabelle 1 sind für das erste Beispiel die Energiewerte der verschiedenen Beugungsspitzen einerseits für jedes der Elementargitter G1 und G2 und andrerseits für die induktive Gitterstruktur SIG angegeben, die durch die beiden Elementargitter G1 und G2 gebildet wird. Für jede Beugungsspitze ist die Beugungsordnung angegeben und in Klammern das Gitter oder die entsprechende Struktur. Beispielsweise bedeutet 2(G2), daß es sich um die zweite Beugungsordnung für das Elementargitter G2 handelt. Da der Anteil an Freiraum eines Gitters durch das Verhältnis zwischen der Freiraumfläche und der Gesamtfläche gegeben ist, besitzt das Gitter G1 einen Freiraumanteil von 64% und das Gitter G2 von 71%, während die induktive Gitterstruktur SIG einen Freiraumanteil von 47% hat. Die Energiewerte sind in relativ beliebigen Einheiten, wobei der Einheitswert der Energie des zentralen Beugungsflecks entspricht.In the described below Table 1 are for the first example is the energy values of the different diffraction peaks on the one hand for each of the elementary grids G1 and G2 and on the other hand for the inductive grating structure SIG indicated, formed by the two elementary grids G1 and G2 becomes. For each diffraction peak, the diffraction order is given and in brackets the grid or the corresponding structure. For example, means 2 (G2) that it is the second diffraction order for the elementary grating G2. Since the proportion of free space in a grid is determined by the ratio between the free space and the total area the grid G1 has a free space share of 64% and the grating G2 of 71%, while the inductive lattice structure SIG has a free space share of 47%. The energy values are in relatively arbitrary units, whereby the Unit value of the energy of the central diffraction spot corresponds.
Tabelle 1 Table 1
Man erkennt, daß die optische Beugungsenergie räumlich gleichmäßiger verteilt ist als im Fall eines einheitlichen periodischen Gitters. Die sechste Beugungsordnung für die induktive Gitterstruktur SIG entspricht der dritten Beugungsordnung für das erste Elementargitter G1 beziehungsweise der vierten Beugungsordnung für das zweite Elementargitter G2. Die Energie dieser sechsten Beugungsordnung für die induktive Gitterstruktur SIG entspricht näherungsweise der Summe der Energien der dritten und der vierten Beugungsordnung für das erste bzw. zweite Elementargitter G1, G2. Da diese Summe aber unter der Energie der zweiten Beugungsordnung für die induktive Gitterstruktur entsprechend der ersten Beugungsordnung des ersten Gitters G1 bleibt, ist die Beugungsspitze der sechsten Beugungsordnung für die induktive Gitterstruktur nicht beschränkend. Mit einer induktiven Gitterstruktur gemäß der ersten Ausführungsform läßt sich eine vollkommene Entkopplung zwischen den Beugungsordnungen der verschiedenen Elementargitter, die die Struktur ausmachen, unter Ausschluß jeglicher, selbst partieller Überlappung von Beugungsspitzen, schwer realisieren.It can be seen that the optical diffraction energy spatial distributed more evenly than in the case of a uniform periodic grid. The sixth Diffraction order for the inductive grating structure SIG corresponds to the third diffraction order for the first elementary grating G1 or the fourth diffraction order for the second Elementary lattice G2. The energy of this sixth diffraction order for the inductive lattice structure SIG corresponds approximately to the sum of Energies of the third and fourth diffraction orders for the first or second elementary grids G1, G2. But since this sum is below the Energy of the second diffraction order for the inductive lattice structure remains according to the first diffraction order of the first grating G1, is the diffraction peak of the sixth diffraction order for the inductive Lattice structure not restrictive. With an inductive lattice structure according to the first embodiment can one complete decoupling between the diffraction orders of the different Elementary lattices that make up the structure, excluding any, even partial overlap diffraction peaks, difficult to realize.
Nun wird auf ein zweites Zahlenbeispiel
eingegangen, das die Feststellung erlaubt, daß die Verwendung einer induktiven
Gitterstruktur gemäß der ersten
Ausführungsform,
obwohl sie eine optische Übertragungsqualität ähnlich der
des optisch am meisten einschränkenden
Elementargitters besitzt, für
die induktive Gitterstruktur eine Mikrowellen-Abschirmung zu erzielen, die im Vergleich
mit der Mikrowellenabschirmung des besten Elementargitters im Mikrowellen-Spektralband deutlich
verbesert ist. Eine optische Übertragung
hoher Qualität
entspricht einem Verhältnis
zwischen der Energie der ersten Beugungsspitze und der Energie des zentralen
Beugungsflecks, das im optischen Spektralbereich wenig hoch ist,
hier dem optischen Spektralbereich zwischen beispielsweise Ultraviolett
und Infrarot. Dieses Verhältnis
wird mit E1,O/EO,O bezeichnet. Eine gute Mikrowellenabschirmung
entspricht einer Dämpfung
in einem gegebenen Mikrowellen-Spektralband, hier dem Band zwischen
beispielsweise 2 und 18 GHz. Diese Dämpfung ist mit T2-18GHz bezeichnet.
Das Elementargitter G1 hat einen Modul a1 von 200 μm, während die
Breite
Tabelle 2 Table 2
Die Tabelle 2 zeigt, daß für eine äquivalente optische Übertragungsqualität entsprechend E1,0/EO,O = 2,5 10·–5 die Mikrowellenabschirmung wirksamer ist und den Wert von –31 dB anstatt –25 dB hat. Der Abschirmungsgewinn im Mikrowellen-Spektralband beträgt 6 dB, was erheblich ist. Der so erhaltene Kompromiß zwischen der Mikrowellen-Abschirmung und der optischen Übertragungsqualität ist somit deutlich verbessert worden.Table 2 shows that for an equivalent optical transmission quality corresponding to E1.0 / EO, O = 2.5 10 · -5 the microwave shielding is more effective and has the value of -31 dB instead of -25 dB. The shielding gain in the microwave spectral band is 6 dB, which is significant. The compromise thus obtained between the microwave shielding and the optical transmission quality has thus been significantly improved.
Die Lage der Elementargitter zueinander in einer gemeinsamen Ebene hat keinen großen Einfluß auf die Qualität der optischen Übertragung. Wenn nämlich die beiden Elementargitter G1 und G2 gegeneinander versetzt sind, ist die Veränderung des Verhältnisses zwischen der gesamten gebeugten Energie in den höheren Ordnungen und der Energie des zentralen Beugungsflecks vernachlässigbar und beträgt etwa den Bruchteil eines Prozents.The position of the elementary lattices in relation to one another in a common plane has little influence on the quality of the optical transmission. If namely the two elementary grids G1 and G2 are offset from one another, is the change of the relationship between the total diffracted energy in the higher orders and the energy of the central diffraction spot is negligible and is approximately a fraction of a percent.
Nun sei ein drittes Zahlenbeispiel
betreffend eine induktive Gitterstruktur bestehend aus zwei Elementargittern
G1 und G2 mit den Moduln a1 und a2 dargestellt, aus dem die Verbesserung
hinsichtlich des Kompromisses zwischen der Mikrowellen-Abschirmung
und der Qualität
der optischen Übertragung
deutlich wird, die durch das maximale Verhältnis der Energie einer Beugungsspitze
höherer
Ordnung, im allgemeinen der der ersten Beugungsspitze, und der Energie
des zentralen Beugungsflecks im optischen Spektralbereich gegeben
ist, hier dem optischen Bereich zwischen beispielsweise dem Ultraviolett-
und dem Infrarotlicht. Dieses Verhältnis wird mit E1,O/EO,O bezeichnet.
EO,O steht für
die in dem zentralen Beugungsfleck enthaltene Energie. Eopt bezeichnet die globale übertragene
optische Energie und ist ein Maß für die optische
Transparenz. Die Energien sind in zufälligen relativen Werten notiert,
wobei der Einheitswert der einfallenden Energie entspricht. Die
Mikrowellen-Abschirmung entspricht einer Dämpfung in einem gegebenen Mikrowellenspektralband,
hier dem Band von zum Beispiel 2 bis 18 GHz. Diese Dämpfung ist
mit T2-18GHz bezeichnet und wird in dB angegeben. Das Elementargitter
G1 hat einen Modul a1 von 2 mm, eine Breite
Tabelle 3 Table 3
Die Tabelle 3 zeigt, daß für eine vergleichbare Beugungsqualität bei jedem der Elementargitter G1 und G2 die Mikrowellen-Abschirmung um etwa 5 dB verbessert wurde. Um eine vergleichbare Mikrowellen-Abschirmung wie die der induktiven Gitterstruktur SIG zu erhalten, müßte das äquivalente Gitter Geqhyp ein Verhältnis zwischen der maximalen Energie einer Beugungsspitze höherer Ordnung und der Energie des zentralen Beugungsflecks im optischen Spektralband viermal größer sein, was eine deutlich schlechtere optische Übertragungsqualität ergibt.Table 3 shows that for a comparable diffraction quality for each of the elementary gratings G1 and G2, the microwave shield was improved by about 5 dB. A comparable microwave shielding to obtain the equivalent of that of the inductive lattice structure SIG Grid Geqhyp a relationship between the maximum energy of a higher order diffraction peak and the energy of the central diffraction spot in the optical spectral band be four times bigger which results in a significantly poorer optical transmission quality.
Es ist auch möglich, mehr als zwei Elementargitter unter den obigen Bedingungen zu verwenden. Die Hinzufügung eines Elementargitters zur induktiven Gitterstruktur verschlechtert nicht wesentlich die Qualität der optischen Übertragung, während die Mikrowellen-Abschirmung wesentlich verbessert ist.It is also possible to have more than two elementary grids to use under the above conditions. The addition of a Elementary lattice to inductive lattice structure does not deteriorate significantly the quality of the optical transmission, while the microwave shielding is significantly improved.
Eine Tabelle 4 faßt die zahlenmäßigen Ergebnisse eines vierten Zahlenbeispiels zusammen. Die Definitionen des obigen dritten Zahlenbeispiels werden wieder verwendet. Mehrere Elementargitter G1, G2, G3, G4, G5 und G6 werden in Betracht gezogen. Ihre Modulwerte a1 bis a6 lauten 2mm, 2,lmm, 2,2mm, 2,3mm 2,4mm und 2,5mm. Mehrere induktive Gitterstrukturen, die zwischen zwei und sechs Elementargitter enthalten, werden analysiert. Die Gitterstrukturen SIG(G1 bis G2), SIG(G1 bis G3), SIG(G1 bis G4), SIG(G1 bis G5) und SIG (G1 bis G6) bestehen aus Elementargittern G1 bis G2, G1 bis G3, G1 bis G4, G1 bis G5 beziehungsweise G1 bis G6. Tabelle 4 enthält weiter zusätzliche Gitter mit einem Modul von 0,46 mm beziehungsweise 2 mm sowie mit Verhältnissen zwischen der Fläche des Drahts und der Gesamtfläche von 0,0043 und 0,001, die für ein zur induktiven Gitterstruktur äquivalentes Gitter im Mikrowellen-Spektralbereich mit Geqhyp beziehungsweise für ein zur induktiven Gitterstruktur äquivalentes Gitter im optischen Spektralbereich mit Geqopt bezeichnet sind.Table 4 summarizes the numerical results of a fourth numerical example. The definitions of the third numerical example above are used again. Several elementary grids G1, G2, G3, G4, G5 and G6 are considered. Their module values a1 to a6 are 2mm, 2, lmm, 2.2mm, 2.3mm, 2.4mm and 2.5mm. Several inductive lattice structures containing between two and six elementary lattices are analyzed. The lattice structures SIG (G1 to G2), SIG (G1 to G3), SIG (G1 to G4), SIG (G1 to G5) and SIG (G1 to G6) consist of elementary lattices G1 to G2, G1 to G3, G1 to G4 , G1 to G5 or G1 to G6. Table 4 also contains additional grids with a module of 0.46 mm or 2 mm and with ratios between the area of the wire and the total area of 0.0043 and 0.001, which are designated Geqhyp for a grid equivalent to the inductive grating structure in the microwave spectral range or Geqopt for a grating equivalent to the inductive grating structure in the optical spectral range.
Tabelle 4 Table 4
Aus Tabelle 4 gehen verschiedene Aspekte deutlich hervor: Je mehr Elementargitter die induktive Gitterstruktur SIG enthält, umso besser wirkt die Mikrowellen-Abschirmung, während die optische Übertragungsqualität sich kaum ändert. Sie wird durch das Verhältnis Ei,O/EO,O bezeichnet. Von zwei bis sechs Elementargittern nimmt die Mikrowellen-Abschirmung um 12 dB zu, während das Verhältnis zwischen der maximalen Energie einer Beugungsspitze höherer Ordnung und der Energie des zentralen Beugungsflecks im optischen Spektralbereich auf dem Wert 10–6 verharrt.Various aspects are clearly shown in Table 4: The more elementary gratings the inductive grating structure SIG contains, the better the microwave shielding works, while the optical transmission quality hardly changes. It is denoted by the ratio Ei, O / EO, O. From two to six elementary gratings, the microwave shield increases by 12 dB, while the ratio between the maximum energy of a higher order diffraction peak and the energy of the central diffraction spot remains in the optical spectral range at the value 10 -6 .
Andrerseits nimmt der Gewinn bei der Mikrowellen-Abschirmung umso mehr ab, je größer die Anzahl von Elementargittern wird, die die induktive Gitterstruktur enthält. Geht man nämlich von zwei auf drei Elementargitter über, dann beträgt der Gewinn bei der Mikrowellen-Abschirmung angenähert 2,4 dB, während der gleiche Gewinn beim Übergang von fünf auf sechs Gitter nur 1,4 dB beträgt.On the other hand, the profit increases the microwave shield the bigger the Number of elementary grids that make up the inductive grating structure contains. If you go from two to three elementary grids, then the profit is in the microwave shielding approximately 2.4 dB, during the same profit on transition of five is only 1.4 dB on six gratings.
Analysiert man außerdem genauer die drei letzten Zeilen der Tabelle 4, dann bietet die induktive Gitterstruktur mit sechs Elementargittern einen sehr guten Mikrowellen-Optik-Kompromiß. Einerseits erreicht nämlich der Gewinn bei der maximalen relativen Intensität der Beugungsspitzen, die durch das Verhältnis Ei,O/EO,O dargestellt wird und ein Schlüsselparameter für die Qualität der optischen Übertragung ist, einen Faktor 19 im Vergleich zum äquivalenten Gitter Geqhyp im Mikrowellen-Spektralband. Andrerseits erreicht der Gewinn hinsichtlich der Mikrowellen-Abschirmung gegenüber dem äquivalenten optischen Gitter Geqopt den Wert 12 dB, was einem Faktor 16 entspricht.If you also analyze the last three in more detail Rows of Table 4, then the inductive grid structure offers six elementary gratings make a very good microwave optics compromise. On the one hand namely achieved the gain at the maximum relative intensity of the diffraction peaks that by the ratio Ei, O / EO, O is represented and a key parameter for the quality the optical transmission is a factor of 19 compared to the equivalent grid Geqhyp im Microwave spectral band. On the other hand, the profit achieved in terms of the microwave shield from the equivalent optical grating The value is 12 dB, which corresponds to a factor of 16.
Wenn die Qualität der optischen Übertragung sich auch kaum ändert, da die relative maximale Intensität der Beugungsspitzen im wesentlichen konstant bleibt, so ist doch zu bemerken, daß die durch den globalen optischen Übertragungswert EO,O gekennzeichnete optische Transparenz ganz leicht abfällt, nämlich um etwa 1% im Vergleich zwischen der sechs Elementargitter enthaltenden induktiven Gitterstruktur und dem äquivalenten optischen Gitter Geqopt. Außerdem ist die Anzahl von Gittern kein wirklich beschränkender Parameter bei der Herstellung, da nur die Breite des Drahts technologisch gesehen einschränkend wirkt.If the quality of optical transmission hardly changes, since the relative maximum intensity of the diffraction peaks essentially remains constant, it should be noted that the global optical transmission value EO, O marked optical transparency drops very slightly, namely by about 1% in comparison between the six elementary lattices inductive grating structure and the equivalent optical grating Geqopt. Moreover the number of grids is not a really limiting parameter in manufacturing, because only the width of the wire is technologically restrictive.
Jedes der Elementargitter beugt zumindest überwiegend
gemäß einer
anderen Achse. Das Elementargitter G1 beugt überwiegend gemäß den Richtungen
x und y, während
das Elementargitter G2 überwiegend gemäß den Richtungen
X und Y beugt. Auf diese Weise ist, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform,
die optische Beugungsenergie räumlich
gleich mäßiger verteilt
als im Fall eines einheitlichen Gitters und sogar gleichförmiger als
im Fall von Elementargittern gleicher Richtung gemäß
Nun wird ein fünftes bevorzugtes Zahlenbeispiel behandelt, das diesen anderen Typ von induktiver Gitterstruktur zeigt. Zwei Elementargitter G1 und G2 werden betrachtet, die um einen Winkel π/4 gegeneinander versetzt sind. Jedes der Elementargitter G1 und G2 hat eine Freiraumrate von 0,63: Die Freiraumrate der induktiven Gitterstruktur SIG bestehend aus den beiden Elementargittern G1 und G2 hat also den Wert 0,4. Die Tabelle 5 erlaubt den Vergleich der relativen Eigenschaften. Die Definitionen gleichen denen für die Zahlenbeispiele der ersten Ausführungsform.Now a fifth preferred numerical example treats this other type of inductive lattice structure shows. Two elementary grids G1 and G2 are considered, which around an angle π / 4 are offset from each other. Each of the elementary grids G1 and G2 has a free space rate of 0.63: the free space rate of the inductive Grid structure SIG consisting of the two elementary grids G1 and G2 has the value 0.4. Table 5 allows the comparison of the relative properties. The definitions are the same as for the numerical examples the first embodiment.
Tabelle 5 Table 5
Für eine äquivalente optische Übertragungsqualität erscheint die Mikrowellen-Abschirmung um etwa 6 dB besser, was eine deutliche Verbesserung für den Mikrowellen-Optik-Kompromiß bedeutet. Die Überlagerung zweier Elementargitter, die je eine Mikrowellen-Abschirmung von –16 dB bewirken, führt nicht zu einer resultierenden Abschirmung von –32 dB, also der Summe der Einzelabschirmungen, da der Abstand zwischen den Elementargittern ausreichend gering ist (hier sogar null, da die Gitter sich in einer gemeinsamen Ebene befinden), damit die beiden Elementargitter gemeinsam auf die Wellen einwirken, die sie durchqueren.For an equivalent optical transmission quality appears the microwave shielding is about 6 dB better, which is a clear one Improvement for the microwave optics compromise means. The overlay two elementary gratings, each with a microwave shielding of –16 dB, does not lead to a resulting shielding of –32 dB, i.e. the sum of the Individual shielding because of the distance between the elementary grids is sufficiently low (even zero here, since the grids are in one common level) so that the two elementary lattices are common act on the waves that cross them.
Vorzugsweise enthält das Gitter G keinen spitzen Winkel zwischen den benachbarten Seiten von Elementarmaschen, denn die spitzen Winkel zwischen Elementarmaschen rufen örtliche, aber starke Beugungsphänomene hervor. Alle Winkel zwischen benachbarten Seiten von Elementarmaschen haben vorzugsweise einen Winkel nahe bei π/2. Zwei benachbarte Seiten der Elementarmasche mj sind beispielsweise mit c1 und c2 bezeichnet.The grating G preferably does not contain an acute angle between the adjacent sides of elementary meshes because the acute angles between elementary meshes cause local but strong diffraction phenomena. Have all angles between adjacent sides of elementary meshes preferably an angle close to π / 2. Two adjacent pages the elementary mesh mj are denoted for example by c1 and c2.
Die bevorzugte Form des Gitters G
gemäß
Eine andere Lösung könnte mindestens ein Gitter verwenden, das von einer Einheit von elliptischen Formen gebildet wird, deren große Achsen alle unterschiedliche Längen und/oder Richtungen besitzen. So wäre nahezu keine der Seiten der Elementarmaschen parallel zu den anderen Seiten, und die optische Beugungsenergie wäre umso gleichförmiger räumlich verteilt.Another solution could be at least one grid use that formed by a unit of elliptical shapes will whose great Axes all different lengths and / or have directions. So almost none of the pages would be the elementary mesh parallel to the other sides, and the optical Would be diffraction energy all the more uniform spatial distributed.
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