DE60221868T2

DE60221868T2 - Polarisiertes strahlungselement mit schlitzkopplung

Info

Publication number: DE60221868T2
Application number: DE60221868T
Authority: DE
Inventors: Angelo M. Marlboro PUZELLA; Fernando Mashpee BELTRAN
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: AU2002334695B2; IL159914A0; KR20040035802A; US6624787B2; EP1436859B1; JP2005505963A; DE60221868D1; WO2003030301A1; ES2291535T3; US20030067410A1; ATE370527T1; EP1436859A1; DK1436859T3; EP1764863A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hochfrequenzantennen (HF-Antennen) und genauer gesagt HF-Array-Antennen.
Eine Radar- oder Kommunikationssystemsantenne enthält im allgemeinen eine Speiseschaltung und mindestens ein leitfähiges Bauteil, welches im allgemeinen als Reflektor oder Strahler bezeichnet wird. Eine Array-Antenne enthält eine Mehrzahl von Antennenelementen, welche in einer Gruppenanordnung in solcher Art vorgesehen sind, dass die HF-Signale, welche von jedem der Mehrzahl von Antennenelementen ausgehen, sich zu einer konstruktiven Überlagerung in einer gewünschten Richtung kombinieren. In kommerziellen Anwendungen ist es oft wünschenswert, Hochfrequenz-Antennen-Arrays in der Außenfläche oder in der Haut eines Flugzeugs, Fahrzeugs, eines Bootes, zivilen und privaten Strukturen und in LAN-Anwendungen innerhalb von Gebäuden zu integrieren. Es ist wünschenswert, Antennen oder Strahler einzusetzen, welche ein niedriges Profil und ein breites Frequenzbandansprechen für diese und andere Anwendungen haben. In Radaranwendungen ist es charakteristischerweise wünschenswert, eine Antenne zu verwenden, welche eine große Frequenzbandbreite hat.
Ein herkömmlicher Strahler niedrigen Profils und großer Bandbreite ist eine Antenne mit gestapelten Flecken, welche zwei metallische Flecken enthält, welche so abgestimmt sind, dass sie mit leicht unterschiedlichen Frequenzen in Resonanz sind, wobei sie durch dielektrische Substrate gehalten sind. Dickere Substrate (bspw. geschäumte Materialien) werden bevorzugt, um die Bandbreite zu erhöhen, aber es ist ein Kompromiss zwischen Bandbreite und dem Betrag des Leistungsverlustes der Oberflächenwellen zu treffen, welche zwischen den Substraten eingeschlossen sind. Dieser Kompromiss bedeutet eine Beschränkung bezüglich des Abtastvolumens und des Gesamtwirkungsgrades der phasengesteuerten Array-Antennen. Zusätzlich erhöhen dicke Schaumstoffschichten das Volumen und das Gewicht und absorbieren Feuchtigkeit, welches Signalverluste erhöht. Oberflächenwellen, welche in gestapelten Fleckenradia toren erzeugt werden, haben unerwünschte Effekte. Ströme auf einem Flecken werden aufgrund eingestrahlter Raumwellen und Oberflächenwellen von nahegelegenen Flecken induziert. Eine Abtastblindheit (was einen Signalverlust bedeutet) kann unter Winkeln in phasengesteuerten Array-Antennen auftreten, wo Oberflächenwellen die Array-Impedanz so modifiziert, dass wenig oder keine Leistung abgestrahlt wird. Das Gesichtsfeld der Array-Antenne wird oft durch den Winkel begrenzt, unter welchem Abtastblindheit aufgrund von Oberflächenwellen auftritt.
Wellenleitungsstrahler, welche in phasengesteuerten Gruppenanordnungen der „brick"-Bauart verwendet werden (d. h., die Speiseschaltung und die Elektronik für jedes Antennenelement sind in einer Ebene senkrecht zur Antennenstrahlungsoberfläche zusammengebaut) leiden nicht an der inneren Oberflächenanregung bei Abtastwinkeln, welches den Abtastraum begrenzt, doch diese Wellenleitungsstrahler haben typischerweise nicht ein niedriges Profil oder eine große Bandbreite. Zusätzlich müssen einzelne Wellenleitungsstrahler in der „brick"-Architektur gesondert gefertigt und zusammengebaut werden, was die Kosten erhöht und die Zuverlässigkeit vermindert.
Planare Array-Antennen, welche aus Schichten aufgebaut sind, wobei jede Schicht aus einer Gruppenanordnung von funktionellen Einheiten einer bestimmten Art besteht und eine Kopplung durch die Schichten hindurch von einer funktionellen Einheit zu einer anderen vorgesehen ist, sind in der WO 98/26642 und in dem US-Patent 6184832 beschrieben. Die WO 99/66594 beschreibt ein Breitband-Mikrostreifen-Element für eine Array-Antenne, bei welcher das Element einen ersten und einen zweiten Flecken aufweist, wobei einer über dem anderen angeordnet ist. Der erste Flecken ist über einer Öffnung in einer Metallstruktur angeordnet, und der zweite Flecken ist oberhalb einer dielektrischen Struktur angeordnet, welche ihrerseits auf der Metallstruktur gelegen ist, so dass der zweite Flecken sich oberhalb des ersten Fleckens befindet. Resonanzhohlräume werden so zwischen einer metallischen Erdungsplatte und dem ersten Flecken sowie zwischen dem ersten und dem zweiten Flecken ausgebildet. Die Hochfrequenzleistung wird von einem Mikrostreifen durch eine Öffnung in der metallischen Erdungs platte in den Hohlraum eingeführt, der durch den ersten Flecken und die metallische Erdungsplatte bestimmt ist.
Die EP 0 481 417 A beschreibt eine Kombination eines Strahlerelementes und der Speisestruktur hierfür, bei welcher das Strahlerelement ein metallischer Flecken ist, der auf einem Stapel von dielektrischen Abstandshaltern angeordnet ist, welche zwei koaxial ausgerichtete zylindrische Hohlräume füllen, welche in jeweiligen Messingblöcken ausgeformt sind und durch jeweilige Streifenleitungen gespeist werden, welche so angeordnet sind, dass das Strahlerelement mit orthogonalen Polarisationen strahlen kann. Ein zweiter Metallflecken koppelt die beiden Hohlräume an ihrer gemeinsamen Begrenzung. Der Hohlraum, welcher durch die zwei Flecken begrenzt ist, wirkt als Richtungskuppler, wenn er durch die jeweilige Streifenleitung gespeist wird, so dass keine Energie von dieser Streifenleitung in Richtung auf die andere Streifenleitung übertragen wird, welche mit einem Ende innerhalb des anderen Hohlraums gelegen ist.
Es wäre somit wünschenswert, einen billigen, geringes Profil aufweisenden Radiator mit einer großen Bandbreite und einem großen Abtastraum zu schaffen, welcher mit ziegelförmigen oder bausteinförmigen Array-Anordnungen verwendet werden kann, die in Anwendungsfällen mit Plattformen am Lande, zu Wasser, im Raume oder auf Flugzeugen eingesetzt werden.
Die US-Patentschrift 6091373 beschreibt einen Radiator einer Bauart ähnlich demjenigen nach dem Oberbegriff des nachfolgenden Anspruches 1, auf welchen nun Bezug genommen sei.
Die US-A-6222493 beschreibt einen Radiator oder Strahler gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft einen billigen, breitbandigen, linear oder zirkular polarisierten Wellenleitungsradiator in einer Gruppenanordnung, bei welcher sämtliche Speisenetzwerke und aktiven elektronischen Teile vertikal innerhalb der Einheitszellenumgrenzung für jedes Antennenelement gespeichert sind, ohne dass unerwünschte Oberflächenwelleneffekte auftreten, welche normalerweise bei Antennen mit gestapelten Flecken anzutreffen sind.
Eine Strahler-Array-Anordnung nach der Erfindung kann beliebige Gitteranordnungsformen annehmen, beispielsweise rechteckig, quadratisch, gleichseitig oder gleichschenklig dreieckig sowie spirale Konfigurationen.
Die Erfindung stellt sich in einem Strahler oder Radiator gemäß Anspruch 1 dar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie diese selbst werden noch vollumfänglicher aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen verständlich, in welchen:
1 eine Ansicht eines Beispiels einer eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken zeigt;
2 eine Querschnittsansicht der eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken wiedergibt;
3 eine Bodenansicht eines Beispiels einer Schaltungsanordnung mit einer Schlitzschicht und Einspeisungen zeigt;
4 eine Querschnittsansicht eines Strahlerelementes, welches in einer eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken enthalten ist, sowie des zugehörigen Speisesystems zeigt;
5A ein Smith-Diagramm der normalen Impedanzortskurven und der nicht-eingebetteten Impedanzortskurven der eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5B eine Graphik der Reflexionsverluste der eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken in einer Ausführungsform nach der Erfindung verdeutlicht; und
6 eine dreidimensionale, aufgeschnittene Ansicht einer eierschachtelartigen Antenne mit gestapelten Flecken gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sei nun auf 1 Bezug genommen. Hier ist eine eierschachtelartige Antenne mit gestapelten Flecken 10 und das zugehörige Speisesystem 100, hier für das X-Band ausgebildet, gezeigt und enthält eine obere Fleckenschicht 12, die auf einer oberen eierschachtelartigen Schicht oder Rahmengitterschicht 14 angeordnet ist.
Die obere Fleckenschicht 12 enthält eine Mehrzahl von Flecken 24a bis 24n (im allgemeinen als obere Flecken 24 bezeichnet), welche auf einem Substrat oder Fleckenträger 26 gelegen sind. Die Abmessung des oberen Fleckens 24 ist eine Funktion von den Frequenzen, welche in Verbindung mit dem Strahler-Untersystem 10 verwendet werden. In einer Ausführungsform, welche für X-Band-Frequenzen eingesetzt wird, haben die oberen Flecken 24 eine Abmessung von 0,27 λ × 0,27 λ, worin λ die Konstruktionswellenlänge der Antenne 10 ist. Die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass die Flecken in dem eierschachtelartigen Strahler oder Rahmengitterstrahler rechteckig, kreisförmig oder eine beliebige Anzahl von Formen haben können, um die Strahlung zu steuern und die Schwingungsmoden anzuregen. Unter Verwendung von in der Technik bekannten Maßnahmen kann eine beliebig bemessene und geformte obere Fleckenschicht 12 hergestellt werden, um für eine bestimmte Anwendung, Polarisati onsanforderung (bspw. linear oder zirkular) und für eine Befestigungsoberfläche geeignet zu sein.
Die obere Rahmengitterschicht 14 enthält obere Seitenwände 28, welche eine Mehrzahl von oberen Wellenleitungen 30a bis 30n begrenzen (im allgemeinen als obere Wellenleitung 30 bezeichnet). Die Abmessungen der oberen Wellenleitung 30 werden durch die Größe und den Abstand der oberen Flecken 24 und die Höhe H_upper der oberen Seitenwände 28 bestimmt. In einer Ausführungsform hat die obere Wellenleitung 30 eine Öffnung von 1,27 cm × 1,27 cm und eine Höhe von 0,2413 cm.
Eine untere Fleckenschicht 16, welche benachbart zu einer unteren eierschachtelartigen Schicht oder Rahmengitterschicht 18 gelegen ist, befindet sich in Nachbarschaft zu der oberen Rahmengitterschicht 14. Die Rahmengitterschichten 14 und 18 bilden den strukturellen Träger sowie die Gruppenanordnung der Wellenleitungsstrahler. Die untere Rahmengitterschicht 18 befindet sich in Nachbarschaft zu dem zugehörigen Speisesystem 100, das eine Schlitzschicht 20 aufweist, die in Nachbarschaft zu einer Speiseschaltungsschicht 22 angeordnet ist. Diese Konstruktion kombiniert die Bandbreite eines Strahlers mit gestapelten Flecken mit der Isolation eines Wellenleitungsstrahlers in einer einzigen laminierten Struktur ohne die Notwendigkeit von körperlichen Hochfrequenzverbindungen mit der Schlitzschicht 20 zur Durchleitung der elektromagnetischen Signale von der Speiseschaltungsschicht 22 in die Antenne 10 hinein. Zusätzliche Schichten der Hochfrequenzschaltungen (manchmal als Bausteingruppenanordnung bezeichnet) unterhalb der Speiseschaltungsschicht sind nicht gezeigt.
Die untere Fleckenschicht 16 enthält eine Mehrzahl von Flecken 32a bis 32n (allgemein als Flecken 32 bezeichnet), welche auf einem unteren Fleckenträger 34 angeordnet sind. Die Abmessungen eines unteren Fleckens 32 sind eine Funktion der Frequenzen, welche in Verbindung mit der Antenne 10 benutzt werden. In einer Ausführungsform, welche für X-Bandfrequenzen eingesetzt wird, haben die unteren Flecken 32 eine Abmessung von 0,35 λ × 0,35 λ. Unter Verwendung bekannter Maßnahmen auf diesem Gebiet kann eine beliebig bemessene und geformte untere Fleckenschicht 16 hergestellt werden, um für eine bestimmte Anwendung und eine bestimmte Trägeroberfläche geeignet zu sein. Es sei bemerkt, dass eine Einstellung der Höhe der oberen Seitenwände 28 in erster Linie die Kopplung zwischen den oberen Flecken 24 und den unteren Flecken 32 beeinflusst, wodurch die obere Resonanzfrequenz des Durchlassbandes des Rahmengitterstrahlers und die Gesamtbandbreite gesteuert werden.
Die obere Fleckenschicht 12 und die untere Fleckenschicht 16 sind vorzugsweise aus einem herkömmlichen dielektrischen Material (bspw. Rogers R/T Duroid^®) hergestellt, welches 14,1748 Gramm Kupferschichten aufweist, welche auf beiden Seiten des Dielektrikums durch Fusionsverbindung aufgebracht sind.
Die Rahmengitterschicht 14 und die Rahmengitterschicht 18 werden vorzugsweise aus Aluminiummaterial herausgearbeitet, welches verhältnismäßig stark und leichtgewichtig ist. Die Rahmengitterschichten 14 und 18 bilden eine zusätzliche Abstützung zum Tragen der oberen Fleckenschicht 12, der unteren Fleckenschicht 16, der Schlitzschicht 20 und der Speiseschaltungsschicht 22. Es sei bemerkt, dass die Rahmengitterschichten 14, 18 auch durch Spritzguss der Basisstruktur und Metallisieren der Struktur mit Kupfer oder anderem leitfähigen Material hergestellt werden können.
Die untere Rahmengitterschicht 18 enthält untere Seitenwände 38, welche eine Mehrzahl von unteren Wellenleitungen 36a bis 36n umgrenzen (allgemein als untere Wellenleitung 36 bezeichnet). Die Abmessungen einer unteren Wellenleitung 36 bestimmten sich durch die Größe und den Abstand der unteren Flecken 34 und der Höhe H_lower der unteren Seitenwände 38. Zusammen arbeiten die oberen und unteren Wellenleitungen 30 und 36 elektrisch, als wären sie eine einzige Wellenleitung und beseitigen Systembeschränkungen, welche durch interne Oberflächenwellen bedingt sind.
Die Schlitzschicht 20, welche Schlitze 66 enthält, die elektromagnetisch die Wellenleitungen 36a bis 36n mit der Speiseschaltungsschicht 22 koppeln, bilden eine asymmetrische Streifenleitungs-Speisungsanordnung. Die asymmetrische Streifenleitungs-Speisungsanordnung verwendet eine Kombination von Materialien und die Spei seschaltungsanordnung zur Erzeugung der richtigen Anregung und einer maximalen Kopplung zu jedem Schlitz 66, der elektromagnetische Signale zu den Antennenschichten 12 bis 18 durchleitet. Zusammen erzeugen die zwei Anordnungen (nämlich die Schlitzschicht 20 und die Speiseschaltungsschicht 22 und die Antennenschichten 12 bis 18) eine dünne (für die X-Band-Ausführungsform vorzugsweise 0,42926 cm), leichte, mechanisch einfache sowie billige Antenne. Die Einstellung der Höhe der unteren Seitenwände 38 beeinflusst in erster Linie die Kopplung zwischen den unteren Flecken 32 und den Schlitzen 66, so dass eine untere Resonanzfrequenz des Rahmengitterstrahlers und die Gesamtbandbreite gesteuert werden.
Die Speiseschaltungsschicht 22 enthält ein herkömmliches dielektrisches Laminat (bspw. Rogers R/T Duroid^®) und wird unter Einsatz geläufiger Massenproduktions-Herstellungsverfahren, beispielsweise Bohren, Kupferplattieren, Ätzen und Laminieren, hergestellt.
Da die Dicke einer herkömmlichen Antenne mit dielektrischen oder schaumförmigen Substraten die erhöhte Bandbreite zunehmen lässt, vermindert sich der Winkel, unter welchem die Oberflächenwelle niedrigster Ordnung sich ausbreiten kann und vermindert so einen effizienten Antennenbetrieb über ein typisches Abtastvolumen der phasengesteuerten Array-Antenne. Das niedrige Profil der Wellenleitungsarchitektur der Rahmengitterantenne 10 mit gestapelten Flecken beseitigt jedoch Oberflächenwellen, welche zwischen den Elementen eingefangen sind und ermöglicht eine Verbesserung der Bandbreiteneigenschaften und der Eigenschaften bezüglich des Abtastvolumens (mehr als ± 70°), welches kritische Parameter für Multifunktions-Phased-Array-Antennen sind.
Jeder Hohlraum, der durch die gestapelte metallische obere Rahmengitterschicht 14 und die untere Rahmengitterschicht 18 gebildet wird, isoliert körperlich jedes Antennenelement von sämtlichen anderen Antennenelementen. Die metallischen Seitenwände 28 und 38 des Hohlraums stellen eine elektrisch reflektierende Begrenzung dar. Sowie beim Sendebetrieb als auch beim Empfangsbetrieb sind die elektromagnetischen Felder innerhalb eines gegebenen gestapelten Rahmengitter-Hohlraumes isoliert von sämtlichen anderen gestapelten Rahmengitter-Hohlräumen in der gesamten Struktur der phasengesteuerten Array-Antenne. Somit werden intern angeregte Oberflächenwellen im wesentlichen unabhängig von der Hohlraumhöhe, der Gittergeometrie, dem Abtastvolumen, der Polarisation oder den Bandbreiteanforderungen wesentlich reduziert.
Der relativ dünne obere Fleckenträger 26 dient auch als integraler Abschluss oder integrale Abdeckung für die Antenne 10, wobei die obere Rahmengitterschicht 14 und die untere Rahmengitterschicht 18 die strukturelle Abstützung bilden. Dies beseitigt die Notwendigkeit einer dicken oder gestalteten Abdeckung, welche zu dem Rahmengitterstrahler hinzugefügt werden müsste und dies vermindert die Leistungsanforderungen für eine Enteisungsmaßnahme, wie unten beschrieben wird.
Es sei nun auf 2 Bezug genommen, in welcher weitere Einzelheiten der Struktur der Antenne 10 und des Speiseuntersystems 100 gezeigt sind, wobei gleiche Bezugszahlen sich auf gleiche Einzelteile wie in 1 beziehen. Die obere Fleckenschicht 12 enthält eine Kupferschicht 27, welche auf einer Unterseite des oberen Fleckenträgers 26 angeordnet ist. Die obere Fleckenschicht 12 ist an der oberen Fläche der Seitenwände 28 der oberen Rahmengitterschicht 14 durch eine Befestigungsschicht 44a befestigt.
Die untere Fleckenschicht 16 enthält eine Kupferschicht 50, die sich auf einer Oberseite des unteren Fleckenträgers 34 befindet, und eine untere Kupferschicht 54, welche sich auf der unteren Oberfläche der unten Fleckenträgerschicht 34 befindet. Die untere Fleckenschicht 16 ist an der unteren Oberfläche der Seitenwände 28 der oberen Rahmengitterschicht 14 durch eine Befestigungsschicht 44b befestigt. Die untere Fleckenschicht 16 ist an der oberen Fläche der Seitenwände 38 der unteren Rahmengitterschicht 18 durch eine Befestigungsschicht 44c befestigt.
Die gezeigten Befestigungsschichten 44a bis 44d verwenden vorzugsweise eine Ni-Au-Plattierung oder Ni-Lot-Plattierung. Die Ni-Au- oder Ni-Lot-Plattierung ist auf die unteren und oberen Rahmengitterschichten 18 bzw. 14 und das geätzte Kupfer-Rahmengittermuster an der unteren und oberen Fleckenschicht 16 bzw. 12 unter Verwendung von gebräuchlichen Plattierungstechniken aufgebracht. Die gesamte Rahmengitter-Strahlerstruktur wird dann durch Aufeinanderstapeln der Schichten 12 bis 18 und Wiederverflüssigen des Lots hergestellt. Alternativ können die Schichten 12 bis 18 unter Verwendung von vorgeformten leitfähigen Klebstoffschichten aufeinander laminiert werden, wie dies in der Technik bekannt ist.
Ein Wellenleitungshohlraum 56 wird durch die obere Rahmengitterschicht 14 und die untere Rahmengitterschicht 18 gebildet, welcher die Flecken 24a und 32a enthält. Die metallischen Seitenwände 28, 38 des durch die obere Rahmengitterschicht 14 und die untere Rahmengitterschicht 18 gebildeten Hohlraums bilden eine elektrisch reflektierende Begrenzung für die elektromagnetischen Felder innerhalb des Hohlraums äquivalent zu einer Wellenleitungsstruktur aus. Die elektromagnetischen Felder werden so innen in jedem Wellenleitungshohlraum 56 eingeschlossen und von den anderen Wellenleitungshohlräumen 56 der Struktur isoliert. Vorzugsweise misst für ein X-Band-System der Hohlraum für jedes Rahmengitter 1,27 cm × 1,27 cm.
Das Einspeisungsuntersystem 100 enthält die Schlitzschicht 20 und die Speiseschaltungsschicht 22. Die Schlitzschicht 20 enthält eine Metallschicht 64 und eine Trägerschicht 68. Die Metallschicht 64 enthält Schlitze 66, welche Öffnungen sind, die durch herkömmliche Ätztechniken gebildet sind. Die Metallschicht 64 besteht vorzugsweise aus Kupfer. Die Speiseschaltungsschicht 22 enthält eine Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht 72 und eine untere Kupfer-Erdungsebenenschicht 78 mit einer Trägerschicht 76 und Vias 74, welche die obere Kupferschicht 72 mit der Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht (nicht dargestellt) unterhalb der unteren, aus Kupfer bestehenden Erdungsebenenschicht 78 verbindet. Die Schlitzschicht 20 und die Speiseschaltungsschicht 22 sind durch eine Befestigungsschicht 44e verbunden. Das Speiseuntersystem 100 wird gesondert zusammengesetzt und dann durch die Befestigungsschicht 44d mit der Antenne 10 zusammenlaminiert. Wie oben erwähnt verwendet die Befestigungsschicht 44d entweder ein niedrigschmelzendes Lot oder Techniken mit bei tiefer Temperatur arbeitenden elektrisch leitfähigem Klebstoff zur Verbindung der jeweiligen Schichten. Die Schichten 72 und 78 werden vorzugsweise durch Kupferaufschmelzung an der Trägerschicht 76 befestigt, welche aus einem herkömmlichen dielektrischen Material (bspw. Rogers R/T Duroid^®) besteht.
Die aus Aluminium bestehenden Rahmengitterschichten 14 und 18 bilden den Wellenleiter-Strahlerhohlraum 56 und stellen die strukturelle Abstützung für die Antenne dar. Nach dem Zusammenbau mit dem Einspeisungsuntersystem bilden die beiden Aluminium-Rahmengitterschichten 14 und 18 und die Trägerschichten 26 und 34 die Antenne 10. Diese Anordnung kann unter Verwendung eines niedrigschmelzenden Lots oder, äquivalent hierzu, einer bei niedriger Temperatur arbeitenden elektrisch leitfähigen Klebstoffschicht mit einem bausteinartigen Gruppenstapel (weiter unten in Verbindung mit 4 beschrieben) verbunden werden. Alternativ können die Rahmengitterrippen es ermöglichen, dass die Antenne 10 und das Einspeisungsuntersystem 100 mechanisch mit Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln (nicht dargestellt) an der kalten Platte der bausteinartigen Gruppenanordnung befestigt werden (weiter unten in Verbindung mit 4 beschrieben). Die alternative Ausführungsform begünstigt die Wartungsfähigkeit durch Auseinanderbau der Antenne und der bausteinartigen Gruppenanordnung zum Austauschen aktiver Komponenten. Diese Wartungstechnik ist bei herkömmlichen Strahlern auf Schaumbasis nicht praktisch durchzuführen.

Tabelle 1 fasst die Strahlermaterialzusammensetzung, die Dicke und das Gewicht für eine Ausführungsform zusammen, die als Prototyp für ein X-Band-System konstruiert ist. Tabelle 1 Strahlerelement-Schichtenstapel

Komponente	Material	Dicke (cm)	Gewicht (g)
Obere Fleckenschicht 26	Rogers 3006	0,0254	0,17095
Befestigungsschicht 44a	Ni-Cu-Sn(60%)/Pb(40%)	0,00229	0,01219
Oberes Rahmengitter 14	Aluminium	0,2413	0,95368
Befestigungsschicht 44b	Ni-Cu-Sn(60%)/Pb(40%)	0,00229	0,01219
Untere Fleckenschicht 34	Rogers 3010	0000127	0,09866
Befestigungsschicht 44c	Ni-Cu-Sn(60%)/Pb(40%)	0,00229	0,01219
Unteres Rahmengitter 18	Aluminium	0,0635	0,17293
		Gesamt: 0,35052	Gesamt: 1,43165

Es sei bemerkt, dass die gestapelte Flecken-Rahmengitterantenne 10 mit den Schichten 12, 44a, 14, 44b, 16, 44c und 18 keine Klebverbindungen in dem Hochfrequenzweg aufweist, welcher die Wellenleitung 56, den oberen und den unteren Flecken 24 bzw. 32 und die entsprechende Trägerschicht enthält. Das Fehlen von Klebstoffverbindungen in dem Hochfrequenzweg unterstützt die Verminderung kritischer Frontabschlussverluste. Der ohmsche Frontabschlussverlust hat unmittelbaren Einfluss auf die Radarqualität oder Kommunikationsqualität durch Erhöhen der effektiven Antennentemperatur, wodurch die Antennenempfindlichkeit vermindert wird und letztlich die Antennenkosten erhöht werden. In einem herkömmlichen Strahler mit gestapelten Flecken auf Schaumbasis führen verlässliche mechanische Klebverbindungen bei Mikrowellenfrequenzen und darüber beträchtliche ohmsche Verluste ein. Die Zuverlässigkeit ist ein Problem, da die Dicke des Klebstoffes und die Steuerung des Schaumeindringens bei der Produktion ein weiterer, schwierig zu kontrollierender Parameter ist. Weiter ist es schwierig, Schaumstrukturen in großen Formaten mit Kupfer zu plattieren und zu ätzen und typischerweise erfordern die Schaumbahnen eine Schutzabdeckung gegen Umgebungseinflüsse.
Es sei nun wieder 2 betrachtet. Im Betrieb wird ein HF-Signal von aktiven Schichten (nicht gezeigt) über Vias 74 in die Speiseschaltungsschicht 22 eingekoppelt. Vorzugsweise liegt die Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht 72 näher an den Schlitzen 66 in der Schlitzschicht 20 (bspw. 0,01778 cm) als die Erdungsebenenschicht 78 (0,0635 cm), wodurch eine asymmetrische Streifenleitungs-Speiseschaltung geschaffen wird, um die Kopplung an die Schlitze 66 zu erhöhen. Die asymmetrische Streifenleitungs-Speiseschaltungsschicht 22 führt ein Hochfrequenzsignal (HF) zwischen das Via 74 und die Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht 72. Das HF-Signal wird von der Streifenleitungs-Übertragungsleitung an den nicht in Resonanz befindlichen Schlitz 66 gekoppelt. Die untere und obere metallische Rahmengitterschicht 18 und 14 bilden für jede Einheitszelle eine elektrische Grenzfrequenzwellenleitung 56 (nicht sich ausreichender Grundwellenmodus). Der untere Flecken 32 und der obere Flecken 24 innerhalb der Wellenleitung 56 bewirken eine Resonanz des Schlitzes, des Wellenleiterhohlraumes und der strahlenden Öffnung bei zwei bestimmten verschiedenen Frequenzen und liefern eine breitbandige HF-Strahlung in den freien Raum.
Wenn man dies als eine Übertragungsleitung ansieht, stellt jeder Flecken 24, 32 eine äquivalente Nebenschlussimpedanz dar, welche eine Größe hat, welche durch die Fleckenabmessungen und die Dielektrizitätskonstanten der Fleckenträger 26 und 34 gesteuert wird. Die Nebenschlussimpedanz und der relative Abstand der Flecken (mit Bezug auf den nicht in Resonanz befindlichen Schlitz) werden so eingestellt, dass ein Resonanzzustand bezüglich der äquivalenten Serienimpedanz, welche durch den nicht in Resonanz befindlichen Schlitz, den Wellenleitungshohlraum und die strahlende Öffnung gebildet wird, auftritt, so dass eine Anpassung an die äquivalente Impedanz des freien Raumes erfolgt. Die Übertragungsleitungsansätze 83a bis 83d (3) stellen eine Nebenschlussimpedanz zu der Schaltung dar, welche so eingestellt wird, dass eine Zentrierung der Impedanzortskurve in dem Smith-Diagramm (5A) vorliegt.
Die randständigen elektromagnetischen Felder des Schlitzes, der oberen und unteren Flecken 24 bzw. 32 sind eng gekoppelt und treten in Wechselwirkung, um die Rahmengitterantenne 10 mit einer Impedanzcharakteristik zu versehen, welche durch die Kurven 124, 132 (5A) dargestellt wird, welche auf dem X-Band-Smith-Diagramm zentriert sind, was die normalen und ausgegliederten Impedanzortskurven jeweils kenntlich macht. Wie bemerkt sind die relative Größe und die Abstände zwischen den Flecken 24 und 32 und dem Schlitz 66 so eingestellt, um eine Kopplung zu optimieren und daher die Bandbreite maximal zu gestalten. Die Kopplung zwischen dem nicht in Resonanz befindlichen Schlitz 66 und dem unteren Flecken 32 bestimmt in erster Linie die untere Resonanzfrequenz, und die Kopplung zwischen den oberen Flecken 24 und den unteren Flecken 32 bestimmt in erster Linie die obere Resonanzfrequenz.
Es sei auf 3 Bezug genommen. Die Schlitze 66 der Schlitzschicht 20 (1) sind so dargestellt, dass sie über der Speiseschaltungsschicht 22 (1) gelegen sind. Die Speiseschaltungsschicht 22 enthält eine Vielzahl von abgeglichen gespeisten Einheitszellen 80a bis 80n (im allgemeinen als abgeglichen gespeiste Einheitszelle 80 bezeichnet). Jede der Anzahl von abgeglichen gespeisten Einheitszellen 80 enthält vier isolierte, asymmetrische (d. h., die Streifenleitung ist nicht symmetrisch zwischen den Erdungsebenen gelegen) Streifenleitungseinspeisungen 82a bis 82d (im allgemeinen als Streifenleitungseinspeisung 82 bezeichnet), von denen jede einen nicht in Resonanz befindlichen Schlitz 66a bis 66d speist, welche oberhalb der Streifenleitungseinspeisungen 82a bis 82d gelegen sind. Die Streifenleitungseinspeisungen 82a bis 82d enthalten entsprechende Übertragungsleitungsansätze 83a bis 83d. Die Schlitze 66a bis 66d sind in der gesonderten Schlitzschicht 20 (1) gelegen. Schwingungsmodus-Unterdrückungsansätze oder -vorsprünge 92a bis 92n sind nahe jeder Streifenleitungszuführung 82a bis 82d in einer abgeglichenen Speiseeinheitszelle 80 zugeordnet. Die Schwingungsmodus-Unterdrückungsvorsprünge haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,03962 cm (normale Bohrungsgröße), wobei die Durchbohrungen plattiert sind. Die 4 × 4-Gruppenanordnung von 3 verdeutlicht die abgeglichene Speiseanordnung, doch versteht es sich, dass eine beliebig bemessene Gruppenanordnung, ein beliebiger Gitterabstand, beliebige Gittergeometrie (d. h., dreieckig, quadratisch, rechteckig, kreisförmig, usw.) und eine beliebige Schlitzgeometrie 66 und eine Konfiguration desselben verwendet werden kann (bspw. einzelne, durchgehende Länge aufweisende Schlitze oder zwei orthogonale Schlitze).
Die Schwingungsmodus-Unterdrückungsstifte oder -vorsprünge 92a bis 92n isolieren jede der Streifenleitungseinspeisungen 82a bis 82d in der abgeglichenen Zuführungseinheitszelle 80 und jede abgeglichene Zuführungseinheitszelle 80 ist von den anderen abgeglichenen Zuführungseinheitszellen 80 isoliert. Abhängig von der Anordnung der Streifenleitungseinspeisungen 82a bis 82d kann ein linearer, dual-linearer oder zirkular polarisierter Betriebsmodus erreicht werden. Die abgeglichene Einspeisungskonfiguration, welche in 3 dargestellt ist, kann in einem dual-linear oder zirkular polarisierten System arbeiten. Die Kopplung wird durch die dünne, eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisende Polytetrafluorethylen-Schicht (PTFE-Schicht) 68 der Schlitzschicht 20 erhöht und auch durch die Einstellung der Länge und Breite der Übertragungsleitungsansätze 83a bis 83d, welche sich über den nicht in Resonanz befindlichen Schlitz erstrecken.
In einer Ausführungsform enthält eine Einspeisungsschicht die Einspeisungsschaltungsschicht 22 von der Schicht 78 bis hinauf zur Erdungsebenenschicht 64 der Schlitzschicht 20 (2). Die Einspeisungsschaltungsschicht 22 enthält Streifenleitungseinspeisungen 82 (3), welche eine Impedanztransformation von den Vias 74 (nominell 25 Ohm) zu dem Schlitz 66 und dem Rahmengitterstrahler 10 (nominell 10 Ohm) vornehmen. Diese kompakte Streifenleitungseinspeisungskonfiguration verwendet zwei Transformatoren kurzen Abschnittes (d. h., die Länge jedes Abschnittes ist weniger als eine Viertelwellenlänge), welche die Eingangsimpedanz des Vias zu dem Schlitz und zu der Impedanz des Rahmengitterstrahlers über eine große Bandbreite anpassen. Die Länge und Impedanz jedes Transformatorabschnittes wird so gewählt, dass Reflexionen zwischen dem Via und dem Schlitz minimal werden. Mit einem breiteren Abschnitt (0,0889 cm) der Streifenleitungseinspeisung erstreckt sich der Übertragungsleitungsabschnitt 83a über die Mitte des Schlitzes mit Bezug auf die schmaleren Abschnitte (0,0762 cm, 0,05334 cm, 0,0381 cm) der Streifenleitungseinspeisung 82. Der Übertragungsleitungsansatz 83a bildet eine Nebenschlussimpedanz gegenüber der Gesamtschaltung mit dem Via 74, der Streifenleitungseinspeisung 82, dem Schlitz 66 und dem Rahmengitterschichten 14 und 18 und die Länge und die Breite werden so einge stellt, dass die Impedanzortskurve in dem Smith-Diagramm zentriert wird und die Größe der reaktiven Impedanzkomponente der Schaltung minimal gemacht wird.
Das Paar von gleich ausgerichteten Schlitzen 66a bis 66d (3) ist so ausgebildet, dass die Kreuzkopplung an der Verschneidung zwischen dem orthogonalen Paar von gleich ausgerichteten Schlitzen vermindert wird und dass eine größere Flexibilität bei der Konstruktion der Einspeisungsschaltung erreicht wird. Die obere PTFE-Schicht 68 (vorliegende 0,0127 cm dick) und die untere PTFE-Schicht 76 (hier 0,0635 cm dick) der Einspeisungsanordnung haben vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante von annähernd 10,2 bzw. 4,5, was die Kopplung zu der Schlitzschicht 20 erhöht. Zusätzlich gestattet die Auswahl der Dielektrika 68 und 76 eine abgeglichene Einspeisungskonfiguration mit vorzugsweise vier Schlitzen, welche in eine verhältnismäßig kleine Einheitszelle im X-Band passen (1,3208 cm Basis und 1,524 cm Höhe) und ermöglicht vernünftig bemessene Übertragungsleitungsabschnitte, welche ohmsche Verluste minimieren und zu gebräuchlichen Ätztoleranzerfordernissen passen.

Die Schlitze 66a bis 66d (3) sind nicht in Resonanz, da sie weniger als 0,5 λ in der Länge über das Durchlassband haben (hierin repräsentiert λ die dielektrisch belastete Wellenlänge). Die Wahl einer nicht in Resonanz befindlichen Schlitzkopplung bietet zwei Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung. Zum ersten ist das Speisenetzwerk von dem Strahlerelement durch eine Erdungsebene 90 isoliert, welche eine Streustrahlung verhindert. Zum zweiten beseitigt ein nicht in Resonanz befindlicher Schlitz 66 eine starke rückwärtsgerichtete Strahlungskeule (charakteristisch für einen in Resonanz befindlichen Schlitz), welcher wesentlich den Verstärkungsgewinn des Strahlers reduzieren kann. Jede Streifenleitungseinspeisung 82 und zugehöriger Schlitz 66 sind durch durchplattierte Bohrungen von 0,03962 cm isoliert. Tabelle 2 fasst die asymmetrischen Materialkompositionen der Einspeisungsschicht, die Dicken und die Gewichte zusammen. Tabelle 2 Strahlerelement-Schichtenstapel

Komponente	Material	Dicke (cm)	Gewicht (g)
Obere Platte 66	Rodgers RO3010; ε = 10,2, tanδ = 0,003	0,0127	0,09866
Klebstoff 44e	FEP; ε = 2,0, tanδ = 0,0005	0,00254	0,02835
Untere Platte	Rodgers TMM4; ε = 4,5, tanδ = 0,002	0,0635	0,32318
		Gesamt: 0,07874	Gesamt: 0,45076

tanδ ist der dielektrische Verlusttangens und ε ist die Dielektrizitätskonstante.

Das abgeglichene Schlitzeinspeisungsnetzwerk kann in eine kleine Einheitszelleneinheit untergebracht werden: 1,3208 cm (Höhe) × 1,524 cm (Basis). Die Höhe ist dünn (0,07874 cm) und leichtgewichtig (0,45076 g). Die Kopplung zwischen der Streifenleitungseinspeisung 82 und der Schlitzschicht 20 wird durch Anordnung einer dünnen (0,0127 cm), eine hohe Dielektrizitätskonstante (10,2) aufweisenden PTFE-Blattschicht 68 erhöht, welche das elektrische Feld in diesem Bereich zwischen den beiden Schichten 82 und 20 konzentriert.
Vorzugsweise werden Standard-Ätztoleranzen (± 0,00127 cm für 14,1748 g Kupfer) und ein niedrig plattiertes Durchgangsbohrungsverhältnis (2:1) verwendet. Breitere Leitungsbreien vermindern die ohmschen Verluste und die Empfindlichkeit gegenüber Ätztoleranzen.
Alternativ kann die Strahlerkonstruktion nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer tieftemperatur-mitgebrannten keramischen Vielschichteinspeisung (LTCC) verwendet werden. Die Schlitzkopplung gestattet es, dass der Rahmengitterstrahler aus Materialien und mit Techniken hergestellt wird, welche von Materialien und Konstruktionen der Schlitzschicht 20 und der Speiseschaltungsschicht 22 verschieden sind.
Es sei auf 4 Bezug genommen. Eine X-Band-Antennen-Array-Anordnung 200 auf Bausteinbasis enthält eine Rahmengitterantenne 10, ein zugehöriges Einspeisungsuntersystem 100, eine erste Wilkinson-Teilerschicht 104, eine zweite Wilkinson-Teilschicht 106, eine Transformatorschicht 108, eine Signalleitungsschicht 110, eine leitfähige Klebstoffschicht 112, eine leitende Platte 114, welche aufeinander gestapelt sind. Die Schichten 104 bis 106 werden im allgemeinen als Signalteiler- und -kombiniererschichten bezeichnet. Die X-Band-Array-Anordnung 200 auf Bausteinbasis enthält weiter einen koaxialen Verbinder 16, welcher die Verbinderplatte elektrisch koppelt.
Die Antenne 10 und das Speisungsuntersystem 100 können mechanisch durch Befestigungsmittel an den aktiven Modulen befestigt sein und elektrisch über eine Faserkopfverbindung angeschlossen sein, wie auf dem Gebiet der Technik bekannt ist.
Die Wilkinson-Teiler-/Kombiniererschichten 104 und 106 sind unterhalb der Speiseschaltungsschicht 22 angeordnet und liefern ein durchgeleitetes elektromagnetisches Signal an ein entsprechendes Paar von kolinearen Schlitzen 66a bis 66d (3) in Phase, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches linear polarisiert ist und senkrecht zu dem Paar von Schlitzen orientiert ist. In entsprechender Weise kombiniert die zweite Wilkinson-Teiler-/Kombiniererschicht die Signale von dem orthogonalen Paar der kolinearen Schlitze. Die widerstandsgeprägten Wilkinsonschaltungen bilden den Abschluss der ungeradzahligen Moden, welche in den Fleckenschichten angeregt sind und beseitigen somit parasitäre Resonanzen.
Zur Erzeugung von Signalen mit einer zirkular polarisierten ausgeglichenen Einspeisungskonfiguration (3), kombiniert eine Streifenleitungs-Quadratur-Hybridschaltung (die Transformatorschicht 108 ersetzend) die Signale von jener Wilkinsonschicht in Phasenquadratur (d. h. 90° Phasendifferenz). Der ausgeglichene Einspeisungsschlitzaufbau realisiert die zirkulare Polarisation, minimiert unausgeglichene komplexe Spannungsanregung zwischen den Streifenleitungseinspeisungen (im Unter schied von konventionellen Architekturen zur Einspeisung mit zwei Sonden oder zwei Schlitzen), und vermindert daher die Verschlechterung der axialen Wirkungsgradzahl bei Abtastwinkeln, welche von den Hauptachsen der Antennenapertur abweichen.
Zur Erzeugung von Signalen mit einer linearen Polarisation wird ein Paar gleich ausgerichteter Schlitze weggelassen und ein Schlitz ersetzt das andere Paar von kolinearen Schlitzen. Eine einfache Streifenleitungsübertragungsleitung speist den einzelnen Schlitz und realisiert so die lineare Polarisation.
Es sei nun auf 5A Bezug genommen. Ein Smith-Diagramm 120 enthält eine Kurve, welche die normale Impedanzortskurve 124 an dem Via 74 (2) an der Einspeisungsschicht und die nicht eingebettete Impedanzortskurve 132, ausgelagert von Schlitz 66 (2) der gestapelten Flecken-Rahmengitterantenne 10 enthält.
Es sei nun 5B betrachtet. Eine Reflexionsverlustkurve 134 verdeutlicht den Reflexionsverlust für die gesamte gestapelte Flecken-Rahmengitterantenne 10 und das zugehörige Einspeisungssystem 100. Die Reflexionsverlustkurve 134 repräsentiert die reflektierte Leistung der Einspeisungsschaltungsschicht 22 und der Schlitzschicht 20 und der gestapelten Flecken-Rahmengitterantenne 10 an dem Via-Eingang 74, der mit einer 25-Ohm-Last abgeschlossen ist. Ein Reflexionsverlust unterhalb einer –10db-Bezugslinie 138 (d. h. 10% Reflexionsleistung) zeigt den maximalen annehmbaren Reflexionsverlust an dem Via-Eingang 74 (2) an. Die Kurve 136 repräsentiert die Wirkung einer tiefpass-frequenzselektiven Oberfläche (weiter unten in Verbindung mit 6 beschrieben).
Ein Heizer ist fakultativ in der oberen Rahmengitterschicht 14 (1) eingebettet, indem ein Heizdraht (nicht dargestellt) in der Rahmengitterschicht 14 geführt wird, um zu verhindern, dass sich Eis an der oberen Fleckenschicht 12 oder der Abdeckung ansetzt. Eine eingebettete Enteisungsmöglichkeit ist durch die obere Rahmengitterstruktur 14 vorgesehen. Ein nicht leitfähiges, mit einem Muster plattiertes Rahmengitter, welches durch herkömmliche Spritzgusstechnik, durch Fotolithographie und Plattierungs vorgänge (bspw. Kupfer oder Aluminium) gebildet ist, enthält einen leitfähigen Hohlraum (für die Strahlerfunktion) und ein Drahtgitter (mit geeigneter Breite und geeignetem Widerstand), welche auf die obere Fläche aufplattiert sind. Alternativ können leitfähige Metalldrähte aus Inconil (eine Nickel-Eisen-Chrom-Legierung) zwischen der oberen Rahmengitteroberfläche und dem oberen Fleckenträger 26 (1) eingebettet sein. Isolierte Drähte und ein Erdungsdraht sind in Leitungen in den unteren und oberen Rahmengitterrippen angeordnet, welche Leistung zu den Drahtmustern an einem Ende und einer Rückleitungserdung an dem anderen Ende führen. Das widerstandsbehaftete Drahtgitter erzeugt Wärme für den oberen Fleckenträger 26 zum Verhindern der Bildung von Eis ohne eine Verlegung der Wellenleitungshohlräume oder ohne eine Störung mit Bezug auf die Arbeitsweise des elektromagnetischen Strahlers in irgendeiner Weise für irgendeine Gittergeometrie und für beliebige Polarisation. Die Breiten der Rahmengitterrippen (0,0508 cm und 0,3048 cm im vorliegenden Ausführungsbeispiel) passen zu einem weiten Bereich von Drahtleiterbreiten und Anzahl von Drähten, was die Verwendung einer leicht verfügbaren Spannungsquelle ohne die Notwendigkeit von Transformatoren ermöglicht.
Der obere Flecken 24 wird auf der inneren Oberfläche der oberen Fleckenschicht 12 geätzt, welche auch als Abdeckung dient und schützt den oberen (und unteren) Flecken vor Umgebungseinflüssen. Die unteren und oberen Rahmengitter bilden die strukturelle Abstützung, was ermöglicht, dass die obere Fleckenschicht dünn ist (0,254 cm dick), wodurch weniger Leistung für das Enteisungsgitter benötigt wird, die Betriebskosten und Lebensdauerkosten vermindert werden und die Infrarotstrahlung minimal gehalten wird (wodurch die Erfassungsmöglichkeit durch Wärmesensoren in feindlicher Umgebung minimal wird). Im Gegensatz zu einer dicken gekrümmten Abdeckung vermindert die dünne flache Abdeckung, welche durch die obere Fleckenschicht gebildet wird, wesentlich die Abdämpfung von ausgesendeten oder empfangenen Signalen (die Dämpfung vermindert den Gesamtantennenwirkungsgrad und erhöht die Störleistung in dem Empfänger) und vermindert die Verzerrung der elektromagnetischen Phasenfront (eine Verzerrung beeinflusst die Genauigkeit der Strahlausrichtung und des Gesamt-Antennenstrahlungsmusters in seiner Gestalt). Insgesamt ist die Rahmengitter-Strah lungsarchitektur eine solche von niedrigem Profil, leichtem Gewicht, baulicher Widerstandsfähigkeit, und integriert die Funktionen eines Heizerelementes und einer Abdeckung in einer einfach herzustellenden Packung.
Es sei nun auf 6 Bezug genommen. Eine alternative Ausführungsform enthält eine frequenzselektive Oberfläche (FSS) 140 mit einer dritten Rahmengitterschicht 150 mit einer dünnen Tiefpass-FSS-Fleckenschicht 152, die auf einer dritten Rahmengitterschicht 150 angeordnet ist, um weiter den Radarquerschnitt (RCS) zu reduzieren. Die FSS-Fleckenschicht 152 enthält vorzugsweise eine Mehrzahl von Zellen 154a bis 154n (allgemein als Zelle 154 bezeichnet). Jede Zelle 154 enthält Flecken 156a bis 156d, welche bei dieser Ausführungsform als ein Tiefpassfilter wirksam sind, was in einem modifizierten Echoverlustsignal resultiert, wie durch Kurve 136 gezeigt ist (5B). Die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass die Größe und Anzahl der Flecken 156 variiert werden kann, um einen bestimmten Bereich von Signalfilterungswirkungen abzudecken.
Zusätzlich kann das Substrat der oberen Fleckenträgerschicht 26 integrierte Eckenbehandlungen enthalten (bspw. unter Verwendung von PTFE-Folien mit Omegaply^®-Schichten, welche in das Laminat integriert sind), welche eine Randstreuung oder Kantenstreuung vermindern. Die Herstellungstechniken und Materialien, wie sie für eine so modifizierte Antenne verwendet werden, sind ähnlich. Die Bearbeitungen an den abgeschrägten Rändern wirken als Hochfrequenzbelastungen für ankommende Signale unter schrägen Winkeln, welche Oberflächenströme anregen, welche streuen und eine Brechung an den körperlichen Rändern der Antennengruppe oder des Antennen-Array erfahren. Das obere Rahmengitter kann auch als ein Heizerelement dienen und die tiefpass-frequenzselektive Oberfläche 140 kann als eine Abdeckung dienen.
Bei der Erfindung werden optisch aktive Materialien in der oberen und unteren Fleckenschicht 12 bzw. 16 integriert. Die Rahmengitterrippen dienen als die Leitungen zur Führung von faseroptischen Einspeisungen (und beseitigen so irgendeine Störung mit der elektromagnetischen Betriebsweise der Rahmengitter-Strahler) zu einer Schicht oder Schichten optisch aktiver Materiallagen hin, welche mit entweder einer oder beiden der unten und oberen Rahmengitter verbunden sind. Das faseroptische Signal rekonfiguriert die Fleckenabmessungen für eine augenblickliche Abstimmung (Breitbandmöglichkeit) und/oder stellt eine gesamte „metallische" Antennenoberfläche dar, um die Tarnung zu erhöhen und Clutter zu vermindern. Siliziumstrukturen, welche nach einem üblichen Herstellungsprozess hergestellt sind (und mit einem geeigneten Niveau von Metallionen dotiert sind) haben ein kupferartiges Verhalten für mittlere optische Leistungsintensitäten gezeigt. In dieser Ausführungsform der Rahmengitterantenne 10 wird eine dünne Siliziumscheibe (dotiert, um bei Erregung Polygongitter zu erzeugen), oben auf die untere und/oder obere dielektrische Fleckenschicht gesetzt. Bei einer optischen Aktivierung werden die Polygongitter kupferartige parasitäre Leiter, welche die Kupferflecken auf den unteren und/oberen dielektrischen Fleckenschichten abstimmen und so eine augenblickliche Abstimmung des Rahmengitterhohlraumes bewirken.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Frequenzbemessbarkeit der Architektur der Rahmengitterstrahler ohne Änderung der Materialzusammensetzung oder der Konstruktionstechnik, während immer noch ein Betrieb über dieselbe Bandbreite und dasselbe konische Abtastvolumen möglich ist. Beispielsweise fasst die folgende Tabelle 3 die Änderungen in den Rahmengitter-Strahlerabmessungen zusammen, welche für das C-Band (5 GHz) bei derselben Materialanordnung, wie sie in

2 gezeigt ist, gewählt sind. Tabelle 3

Komponente	Abmessung
Oberer Flecken	0,26 λ × 0,26 λ
Oberes Rahmengitter	2,54 cm × 2,54 cm (Öffnung) × 0,170 λ (Höhe)
Unterer Flecken	0,40 λ × 0,40 λ
Unteres Rahmengitter	2,54 cm × 2,54 cm (Öffnung) × 0,025 λ (Höhe)

Zusätzlich gestattet die Schlitzkopplung (im Gegensatz zu einer Sondenkopplung) zu dem Rahmengitterstrahler eine Freiheit der Konstruktion bei der Wahl des Rahmen gittermaterials und der Prozesse unabhängig von den Materialien der Einspeisungsschicht. Beispielsweise können die Rahmengitter durch Spritzguss gefertigt und selektiv metallisiert werden. Weiter können für die obere und untere Fleckenträgerschicht 12 bzw. 16 unterschiedliche dielektrische Materialien verwendet werden. Die schlitzgekoppelte Rahmengitterantenne 10 kann in Bausteingruppen-Architekturen oder Ziegelgruppen-Architekturen eingesetzt werden.

Claims

Strahler, welcher folgendes enthält: eine Wellenleitung (56) mit einem konstanten Querschnitt, einer Öffnung an einem Ende der Wellenleitung und einem Eingangsanschluss (66) in Entfernung von der Öffnung; einen ersten Flecken (24a) und einen zweiten Flecken (32a), welche so angeordnet sind, dass sie die Wellenleitung (56) in ihrer Längsrichtung aufteilen, wobei der konstante Querschnitt der Wellenleitung eine Grenzfrequenz der Wellenleitung (56) innerhalb der Frequenzbandbreite des Strahlers definiert, wobei der Eingangsanschluss (66) an dem anderen Ende der Wellenleitung angeordnet ist, der zweite Flecken (32a) die Wellenleitung (56) ungleich aufteilt, die Kopplung zwischen dem Eingangsanschluss (66) und dem zweiten Flecken (32a) in erster Linie eine untere Resonanzfrequenz bestimmt, und die Kopplung zwischen dem ersten Flecken (24a) und dem zweiten Flecken (32a) in erster Linie eine obere Resonanzfrequenz bestimmt, derart, dass die Frequenzbandbreite des Strahlers sich zwischen den Resonanzfrequenzen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flecken (24a) in der Öffnung gelegen ist und der erste Flecken und der zweite Flecken auf ersten und zweiten Fleckenschichten (12, 16) angeordnet sind, in welche optisch aktive Materialien integriert sind, wobei die optisch aktiven Materialien eine Leitfähigkeit aufweisen, welche von der optischen Leistungsintensität abhängig ist und die optisch aktiven Materialien so ausgebildet sind, dass sie die jeweiligen Flecken abstimmen, wenn eine optische Aktivierung erfolgt.
Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Flecken (24a, 32a) elektromagnetisch mit der Wellenleitung (56) gekoppelt sind.
Strahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fleckenschichten eine Fleckenträgerschicht (26, 34) zur Abstützung eines jeweiligen Fleckens (24a, 32a) in der Wellenleitung (56) aufweisen.
Strahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fleckenträgerschicht (26, 34) ein Dielektrikum ist.
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Speiseschaltung (100), welche elektromagnetisch an die Wellenleitung (56) angekoppelt ist, wobei elektromagnetische Signale von der genannten Speiseschaltung (100) in die Wellenleitung (56) gelangen und die Wellenleitung (56) elektromagnetisch an die genannten Flecken (24a, 32a) angekoppelt ist.
Strahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseschaltung (100) eine Schlitzschicht (20) aufweist, welche mindestens einen Schlitz (66) hat.
Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (66) in der Frequenzbandbreite des Strahlers nicht in Resonanz ist.
Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (66) eine Länge von weniger als λ/2 hat, worin λ die Wellenlänge im freien Raum ist, welche von dem Strahler abgestrahlt wird.
Strahler nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseschaltung (100) folgendes enthält: eine Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht (72); und eine Erdungsebenenschicht (78); und dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitungs-Übertragungsleitungsschicht (72) näher an dem mindestens einen Schlitz (66) angeordnet ist als die Erdungsebenenschicht (78).
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitung (56) durch eine Aluminiumstruktur (28, 38) umgrenzt ist.
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitung (56) durch eine Spritzgussstruktur (28, 38) mit einem Metallbelag umgrenzt ist.
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flecken (24a, 32a) aus Kupfer besteht.
Strahler nach Anspruch 12, bei welchem das optisch aktive Material Silizium ist.
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, bei welchem das optisch aktive Material so angeordnet ist, dass es bei optischer Aktivierung einen parasitären Leiter ausbildet.
Strahler nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitung (56) durch eine Struktur (28, 38) mit einem darauf angeordneten Heizer definiert ist.
Array-Antenne, welche eine Gruppierung von Strahlern gemäß irgendeinem vorausgehenden Anspruch enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitung (56) durch ein paar von leitfähigen Gittern (14, 18) definiert ist, welche beabstandet sind und durch eine Fleckenträgerschicht (16) getrennt sind.
Array-Antenne nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine erste dielektrische Schicht (26), welche eine erste Vielzahl der ersten Flecken (24a) trägt, welche auf Hochfrequenzsignale ansprechen, welche eine erste Frequenz aufweisen; ein erstes einstückiges leitfähiges Gitter (14), welches benachbart zu der ersten dielektrischen Schicht (26) angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht (34), welche eine zweite Vielzahl der zweiten Flecken (32a) trägt, welche auf Hochfrequenzsignale mit einer zweiten unterschiedlichen Frequenz ansprechen, wobei die zweite dielektrische Schicht benachbart zum ersten einstückigen leitfähigen Gitter (14) angeordnet ist; ein zweites einstückiges leitfähiges Gitter (18), das benachbart zu der zweiten dielektrischen Schicht (34) angeordnet ist; und dadurch gekennzeichnet, dass das genannte erste Gitter (14) und das genannte zweite Gitter (16) eine Mehrzahl von Wellenleitungen ausbilden, von denen jede in Zuordnung mit jeweils einem der ersten Flecken und jeweils einem der zweiten Flecken steht.
Array-Antenne nach Anspruch 17 mit faseroptischen Zuführungseinrichtungen zu dem optisch aktiven Material, wobei die Rippen des Gitters als die Leitungen zum Betreiben der faseroptischen Zuführungseinrichtungen dienen.
Array-Antenne nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Speiseschicht (22) mit einer Mehrzahl von Speiseschaltungen, welche benachbart zu dem zweiten Gitter (18) angeordnet ist, wobei jede der Speiseschaltungen ein elektromagnetisches Signal zu einer entsprechenden Wellenleitung überträgt, welche in dem genannten zweiten Gitter (18) gebildet ist.
Array-Antenne nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Schlitzschicht (20), welche mindestens einen Schlitz (66) aufweist, der zwischen der genannten Speiseschicht (22) und dem zweiten Gitter (18) gelegen ist, und dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (66) ein elektromagnetisches Signal zu einer entsprechenden Wellenleitung überträgt, welche in dem zweiten Gitter (18) gebildet ist.
Array-Antenne nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schlitz (66) in der Frequenzbandbreite der Antenne nicht in Resonanz ist.