DE69908187T2

DE69908187T2 - Anordnung zur fokussierung mit einer homogenen dielektieschen luneberg linse undverfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69908187T2
Application number: DE69908187T
Authority: DE
Inventors: Patrice Hirtzlin; Ali Louzir; Luc Pagnier; Christian Yves Allaire
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Technicolor SA
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: ATE241218T1; CN1149715C; ES2200597T3; EP1147572B1; JP2003502881A; US6549340B1; KR100642667B1; CN1329765A; AU1392100A; FR2786928A1; EP1147572A1; WO2000035050A1; KR20010080662A; DE69908187D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fokussiereinheit mit einer Lüneburglinse und ihr Herstellungsverfahren. Sie betrifft insbesondere eine Fokussiereinheit mit einer Lüneburglinse mit einem homogenen Volumen des Dielektrikums.
Es ist bekannt, aus den französischen Patentanmeldungen Nr. 98 05111 und Nr. 98 05112, angemeldet am 23. April 1998 auf den Namen der Anmelderin, eine Lüneburglinse in Satellitensignal-Empfängern anzuwenden, insbesondere für die Verfolgung von nicht-geostationären Satelliten.
In der Theorie muß die Linse aus einer bestimmten Anzahl von Schichten aus dielektrischen Materialien zusammengesetzt sein, die ausreichend hoch sind, um das ideale Modell mit der Eigenschaft einer Änderung des Brechungsindex anzunähern. Der Brechungsindex n für eine Schicht und die relative Dielektrizitätskonstante E (oder Permittivität) sind daher durch folgende Gleichung verknüpft: n = E^1/2. Jedoch ist die Zunahme der Anzahl von Schichten in der Praxis durch die strengen Fertigungstoleranzen begrenzt, die mit einer Herstellung in großer Serie oder sogenannten Massenproduktion nicht vereinbar sind. Für Linsen mit kleinerer Größe, im allgemeinen mit einem Durchmesser von weniger als 40 cm für Übertragungen in dem Ku-Band, besteht eine Lösung für dieses Problem darin, sich für eine Linse mit einer einzigen Schicht aus einem homogenen Dielektrikum zu entscheiden.
Zum Zweck der Verringerung der Gesamtgröße der Linse ist es daher erforderlich, ihre Permittivität, die als Konsequenz eine Vergrößerung der Dichte bewirkt, mit der nachteiligen Konsequenz der Erhöhung des Gewichtes der Linse zu erhöhen. Es ist daher ein Kompromiß erforderlich zwischen der Größe der Linse und ihrem Gewicht. Diese Begrenzungen in dem Volumen und dem Gewicht bewirken einen gutdefinierten Bereich der Dichte für das Dielektrikum. Zum Beispiel liegt für eine Linse mit einem Durchmesser von 35 cm die zulässige Dichte im allgemeinen zwischen 0,3 g/cm³ bis 0,8 g/cm³.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, als dielektrisches Material zum Beispiel eine Mischung aus einem expandierten Polystyren mit Partikeln hoher Permittivität, keramische oder metallische Partikel zu verwenden, um die Permittivität zu vergrößern und sie in Richtung des gewünschten Bereichs zu verschieben.
Jedoch ermöglicht dieser Typ einer Mischung keine vollständige Homogenität der Partikel in der Mischung und garantiert somit keine homogene Dichte in dem Volumen der Linse. Außerdem ist die gewonnene Mischung kostenintensiv.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Fokussiereinheit mit einer Lüneburglinse mit einem homogenen Volumen aus einem Dielektrikum dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum ein granulares Agglomerat enthält, das durch eine homogene granulare Größenverteilung aus thermoplastischem Granulat gebildet ist, und dass wenigstens eine Mehrzahl dieser Körner durch Körnerverbindungen miteinander verschweißt ist, die durch teilweise Fusion der Körner gewonnen werden, um das Volumen verfestigt zu halten.
Da somit die Körner zueinander derart angeordnet sind, dass jedes von ihnen mit wenigstens einem anderen in Berührung steht, ermöglicht die Existenz der starren Körnerverbindungen, die Funktion eines Bindemittels zwischen den verschiedenen Körnern auszufüllen und eine kompakte Anordnung von Körnern zu erzeugen.
Eine Lüneburglinse aus thermoplastischen Körnern ist bekannt aus der WO-A-53/10572. Gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht die Erfindung ein Nachgeben des Klebers, dessen Anwendung den Nachteil der Änderung der dielektrischen Eigenschaften des erzeugten Materials bewirkt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die mehreren Körner wenigstens in einer äußeren Schicht des homogenen Volumens enthalten, und die äußere Schicht ist relativ zu der Außenfläche des Volumens zum Inneren des Volumens um eine vorbestimmte Tiefe ausgedehnt. Die Tiefe liegt in der Größenordnung eines Mehrfachen der empfangenen und/oder gesendeten halben Wellenlänge. Auf diese Weise dient die äußere Schicht dazu, die Körner des Materials im Inneren der äußeren Schicht unter Druck zu halten. Zusätzlich optimiert die Dicke der äußeren Schicht, die als ein Viel faches einer empfangenen und/oder gesendeten halben Wellenlänge definiert ist, in elektromagnetischer Sicht den Austausch von Signalen mit der Außenseite der Linse und ermöglicht zur selben Zeit, dass diese Linse als ein Radom (Antennenkuppel) arbeitet.
Vorzugsweise sind die mehreren Körner gleichmäßig in dem Volumen verteilt. Dadurch wird in dem ganzen Volumen eine Homogenität der Dichte erreicht.
In vorteilhafter Weise ist die Permittivität ε_r der Linse aus thermoplastischen Körnern mit der Permittivität ε_r0 mit einem Füllfaktor F, der das Verhältnis des tatsächlich durch die Körner ausgefüllten Volumens und dem Gesamtvolumen der Linse bezeichnet, durch folgende Gleichung verknüpft: εr = [(1 + 2F)εr0 + 2(1 – F)]/[(1 – F)εr0 + 2 + F].
In den französischen Patentanmeldungen Nr. 98 05111 und Nr. 98 05112 sind insbesondere besondere primäre Quellen beschrieben, die der Fokussierfläche der Linse nahekommen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Brennweite der Linse abhängig von dem Brechungsindex n der Linse und der gewählten Phasenänderung über der Öffnung des Strahlungsmusters der Linse, und der Brechungsindex der Linse ist gegeben durch: N = εr 1/2.
Um zu ermöglichen, dass der Radius der Linse erhöht und somit die Brennweite der Linse verringert wird, ohne die Änderungsphase über die Öffnung des Strahlungsdiagramms der Linse zu erhöhen, bedeckt wenigstens eine zusätzliche Schicht das homogene Volumen des dielektrischen Materials, und die zusätzliche Schicht enthält außerdem ein Agglomerat von thermoplastischen Körner aus einem anderen Material als die Körner des Volumens und weist eine Dichte auf, die kleiner ist als die des Volumens. Auf diese Weise ist es durch Bildung einer Gradation der Brechungsindices von der Außenseite der Linse zu der Innenseite der Linse möglich, dass ideale Modell einer Lüneburglinse anzunähern.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Körner des Volumens aus Polystyren zusammengesetzt. Daher liegt die Dichte der Linse in einem Bereich der gewünschten Dichte.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die Körner der zweiten Schicht aus Polypropylen.
Zusätzlich ermöglichen die Verfahren zur Umsetzung von thermoplastischen Materialien (Spritzvorgang, Warmverformung, Schleudervertahren oder Rotationsformen, Kompressionsformung) nicht, dass Teile mit einer Dicke hergestellt werden können, die größer ist als ungefähr fünfzehn Millimeter. Außerdem bilden diese Verfahren Dichteänderungen innerhalb der Teile, und aufgrund der Erscheinung der Materialschrumpfung erscheinen Deformationen und geometrische Änderungen in den Teilen. Diese Probleme können insbesondere den richtigen Betrieb einer Linse stören, wie sie oben beschrieben und gemäß diesen Verfahren ausgeführt wurde.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Lüneburglinse zu schaffen, die ein homogenes Volumen des Dielektrikums aufweist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Lüneburglinse mit einem homogenen Volumen aus einem dielektrischen Material mit einem Schritt zur Bildung des Volumens, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen ein granulares Agglomerat enthält, das durch eine homogene Größenverteilung der thermoplastischen Körner gebildet ist, und das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

– ein Schritt zur Erwärmung des Volumens, um wenigstens eine äußere Schicht des Volumens auf eine Umwandlungstemperatur zwischen der Schmelztemperatur des Materials und der Temperatur der Fusion des Materials anzuheben, wobei die äußere Schicht die äußere Schicht in das Volumen um eine vorbestimmte Tiefe darstellt und die Übergangstemperatur durch eine Phasenänderung zu der viskosen Phase wenigstens eines Teils der äußeren Schicht über die Tiefe ermittelt wird,
– ein Schritt zur Abkühlung der äußeren Schicht, um diese äußere Schicht auszuhärten.

Auf diese Weise ermöglicht die gehärtete äußere Schicht, dass das Material innerhalb der Schicht unter Druck gehalten wird. Die Tatsache der nicht vollständigen Vermischung des thermoplastischen Materials ermöglicht, die anfängliche Dichte des thermoplastischen Materials aufrechtzuerhalten. Außerdem ist die Anwendung des thermoplastischen Materials kostengünstig.
In vorteilhafter Weise wird während des Erwärmungsschritts die Temperatur erhöht, um wenigstens die äußere Schicht der in dieser äußeren Schicht enthaltenen Körner des Volumens zum Zweck der Bildung von viskosen Körnerverbindungen durchzuführen, die die Körner der äußeren Schicht des Volumens miteinander verbinden. Auf diese Weise werden die Körner der äußeren Schicht, die aneinander liegen und Platz für Hohlräume lassen und eine offene Porosität bilden, durch die Verfestigung während des Abkühlen der Viskosen-Körnerbegrenzungen, die die Körner umgeben, verfestigt. Die Tatsache der nicht vollständigen Verschmelzung der Körner der äußeren Schicht macht es möglich, dass genügend Luft für eine schnelle Abkühlung zwischen ihnen fließt. Aufgrund dieser Verfestigung wird die äußere Schicht in eine Hülle oder Ummantelung umgesetzt, die die Körner des Volumens unter Druck hält.
Gemäß einer Ausführungsform liegt die Dicke der äußeren Schicht in der Größenordnung eines Vielfachen der empfangenen und/oder gesendeten halben Wellenlänge. Diese Schicht muß eine Dicke aufweisen, die größer ist als ein erster Wert, um in der Lage zu sein, einen ausreichenden Druck auf die Masse des Materials auszuüben, die sie enthält.
In vorteilhafter Weise erfolgt der Erwärmungsschritt, bis das Gesamtvolumen die Umwandlungstemperatur erreicht hat, wo die Verteilung der Wärme über das Gesamtvolumen die Funktion der Erweiterung oder Ausdehnung aller Körner aufweist. Diese Ausdehnung der Körner erzeugt in dem Volumen einen Druck zwischen den Körnern und ermöglicht, dass das Verschmelzen zwischen den Körnern verstärkt wird. Die Homogenität der Dichte wird über das Gesamtvolumen gewährleistet.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Erwärmung durch Konvektion. Zum Beispiel erfolgt die Erwärmung durch eine warme Luftströmung.
Um derartige Anforderungen an die Dicke zu erfüllen, muß die Erwärmzeit größer sein als ein erster Temperaturwert, um zu ermöglichen, dass die Verschmelzung der äußeren Schicht der Körner mit der äußeren Schicht des Volumens erfolgt, und muß kleiner sein als ein zweiter Temperaturwert, damit eine Homogenität des Volumens ermöglicht wird, wie vorangehend erläutert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform erfolgt die Erwärmung durch Strahlung, zum Beispiel Ultraschall.
Gemäß einer Ausführungsform benutzt das Verfahren Gießmittel für das Formen des Volumens, wobei die Gießmittel Porositäten aufweisen, die gleichmäßig über die Außenfläche der Gießmittel verteilt sind, und die relative Drehgeschwindigkeit der Gießmittel ist gegenüber der Blasrichtung kleiner als eine bestimmte Geschwindigkeit, um eine Homogenität der Temperatur wenigstens in der äußeren Schicht zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Formungsmittel zum Vermischen des Materials in Vibration versetzt. Dadurch wird eine bessere Homogenität erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Erwärmungstemperatur und die Erwärmungszeit und die Abkühlzeit in Abhängigkeit von dem angewendeten thermoplastischen Material und dem Volumen des thermoplastischen Materials eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform setzt das Verfahren Druckmittel ein, deren Druck abhängig ist von der gewünschten Materialdichte in dem Volumen.
Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens eine Schicht aus einem thermoplastischen Material um das Volumen warmverformt aufgebracht, um einen Schutz gegen äußere Einwirkungen zu bieten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Volumen derart geformt, dass im Betrieb eine Sichtbarkeit in der Elevation von 10° bis 90° und in einem Azimuth von 360° ermöglicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Volumen kugelförmig.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Signalfokussiereinheit mit einer Lüneburglinse mit einem homogenen Volumen eines dielektrischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung bestimmt für die Verfolgung von sich bewegenden Zielen, insbesondere von nicht-geostationären Satelliten für einen Datenaustausch mit wenigstens einem geostationären Satelliten oder für eine Übertragung Punkt für Multipunkt, wie das sogenannte MMDS ("Multi-point Multi-channel Distribution System" oder MMDS).
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß einer folgenden Ausführungsform der Erfindung zusammen mit einer ihrer Varianten anhand von nicht-einschränkenden Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren:
1 zeigt ein Gerät zur Herstellung einer kompakten homogenen Linse mit Anwendung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eine mit thermoplastischen Körner gefüllte Linse, die durch dieses Verfahren gewonnen wird,
2 zeigt eine Variante der durch das Verfahren gemäß der Erfindung gewonnenen Linse,
3 zeigt eine homogene Linse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 zeigt eine Variante der Linse gemäß der Erfindung.
Zur Vereinfachung der Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung von Komponenten benutzt, die identische Funktion ausführen.
1 zeigt ein Gerät 1 zur Herstellung einer kompakten und homogenen Kugel 2. Diese enthält einen Stempel 3 mit einer vertikalen Kolbenstange 4, die in den vertikalen Zylinder 5 des Stempels 3 eingreift. Der auf die Kolbenstange 4 des Kolbens ausgeübte Druck dient zur Komprimierung der Körner 6, die von einer Öffnung 7 am Umfang des Zylinders 5 kommen. Die Körner 6 werden in einem Behälter 8 eines Vorratsbunkers 9 angesammelt. Eine Form 10 mit kugelförmiger Gestalt am Ende des Zylinders 5 wird mit Körnern 6 gefüllt, die durch Schwerkraft von der Öffnung 7 in dem Zylinder 5 herunterfallen. Der pneumatische Stempel 3 bewirkt eine leichte Verdichtung der Körner 6 in der Form 10 am Ende der Füllung der Form.
Warme Luft 11, die innerhalb eines einstellbaren Temperaturbereichs von 80°C bis 250°C geregelt ist, wird durch Perforationen oder Poren 12 in der Metallform 10, die aus zwei trennbaren Teilen besteht, durch die Masse der Körner 6 geblasen.
Die Abmessungen der kugelförmigen Form müssen etwas größer sein als derjenigen der schließlich erzeugten Kugel, um die Ausdehnungserscheinung zu berücksichtigen, die die Körner erfahren, wenn sie einer Wärme unterworfen werden. Die Temperatur der geblasenen warmen Luft muß ausreichend sein, um die äußere Schicht der Körner zu erweichen und dadurch Körnerbegrenzungen durch die Formation der viskosen Phase zu bilden, die auf die Erweichung der äußeren Schicht der Körner der äußeren Schicht 13 der Kugel 2 folgt, wie anhand von 2 beschrieben wird. Jedoch muß die für die warme Luft gewählte Temperatur kleiner sein als eine begrenzte Temperatur, um zu verhindern, dass die Körner der äußeren Schicht verschmelzen, um so Probleme einer Schrumpfung und Deformierung aufgrund der Abkühlung einer geformten Masse mit einem großen Volumen zu vermeiden. Die Tatsache, dass die Körner nicht verschmelzen, ermöglicht, dass sie ihre anfängliche Dichte behalten, und ermöglicht, dass genügend Luft zwischen ihnen für eine schnelle Abkühlung fließt.
Um eine gute Homogenität der Temperatur zu gewährleisten, wird die Form bei einer niedrigen Geschwindigkeit von ungefähr 10 bis 50 Umdrehungen je Minute gedreht, um so die Zentrifugiererscheinung zu vermeiden. Die thermische Ausdehnung der Körner aufgrund der Erhöhung in der Temperatur erzeugt einen Druck innerhalb der Form, der bewirkt, dass die einander berührenden Körner miteinander verschweißt werden. Eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes wird benötigt, um die äußere Schicht der Körner zu verschmelzen, jedoch für eine relativ kurze Zeit, damit sie nicht voltständig verschmelzen, um das Volumen und die Homogenität der Dichte zu erhalten. Der Wert der Temperatur und die Zeit des Blasens sind Schlüsselparameter für die Erreichung des endgültigen Ergebnisses und müssen entsprechend dem thermoplastischen Material und dem umzusetzenden Volumen eingestellt werden. Diese Parameter bestimmen außerdem das Maß der Schrumpfung der endgültigen Kugel.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Zeit des Blasens auf eine konstante Temperatur ausgedehnt, damit die warme Luft richtig in den Kern der Linse 2 strömt. Die Temperaturerhöhung, die eine Ausdehnung der Körner 6 bewirkt, bildet dadurch einen Druck im Inneren der Form 10 und ermöglicht, dass die Verschmelzung stattfindet.
Als nächstes erfolgt das Abkühlen durch Ersatz der warmen Luft durch kalte Luft, die zwischen den Körnern strömt, die nicht vollständig verschmolzen sind. Diese Abkühlung bewirkt eine leichte Schrumpfung und ermöglicht, dass das Teil durch Öffnen der beiden Teile der Form aus der Form herausgenommen werden kann.
Die einstellbaren Parameter des Herstellungsgeräts 1 sind die folgenden:

– der Druck des pneumatischen Stempels, der bis zu 6 Bar betragen kann,
– die Drehgeschwindigkeit der Form, von 1 bis 50 Umdrehungen je Minute,
– die Temperatur der warmen Luft von 80°C bis 250°C,
– die Zeiten der warmen Luftströmung und die Zeiten der kalten Luftströmung.

Es sollte bemerkt werden, dass das Verfahren wegen der Progressivität seiner Erweichung hauptsächlich auf amorphe Materialien anwendbar ist. Für teilkrystalline Materialien ergibt die schnelle Verschmelzung ein zu enges Umsetzfenster.
2 beschreibt eine Variante der Kugel 2, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung gewonnen wird. In dem Fall, dass die Lüneburglinse im Außenbereich benutzt wird, muß sie durch eine Schicht geschützt werden, die gegen äußere Einwirkungen wie schlechtes Wetter schützt.
Zu diesem Zweck ist es möglich, eine Schicht 14 aus einem thermoplastischen Material warm zu formen von derselben Art wie die Körner 6 mit einer Dicke von einigen Zehnteln Millimetern bis zu 1 mm. Diese Warmformung erfolgt in zwei Vorgängen, von denen jeder eine Halbkugel einnimmt, gefolgt durch ein Beschneiden oder Anpassen der Verbindungsebene.
3 zeigt eine homogene Linse 2 mit einem Durchmesser von 350 mm aus Polystyren-Körnern (im folgenden zum Zwecke der Abkürzung mit PS bezeichnet). Die Haupteigenschaften der PS sind in der folgenden Tabelle angegeben:
Die Simulation einer Linse mit derartigen Eigenschaften führt zu den folgenden Eigenschaften:

– eine Masse von 12,8 kg,
– eine Brennweite f , derart dass: f = 1,8 R (R ist der Radius der Linse), d. h. eine Brennweite von 315 mm in der vorliegenden Ausführungsform,
– eine Annäherung der primären Beleuchtungsquelle als der Cosinus zu der Potenz 8.

Die Simulationen für die Bestimmung des Fokussierbereichs um die Fokussierfläche haben zu der Schlußfolgerung geführt, dass, damit es keine Verschlechterung in dem Signal gibt, die nicht dargestellten Primärquellen in einem Abstand von 13 mm um die Fokussierfläche (F = 1,8 R) angeordnet sein müssen. Dieser Wert gilt für die Linse aus Polystyren und für eine angenommene Phasenänderung von ungefähr 35°.
4 zeigt eine Linse mit zwei Schichten mit der Linse 2 von 3 und einer zusätzlichen Schicht 21. Die Linse 2 besteht aus Körnern aus Polystyren, während die Linse 21 aus Körnern aus Polypropylen besteht. Bei Beibehaltung der oben genannten Eigenschaften der Linse 2 sind die Haupteigenschaften der zusätzlichen Schicht 21 aus Polypropylen (im folgenden mit PP bezeichnet), die für diese Linse 20 benötigt werden, in der folgenden Tabelle angegeben.
Die Simulationen auf dieser Doppelmaterial-Linse 20 führen zu den folgenden Eigenschaften:

– Radius der inneren Linse 2 : Ri = 86 mm,
– Masse der Linse : m = 11,4 kg,
– Brennweite : f = 1,62 R (R = Radius der Linse), d. h. eine Brennweite von 284 mm,
– eine Annäherung der primären Beleuchtungsquelle als der Cosinus bei der Potenz 6 (Beleuchtung bei –12,5 dB an den Kanten der Linse).

Um die Leistungsfähigkeit der Linse nicht übermäßig zu verschlechtern, insbesondere in dem vorliegenden Fall der Linse mit zwei Schichten, haben Simulationen entsprechend den oben angegebenen Eigenschaften eine maximal zulässige Änderung der Permittivität jeder der Schichten von 0,02, d. h. eine zulässige Änderung von 0,02 um den definierten Wert von 1,68, für die Körner aus Polystyren und dieselbe zulässige Änderung um den Wert von 1,60 für die Körner aus Polypropylen gezeigt. Die Permittivität der Körner ist mit dem Füllfaktor F durch die folgende Gleichung verknüpft: εr = [(1 + 2F)εr0 + 2(1 – F)]/[(1 – F)εr0 + 2 + F],dabei ist ε_r0 die Permittivität des betroffenen Kunststoffs, und F ist der Füllfaktor des Kunststoffs.
Die entsprechende Änderung des Füllfaktors kann durch Anwendung der folgenden, aus der vorangehenden Gleichung abgeleiteten Gleichung berechnet werden: ΔF = [εr0 + 2 – F(εr0 – 1)]2/[3(εr0 – 1)(εr0 + 2)]Δεr.
Letztere Gleichung führt zu den folgenden Änderungen in dem Füllfaktor für jede der Schichten: ΔF = ± 0,013 für PS-Körner(Fmi n = 0,530 und Fmax = 0,557) ΔF = ± 0,015 für PP-Körner(Fmin = 0,536 und Fmax = 0,566).
Ebenso haben in dem Fall der Linse 2 Simulationen ermöglicht, einen Fokalbereich um die Fokalisierungsfläche der Linse zu bestimmen, wo es keine nennenswerte Verschlechterung des Signals gibt. Um diese Bedingung zu erfüllen, müßten die nicht dargestellten primären Quellen bei ± 12 mm um den Fokussierbereich angeordnet sein (F = 1,6 R).
Es sei bemerkt, dass man dann, wenn die Körner entsprechend einer der Varianten der Erfindung erwärmt werden, die Form in verschiedene Richtungen drehen könnte, um eine Homogenisierung oder Vergleichmäßigung der Dichte der Körner zu erreichen.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung werden diese Körner bei der Einführung der Körner in die Form gemäß einem Dichtegradienten bestimmt, um dieselbe Homogenisierung der Dichte zu erreichen.

Claims

Fokussiereinheit mit einer Lüneburglinse (2, 20) mit einem homogenen Volumen aus Dielektrikum mit einem granularen Agglomerat, gebildet durch eine homogene granulare Verteilung aus thermoplastischen Körnern (6), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mehrzahl dieser Körner (6) durch Körnerverbindungen miteinander verschweißt ist, die durch teilweise Fusion der Körner gewonnen werden, um das Volumen verfestigt zu halten.
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Körner wenigstens in einer äußeren Schicht des homogenen Volumens enthalten sind, und dass die äußere Schicht relativ zu der Außenfläche des Volumens zum Inneren des Volumens um eine vorbestimmte Tiefe ausgedehnt ist.
Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe in der Größenordnung eines Mehrfachen der empfangenen und/oder gesendeten halben Wellenlänge liegt.
Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Körner gleichmäßig in dem Volumen verteilt sind.
Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permittivität ε_r des Volumens aus Material, das aus thermoplastischen Körner mit der Permittivität ε_r0 besteht, mit einem Füllfaktor F verknüpft ist, der das Verhältnis des tatsächlich durch die Körner ausgefüllten Volumens und dem Gesamtvolumen der Linse bezeichnet, durch folgende Gleichung verknüpft ist: εr = [(1 + 2F)εr0 + 2(1 – F)]/[(1 – F)εr0 + 2 + F].
Einheit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Linse (2, 20) abhängig ist von dem Brechungsindex n der Linse und der gewählten Phasenänderung über der Öffnung des Strahlungsmusters der Linse und dem Brechungsindex der Linse gegeben ist durch: N = εr 1/2.
Einheit nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zusätzliche Schicht (21) das homogene Volumen des dielektrischen Materials bedeckt, dass die zusätzliche Schicht außerdem ein Agglomerat von thermoplastischen Körner aus einem anderen Material als die Körner des Volumens enthält und eine Dichte aufweist, die kleiner ist als die des Volumens.
Einheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des Volumens aus Polystyren zusammengesetzt sind.
Einheit nach Anspruch 7 oder der Kombination von Anspruch 7 mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner der zweiten Schicht aus Polypropylen zusammengesetzt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Lüneburglinse (2) mit einem homogenen Volumen (2) aus einem Dielektrikum mit einem Schritt zur Bildung des Volumens, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen ein granulares Agglomerat enthält, das durch eine homogene Größenverteilung der thermoplastischen Körner (6) gebildet ist, und das Verfahren die folgenden Schritte enthält: – ein Schritt zur Erwärmung des Volumens, um wenigstens eine äußere Schicht des Volumens auf eine Übergangstemperatur zwischen der Schmelztemperatur des Materials und dem Schmelzpunkt des Materials anzuheben, wobei die äußere Schicht die äußere Schicht des Volumens darstellt, das auf eine vorbestimmte Tiefe in das Volumen ausgedehnt ist, und dass die Übergangstemperatur durch eine Phasenänderung zu der viskosen Phase wenigstens eines Teils der äußeren Schicht über die Tiefe ermittelt wird, – ein Schritt zur Abkühlung der äußeren Schicht, um diese äußere Schicht auszuhärten.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmungsschritts die Temperatur erhöht wird, um wenigstens die äußere Schicht der in dieser äußeren Schicht enthaltenen Körner des Volumens zum Zweck der Bildung von viskosen Körnerverbindungen durchzuführen, die die Körner der äußeren Schicht des Volumens miteinander verbinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der äußeren Schicht in der Größenordnung eines Vielfachen der empfangenen und/oder gesendeten halben Wellenlänge liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erwärmung durchgeführt wird, bis das Gesamtvolumen die Umwandlungstemperatur erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung durch eine Konvektion, eine heiße Luftströmung, Strahlung oder Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungszeit größer sein muß als ein erster Temperaturwert, um das Schmelzen der äußeren Schicht der Körner wenigstens der äußeren Schicht des Volumens zu ermöglichen, und kleiner sein muß als ein zweiter Temperaturwert, um das vollständige Schmelzen dieser Körner zu verhindern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Gießmittel (10) einsetzt für das Formen des Volumens, das die Gießmittel Porositäten (12) aufweisen, die gleichmäßig über die Außenfläche der Gießmittel verteilt sind, und die relative Drehgeschwindigkeit der Gießmittel gegenüber der Blasrichtung kleiner ist als eine bestimmte Geschwindigkeit, um eine Homogenität der Temperatur wenigstens der äußeren Schicht zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießmittel (10) in Vibration versetzt werden, um das Material zu mischen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungstemperatur, die Erwärmungszeit und die Abkühlzeit in Abhängigkeit von dem angewendeten thermoplastischen Material und dem Volumen des thermoplastischen Materials eingestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Druckmittel einsetzt, deren Druck abhängig ist von der gewünschten Materialdichte in dem Volumen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmzeit auf eine konstante Temperatur ausgedehnt wird, um Wärme in das Gesamtvolumen zu führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht aus einem thermoplastischen Material um das Volumen warmverformt aufgebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen derart geformt ist, dass im Betrieb eine Sichtbarkeit in der Elevation von 10° bis 90° und in einem Azimuth von 360° ermöglicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen kugelförmig ist.
Signalfokussiereinheit mit einer Lüneburglinse mit einem homogenen Volumen eines dielektrischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse nach einem der Ansprüche 10 bis 23 hergestellt ist.