WO2020208057A1 - Radar antenna - Google Patents

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WO2020208057A1
WO2020208057A1 PCT/EP2020/059973 EP2020059973W WO2020208057A1 WO 2020208057 A1 WO2020208057 A1 WO 2020208057A1 EP 2020059973 W EP2020059973 W EP 2020059973W WO 2020208057 A1 WO2020208057 A1 WO 2020208057A1
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radar antenna
optically transparent
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transparent body
antenna
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PCT/EP2020/059973
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Franz Münzhuber
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Diehl Defence Gmbh & Co. Kg
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0464—Annular ring patch

Definitions

  • the invention relates to a radar antenna, preferably for a guided missile.
  • Guided missiles are often equipped with a seeker head that contains an optical detector and seeker head optics, through which optical signatures are imaged on the detector. The optical signatures are evaluated by a control unit and the missile is controlled using the evaluation results.
  • a radar antenna which, according to the invention, is embodied as an optically transparent metallic coating which is formed in the form of an antenna and applied to an optically transparent body.
  • the invention is based on the consideration that a radar antenna arranged radially on the outside of the guided missile results in a change in the aerodynamic properties of the guided missile. Flight, control and stability characteristics of the missile are affected. It is therefore desirable if the radar antenna is not arranged radially outward but rather radially centered on the missile.
  • a large part of the forward-facing outer surface - based on the direction of flight of the guided missile - often forms an aperture for a detection unit, for example an optical viewfinder.
  • An additional radar aperture must therefore lead to a significant reduction in size of a large, forward-facing optical aperture.
  • the radar antenna can be designed as an optically transparent metallic coating, at least one of these disadvantages can be overcome.
  • the optically transparent body can be used as an aperture of an optical viewfinder and the radar antenna can be applied as a metallic coating on the optically transparent body, so that neither the aerodynamic properties are negatively influenced nor the optical aperture has to be reduced.
  • the optically transparent body is expediently part of an optical device that is sensitive in the optical spectral range.
  • the optical spectral range should also include the infrared spectral range, also with regard to optical transparency.
  • the optically transparent body can be an optical window body, in particular a protective window of a camera or a vehicle, for example a manned or unmanned aircraft, such as an aircraft or a guided missile.
  • the optically transparent body can be a window body which forms an outer skin of a vehicle, for example a seeker head or missile.
  • the optically transparent body is transparent at least in the visual and / or infrared spectral range, expediently in the spectral range in which an underlying device is sensitive.
  • the optically transparent body can be part of an optical unit's rule, the optical channel of which runs through the optically transparent body and thus also through the radar antenna.
  • the optically transparent body can be made of glass or Plexiglas or of silicon or another material that is transparent in the optical spectral range.
  • the optically transparent body expediently consists at least predominantly, in particular essentially, of a dielectric material to which the metallic coating is applied is.
  • An infrared-transparent material such as sapphire, spinel, MgF, diamond, ZnSe or the like is particularly suitable.
  • the window surface of the window body can be that surface through which the radiation can enter, so for example the surface of the window body without an edge area that is covered by a frame.
  • the optical window body or the optical window is expediently gas-tight and can protect an optical detector or an observer from external influences.
  • the optically transparent body it is also possible for the optically transparent body to be arranged inside an optical device, for example a seeker head.
  • a window surface of the optically transparent body is at least partially curved, in particular curved everywhere in the area of the antenna surface. As a result, optical properties of the optically transparent body can be adapted to the needs of the optical device.
  • the metallic coating can be applied to the optically transparent body in a geometry so that it is suitable as a transmitting and receiving antenna for radar radiation.
  • radar radiation should also cover the spectral range of microwaves, at least a range between 1 GHz and 100 GHz.
  • an array of patch antennas can be applied as the geometry.
  • a phased array radar or other radar can be applied directly to a window or a dome tip, that is to say the central area of a dome, of a seeker head for a guided missile.
  • the geometry of the radar antenna can be designed for any radar frequencies, for example for the L, S, C, J, X, K, V or E band.
  • the structure itself can form a patch antenna, ring antenna, Yagi antenna or another antenna.
  • an electrical connection from the metallic coating to a metallic contact on the optically transparent body which can also be applied as a metallic coating on the optically transparent body, but does not have to be optically transparent.
  • the electrical connection can be part of a signal line between the radar antenna and a radar evaluation unit which is prepared for evaluating the signals from the radar antenna and can be part of a control unit of a missile.
  • the radar signal via the electrical connection from the window or dome to a Radar evaluation unit are discharged, for example, to behind an optical Emp receiving unit, where it is electronically processed. As a result, the optical receiving channel is retained without further interference.
  • the metallic coating Due to its optical transparency, the metallic coating has a degree of transmission in the visual and / or infrared spectral range of at least 70%, in particular of at least 90%. In this case, such a transparency is sufficient in a partial area of the entire visual and / or infrared spectral range.
  • Such transparency can be realized by a very thin metallic coating that is applied flatly on the optically transparent body, in particular limited to the area that forms the antenna shape.
  • the metallic coating contains metallic wires which form an electrically conductive metallic network.
  • the electrical wires can be very thin so that they have very little negative impact on the optical properties of the optically transparent body.
  • the metallic wires comprise or contain metal nanowires that form an electrically conductive and disordered metallic network.
  • Metal nanowires are essentially optically transparent and can lead to a very low electrical sheet resistance despite their small radial extent.
  • the electrical surface resistance can be kept low, especially by forming a metallic network.
  • a metal nanowire is expediently an elongated structure made of metal, for example a metallic chemical element or an alloy of several metallic chemical Elemen, the mean thickness of which remains in the nanometer range, ie is below 1 ⁇ m.
  • the length of a metal nanowire expediently exceeds at least ten times its thickness or its mean radial extent in an axial direction parallel to its length direction.
  • the sheet resistance can be adjusted by choosing the density of the metal nanowires on the surface of the optically transparent body.
  • the density of the metal nanowires and the carrier substance are expediently selected here so that the optical transparency of the optically transparent body, in particular its window area, is largely preserved in the visual and / or infrared spectral range remains, for example more than 80%. Attenuation of the transmission through the metal nanowires expediently only occurs above a wavelength of 5 pm.
  • Metal nanowires which have a length of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m and a thickness between 10 nm and 500 nm are particularly suitable for forming a metallic network which leads to a low sheet resistance of the surface of the optically transparent body. Electrical sheet resistances of less than 10 W / square can be achieved with a transparency of over 70%, in particular less than 7 W / square with a transparency of over 90%.
  • the radar antenna has particularly good radar reception properties if the electrically conductive metallic network has an average electrical sheet resistance between 0.1 W / square and 100 W / square.
  • the metal nanowires are silver nanowires.
  • Silver can be processed into metal nanowires in a simple form and is very electrically conductive.
  • Metal nanowires made of silver are available from specialist retailers and can - put in a suspension - be applied to the optically transparent body in a simple manner.
  • the metallic wires form a uniform layer within the antenna surface. This can be achieved particularly easily if the metallic wires are sprayed onto the optically transparent body in a suspension and the suspension was dried there.
  • Metal nanowires in particular are so light that they float in a suspension and can be distributed sufficiently evenly there.
  • the suspension can be applied to the surface of the optically transparent body, for example the suspension is sprayed on. If the suspension contains a solvent, this can be volatilized so that the metal nanowires remain on the optically transparent body.
  • the metallic wires in particular the metal nanowires, can be present in a carrier substance, for example vinyl.
  • the individual metallic wires, in particular the metal nanowires, can be wrapped in the carrier sub- be punched.
  • a metal oxide is also particularly suitable, so that the metallic wires have a metal oxide sheath. The metal oxide sheath shields the metal core of the wires from the outside, at least largely by means of metal oxide.
  • metal per se is optically opaque, sheathing the metallic wires with a metal oxide layer can reduce the optical visibility of the metallic wires.
  • the metallic element or elements of the oxide need not be the metallic element or elements of the metallic wires. It can even be expedient if the metal of the metallic wires is different from the metal which is used to form oxide of the sheath. A simple production of the metal oxide layer can, however, be achieved if the metal of the metal wires is also used to form oxide of the sheath.
  • Silver which is oxidized to Ag 2 ⁇ D on the outside, lends itself to this, especially with silver nanowires.
  • the advantage of this material combination is that the two materials have different susceptibility signs, so that their dipole moment in the visual spectral range is reduced or even at least substantially canceled. This enables good optical transparency to be achieved.
  • a disordered metallic network of the metallic wires or the metal nanowires can be generated in a very simple manner.
  • a template can be used through which the metallic wires are sprayed or painted.
  • a very exact geometry of the radar antenna or the metallic coating can be achieved if the metallic wires are applied to the optically transparent body by a lithography process.
  • the metallic wires can be applied to the optically transparent body by a photocatalytic method with the same advantage.
  • the metallic coating covers a maximum of a quarter of the optical surface through which radiation can enter, or covers the window surface of the optically transparent body. It is also beneficial for good transparency if the metallic coating has a homogeneous metal layer which extends over the entire antenna surface, in particular if the metal density is homogeneous in relation to the entire antenna surface.
  • the antenna surface that is to say the antenna-active surface of the radar antenna, can thereby remain largely optically transparent.
  • the optically transparent body is a dome of a missile.
  • the optically transparent body can be another optical body or another optical element of an optical system, for example a protective window of a camera or an optical lens, in particular a lens of a search optical system of a missile.
  • the metallic coating in the form of a radar antenna to a transparent window body at the front end of a seeker head, a large antenna gain can be achieved in the forward direction.
  • the radar antenna is applied at least predominantly to the forward-facing quarter of a window body, such as a window body of a seeker head or a dome of a missile or a protective window of a camera.
  • the metallic coating is arranged on the inside of a window body of a seeker head or a dome of a missile or a protective window of a camera. If, for example, the metallic coating can only be applied to the surface of the optically transparent body that is exposed to external influences, it is advantageous to provide a protective coating on this surface.
  • the protective coating can be formed from S1O2, AlN or spinel, for example.
  • the protective coating advantageously has a thickness of 0.5-10 ⁇ m.
  • the invention also relates to a seeker head for a missile, in particular an unmanned missile, comprising an optical window with a radar antenna as described above.
  • the optical window here forms the optically transparent body to which the metallic coating is applied.
  • 1 shows a guided missile with a seeker window with a radar antenna
  • FIG. 2 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with the radar antenna
  • FIG. 3 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with an alternative embodiment of the radar antenna
  • FIG. 4 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with a white direct alternative embodiment of the radar antenna
  • 5 shows a microscope view of a radar antenna.
  • FIG. 1 shows a guided missile 2 with a seeker head 4 which contains an optical system 6 for mapping an object scene onto a matrix detector 8.
  • the seeker head 4 is closed to the front by a dome with an optical window 10, the optically transparent body 12 with a radar antenna 14 verses hen.
  • the radar antenna 14 is shown schematically in FIG. 1 by a dashed line on the optically transparent body 12.
  • a control unit 16, connected for signaling purposes to the detector 8 and the Ra darantenne 14, directs the flight of the missile 2 by deriving steering commands from image signals from the matrix detector 8 and / or radar signals from the radar antenna 14 and thereby controlling the steering wing 18.
  • the control unit 16 contains a radar evaluation unit.
  • the optical window 10 is spectrally transparent in the infrared and / or visual spectral range.
  • the radar antenna 14 is designed as an optically transparent metallic coating on the optically transparent body 12 and is basically also permeable in the infrared and / or visual spectral range.
  • the metallic coating contains metal nanowires 20 (FIG. 3), which attenuate the radiation from the spectrum that is allowed through somewhat. However, their size and density is so low that electromagnetic radiation in the infrared and visual spectral range is absorbed or reflected by the metallic coating only a maximum of 10% of the radiation passing through the optically transparent body 12. In this respect, the intensity of this radiation is largely retained when it passes through the dome to the optics 6.
  • FIG. 2 shows the guided missile 2 in a schematic representation from the front.
  • the front-facing dome with its optically transparent body 12 and the steering wing 18.
  • an electrical conductor track 24 in the form of a me-metallic coating is attached, the signaling with the control unit 16 is connected ver.
  • the radar antenna 14 is electrically connected to this conductor track 24 and is shown in FIG. 2 in a plan view from above or from the front as seen from the guided missile 2.
  • the radar antenna 14 is in the form of a patch antenna with a plurality of antenna elements 26 which are electrically connected to one another.
  • other geometric shapes of the radial Antenna possible and useful for example rings or meanders or a design as a multi-segment antenna.
  • Alternative geometric configurations for the radar antenna 14 are shown, for example, in FIGS. 3 and 4.
  • the radar antenna 14, 14 ', 14 is shown only schematically in FIGS. 2, 3 and 4. Their size and geometry can differ from the variant shown.
  • the radar antenna 14 is formed by a metallic coating which is applied from the inside or from the outside to the window body 12 of the dome.
  • the metallic coating is formed in Figure 2 by the black areas shown there and the electrical conductors.
  • the radar antenna 14 is electrically connected to the conductor track 24 and thus to the control unit 16 via electrical lines 28, which are also applied as metallic coatings to the window body 12.
  • the lines 28 are also optically transparent.
  • the radar antenna 14 is arranged essentially in the center of the dome and is oriented towards the front in order to achieve the greatest possible gain in the forward direction of the missile 2.
  • the active receiving antenna area of the radar antenna 14 covers less than 10% of the optical aperture of the optically transparent body 12.
  • the value relates to the coated area, it does not interfere with the optical properties of the dome or only insignificantly.
  • FIG. 5 shows a microscopic detail from the top view of the radar antenna 14. Shown is a view of a detail of the metallic coating of an antenna element 26.
  • the metallic coating has two zones: a border 30, which is guided around the antenna element 26, and the Inner surface of the antenna element 26.
  • the inner surface contains the metal nanowires 20, which in this exemplary embodiment are at least essentially made of silver and, in this respect, silver nanowires in their interior.
  • the metal nanowires 20 are coated with a metal oxide.
  • the border 30 can be formed from metal nanowires or from an at least largely circumferential and uniformly continuous electrical conductor which can be optically transparent, but does not have to be.
  • the majority of the metal nanowires 20 have a length of 10 ⁇ m to 40 ⁇ m and a diameter of approximately 15 nm.
  • the mean length of the metal nanowires 20 is, for example, 30 ⁇ m.
  • the metal nanowires 20 are electrically conductively connected to one another at their crossing points and measure their length and density in such a way that they form an electrically conductive network over the curved window surface of the optically transparent body 12.
  • the electrically conductive network is electrically connected to the border 30, which is connected to the conductor track 24 via the lines 28.
  • the electrically conductive network reduces the average electrical sheet resistance over the antenna surface of the radar antenna 14 to about 10 W / square.
  • the low electrical sheet resistance means that radar radiation incident on the radar antenna 14 is partially absorbed and converted into a radar signal.
  • a suspension with a solvent and the metal nanowires 20 is first produced.
  • This suspension can now be applied to the body 12.
  • a more precise geometry of the radar antenna 14 can be achieved if the metal nanowires 20 are applied to the optically transparent body 12 by a lithography process or a photocatalytic process. Even if metallic wires or a metallic coating is generally applied instead of metal nanon wires 20, a lithography process or a photocatalytic process can be used for this, or a suspension can be used.
  • metal nanowires 20 are brought into the suspension with a solvent. This suspension is then applied to the optically transparent body 12, for example sprayed on.
  • a template can be used onto which the suspension is sprayed.
  • the solvent is removed from the suspension, for example by heating or letting the coated optically transparent body 12 rest. This step of applying and evaporating the solvent can be repeated several times, for example three times, so that three layers of metal nanowires 20 are applied to the optically transparent body 12 are brought up.
  • the metal nanowires 20 are first connected to form the electrically conductive network and this is then covered as a whole with the metal oxide layer or the network is then oxidized. With a material combination of silver and silver oxide, the metallic network can be oxidized as a whole, so that the outer region of the metal nanowires 20 is converted to silver oxide.
  • a protective layer can be applied over the Radar antenna 14 can be applied, for example in the form of a lacquer or another suitable optically transparent material, such as, for example, S1O2, AlN or spinel.

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Abstract

The invention relates to a radar antenna (14, 14', 14''). According to the invention, in order to reduce an optical aperture in the presence of a radar antenna (14, 14', 14'') oriented forwards, the radar antenna (14, 14', 14'') is designed as an optically transparent metallic covering which is shaped as an antenna and is applied to an optically transparent body (12).

Description

Radarantenne Radar antenna
Die Erfindung betrifft eine Radarantenne, vorzugsweise für einen Lenkflugkörper. The invention relates to a radar antenna, preferably for a guided missile.
Lenkflugkörper sind oftmals mit einem Suchkopf ausgestattet, der einen optischen De tektor und eine Suchkopfoptik enthält, durch die optische Signaturen auf den Detektor abgebildet werden. Die optischen Signaturen werden von einer Steuereinheit ausge wertet und der Flugkörper wird unter Verwendung der Auswertungsergebnisse gesteu ert. Guided missiles are often equipped with a seeker head that contains an optical detector and seeker head optics, through which optical signatures are imaged on the detector. The optical signatures are evaluated by a control unit and the missile is controlled using the evaluation results.
Eine frühzeitige Erkennung von kleinen oder weit entfernten Flugobjekten erfordert eine hoch auflösende Optik im Suchkopf. Eine einfachere frühe Erkennung ist mittels eines Radars möglich. Hierfür ist es erforderlich, dass der Flugkörper zusätzlich zur Suchkopfoptik mit Linsen und/oder Spiegeln eine Radarantenne aufweist. Diese kann seitlich am Flugkörper angeordnet sein. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere für Lenkflugkörper verbesserte Radarantenne anzugeben. Early detection of small or distant objects in flight requires high-resolution optics in the seeker head. Easier early detection is possible using radar. For this it is necessary for the missile to have a radar antenna in addition to the seeker head optics with lenses and / or mirrors. This can be arranged on the side of the missile. It is an object of the present invention to specify a radar antenna which is improved in particular for guided missiles.
Diese Aufgabe wird durch eine Radarantenne gelöst, die erfindungsgemäß als optisch transparente metallische Beschichtung ausgeführt ist, die in Antennenform gebildet und auf einem optisch transparenten Körper aufgebracht ist. This object is achieved by a radar antenna which, according to the invention, is embodied as an optically transparent metallic coating which is formed in the form of an antenna and applied to an optically transparent body.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine radial außen am Lenkflugkörper angeordnete Radarantenne eine Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften des Lenkflugkörpers nach sich zieht. Flug-, Steuerungs- und Stabilitätseigenschaften des Flugkörpers werden hierdurch in Mitleidenschaft gezogen. Es ist daher wün schenswert, wenn die Radarantenne nicht radial außen sondern eher radial zentriert am Flugkörper angeordnet ist. The invention is based on the consideration that a radar antenna arranged radially on the outside of the guided missile results in a change in the aerodynamic properties of the guided missile. Flight, control and stability characteristics of the missile are affected. It is therefore desirable if the radar antenna is not arranged radially outward but rather radially centered on the missile.
Bei einem Suchkopf eines Lenkflugkörpers bildet häufig ein Großteil der nach vorne ausgerichteten Außenfläche - bezogen auf die Flugrichtung des Lenkflugkörpers - eine Apertur für eine Detektionseinheit, beispielsweise einen optischen Sucher. Eine zusätzliche Radarapertur muss daher zu einer deutlichen Verkleinerung einer großen, nach vorne ausgerichteten optischen Apertur führen. In the case of a seeker head of a guided missile, a large part of the forward-facing outer surface - based on the direction of flight of the guided missile - often forms an aperture for a detection unit, for example an optical viewfinder. An additional radar aperture must therefore lead to a significant reduction in size of a large, forward-facing optical aperture.
Durch die Ausführung der Radarantenne als optisch transparente metallische Be schichtung kann zumindest einer dieser Nachteile überwunden werden. Der optisch transparente Körper kann als Apertur eines optischen Suchers verwendet werden und die Radarantenne kann als metallische Beschichtung auf dem optisch transparenten Körper aufgebracht sein, sodass weder die aerodynamischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden, noch die optische Apertur verkleinert werden muss. By designing the radar antenna as an optically transparent metallic coating, at least one of these disadvantages can be overcome. The optically transparent body can be used as an aperture of an optical viewfinder and the radar antenna can be applied as a metallic coating on the optically transparent body, so that neither the aerodynamic properties are negatively influenced nor the optical aperture has to be reduced.
Der optisch transparente Körper ist zweckmäßigerweise Teil einer optischen Vorrich tung, die im optischen Spektralbereich sensitiv ist. Der optische Spektralbereich soll in diesem Zusammenhang auch den infraroten Spektralbereich mit umfassen, auch in Bezug auf eine optische Transparenz. Der optisch transparente Körper kann ein opti scher Fensterkörper sein, insbesondere ein Schutzfenster einer Kamera oder eines Fahrzeugs, beispielsweise eines bemannten oder unbemannten Luftfahrzeugs, wie ei nes Flugzeugs oder eines Lenkflugkörpers. Insofern kann der optisch transparente Körper ein Fensterkörper sein, der eine Außenhaut eines Fahrzeugs bildet, zum Bei spiel eines Suchkopfs oder Flugkörpers. The optically transparent body is expediently part of an optical device that is sensitive in the optical spectral range. In this context, the optical spectral range should also include the infrared spectral range, also with regard to optical transparency. The optically transparent body can be an optical window body, in particular a protective window of a camera or a vehicle, for example a manned or unmanned aircraft, such as an aircraft or a guided missile. In this respect, the optically transparent body can be a window body which forms an outer skin of a vehicle, for example a seeker head or missile.
Der optisch transparente Körper ist zumindest im visuellen und/oder infraroten Spekt ralbereich transparent, zweckmäßigerweise in dem Spektralbereich, in dem ein dahin terliegendes Gerät sensitiv ist. Der optisch transparente Körper kann Teil einer opti schen Einheit sein, deren optischer Kanal durch den optisch transparenten Körper hin durch verläuft und somit auch durch die Radarantenne hindurch. Der optisch transpa rente Körper kann aus Glas oder Plexiglas sein oder aus Silizium oder einem anderen im optischen Spektralbereich transparenten Material. Zweckmäßigerweise besteht der optisch transparente Körper zumindest überwiegend, insbesondere im Wesentlichen, aus einem dielektrischen Material, auf das die metallische Beschichtung aufgebracht ist. Besonders geeignet ist ein infrarottransparentes Material, wie Saphir, Spinell, MgF, Diamant, ZnSe oder dergleichen. The optically transparent body is transparent at least in the visual and / or infrared spectral range, expediently in the spectral range in which an underlying device is sensitive. The optically transparent body can be part of an optical unit's rule, the optical channel of which runs through the optically transparent body and thus also through the radar antenna. The optically transparent body can be made of glass or Plexiglas or of silicon or another material that is transparent in the optical spectral range. The optically transparent body expediently consists at least predominantly, in particular essentially, of a dielectric material to which the metallic coating is applied is. An infrared-transparent material such as sapphire, spinel, MgF, diamond, ZnSe or the like is particularly suitable.
Ist der optisch transparente Körper ein Fensterkörper kann die Fensterfläche des Fens terkörpers diejenige Fläche sein, durch die die Strahlung einfallen kann, also beispiels weise die Oberfläche des Fensterkörpers ohne einen Randbereich, der von einem Rahmen überdeckt wird. Der optische Fensterkörper bzw. das optische Fenster ist zweckmäßigerweise gasdicht und kann einen optischen Detektor oder einen Beobach ter vor äußeren Einflüssen schützen. Es ist auch möglich, dass der optisch transpa rente Körper im Innern einer optischen Vorrichtung, beispielsweise eines Suchkopfs, angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist eine Fensterfläche des optisch transparenten Körpers zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere überall im Bereich der An tennenfläche gekrümmt. Hierdurch können optische Eigenschaften des optisch trans parenten Körpers an die Bedürfnisse der optischen Vorrichtung angepasst werden. If the optically transparent body is a window body, the window surface of the window body can be that surface through which the radiation can enter, so for example the surface of the window body without an edge area that is covered by a frame. The optical window body or the optical window is expediently gas-tight and can protect an optical detector or an observer from external influences. It is also possible for the optically transparent body to be arranged inside an optical device, for example a seeker head. Appropriately, a window surface of the optically transparent body is at least partially curved, in particular curved everywhere in the area of the antenna surface. As a result, optical properties of the optically transparent body can be adapted to the needs of the optical device.
Auf dem optisch transparenten Körper kann die metallische Beschichtung in einer Geo metrie aufgebracht werden, sodass sie als Sende- und Empfangsantenne für Radar strahlung geeignet ist. Radarstrahlung soll in diesem Zusammenhang auch den Spekt ralbereich der Mikrowellen umfassen, zumindest einen Bereich zwischen 1 GHz und 100 GHz. Als Geometrie kann zum Beispiel ein Array aus Patch-Antennen aufgebracht werden. Es kann auf diese Weise ein Phased Array Radar oder anderes Radar direkt auf ein Fenster oder eine Domspitze, also den zentralen Bereich eines Doms, eines Suchkopfs für einen Lenkflugkörper aufgebracht werden. Die Geometrie der Radaran tenne kann für beliebige Radarfrequenzen ausgelegt sein, beispielsweise für das L-, S- , C-, J-, X-, K-, V- oder E-Band. Die Struktur selbst kann eine Patch-Antenne, Ringan tenne, Yagi-Antenne oder eine andere Antenne bilden. The metallic coating can be applied to the optically transparent body in a geometry so that it is suitable as a transmitting and receiving antenna for radar radiation. In this context, radar radiation should also cover the spectral range of microwaves, at least a range between 1 GHz and 100 GHz. For example, an array of patch antennas can be applied as the geometry. In this way, a phased array radar or other radar can be applied directly to a window or a dome tip, that is to say the central area of a dome, of a seeker head for a guided missile. The geometry of the radar antenna can be designed for any radar frequencies, for example for the L, S, C, J, X, K, V or E band. The structure itself can form a patch antenna, ring antenna, Yagi antenna or another antenna.
Zweckmäßigerweise existiert eine elektrische Verbindung von der metallischen Be schichtung an eine metallische Kontaktierung am optisch transparenten Körper, die ebenfalls als metallische Beschichtung auf dem optisch transparenten Körper aufge bracht sein kann, jedoch nicht optisch transparent sein muss. Die elektrische Verbin dung kann Teil einer Signalleitung zwischen der Radarantenne und einer Radaraus- werteeinheit sein, die zum Auswerten der Signale aus der Radarantenne vorbereitet ist und Teil einer Steuereinheit eines Flugkörpers sein kann. Bei einer Ausführung des op tisch transparenten Körpers als Fenster oder Dom eines Suchkopfs bzw. Flugkörpers kann das Radarsignal über die elektrische Verbindung vom Fenster oder Dom zu einer Radarauswerteeinheit abgeführt werden, beispielsweise bis hinter eine optische Emp fangseinheit, wo es elektronisch weiterverarbeitet wird. Dadurch bleibt der optische Empfangskanal ohne weitere Störung erhalten. Appropriately, there is an electrical connection from the metallic coating to a metallic contact on the optically transparent body, which can also be applied as a metallic coating on the optically transparent body, but does not have to be optically transparent. The electrical connection can be part of a signal line between the radar antenna and a radar evaluation unit which is prepared for evaluating the signals from the radar antenna and can be part of a control unit of a missile. In an embodiment of the op-table transparent body as a window or dome of a seeker head or missile, the radar signal via the electrical connection from the window or dome to a Radar evaluation unit are discharged, for example, to behind an optical Emp receiving unit, where it is electronically processed. As a result, the optical receiving channel is retained without further interference.
Durch ihre optische Transparenz weist die metallische Beschichtung einen Transmissi onsgrad im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich von zumindest 70 %, insbe sondere von zumindest 90 % auf. Hierbei ist eine solche Transparenz in einem Teilbe reich des gesamten visuellen und/oder infraroten Spektralbereichs ausreichend. Eine solche Transparenz kann durch eine sehr dünne metallische Beschichtung realisiert werden, die flächig auf dem optisch transparenten Körper aufgebracht ist, insbeson dere beschränkt auf den Bereich, der die Antennenform bildet. Due to its optical transparency, the metallic coating has a degree of transmission in the visual and / or infrared spectral range of at least 70%, in particular of at least 90%. In this case, such a transparency is sufficient in a partial area of the entire visual and / or infrared spectral range. Such transparency can be realized by a very thin metallic coating that is applied flatly on the optically transparent body, in particular limited to the area that forms the antenna shape.
Eine besonders gute optische Transparenz kann erreicht werden, wenn die metallische Beschichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung metallische Drähte enthält, die ein elektrisch leitfähiges metallisches Netz bilden. Die elektrischen Drähte können sehr dünn sein, sodass sie die optischen Eigenschaften des optisch transpa renten Körpers nur sehr wenig negativ beeinflussen. A particularly good optical transparency can be achieved if, in an advantageous embodiment of the invention, the metallic coating contains metallic wires which form an electrically conductive metallic network. The electrical wires can be very thin so that they have very little negative impact on the optical properties of the optically transparent body.
Eine geringe optische Beeinflussung der Eigenschaften des optisch transparenten Kör pers kann erreicht werden, wenn die metallischen Drähte Metallnanodrähte umfassen bzw. enthalten, die ein elektrisch leitfähiges und ungeordnetes metallisches Netz bil den. Metallnanodrähte sind optisch im Wesentlichen transparent und können trotz ihrer geringen radialen Ausdehnung zu einem sehr geringen elektrischen Flächenwiderstand führen. Besonders durch die Bildung eines metallischen Netzes kann der elektrische Flächenwiderstand gering gehalten werden. Ein Metallnanodraht ist zweckmäßiger weise ein längliches Gebilde aus Metall, beispielsweise einem metallischen chemi schen Element oder eine Legierung aus mehreren metallischen chemischen Elemen ten, dessen mittlere Dicke im Nanometerbereich bleibt, also unterhalb von 1 pm liegt. Die Länge eines Metallnanodrahts übersteigt zweckmäßigerweise zumindest das Zehnfache seiner Dicke bzw. seiner mittleren radialen Ausdehnung bei einer Axialrich tung parallel zu seiner Längenrichtung. A slight optical influence on the properties of the optically transparent body can be achieved if the metallic wires comprise or contain metal nanowires that form an electrically conductive and disordered metallic network. Metal nanowires are essentially optically transparent and can lead to a very low electrical sheet resistance despite their small radial extent. The electrical surface resistance can be kept low, especially by forming a metallic network. A metal nanowire is expediently an elongated structure made of metal, for example a metallic chemical element or an alloy of several metallic chemical Elemen, the mean thickness of which remains in the nanometer range, ie is below 1 μm. The length of a metal nanowire expediently exceeds at least ten times its thickness or its mean radial extent in an axial direction parallel to its length direction.
Der Flächenwiderstand kann durch die Wahl der Dichte der Metallnanodrähte auf der Oberfläche des optisch transparenten Körpers eingestellt werden. Die Dichte der Me tallnanodrähte und die Trägersubstanz sind hierbei zweckmäßigerweise so gewählt, dass die optische Transparenz des optisch transparenten Körpers, insbesondere sei ner Fensterfläche im visuellen und/oder infraroten Spektral bereich weitgehend erhalten bleibt, beispielsweise zu mehr als 80 %. Eine Dämpfung der Transmission durch die Metallnanodrähte tritt zweckmäßigerweise erst oberhalb von einer Wellenlänge von 5 pm auf. The sheet resistance can be adjusted by choosing the density of the metal nanowires on the surface of the optically transparent body. The density of the metal nanowires and the carrier substance are expediently selected here so that the optical transparency of the optically transparent body, in particular its window area, is largely preserved in the visual and / or infrared spectral range remains, for example more than 80%. Attenuation of the transmission through the metal nanowires expediently only occurs above a wavelength of 5 pm.
Zur Bildung eines metallischen Netzes, das zu einem geringen Flächenwiderstand der Oberfläche des optisch transparenten Körpers führt, sind Metallnanodrähte besonders geeignet, die eine Länge von 1 pm bis 100 pm und eine Dicke zwischen 10 nm und 500 nm aufweisen. Es können elektrische Flächenwiderstände von unter 10 W/square erzielt werden bei einer Transparenz von über 70 %, insbesondere unter 7 W/square bei einer Transparenz von über 90 %. Metal nanowires which have a length of 1 μm to 100 μm and a thickness between 10 nm and 500 nm are particularly suitable for forming a metallic network which leads to a low sheet resistance of the surface of the optically transparent body. Electrical sheet resistances of less than 10 W / square can be achieved with a transparency of over 70%, in particular less than 7 W / square with a transparency of over 90%.
Besonders gute Radarempfangseigenschaften hat die Radarantenne, wenn das elektrisch leitfähige metallische Netz einen mittleren elektrischen Flächenwiderstand zwischen 0, 1 W/square und 100 W/square aufweist. The radar antenna has particularly good radar reception properties if the electrically conductive metallic network has an average electrical sheet resistance between 0.1 W / square and 100 W / square.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Metallnanodrähte Silber- nanodrähte. Silber lässt sich in einfacher Form zu Metallnanodrähten verarbeiten und ist elektrisch sehr leitfähig. Metallnanodrähte aus Silber sind im Spezialhandel erhält lich, und können - in eine Suspension gebracht - in einfacher Weise auf den optisch transparenten Körper aufgebracht werden. In an advantageous embodiment of the invention, the metal nanowires are silver nanowires. Silver can be processed into metal nanowires in a simple form and is very electrically conductive. Metal nanowires made of silver are available from specialist retailers and can - put in a suspension - be applied to the optically transparent body in a simple manner.
Um die optische Transmission des optisch transparenten Körpers wenig zu beeinflus sen bei gleichzeitig niedrigem elektrischen Flächenwiderstand, ist es vorteilhaft, wenn die metallischen Drähte innerhalb der Antennenfläche eine gleichmäßige Schicht bil den. Dies kann besonders einfach erreicht werden, wenn die metallischen Drähte in ei ner Suspension auf den optisch transparenten Körper aufgesprüht sind und die Sus pension dort getrocknet wurde. Insbesondere Metallnanodrähte sind so leicht, dass sie in einer Suspension schwimmen und dort ausreichend gleichmäßig verteilt werden können. Die Suspension kann auf die Oberfläche des optisch transparenten Körpers aufgetragen werden, beispielsweise wird die Suspension aufgesprüht. Wenn die Sus pension ein Lösungsmittel enthält, so kann dieses verflüchtigt werden, sodass die Me tallnanodrähte auf dem optisch transparenten Körper verbleiben. In order to have little influence on the optical transmission of the optically transparent body while at the same time having a low electrical sheet resistance, it is advantageous if the metallic wires form a uniform layer within the antenna surface. This can be achieved particularly easily if the metallic wires are sprayed onto the optically transparent body in a suspension and the suspension was dried there. Metal nanowires in particular are so light that they float in a suspension and can be distributed sufficiently evenly there. The suspension can be applied to the surface of the optically transparent body, for example the suspension is sprayed on. If the suspension contains a solvent, this can be volatilized so that the metal nanowires remain on the optically transparent body.
Die metallischen Drähte, insbesondere die Metallnanodrähte können in einer Trä gersubstanz vorliegen, beispielsweise Vinyl. Die einzelnen metallischen Drähte, insbe sondere die Metallnanodrähte können hierbei mit einer Umhüllung aus der Trägersub- stanz versehen sein. Ebenfalls besonders geeignet ist ein Metalloxid, sodass die me tallischen Drähte einen Metalloxidmantel aufweisen. Der Metalloxidmantel schirmt den Metallkern der Drähte zumindest weitgehend durch Metalloxid nach außen ab. The metallic wires, in particular the metal nanowires, can be present in a carrier substance, for example vinyl. The individual metallic wires, in particular the metal nanowires, can be wrapped in the carrier sub- be punched. A metal oxide is also particularly suitable, so that the metallic wires have a metal oxide sheath. The metal oxide sheath shields the metal core of the wires from the outside, at least largely by means of metal oxide.
Obgleich Metall an sich optisch intransparent ist, kann eine Umhüllung der metalli schen Drähte mit einer Metalloxidschicht die optische Sichtbarkeit der metallischen Drähte reduzieren. Das oder die metallischen Elemente des Oxids müssen hierbei nicht das oder die metallischen Elemente der metallischen Drähte sein. Es kann sogar zweckmäßig sein, wenn das Metall der metallischen Drähte ein anderes ist, als das Metall, das zu Oxidbildung der Umhüllung verwendet wird. Eine einfache Herstellung der Metalloxidschicht kann jedoch erreicht werden, wenn das Metall der metallischen Drähte auch zur Oxidbildung der Umhüllung verwendet wird. Hierfür bietet sich, insbe sondere bei Silbernanodrähten, Silber an, das außen zu Ag2<D oxidiert wird. Der Vorteil dieser Materialkombination liegt darin, dass die beiden Materialien verschiedene Sus zeptibilitätsvorzeichen haben, sodass sich deren Dipolmoment im visuellen Spektralbe reich verringert oder sogar zumindest im Wesentlichen aufhebt. Hierdurch kann eine gute optische Transparenz erreicht werden. Although metal per se is optically opaque, sheathing the metallic wires with a metal oxide layer can reduce the optical visibility of the metallic wires. The metallic element or elements of the oxide need not be the metallic element or elements of the metallic wires. It can even be expedient if the metal of the metallic wires is different from the metal which is used to form oxide of the sheath. A simple production of the metal oxide layer can, however, be achieved if the metal of the metal wires is also used to form oxide of the sheath. Silver, which is oxidized to Ag 2 <D on the outside, lends itself to this, especially with silver nanowires. The advantage of this material combination is that the two materials have different susceptibility signs, so that their dipole moment in the visual spectral range is reduced or even at least substantially canceled. This enables good optical transparency to be achieved.
Bei einem makroskopischen Aufbringen der metallischen Drähte, insbesondere der Metallnanodrähte, auf den optisch transparenten Körper, beispielsweise durch Aufsprü hen oder Aufstreichen, kann in sehr einfacher Weise ein ungeordnetes metallisches Netz der metallischen Drähte bzw. der Metallnanodrähte erzeugt werden. Um eine Ra darantennengeometrie zu erzeugen, kann eine Schablone verwendet werden, durch die hindurch die metallischen Drähte gesprüht oder gestrichen werden. With a macroscopic application of the metallic wires, in particular the metal nanowires, to the optically transparent body, for example by spraying or brushing, a disordered metallic network of the metallic wires or the metal nanowires can be generated in a very simple manner. In order to create a Ra darantennengeometrie, a template can be used through which the metallic wires are sprayed or painted.
Eine sehr exakte Geometrie der Radarantenne beziehungsweise der metallischen Be schichtung kann erreicht werden, wenn die metallischen Drähte durch ein Lithographie verfahren auf den optisch transparenten Körper aufgebracht sind. Mit gleichem Vorteil können die metallischen Drähte durch ein photokatalytisches Verfahren auf den optisch transparenten Körper aufgebracht werden. A very exact geometry of the radar antenna or the metallic coating can be achieved if the metallic wires are applied to the optically transparent body by a lithography process. The metallic wires can be applied to the optically transparent body by a photocatalytic method with the same advantage.
Um eine hohe optische Transparenz des optisch transparenten Körpers, speziell eines Fensterkörpers, zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die metallische Beschichtung maximal ein Viertel der optischen Fläche, durch die Strahlung einfallen kann, bzw. der Fensterfläche des optisch transparenten Körpers bedeckt. Ebenfalls einer guten Transparenz ist es förderlich, wenn die metallische Beschichtung eine homogene Metallschicht aufweist, die über die gesamte Antennenfläche ausgedehnt ist, insbesondere wenn die Metalldichte bezogen auf die gesamte Antennenfläche homogen ist. Die Antennenfläche, also die antennenaktive Fläche der Radarantenne, kann hierdurch weitgehend optisch transparent bleiben. In order to ensure a high optical transparency of the optically transparent body, especially of a window body, it is advantageous if the metallic coating covers a maximum of a quarter of the optical surface through which radiation can enter, or covers the window surface of the optically transparent body. It is also beneficial for good transparency if the metallic coating has a homogeneous metal layer which extends over the entire antenna surface, in particular if the metal density is homogeneous in relation to the entire antenna surface. The antenna surface, that is to say the antenna-active surface of the radar antenna, can thereby remain largely optically transparent.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der optisch transparente Körper ein Dom eines Flugkörpers. Alternativ kann der optisch transparente Körper ein anderer optischer Körper bzw. ein anderes optisches Element einer Optik sein, beispielsweise ein Schutzfenster einer Kamera oder eine optische Linse, insbesondereeine Linse einer Suchoptik eines Flugkörpers. In a further advantageous embodiment of the invention, the optically transparent body is a dome of a missile. Alternatively, the optically transparent body can be another optical body or another optical element of an optical system, for example a protective window of a camera or an optical lens, in particular a lens of a search optical system of a missile.
Insbesondere durch das Aufbringen der als Radarantenne ausgebildeten metallischen Beschichtung auf einen transparenten Fensterkörper am vorderen Ende eines Suchkopfs kann ein großer Antennengain in Vorwärtsrichtung realisiert werden. Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Radarantenne zumindest überwiegend auf dem nach vorne weisenden Flächenviertel eines Fensterkörpers, wie beispielsweise eines Fensterkörpers eines Suchkopfs oder eines Doms eines Flugkörpers oder eines Schutzfensters einer Kamera, aufgebracht ist. In particular, by applying the metallic coating in the form of a radar antenna to a transparent window body at the front end of a seeker head, a large antenna gain can be achieved in the forward direction. In this respect, it is advantageous if the radar antenna is applied at least predominantly to the forward-facing quarter of a window body, such as a window body of a seeker head or a dome of a missile or a protective window of a camera.
Ein mechanischer Schutz gegen Abrasion oder andere mechanische Beeinträchtigungen der Radarantenne kann erreicht werden, wenn die metallische Beschichtung auf der Innenseite eines Fensterkörpers eines Suchkopfs oder eines Doms eines Flugkörpers oder eines Schutzfensters einer Kamera angeordnet ist. Ist bspw. ein Aufbringen der metallischen Beschichtung nur auf der äußeren Einflüssen ausgesetzten Fläche des optisch transparenten Körpers möglich, ist das Vorsehen einer Schutzbeschichtung auf dieser Fläche von Vorteil. Die Schutzbeschichtung kann beispielsweise aus S1O2, AIN oder Spinell gebildet sein. Vorteilhafterweise weist die Schutzbeschichtung eine Dicke von 0,5 - 10 pm auf. Mechanical protection against abrasion or other mechanical impairments of the radar antenna can be achieved if the metallic coating is arranged on the inside of a window body of a seeker head or a dome of a missile or a protective window of a camera. If, for example, the metallic coating can only be applied to the surface of the optically transparent body that is exposed to external influences, it is advantageous to provide a protective coating on this surface. The protective coating can be formed from S1O2, AlN or spinel, for example. The protective coating advantageously has a thickness of 0.5-10 μm.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Suchkopf für einen, insbesondere unbemannten, Flugkörper umfassend ein optisches Fenster mit einer wie oben beschriebenen Radarantenne. Das optische Fenster bildet hierbei den optisch transparenten Körper, auf den die metallische Beschichtung aufgebracht ist. Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die teilweise in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zu sammengefasst wiedergegeben sind. Die Merkmale können jedoch zweckmäßiger weise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen gefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzel nes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. The invention also relates to a seeker head for a missile, in particular an unmanned missile, comprising an optical window with a radar antenna as described above. The optical window here forms the optically transparent body to which the metallic coating is applied. The description given so far of advantageous refinements of the invention contains numerous features, some of which are summarized in several dependent claims. The features can, however, expediently also be viewed individually and combined into meaningful further combinations, in particular when claims are referenced, so that a single feature of a dependent claim can be combined with an individual, several or all features of another dependent claim.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbei spiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktio nale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausfüh rungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit ei nem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden. The properties, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings. The Ausführungsbei games serve to explain the invention and do not limit the invention to the combination of features specified therein, not even with regard to func tional features. In addition, suitable features of each exemplary embodiment can also be considered explicitly in isolation, removed from one exemplary embodiment, introduced into another exemplary embodiment to supplement it and / or combined with any of the claims.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 einen Lenkflugkörper mit einem Suchkopffenster mit einer Radarantenne, 1 shows a guided missile with a seeker window with a radar antenna,
FIG 2 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit der Radar antenne, 2 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with the radar antenna,
FIG 3 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit einer alter nativen Ausgestaltung der Radarantenne, 3 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with an alternative embodiment of the radar antenna,
FIG 4 eine Ansicht von vorne auf ein Suchkopffenster des Suchkopfs mit einer wei teren alternativen Ausgestaltung der Radarantenne, und 4 shows a view from the front of a seeker head window of the seeker head with a white direct alternative embodiment of the radar antenna, and
FIG 5 eine Mikroskopansicht auf eine Radarantenne. 5 shows a microscope view of a radar antenna.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile. FIG 1 zeigt einen Lenkflugkörper 2 mit einem Suchkopf 4, der eine Optik 6 zum Abbil den einer Objektszene auf einen Matrixdetektor 8 enthält. Zum Schutz der Optik 6 ist der Suchkopf 4 nach vorne hin durch einen Dom mit einem optischen Fenster 10 ver schlossen, dessen optisch transparenter Körper 12 mit einer Radarantenne 14 verse hen ist. Die Radarantenne 14 ist in FIG 1 durch eine gestrichelte Linie auf dem optisch transparenten Körper 12 schematisch dargestellt. Eine mit dem Detektor 8 und der Ra darantenne 14 signaltechnisch verbundene Steuereinheit 16 lenkt den Flug des Lenk flugkörpers 2, indem sie aus Bildsignalen des Matrixdetektors 8 und/oder Radarsigna len der Radarantenne 14 Lenkbefehle ableitet und hiermit Lenkflügel 18 ansteuert. Zur Auswertung der Radarsignale der Radarantenne 14 enthält die Steuereinheit 16 eine Radarauswerteeinheit. The same reference numbers denote the same parts. 1 shows a guided missile 2 with a seeker head 4 which contains an optical system 6 for mapping an object scene onto a matrix detector 8. To protect the optics 6, the seeker head 4 is closed to the front by a dome with an optical window 10, the optically transparent body 12 with a radar antenna 14 verses hen. The radar antenna 14 is shown schematically in FIG. 1 by a dashed line on the optically transparent body 12. A control unit 16, connected for signaling purposes to the detector 8 and the Ra darantenne 14, directs the flight of the missile 2 by deriving steering commands from image signals from the matrix detector 8 and / or radar signals from the radar antenna 14 and thereby controlling the steering wing 18. To evaluate the radar signals of the radar antenna 14, the control unit 16 contains a radar evaluation unit.
Das optische Fenster 10 ist im infraroten und/oder visuellen Spektralbereich spektral durchlässig. Die Radarantenne 14 ist als eine optisch transparente metallische Be schichtung auf dem optisch transparenten Körper 12 ausgeführt und ist grundsätzlich ebenfalls im infraroten und/oder visuellen Spektralbereich durchlässig. Die metallische Beschichtung enthält zwar Metallnanodrähte 20 (FIG 3), die Strahlung aus dem hin durchgelassenen Spektrum etwas abdämpfen. Doch ihre Größe und Dichte ist so ge ring, dass elektromagnetische Strahlung im infraroten und visuellen Spektralbereich durch die metallische Beschichtung nur insgesamt maximal 10 % der durch den op tisch transparenten Körper 12 hindurchtretenden Strahlung absorbiert oder reflektiert wird. Insofern bleibt die Intensität dieser Strahlung beim Durchtritt des Doms zur Optik 6 weitgehend erhalten. The optical window 10 is spectrally transparent in the infrared and / or visual spectral range. The radar antenna 14 is designed as an optically transparent metallic coating on the optically transparent body 12 and is basically also permeable in the infrared and / or visual spectral range. The metallic coating contains metal nanowires 20 (FIG. 3), which attenuate the radiation from the spectrum that is allowed through somewhat. However, their size and density is so low that electromagnetic radiation in the infrared and visual spectral range is absorbed or reflected by the metallic coating only a maximum of 10% of the radiation passing through the optically transparent body 12. In this respect, the intensity of this radiation is largely retained when it passes through the dome to the optics 6.
FIG 2 zeigt den Lenkflugkörper 2 in einer schematischen Darstellung von vorne. Zu se hen ist die radiale Außenhaut 22 des Lenkflugkörpers 2, der nach vorne ausgerichtete Dom mit seinem optisch transparenten Körper 12 und die Lenkflügel 18. Am Rand des optisch transparenten Körpers 12 ist eine elektrische Leiterbahn 24 in Form einer me tallischen Beschichtung angebracht, die signaltechnisch mit der Steuereinheit 16 ver bunden ist. Mit dieser Leiterbahn 24 ist die Radarantenne 14 elektrisch verbunden, die in FIG 2 in einer Draufsicht von oben bzw. aus Sicht des Lenkflugkörpers 2 von vorne dargestellt ist. FIG. 2 shows the guided missile 2 in a schematic representation from the front. To see is the radial outer skin 22 of the missile 2, the front-facing dome with its optically transparent body 12 and the steering wing 18. At the edge of the optically transparent body 12, an electrical conductor track 24 in the form of a me-metallic coating is attached, the signaling with the control unit 16 is connected ver. The radar antenna 14 is electrically connected to this conductor track 24 and is shown in FIG. 2 in a plan view from above or from the front as seen from the guided missile 2.
Die Radarantenne 14 hat im in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer Patch-Antenne mit mehreren Antennenelementen 26, die elektrisch miteinander ver bunden sind. Alternativ hierzu sind jedoch auch andere geometrische Formen der Ra- darantenne möglich und sinnvoll, beispielsweise Ringe oder Mäander oder eine Ausge staltung als Multi-Segment-Antenne. Alternative geometrische Ausgestaltungen für die Radarantenne 14 sind beispielsweise in den FIG 3 und FIG 4 dargestellt. Die Radaran tenne 14, 14‘, 14“ ist in FIG 2, 3 und 4 nur schematisch dargestellt. Ihre Größe und Ge ometrie kann von der gezeigten Variante abweichen. In the embodiment shown in FIG. 2, the radar antenna 14 is in the form of a patch antenna with a plurality of antenna elements 26 which are electrically connected to one another. As an alternative to this, however, other geometric shapes of the radial Antenna possible and useful, for example rings or meanders or a design as a multi-segment antenna. Alternative geometric configurations for the radar antenna 14 are shown, for example, in FIGS. 3 and 4. The radar antenna 14, 14 ', 14 "is shown only schematically in FIGS. 2, 3 and 4. Their size and geometry can differ from the variant shown.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich zwar auf das Ausführungsbeispiel nach FIG 2, können aber gleichermaßen für die Ausführungsbeispiele gemäß FIG 3 und FIG 4 herangezogen werden. The following explanations relate to the exemplary embodiment according to FIG. 2, but can also be used for the exemplary embodiments according to FIG. 3 and FIG.
Die Radarantenne 14 ist durch eine metallische Beschichtung gebildet, die von innen oder von außen auf den Fensterkörper 12 des Doms aufgebracht ist. Die metallische Beschichtung ist in FIG 2 durch die dort gezeigten schwarzen Flächen und die elektri schen Leiter gebildet. Über elektrische Leitungen 28, die ebenfalls als metallische Be schichtungen auf den Fensterkörper 12 aufgebracht sind, ist die Radarantenne 14 elektrisch mit der Leiterbahn 24 und damit mit der Steuereinheit 16 verbunden. Die Lei tungen 28 sind ebenfalls optisch transparent. The radar antenna 14 is formed by a metallic coating which is applied from the inside or from the outside to the window body 12 of the dome. The metallic coating is formed in Figure 2 by the black areas shown there and the electrical conductors. The radar antenna 14 is electrically connected to the conductor track 24 and thus to the control unit 16 via electrical lines 28, which are also applied as metallic coatings to the window body 12. The lines 28 are also optically transparent.
Die Radarantenne 14 ist im Wesentlichen mittig auf dem Dom angeordnet und nach vorne ausgerichtet, um einen möglichst großen Gain in Vorwärtsrichtung des Lenkflug körpers 2 zu erzielen. Die empfangsaktive Antennenfläche der Radarantenne 14 be deckt weniger als 10 % der optischen Apertur des optisch transparenten Körpers 12.The radar antenna 14 is arranged essentially in the center of the dome and is oriented towards the front in order to achieve the greatest possible gain in the forward direction of the missile 2. The active receiving antenna area of the radar antenna 14 covers less than 10% of the optical aperture of the optically transparent body 12.
Da sie zudem im visuellen und/oder infraroten Spektralbereich mehr als 70 % transpa rent ist, der Wert bezieht sich auf den beschichteten Bereich, stört sie die optischen Ei genschaften des Doms nicht oder nur unwesentlich. Since it is also more than 70% transparent in the visual and / or infrared spectral range, the value relates to the coated area, it does not interfere with the optical properties of the dome or only insignificantly.
FIG 5 zeigt einen mikroskopischen Ausschnitt aus der Draufsicht auf die Radarantenne 14. Gezeigt ist eine Ansicht auf einen Ausschnitt der metallischen Beschichtung eines Antennenelements 26. Die metallische Beschichtung hat zwei Zonen: eine Umrandung 30, die rings um das Antennenelement 26 geführt ist, und die Innenfläche des Anten nenelements 26. Die Innenfläche enthält die Metallnanodrähte 20, die in diesem Aus führungsbeispiel in ihrem Inneren zumindest im Wesentlichen aus Silber und insofern Silbernanodrähte sind. Nach außen hin sind die Metallnanodrähte 20 mit einem Me talloxid beschichtet. Die Umrandung 30 kann aus Metallnanodrähten gebildet sein oder aus einem zumindest weitgehend umlaufenden und gleichmäßig durchgehenden elektrischen Leiter, der optisch transparent sein kann, aber nicht sein muss. Der überwiegende Teil der Metallnanodrähte 20 weist eine Länge von 10 pm bis 40 pm und einen Durchmesser von etwa 15 nm auf. Die mittlere Länge der Metallnanodrähte 20 liegt beispielsweise bei 30 pm. Die Metallnanodrähte 20 sind an ihren Kreuzungs punkten elektrisch leitend miteinander verbunden und in ihrer Länge und Dichte so be messen, dass sie ein elektrisch leitendes Netz über die gekrümmte Fensterfläche des optisch transparenten Körpers 12 bilden. Das elektrisch leitende Netz ist hierbei mit der Umrandung 30 elektrisch verbunden, die über die Leitungen 28 mit der Leiterbahn 24 verbunden ist. 5 shows a microscopic detail from the top view of the radar antenna 14. Shown is a view of a detail of the metallic coating of an antenna element 26. The metallic coating has two zones: a border 30, which is guided around the antenna element 26, and the Inner surface of the antenna element 26. The inner surface contains the metal nanowires 20, which in this exemplary embodiment are at least essentially made of silver and, in this respect, silver nanowires in their interior. On the outside, the metal nanowires 20 are coated with a metal oxide. The border 30 can be formed from metal nanowires or from an at least largely circumferential and uniformly continuous electrical conductor which can be optically transparent, but does not have to be. The majority of the metal nanowires 20 have a length of 10 μm to 40 μm and a diameter of approximately 15 nm. The mean length of the metal nanowires 20 is, for example, 30 μm. The metal nanowires 20 are electrically conductively connected to one another at their crossing points and measure their length and density in such a way that they form an electrically conductive network over the curved window surface of the optically transparent body 12. The electrically conductive network is electrically connected to the border 30, which is connected to the conductor track 24 via the lines 28.
Um eine gute Antennenwirkung zu entfalten, reduziert das elektrisch leitende Netz den mittleren elektrischen Flächenwiderstand über die Antennenfläche der Radarantenne 14 auf etwa 10 W/square. Der geringe elektrische Flächenwiderstand führt dazu, dass auf die Radarantenne 14 einfallende Radarstrahlung teilweise absorbiert und in ein Ra darsignal umgewandelt wird. In order to develop a good antenna effect, the electrically conductive network reduces the average electrical sheet resistance over the antenna surface of the radar antenna 14 to about 10 W / square. The low electrical sheet resistance means that radar radiation incident on the radar antenna 14 is partially absorbed and converted into a radar signal.
Zum Herstellen der Radarantenne 14 auf dem optisch transparenten Körper 12 wird beispielsweise zunächst eine Suspension mit einem Lösungsmittel und den Metallna- nodrähten 20 hergestellt. Diese Suspension kann nun auf den Körper 12 aufgebracht werden. Eine exaktere Geometrie der Radarantenne 14 kann erreicht werden, wenn die Metallnanodrähte 20 durch ein Lithographieverfahren oder ein photokatalytisches Verfahren auf den optisch transparenten Körper 12 aufgebracht werden. Auch wenn anstelle von Metallnanondrähten 20 metallische Drähte oder eine metallische Be schichtung allgemein aufgebracht wird, kann hierfür ein Lithographieverfahren oder ein photokatalytisches Verfahren eingesetzt oder eine Suspension verwendet werden. To produce the radar antenna 14 on the optically transparent body 12, for example, a suspension with a solvent and the metal nanowires 20 is first produced. This suspension can now be applied to the body 12. A more precise geometry of the radar antenna 14 can be achieved if the metal nanowires 20 are applied to the optically transparent body 12 by a lithography process or a photocatalytic process. Even if metallic wires or a metallic coating is generally applied instead of metal nanon wires 20, a lithography process or a photocatalytic process can be used for this, or a suspension can be used.
Zum Aufbringen der Radarantenne auf den optisch transparenten Körper 12 über eine Suspension werden Metallnanodrähte 20 in die Suspension mit einem Lösungsmittel gebracht. Anschließend wird diese Suspension auf den optisch transparenten Körper 12 aufgebracht, beispielsweise aufgesprüht. Um die Geometrie der Radarantenne 14 zu erzielen, kann eine Schablone verwendet werden, auf die die Suspension aufge sprüht wird. Nach dem Aufbringen wird das Lösungsmittel aus der Suspension entfernt, beispielsweise durch Erwärmen oder Ruhenlassen des beschichteten optisch transpa renten Körpers 12. Dieser Schritt des Aufbringens und Verdampfens des Lösungsmit tels kann mehrfach wiederholt werden, beispielsweise dreimal, sodass nacheinander drei Schichten Metallnanodrähte 20 auf den optisch transparenten Körper 12 aufge bracht werden. Zum Schutz der Metallnanodrähte 20 und vor allem zur Verringerung ihres optischen Streuquerschnitts ist es vorteilhaft, diese in eine Hülle aus Metalloxid einzuhüllen. Da Metalloxid in der Regel die elektrische Verbindung von einander überkreuzenden Me- tallnanodrähten 20 verringert, werden die Metallnanodrähte 20 erst zum elektrisch lei- tenden Netz verbunden und dieses wird anschließend als Ganzes mit der Metalloxid schicht überzogen beziehungsweise das Netz wird anschließend oxidiert. Bei einer Ma terialkombination von Silber und Silberoxid kann das metallische Netz als Ganzes oxi diert werden, sodass sich der äußere Bereich der Metallnanodrähte 20 zu Silberoxid umwandelt. To apply the radar antenna to the optically transparent body 12 via a suspension, metal nanowires 20 are brought into the suspension with a solvent. This suspension is then applied to the optically transparent body 12, for example sprayed on. In order to achieve the geometry of the radar antenna 14, a template can be used onto which the suspension is sprayed. After application, the solvent is removed from the suspension, for example by heating or letting the coated optically transparent body 12 rest. This step of applying and evaporating the solvent can be repeated several times, for example three times, so that three layers of metal nanowires 20 are applied to the optically transparent body 12 are brought up. To protect the metal nanowires 20 and, above all, to reduce their optical scattering cross-section, it is advantageous to enclose them in a sheath made of metal oxide. Since metal oxide generally reduces the electrical connection of crossing metal nanowires 20, the metal nanowires 20 are first connected to form the electrically conductive network and this is then covered as a whole with the metal oxide layer or the network is then oxidized. With a material combination of silver and silver oxide, the metallic network can be oxidized as a whole, so that the outer region of the metal nanowires 20 is converted to silver oxide.
Um einen mechanischen Schutz der Radarantenne 14 zu erreichen, beispielsweise ge gen Abrasion während des Flugs des Lenkflugkörpers 2, insbesondere wenn die Ra darantenne 14 auf der Außenseite des optisch transparenten Körpers 12 bzw. seiner den Witterungseinflüssen ausgesetzten Fensterfläche aufgebracht ist, kann eine Schutzschicht über die Radarantenne 14 aufgebracht werden, beispielsweise in Form eines Lacks oder eines anderen geeigneten optisch transparenten Materials, wie bei spielsweise S1O2, AIN oder Spinell. In order to achieve mechanical protection of the radar antenna 14, for example against abrasion during the flight of the guided missile 2, especially if the Ra darantenne 14 is applied to the outside of the optically transparent body 12 or its window surface exposed to the weather, a protective layer can be applied over the Radar antenna 14 can be applied, for example in the form of a lacquer or another suitable optically transparent material, such as, for example, S1O2, AlN or spinel.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
2 Lenkflugkörper 2 guided missiles
4 Suchkopf 4 seeker head
6 Optik 6 optics
8 Matrixdetektor 8 matrix detector
10 Fenster 10 windows
12 Körper 12 bodies
14, 14‘, 14“ Radarantenne 14, 14 ‘, 14“ radar antenna
16 Steuereinheit 16 control unit
18 Lenkflügel 18 steering blades
20 Metallnanodrähte 20 metal nanowires
22 Außenhaut 22 outer skin
24 Leiterbahn 24 track
26, 26‘, 26“ Antennenelement 26, 26 ‘, 26“ antenna element
28, 28‘, 28“ Leitungen 28, 28 ‘, 28“ lines
30 Umrandung 30 border

Claims

Patentansprüche Claims
1. Radarantenne (14, 14‘, 14“) ausgeführt als optisch transparente metallische Be schichtung, die in Antennenform gebildet und auf einem optisch transparenten Körper (12) aufgebracht ist. 1. Radar antenna (14, 14 ‘, 14“) designed as an optically transparent metallic coating which is formed in the form of an antenna and applied to an optically transparent body (12).
2. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach Anspruch 1, 2. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Beschichtung metallische Drähte enthält, die ein elektrisch leitfähiges me tallisches Netz bilden. that the coating contains metallic wires that form an electrically conductive me-metallic network.
3. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach Anspruch 2, 3. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallischen Drähte Metallnanodrähte (20) enthalten, die ein elektrisch leitfähiges und ungeordnetes metallisches Netz bilden. that the metallic wires contain metal nanowires (20) which form an electrically conductive and disordered metallic network.
4. Radarantenne (14,14‘, 14“) nach Anspruch 3, 4. Radar antenna (14,14 ‘, 14") according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Metallnanodrähte (20) eine Länge von 1 pm bis 100 pm und eine Dicke von 10 nm bis 500 nm aufweisen. that the metal nanowires (20) have a length of 1 pm to 100 pm and a thickness of 10 nm to 500 nm.
5. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach Anspruch 3 oder 4, 5. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das elektrisch leitfähige metallische Netz einen mittleren elektrischen Flä chenwiderstand zwischen 0,1 W/square und 100 W/square aufweist. that the electrically conductive metallic network has an average electrical surface resistance between 0.1 W / square and 100 W / square.
6. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, 6. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of claims 3 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Metallnanodrähte (20) Silbernanodrähte sind. that the metal nanowires (20) are silver nanowires.
7. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of claims 2 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Drähte in einer Suspension auf den optisch transparenten Körper (12) aufgesprüht sind und die Suspension dort getrocknet wurde. characterized, that the metallic wires are sprayed in a suspension onto the optically transparent body (12) and the suspension was dried there.
8. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, 8. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of claims 2 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallischen Drähte einen Metalloxidmantel aufweisen, sodass deren Me tallkern zumindest weitgehend durch Metalloxid nach außen abgeschirmt ist. that the metallic wires have a metal oxide jacket, so that their metal core is at least largely shielded from the outside by metal oxide.
9. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, 9. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of claims 2 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallischen Drähte durch ein Lithographieverfahren auf den optisch transparenten Körper (12) aufgebracht sind. that the metallic wires are applied to the optically transparent body (12) by a lithography process.
10. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, 10. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of claims 2 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallischen Drähte durch ein photokatalytisches Verfahren auf den op tisch transparenten Körper (12) aufgebracht sind. that the metallic wires are applied to the op-table transparent body (12) by a photocatalytic process.
11. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallische Beschichtung maximal ein Viertel der optischen Fensterfläche des optisch transparenten Körpers (12) bedeckt. that the metallic coating covers a maximum of a quarter of the optical window area of the optically transparent body (12).
12. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die metallische Beschichtung eine homogene Metallschicht aufweist, die über die Antennenfläche ausgedehnt ist. that the metallic coating has a homogeneous metal layer that is extended over the antenna surface.
13. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der optisch transparente Körper (12) ein Dom eines Flugkörpers (2) ist. that the optically transparent body (12) is a dome of a missile (2).
14. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach Anspruch 13, 14. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to claim 13,
gekennzeichnet marked
durch ihre Anordnung zumindest überwiegend auf dem nach vorne weisenden Flä chenviertel des Doms. due to their arrangement, at least predominantly on the area of the cathedral facing forwards.
15. Radarantenne (14, 14‘, 14“) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 15. Radar antenna (14, 14 ‘, 14") according to one of the preceding claims, characterized in that
dass die metallische Beschichtung auf der Innenseite oder Außenseite eines Doms eines Flugkörpers (2) angeordnet ist. that the metallic coating is arranged on the inside or outside of a dome of a missile (2).
16. Suchkopf (4) für einen unbemannten Flugkörper (2) umfassend ein optisches Fenster (10) mit einer Radarantenne (14) nach einem der vorhergehenden An sprüche. 16. Seeker head (4) for an unmanned missile (2) comprising an optical window (10) with a radar antenna (14) according to one of the preceding claims.
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