WO2024083680A1 - Radomwandung für kommunikationsanwendungen - Google Patents

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WO2024083680A1
WO2024083680A1 PCT/EP2023/078510 EP2023078510W WO2024083680A1 WO 2024083680 A1 WO2024083680 A1 WO 2024083680A1 EP 2023078510 W EP2023078510 W EP 2023078510W WO 2024083680 A1 WO2024083680 A1 WO 2024083680A1
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WO
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layer
layers
radome wall
radome
cover
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PCT/EP2023/078510
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias ADUGNA
Original Assignee
Lufthansa Technik Ag
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons

Definitions

  • the invention relates to a radome wall for communication in the frequency band from 17 to 31 GHz for use on aircraft, in particular passenger aircraft, as well as a radome with a corresponding radome wall.
  • radio transmission in the frequency range from 17 to 31 GHz is generally used, with the frequency range from 17.7 to 21.2 GHz generally being used for transmission from a satellite to a low-earth transceiver, the so-called downlink, and the frequency range from 27.5 to 31 GHz regularly being used for transmission from a low-earth transceiver to a satellite (uplink).
  • uplink the frequency range from 27.5 to 31 GHz regularly being used for transmission from a low-earth transceiver to a satellite (uplink).
  • uplink for example, a corresponding data transmission is used on board passenger aircraft in order to be able to offer passengers an Internet connection during the flight.
  • the antennas intended for this purpose must be arranged on the outside of the aircraft fuselage.
  • radomes In order to protect antennas for emitting and/or receiving electromagnetic radiation from external mechanical or chemical influences, such as wind and rain, these are protected by so-called "radomes".
  • radomes In addition to the structural strength required to protect the antennas, it is essential for radomes to have suitable transmission properties, i.e. to be sufficiently permeable to electromagnetic radiation in the frequency range relevant to the antenna(s) to be protected - for communication applications, for example, from 17 to 31 GHz.
  • radomes made of symmetrically constructed sandwich structures comprising GRP and foam layers are known, which on the one hand have sufficient transmission behavior and on the other hand offer sufficient structural strength with low weight.
  • suitable layer arrangements can be calculated for the desired frequency ranges, in particular with regard to the thickness of the individual layers, whereby the dielectric constants of the individual layer materials must also be taken into account.
  • the object of the present invention is to create a radome wall in which the disadvantages of the prior art no longer occur or at least only occur to a reduced extent. [0008] This object is achieved by a radome wall according to the main claim and by a radome according to the independent claim 11. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
  • the invention relates to a radome wall for satellite communication in the frequency band from 17 to 31 GHz, in particular in the reception band from 17.7 to 21.2 GHz and in the transmission band from 27.5 to 31 GHz, for use on aircraft, comprising a multi-layer structure with an alternating arrangement of force-absorbing solid cover layers and shear-resistant core layers, wherein the radome wall has an asymmetrical layer structure with the layer sequence outer core layer - inner cover layer - inner core layer - outer cover layer, wherein the layer thickness of the inner core layer is at least a factor of five greater than the layer thickness of the outer core layer.
  • the invention further relates to a radome for use on aircraft, the wall of which is designed according to the invention.
  • the "cover layers” are force-absorbing solid layers of a multi-layer structure, while “core layers” are only shear-resistant, whereby the specific weight of the cover layer is consequently often higher than the specific weight of the core layers.
  • Adjacent layers of the multi-layer structure are firmly connected to one another, in particular in a shear-resistant manner, e.g. glued to one another, whereby an intermediate core layer is usually provided between two cover layers in order to keep the cover layers at a distance.
  • the sandwich construction although regularly with two external cover layers - is widely used and known in the state of the art, not only in relation to radomes.
  • a layer of a multilayer structure is considered to be "internal” if there are further layers of the multilayer structure on either side of the layer in question.
  • a layer of a multilayer structure is therefore considered to be “external” if there is no further layer of the multilayer structure on one side of the layer in question.
  • the wheel cover according to the invention is designed especially for use on aircraft and is characterized by an asymmetrical layer sequence of core layer - cover layer - core layer - cover layer, whereby the outer cover layer has a significantly smaller thickness than the inner cover layer.
  • the basic structural integrity of the radome wall according to the invention is ensured by the inner cover layer, particularly in the case of greater mechanical loads, such as those caused by the air flow around the radome wall during a flight.
  • the outer, significantly thinner cover layer serves primarily to protect the adjacent core layer from smaller mechanical loads, such as hail or the impact of smaller particles carried by the air flow around the radome wall, such as grains of sand.
  • a Corresponding protection against mechanical stress on the other side of the radome wall facing the antennas is not required and is not provided for in the invention.
  • the basic structural integrity of the radome wall is ensured by the inner covering layer.
  • the invention has recognized that with a radome wall designed according to the invention with an asymmetrical structure for use on aircraft, in which the inner cover layer has a significantly greater thickness - namely at least by a factor of five - than the outer cover layer, not only good transmission properties but also low depolarization can be achieved while at the same time having mechanical properties suitable for the intended use, in particular the required structural strength.
  • the layer thickness of the inner cover layer is at least a factor of six, preferably at least a factor of seven, greater than the layer thickness of the outer cover layer. It has been shown that the transmission and depolarization properties can be further improved if the thickness ratio of the two cover layers is shifted further in favor of the inner cover layer, whereby, with regard to the intended use on the outside of aircraft, it must be ensured at the same time that the outer cover layer can fulfill its protective function against minor mechanical loads, and the total weight of the radome wall, which is regularly influenced to a not inconsiderable extent by the total thickness of the two cover layers, remains as low as possible. [0017] With regard to the transmission and depolarization properties, it has also proven advantageous if the layer thickness of the inner core layer is less than the layer thickness of the outer core layer.
  • the layer thickness of the inner cover layer is between 3.5 mm and 3.9 mm, preferably between 3.8 mm and 3.9 mm, more preferably 3.85 mm
  • the layer thickness of the outer cover layer is between 0.5 mm and 0.6 mm, preferably 0.55 mm
  • the layer thickness of the inner core layer is between 1.8 mm and 2.0 mm, preferably 1.9 mm
  • the layer thickness of the outer core layer is between 2.5 mm and 2.9 mm, preferably 2.7 mm.
  • a tolerance of ⁇ 0.2 mm, preferably ⁇ 0.1 mm, more preferably ⁇ 0.05 mm can be provided for the layer thicknesses.
  • the dielectric constants of the individual layers can also influence the transmission and depolarization properties of the radome wall. It has been found to be advantageous if the dielectric constant of the cover layers is greater than the respective dielectric constant of the core layers.
  • the dielectric constants of the cover layers can be between 2.6 and 2.9, preferably between 2.7 and 2.9, more preferably 2.8, the dielectric constant of the inner core layer between 1.7 and 1.9, preferably 1.8 and/or the dielectric constant of the outer core layer between 1.1 and 1.4, preferably between 1.15 and 1.35, more preferably 1.25.
  • the dielectric constants can be chosen differently for each of the layers of the radome wall.
  • the dielectric constants of the two Cover layers are identical to one another.
  • Corresponding identical dielectric constants are already regularly obtained by using identical materials for the cover layers, which can also mean a simplification of production.
  • the dielectric constants of the two core layers must regularly be different. Clear differences in the dielectric constants of the core layers have proven to be particularly advantageous. Regardless of the specific dielectric constants, it is preferred if the dielectric constant of the inner core layer is at least a factor of 1.3, preferably at least a factor of 1.4, greater than the dielectric constant of the outer core layer.
  • the cover layers can each be formed by one or more layers of prepreg material, preferably quartz glass fiber/epoxy prepreg.
  • the core layers are preferably made of foam material, preferably rigid polyurethane foam.
  • Figure 1 a schematic section through a first embodiment of a radome wall according to the invention.
  • Figure 2a-c Diagrams of transmission and depolarization properties of the radome wall from Figure 1.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a radome wall 1 according to the invention for communication, in particular data transmission, in the frequency band from 17 to 31 GHz for use on aircraft in a sectional view.
  • the radome wall 1 comprises two cover layers 11, 12 and two core layers 21, 22. Starting from side 2 of the radome wall 1, which during proper use faces the antenna to be protected from external influences, there is provided - in sequence - an outer core layer 21, an inner cover layer 12, an inner core layer 22 and an outer cover layer 11. On the side 3 of the radome wall 1 which faces away from the antenna to be protected during use, a surface coating 4 can be provided for further protection. However, since this is not an integral structural component of the radome wall 1, it is basically only taken into account with regard to the transmission properties of the radome wall 1.
  • the surface coating 4 may, if necessary, However, any expected impairment of the transmission properties of the radome wall 1 can, if necessary, be reduced or avoided by suitable selection of a different surface coating 4 and/or, if necessary, adaptation of the layer thicknesses and/or dielectric constants of the individual cover and core layers 11, 12, 21, 22.
  • the surface coating 4 comprises a multi-layer material application, comprising the layers:
  • the cover layers 11, 12 are made of quartz glass fiber/epoxy resin prepreg, while the core layers 21, 22 are made of a polyurethane rigid foam. [0028] The thickness of the individual cover layers 11, 12 and core layers
  • a tolerance of ⁇ 0.2 mm, preferably ⁇ 0.1 mm, can be provided for the specified thicknesses.
  • the thickness of the inner cover layer 12 is seven times greater than the thickness of the outer cover layer 11.
  • the thickness of the inner core layer 22 is less than the thickness of the outer core layer 21.
  • Figures 2a-c show the transmission and depolarization properties of the radome wall 1 according to Figure 1 as a function of the angle of incidence starting from an orthogonal incidence of the radiation, ie, an angle of 0° means an orthogonal incidence.
  • Figure 2a shows the transmission properties of the radome wall 1 in the transmission band of 27.5 to 31 GHz relevant for satellite communication as a function of the angle of incidence, namely as a transmission loss in [db] of both the electrical (dashed line) and the magnetic (solid line) portion of the electromagnetic radiation.
  • a transmission loss in [db] of both the electrical (dashed line) and the magnetic (solid line) portion of the electromagnetic radiation Up to an angle of incidence of 60°, assuming an orthogonal incidence of the radiation, the transmission loss for both the electrical and the magnetic portion is less or barely more than 1 dB (dotted line). Up to an angle of incidence of 70°, the transmission losses are so low that satellite communication - or in this case transmission - is often still possible up to this angle of incidence.
  • Figure 2b is comparable to Figure 2a, but shows the transmission properties of the radome wall 1 in the reception range of 17.7 to 21.2 GHz relevant for satellite communication as a function of the angle of incidence.
  • the transmission losses up to an angle of incidence of 60°, assuming an orthogonal incidence of the radiation are less or barely more than 1 dB (dotted line) for both the electrical (dashed line) and the magnetic portion (solid line).
  • 1 dB dashex-dB
  • the transmission loss for the electrical portion of the electromagnetic radiation is above 1 dB; nevertheless, even at such an angle of incidence, satellite communication - or in this case reception - is usually still possible.
  • Radome wall 1 for both the satellite communication relevant transmission band from 27.5 to 31 GHz (solid line) as well as for the corresponding reception band from 17.7 to
  • the radome wall 1 has excellent transmission and depolarization properties up to an angle of incidence of 60°, assuming an orthogonal incidence of the radiation, and still very good transmission and depolarization properties up to an angle of incidence of at least 65° or 70°.
  • the radome wall 1 has sufficient structural properties that allow the radome wall to be used on the outside of aircraft, in particular commercial or passenger aircraft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radomwandung (1) für Kommunikation im Frequenzband von 17 bis 31 GHz zur Nutzung an Flugzeugen, sowie ein Radom mit entsprechender Radomwandung (1). Die Radomwandung (1) umfasst einen Mehrschichtaufbau mit wechselnder Anordnung von kraftaufnehmenden festen Deckschichten und schubsteifen Kernschichten, wobei die Radomwandung (1) einen asymmetrischen Schichtaufbau mit der Schichtfolge außen liegende Kernschicht (21) – innen liegende Deckschicht (12) – innen liegende Kernschicht (22) – außen liegende Deckschicht (11) aufweist, wobei die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht (12) um wenigstens den Faktor fünf größer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht (11).

Description

Radomwandung für Kommunikationsanwendungen
[ 0001 ] Die Erfindung betri f ft eine Radomwandung für Kommunikation im Frequenzband von 17 bis 31 GHz zur Nutzung an Flugzeugen, insbesondere Passagierflugzeugen, sowie ein Radom mit entsprechender Radomwandung .
[ 0002 ] Für Datenübertragung per Satellit wird in der Regel eine Funkübertragung im Frequenzbereich von 17 bis 31 GHz genutzt , wobei für die Übertragung von einem Satelliten zu einem erdnahen Transceiver, dem sog . Downlink, in der Regel der Frequenzbereich von 17 , 7 bis 21 , 2 GHz , und für eine Übertragung von einem erdnahen Transceiver zu einem Satelliten (Uplink) , regelmäßig der Frequenzbereich von 27 , 5-31 GHz genutzt wird . Bspw . an Bord von Passagierflugzeugen wird eine entsprechende Datenübertragung genutzt , um den Passagieren während des Fluges eine Internetverbindung anbieten zu können .
[ 0003 ] Um eine entsprechende Datenverbindung zu ermöglich, müssen die dafür vorgesehenen Antennen an der Außenseite des Flugzeugrumpfes angeordnet sein . Zum Schutz von Antennen zur Abstrahlung oder/oder zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung vor äußeren mechanischen oder chemischen Einflüssen, wie bspw . Wind und Regen, sind diese durch sog . „Radome" geschützt . Neben der zum Schutz der Antennen erforderlichen strukturellen Festigkeit ist für Radome wesentlich, dass sie ein geeignetes Transmissionsverhalten aufweisen, also im ausreichenden Maße durchlässig für die elektromagnetische Strahlung in dem für die zu schützende Antenne (n) relevanten Frequenzbereich - für Kommunikationsanwendungen bspw . von 17 bis 31 GHz - sind .
[ 0004 ] Bei Radomen, insbesondere für Flugzeuge , bei denen sich die räumliche Anordnung von Satelliten und an der Außenseite des Flugzeugs angeordneten Antennen ständig ändert , gleichzeitig die Formgebung des Radoms aus aerodynamischen Gründen j edoch nicht beliebig frei gewählt werden kann, für eine gute Datenübertragung ein gutes Transmissionsverhalten der Wandung des Radoms in einem großen Bereich für den Einfallswinkel ausgehend von einem orthogonalen Auftref fen der Strahlung erforderlich . Neben den eigentlichen Transmissionseigenschaften ist dabei auch eine möglichst geringe Depolarisation der Funksignale wünschenswert .
[ 0005 ] Im Stand der Technik, wie er bspw . aus EP 2 747 202 Al oder EP 3 533 108 Al hervorgeht , sind Radome aus symmetrisch aufgebauten Sandwichstrukturen umfassend GFK- und Schaumstof flagen bekannt , die einerseits ein ausreichendes Transmissionsverhalten aufweisen, andererseits bei geringem Gewicht ausreichende strukturelle Festigkeit bieten . Hierzu lassen sich für gewünschte Frequenzbereiche geeignete Lagenanordnungen, insbesondere im Hinblick auf die Dicke der einzelnen Lagen berechnen, wobei auch die Dielektri zitätskonstanten der einzelnen Lagenmaterialen berücksichtigt werden müssen .
[ 0006 ] Auch wenn insbesondere die Radomwandungen aus EP 3 533 108 Al sehr gute Transmissionseigenschaften im Frequenzbereich von 17 bis 31 GHz aufweisen und sich gut für die Verwendung an Flugzeugen eignen, können unter ganz bestimmten Umständen auftretende Depolarisationsef fekte erfordern, die durch ein solches Radom geschützten Antennen zeitweise abzuschalten . In diesen seltenen Fällen ist die Datenkommunikation dann unterbrochen .
[ 0007 ] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , eine Radomwandung zu schaf fen, bei der die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht mehr oder zumindest nur noch im verminderten Umfang auftreten . [0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Radomwandung gemäß dem Hauptanspruch sowie durch ein Radom gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0009] Demnach betrifft die Erfindung eine Radomwandung für Satellitenkommunikation im Frequenzband von 17 bis 31 GHz, insbesondere im Empfangsband von 17,7 bis 21,2 GHz und im Sendeband von 27,5 bis 31 GHz, zur Nutzung an Flugzeugen umfassend einen Mehrschichtaufbau mit wechselnder Anordnung von kraf taufnehmenden festen Deckschichten und schubsteifen Kernschichten, wobei die Radomwandung einen asymmetrischen Schichtaufbau mit der Schichtfolge außen liegende Kernschicht - innen liegende Deckschicht - innen liegende Kernschicht - außen liegende Deckschicht aufweist, wobei die Schichtdicke der innen liegenden Kernschicht um wenigstens den Faktor fünf größer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Kernschicht .
[0010] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Radom zur Nutzung an Flugzeugen, dessen Wandung erfindungsgemäß ausgebildet ist.
[0011] Zunächst werden einige im Zuge der vorliegenden Erfindung verwendete Begriffe erläutert:
[0012] Bei den „Deckschichten" handelt es sich um kraftaufnehmende feste Schichten eines Mehrschichtaufbaus, während „Kernschichten" lediglich schubfest sind, wobei das spezifische Gewicht der Deckschicht in der Folge häufig höher als das spezifische Gewicht der Kernschichten. Benachbarte Schichten des Mehrschichtsaufbaus sind dabei fest, insbesondere schubfest miteinander verbunden, bspw. miteinander verklebt, wobei im Regelfall zwischen zwei Deckschichten eine dazwischenliegende Kernschicht vorgesehen ist, um die Deckschichten auf Abstand zu halten. Die Sandwichbauweise - wenn auch regelmäßig mit zwei außen liegenden Deckschichten - ist im Stand der Technik, nicht nur in Bezug auf Radome , weit verbreitet und bekannt .
[ 0013 ] Eine Schicht eines Mehrschichtaufbaus gilt dabei als „innen liegend" , wenn zu beiden Seiten der fraglichen Schicht weitere Schichten des Mehrschichtaufbaus angeordnet sind . Eine Schicht eines Mehrschichtaufbaus gilt demzufolge als „außen liegend" , wenn auf einer Seite der fraglichen Schicht keine weitere Schicht des Mehrlagenaufbaus angeordnet ist . Bei der Zuordnung einer Schicht als innen- oder außen liegend werden nur weitere strukturelle Schichten des Mehrschichtaufbaus selbst berücksichtigt , nicht aber zur mechanischen Struktur des Mehrschichtaufbaus nicht-beitragende Schichten, wie Lackschichten oder vergleichbare Beschichtungen . Da entsprechende Beschichtungen aber durchaus Einfluss auf die Transmissionseigenschaften der Radomwandung haben können, können Sie bei der Ermittlung der Dicken und/oder der Wahl der Dielektri zitätskonstanten der einzelnen Schichten des Mehrschichtaufbaus berücksichtigt werden .
[ 0014 ] Die erfindungsgemäße Radumwandung ist besonders für die Verwendung an Flugzeugen ausgebildet und zeichnet sich durch eine unsymmetrische Schichtfolge aus Kernschicht - Deckschicht - Kernschicht - Deckschicht aus , wobei die außen liegende Deckschicht eine deutlich geringere Dicke als die innen liegende Deckschicht aufweist . In der Folge wird die grundsätzliche strukturelle Integrität der erfindungsgemäßen Radomwandung insbesondere bei größeren mechanischen Belastungen, wie sie aufgrund der Umströmung der Radomwandung während eines Fluges maßgeblich durch die innen liegende Deckschicht sichergestellt . Die außen liegende , deutlich dünnere Deckschicht dient in erster Linie zum Schutz der dazu benachbarten Kernschicht vor kleineren mechanischen Belastungen, wie bspw . Hagel oder das Auftref fen von kleineren, von der Umströmung der Radomwandung mitgeführten Partikeln, wie Sandkörner . Ein entsprechender Schutz vor mechanischer Belastung auf der anderen, den Antennen zugewandten Seite der Radomwandung ist nicht erforderlich und erfindungsgemäß auch nicht vorgesehen . Bei größeren energetischen Schlagbelastungen, wie bspw . aufgrund von Vogelschlag, wird die grundsätzliche strukturelle Integrität der Radomwandung durch die innen liegende Deckschicht sichergestellt .
[ 0015 ] Die Erfindung hat erkannt , dass mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Radomwandung mit asymmetrischem Aufbau zur Nutzung an Flugzeugen, bei welcher die innen liegende Deckschicht eine deutlich - nämlich wenigstens um den Faktor fünf - größere Dicke im Vergleich zur außen liegenden Deckschicht aufweist , nicht nur gute Transmissionseigenschaften, sondern auch eine geringe Depolarisation bei gleichzeitig für die vorgesehene Nutzung geeignete mechanische Eigenschaften, insbesondere die erforderliche strukturelle Festigkeit , erreichen lassen .
[ 0016 ] Es ist bevorzugt , wenn die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht um wenigstens den Faktor sechs , vorzugsweise um wenigstens den Faktor sieben größer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht . Es hat sich gezeigt , dass sich die Transmissions- und Depolarisationseigenschaften weiter verbessern lassen, wenn sich das Dickenverhältnis der beiden Deckschichten weiter zugunsten der innen liegenden Deckschicht verschoben wird, wobei im Hinblick auf die vorgesehene Nutzung an der Außenseite von Flugzeugen gleichzeitig sicherzustellen ist , dass die außen liegende Deckschicht ihre Schutz funktion vor kleineren mechanischen Belastungen erfüllen kann, und das Gesamtgewicht der Radomwandung, welche regelmäßige zu einem nicht unerheblichen Teil durch die Gesamtdicke der beiden Deckschichten beeinflusst wird, möglichst gering bleibt . [0017] Im Hinblick auf die Transmissions- und Depolarisationseigenschaften hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schichtdicke der innen liegenden Kernschicht geringer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Kernschicht.
[0018] Vorzugsweise ist die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht zwischen 3,5 mm und 3,9 mm, vorzugsweise zwischen 3,8 mm und 3,9 mm, weiter vorzugsweise 3,85 mm, die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht zwischen 0,5 mm und 0, 6 mm, vorzugsweise vorzugsweise 0,55 mm, die Schichtdicke der innen liegenden Kernschicht zwischen 1,8 mm und 2,0 mm, vorzugsweise 1,9 mm, und die Schichtdicke der außen liegenden Kernschicht zwischen 2,5 mm und 2,9 mm, vorzugsweise 2,7 mm. Für die Schichtdicken kann alternativ oder zusätzlich eine Toleranz von ±0,2 mm, vorzugsweise von ±0,1 mm, weiter vorzugsweise ±0,05 mm vorgesehen.
[0019] Neben den Dicken der einzelnen Schichten, können auch die Dielektrizitätskonstanten der einzelnen Schichten die Transmissions- und Depolarisationseigenschaften der Radomwandung beeinflussen. Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dielektrizitätskonstante der Deckschichten jeweils größer ist als die jeweilige Dielektrizitätskonstante der Kernschichten. Die Dielektrizitätskonstanten der Deckschichten können dabei jeweils zwischen 2, 6 und 2,9, vorzugsweise zwischen 2,7 und 2,9, weiter vorzugsweise bei 2,8, , die Dielektrizitätskonstante der innenliegenden Kernschicht zwischen 1,7 und 1,9, vorzugsweise bei 1,8 und/oder die Dielektrizitätskonstante der außenliegenden Kernschicht zwischen 1,1 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,15 und 1,35, weiter vorzugsweise bei 1,25 liegen.
[0020] Die Dielektrizitätskonstanten können unterschiedlich für jede der Schichten der Radomwandung gewählt sein. Vorzugsweise sind aber die Dielektrizitätskonstanten der beiden Deckschichten zueinander identisch. Entsprechende identische Dielektrizitätskonstanten ergeben sich bereits regelmäßig durch Verwendung identischer Materialien für die Deckschichten, was gleichzeitig auch eine Vereinfachung der Herstellung bedeuten kann. Insbesondere die Dielektrizitätskonstanten der beiden Kernschichten müssen allerdings regelmäßig unterschiedlich sein. Dabei haben sich deutliche Unterschiede in den Dielektrizitätskonstanten der Kernschichten als besonders vorteilhaft erwiesen. Unabhängig von den konkreten Dielektrizitätskonstanten ist bevorzugt, wenn die Dielektrizitätskonstante der innenliegenden Kernschicht um wenigstens den Faktor 1,3, vorzugsweise um wenigstens den Faktor 1,4 größer ist als die Dielektrizitätskonstante der außenliegenden Kernschicht .
[0021] Die Deckschichten können jeweils durch ein oder mehrere Lagen aus Prepreg-Material, vorzugsweise Quarzglasf aser/Epoxy- Prepreg gebildet, sein. Die Kernschichten sind vorzugsweise Schaummaterial, vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaumstoff, gebildet .
[0022] Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Radoms wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
[0023] Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: ein schematischer Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radomwandung; und
Figur 2a-c: Diagramme zu Transmissions- und Depolarisationseigenschaften der Radomwandung aus Figur 1. [ 0024 ] In Figur 1 ist ein erstes Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radomwandung 1 für Kommunikation, insbesondere Datenübertragung, im Frequenzband von 17 bis 31 GHz zur Nutzung an Flugzeugen in einer Schnittansicht dargestellt .
[ 0025 ] Die Radomwandung 1 umfasst zwei Deckschichten 11 , 12 und zwei Kernschichten 21 , 22 . Ausgehend von der Seite 2 der Radomwandung 1 , welche bei der ordnungsgemäßen Verwendung der vor äußeren Einflüssen zu schützenden Antenne zugewandt ist , ist - der Reihe nach - eine außen liegende Kernschicht 21 , eine innen liegende Deckschicht 12 , eine innen liegende Kernschicht 22 und eine außen liegende Deckschicht 11 vorgesehen . Auf der im Verwendungs zustand von der zu schützenden Antenne abgewandten Seite 3 der Radomwandung 1 kann noch eine Oberflächenbeschichtung 4 zum weitergehenden Schutz vorgesehen sein . Da diese j edoch kein integraler struktureller Bestandteil der Radomwandung 1 ist , wird sie grundsätzlich nur im Hinblick auf die Transmissionseigenschaften der Radomwandung 1 berücksichtigt . Durch die Oberflächenbeschichtung 4 ggf . zu erwartende Beeinträchtigung der Transmissionseigenschaften der Radomwandung 1 können aber bei Bedarf durch geeignete Wahl einer anderen Oberflächenbeschichtung 4 und/oder ggf . Anpassung der Schichtdicken und/oder Dielektri zitätskonstanten der einzelnen Deck- und Kernschichten 11 , 12 , 21 , 22 reduziert oder vermieden werden .
[ 0026 ] Im dargestellten Aus führungsbeispiel umfasst die Oberflächenbeschichtung 4 einen mehrschichtigen Materialauftrag, umfassend die Schichten :
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000011_0001
[0027] Die Deckschichten 11, 12 sind aus Quarzglasf aser/Epo- xidharz-Prepreg gebildet, während die Kernschichten 21, 22 aus einem Polyurethan-Hartschaumstoff sind. [0028] Die Dicke der einzelnen Deck- 11, 12 und Kernschichten
21, 22, sowie deren jeweilige Dielektrizitätskonstanten ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:
Figure imgf000011_0002
[0029] Für die angegebenen Dicken kann eine Toleranz von ±0,2 mm, vorzugsweise ±0,1 mm vorgesehen sein. [0030] Wie sich aus der vorstehenden Tabelle unmittelbar ergibt, ist die Dicke der innen liegenden Deckschicht 12 um den Faktor sieben größer als die Dicke der außen liegenden Deckschicht 11. Außerdem ist die Dicke der innen liegenden Kernschicht 22 geringer als die Dicke der außen liegenden Kernschicht 21.
[0031] In Figuren 2a-c sind die Transmissions- und Depolarisationseigenschaften der Radomwandung 1 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit des Einfallswinkels ausgehend von einem orthogonalen Auftreffen der Strahlung dargestellt, d. h., ein Winkel von 0° bedeutet ein orthogonales Auftreffen.
[0032] In Figur 2a sind die Transmissionseigenschaften der Radomwandung 1 im für die Satellitenkommunikation relevanten Sendeband von 27,5 bis 31 GHz in Abhängigkeit des Einfallswinkels dargestellt, und zwar als Transmissionsverlust in [db] sowohl des elektrischen (gestrichelte Linie) als auch des magnetischen (durchgezogene Linie) Anteils der elektromagnetischen Strahlung. Bis zu einem Einfallswinkel von 60° ausgehend von einem orthogonalen Auftreffen der Strahlung beträgt der Transmissionsverlust sowohl für den elektrischen als auch des magnetischen Anteils weniger bzw. kaum mehr als 1 db (gepunktete Linie) . Bis zu einem Einfallswinkel 70° sind die Transmissionsverluste derart gering, dass häufig auch bis zu diesem Einfallswinkel eine Satellitenkommunikation - bzw. hier das Senden - noch möglich ist.
[0033] Figur 2b ist vergleichbar zu Figur 2a, zeigt aber die Transmissionseigenschaften der Radomwandung 1 im für die Satellitenkommunikation relevanten Empfangsbereich von 17,7 bis 21,2 GHz in Abhängigkeit des Einfallswinkels. Hier betragen die Transmissionsverluste bis zu einem Einfallswinkel von 60° ausgehend von einem orthogonalen Auftreffen der Strahlung sowohl für den elektrischen (gestrichelte Linie) als auch des magnetischen Anteils (durchgezogene Linie) weniger bzw. kaum mehr als 1 db (gepunktete Linie) . Bei einem Einfallswinkel von 70° liegt lediglich der Transmissionsverlust für den elektrischen Anteil der elektromagnetischen Strahlung über 1 db; dennoch ist regelmäßig auch bei einem solchen Einfallswinkel eine Satellitenkommunikation - bzw. hier das Empfangen - noch möglich.
[0034] In Figur 2c sind die Depolarisationseigenschaften der
Radomwandung 1 sowohl für das bei der Satellitenkommunikation relevanten Sendeband von 27,5 bis 31 GHz (durchgezogene Linie) als auch für das entsprechende Empfangsband von 17,7 bis
21,2 GHz (gestrichelte Linie) im in Abhängigkeit des Einfallswinkels dargestellt in Abhängigkeit des Einfallswinkels dargestellt. Die Depolarisationseigenschaften sind dabei als „crosspolarization discrimination"-Wert (XPD-Wert) abgebildet. Wie aus Figur 2c unmittelbar ersichtlich, sind die Depolarisationseigenschaften sowohl im Sende- als auch im Empfangsband bis zu einem Einfallswinkel von bis zu 65° unterhalb eines kritischen Wertes von -23 db (gepunktete Linie) und somit als hervorragend einzustufen. Auch bei 70° sind die Depolarisationseigenschaften noch als sehr gut zu bezeichnen.
[0035] In Zusammenschau der Figuren 2a-c ergibt sich somit, dass die Radomwandung 1 gemäß Figur 1 bis zu einem Einfallswinkel von 60° ausgehend von einem orthogonalen Auftreffen der Strahlung hervorragende, bis zu einem Einfallswinkel von wenigstens 65° bzw. 70° noch sehr gut Transmissions- und Depolarisationseigenschaften aufweist. Gleichzeitig weist die Radomwandung 1 ausreichende strukturelle Eigenschaften auf, die eine Nutzung der Radomwandung an der Außenseite von Flugzeugen, insbesondere Verkehrs- bzw. Passagierflugzeugen gestatten .

Claims

Patentansprüche Radomwandung (1) für Satellitenkommunikation im Frequenzband von 17 bis 31 GHz, insbesondere im Empfangsband von 17,7 bis 21,2 GHz und im Sendeband von 27,5 bis 31 GHz, zur Nutzung an Flugzeugen umfassend einen Mehrschichtaufbau mit wechselnder Anordnung von kraf taufnehmenden festen Deckschichten (11, 12) und schubsteifen Kernschichten (21, 22) , dadurch gekennzeichnet, dass die Radomwandung (1) einen asymmetrischen Schichtaufbau mit der Schichtfolge außen liegende Kernschicht (21) - innen liegende Deckschicht (12) - innen liegende Kernschicht (22) - außen liegende Deckschicht (11) aufweist, wobei die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht (12) um wenigstens den Faktor fünf größer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht (11) . Radomwandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht (12) um wenigstens den Faktor sechs, vorzugsweise um wenigstens den Faktor sieben größer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht (11) . Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der innen liegenden Kernschicht (22) geringer ist als die Schichtdicke der außen liegenden Kernschicht (21) . Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der innen liegenden Deckschicht (12) zwischen 3,5 mm und 3,9 mm, vorzugsweise zwischen 3,8 mm und 3,9 mm, weiter vorzugsweise 3,85 mm, die Schichtdicke der außen liegenden Deckschicht (11) zwischen 0,5 mm und 0, 6 mm, vorzugsweise 0,55 mm, die Schichtdicke der innen liegenden Kernschicht (12) zwischen 1,8 mm und 2,0 mm, vorzugsweise 1,9 mm, die Schichtdicke der außen liegenden Kernschicht (21) zwischen 2,5 mm und 2,9 mm, vorzugsweise 2 , 7 mm ist . Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstanten der Deckschichten (11, 12) jeweils größer ist als die jeweiligen Dielektrizitätskonstanten der Kernschichten (21, 22) . Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante der innenliegenden Kernschicht (22) um wenigstens den Faktor 1,3, vorzugsweise um wenigstens den Faktor 1,4 größer ist als die Dielektrizitätskonstante der außenliegenden Kernschicht (21) . Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstanten der Deckschichten (11, 12) jeweils zwischen 2, 6 und 2,9, vorzugsweise zwischen 2,7 und 2,9, weiter vorzugsweise bei 2,8, die Dielektrizitätskonstante der innenliegenden Kernschicht (22) zwischen 1,7 und 1,9, vorzugsweise bei 1,8, und/oder die Dielektrizitätskonstante der außenliegenden Kernschicht (21) zwischen 1,1 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,15 und 1,35, weiter vorzugsweise bei 1,25 sind. Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstanten der Deckschichten (11, 12) identisch, die Dielektrizitätskonstanten der Kernschichten (21, 22) unterschiedlich sind. Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (11, 12) jeweils durch ein oder mehrere
Lagen aus Prepreg-Material, vorzugsweise Quarzglasfa- ser/Epoxy-Prepreg gebildet wird, wobei die Dicke des Prepregs vorzugsweise 0,275 mm beträgt. Radomwandung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschichten (21, 22) jeweils durch Schaummaterial, vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaumstoff, gebildet ist. Radom zur Nutzung an Flugzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Radoms gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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